Physikalische Prinzipien von Parasiten-Wirts-Interaktionen bei Infektionen mit Giardia muris

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Anja Erika Hauser; Dr. Sebastian Rausch
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492014183

Giardien sind parasitische Einzeller, deren Trophozoitenstadium den oberen Darmtrakt des Menschen und anderer Wirbeltiere infiziert. G. muris infiziert Nagetiere und hat einen ähnlichen Lebenszyklus wie der menschliche Erreger G. duodenalis, so dass er ein hervorragendes Modell zur Erforschung von Parasit-Wirt-Interaktionen in einem natürlich angepassten in-vivo-System darstellt. Giardien besitzen komplexe Zytoskelettstrukturen, um im Darm zu überleben. Dabei nutzen sie verschiedene Prinzipien der Biomechanik, die wir in diesem Projekt charakterisieren. Um sich im Darm fortzubewegen und nach geeigneten Nischen zu suchen, schwimmen die Trophozoiten mit Hilfe von Geißeln in der Schleimschicht des Wirts. Wir untersuchen, wie sich die Gewebetopologie und die Schleimviskosität im Darm des Wirtes auf die Fortbewegungsmuster auswirken. Neben den Wirtsfaktoren deckt unser Arbeitsprogramm auch ab, wie die von den Parasiten selbst bestimmten Faktoren (z. B. die Populationsdichte und die Veränderung der Schleimviskosität) ihre Bewegungsmuster beeinflussen. Zudem sind Trophozoiten mit einer scheibenförmigen Struktur ausgestattet, mit der sie sich an der Oberfläche des Wirtsdarmes festhalten, um eine Ausstoßung zu verhindern. Wir analysieren die Kräfte, die sie bei der Anheftung an die Wirtszellen ausüben, und wollen die biomechanischen Eigenschaften und Funktionen der Strukturen, die die Schnittstelle zwischen Parasit und Wirt bilden, näher bestimmen. Ein Schwerpunkt ist ein stempelartiger Vorsprung des Giardien-Zytoplasmas, der in den von der Haftscheibe abgedeckten Raum eindringt. Wir wollen herausfinden, ob dieser für eine robustere Adhäsion notwendig ist oder ob der Parasit diese zusätzliche Kontaktfläche nutzt, um an Nährstoffe aus der Wirtszelle zu gelangen. Darüber hinaus wollen wir herausfinden, ob G. muris zusätzliche Strategien einsetzt, um den Kräften zu widerstehen, die durch den Schleimfluss im Darm entstehen. Schließlich untersuchen wir, wie sich die von G. muris ausgeübten Kräfte auf die Wirtszellen auswirken und ob dabei von den Wirtszellen exprimierte Mechanosensoren eine wichtige Rolle spielen. Es ist wichtig, diese Prinzipien so weit wie möglich in einem in-vivo-Kontext zu analysieren, da in-vitro-Systeme die natürliche Wirt-Parasiten-Interaktion möglicherweise nicht wiedergeben. In der ersten Förderperiode des SPP2332 haben wir einzigartige experimentelle Systeme zur Analyse der biomechanischen Eigenschaften von G. muris in ihrem natürlichen Lebensraum, dem Mausdarm, entwickelt. Wir werden diese funktionellen intravitalen Bildgebungsanalysen mit reduktionistischen in-vitro-Ansätzen, die im Konsortium verfügbar sind, in einem iterativen Ansatz kombinieren. Auf diese Weise können wir die Ergebnisse von in-vitro-Studien in der natürlichen Mikroumgebung der Parasiten validieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2332: Physik des Parasitismus
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Scott Dawson