Biomechanische Kräfte und zelluläre Antworten bei Plathelminthen und Wirtszellen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Christoph G. Grevelding; Dr. Simone Häberlein; Privatdozent Dr. Alexander Mosig; Professor Dr. Felix H. Schacher
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Biophysik ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491921522

Parasitäre Plattwürmer (Plathelminthen) beeinträchtigen die Gesundheit von Mensch und Tier gleichermaßen. Innerhalb ihres Wirtes wandern die Parasiten in das von ihnen bevorzugte Organ, um sich dort von Wirtszellen zu ernähren und fortzupflanzen. Im Fokus dieses Projekts stehen zwei wichtige parasitäre Plattwürmer, der Pärchenegel Schistosoma mansoni sowie der Große Leberegel Fasciola hepatica, die in den Mesenterialvenen bzw. in Gallengängen leben. Saugnäpfe sind charakteristisch für diese Parasiten und dienen der Lokomotion sowie der Nahrungsaufnahme, können dabei jedoch auch das Wirtsgewebe schädigen. Obwohl diese Saugnäpfe eine hohe Bedeutung für das Überleben der Erreger besitzen, weiß man kaum etwas über deren biomechanische Eigenschaften oder die Kräfte, die sie auf Wirtszellen ausüben. Dasselbe gilt für die biophysikalischen Besonderheiten des sogenannten Teguments, der strukturierten bioaktiven Oberfläche der Plattwürmer, welche in Kontakt mit dem Wirtsgewebe steht. Darüber hinaus sind vermutlich auch die Parasiten selbst biomechanischen Kräften ausgesetzt, zum einen im Innern beim Wachstum von Organen, zum anderen an der Oberfläche durch die vorbeiströmende Blut- oder Gallenflüssigkeit. Schistosomen verfügen über eine weitere Besonderheit, denn erst ein enger physischer Kontakt eines weiblichen mit einem männlichen Parasiten führt zur sexuellen Reifung des Weibchens. In diesem Projekt verfolgen wir die Hypothese, dass physikalische Kräfte sowohl die Biologie der Parasiten als auch die Physiologie der Zellen, an die sich die Würmer anheften, grundlegend beeinflussen. Im Bereich Biophysik werden wir die folgenden Fragen beantworten: (i) Welche Kräfte übt der Körper des männlichen Partners auf das Schistosomenweibchen aus? (ii) Verändern sich die biophysikalischen Eigenschaften bestimmter Gewebe im Parasiten bei Wachstum oder Reifung? (iii) Welche mechanischen Kräfte wirken auf die Zellen des Wirtes? Zudem werden wir Fragen zur Mechanobiologie von Zellen adressieren: (iv) Wie reagieren die Zellen von Parasit und Wirt auf physikalische Kräfte hinsichtlich physiologischer und molekularer Prozesse? (v) Unterscheiden sich diese Reaktionen bei verschiedenen Zelltypen? Zur Beantwortung dieser Fragen kombinieren wir in einem interdisziplinären Ansatz Methoden der Parasitologie mit Methoden des Soft Matter Engineering und der Biophysik (Traction Force- und Atomic Force-Mikroskopie, Optical Diffraction- und Micro-Computertomographie). Mit modifizierten Hydrogelen und Mikrofluidik-basierter Biochip-Systeme (“worm-on-a-chip”) werden wir die Umgebung der Parasiten und die Wirt-Parasit-Kontaktzone nachahmen. Überdies möchten wir ein Methodenrepertoire zur Analyse der Mechanobiologie in parasitären Plattwürmern entwickeln. Kenntnisse über die biomechanischen Kräfte, die auf Plathelminthen und die Zellen ihrer Wirte wirken, sowie die resultierenden molekularen Reaktionen verbessern unser Verständnis von Parasitenentwicklung und Wirt-Parasit-Interaktion.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2332: Physik des Parasitismus