SPP 2332:  Physik des Parasitismus

• Fachliche Zuordnung: Medizin ; Bauwesen und Architektur ; Biologie ; Chemie ; Maschinenbau und Produktionstechnik ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Physik ; Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441960173

Parasitismus, die innige antagonistische Liaison zwischen zwei Spezies, fasziniert seit jeher Wissenschaftler aus den verschiedensten Disziplinen. Traditionell beschäftigte sich die Parasitologie vor allem mit organismischen Studien, während sich die heutige Parasitologie in immer größerer Tiefe auf medizinisch relevante zelluläre und molekulare Mechanismen konzentriert. Das Schwerpunktprogramm "Physik des Parasitismus" definiert eine neues Forschunsgfeld, nämlich die Physik der Wechselwirkung von Parasiten mit ihren Wirten. Diese Interaktion wird durch die Anatomie der Parasiten (Bauplan), die Physik ihrer Fortbewegung und die Mechanik ihrer Anheftung an Wirtsstrukturen gesteuert. Der Parasitismus hat sich viele Male entwickelt und daher gibt es zahlreiche konvergente Lösungen für die Herausforderung, wie man einen Wirt physisch kapern kann. Diese langen Perioden der Ko-Evolution haben Parasiten mit einem hohen Grad an Optimalität ausgestattet. Beispiele dafür sind parasitäre Werkzeuge wie Saugnäpfe und Schilde oder raffinierte Fortbewegungsvorrichtungen, die sowohl die Anheftung als auch die Navigation in verschiedenen Körperflüssigkeiten, in überfüllten und engen Räumen und in hochviskosen Umgebungen ermöglichen - und das oft mit überraschend hohen Geschwindigkeiten. Das Schwerpunktprogramm PoP wird die Physik des Parasitismus anhand einer Auswahl komplementärer und lenkbarer Parasiten untersuchen, die repräsentative Wirtsnischen besiedeln. Dazu gehören parasitäre Protisten wie Plasmodium, Toxoplasma und Trypanosoma, sowie metazoische Parasiten wie Schistosoma, Fasciola und Echinococcus. Unser Ziel ist es, einen vergleichenden und quantitativen Rahmen für die physikalischen Zwänge und mechanischen Kräfte, die an den dynamischen Parasit-Wirt-Grenzflächen wirken, zu erarbeiten. Wir werden die Materialeigenschaften und die Mechanik der Parasiten in ihren Nischen messen, die physikalischen Grundlagen ihrer Fortbewegung aufdecken und die mechanischen und physikalischen Grundlagen für ihre Anheftung bestimmen. Um diese Ziele zu erreichen, vereint das Schwerpunktprogramm in einzigartiger Weise Expertise aus der Parasitologie, der molekularen Zellbiologie, der experimentellen und theoretischen Physik, der Mathematik und der Simulationswissenschaft. Auf diese Weise schlägt "Physics of Parasitism" neue Kapitel sowohl in der Parasitologie als auch in der Physik des Lebens auf. Wir gehen davon aus, dass die Ergebnisse unserer interdisziplinären Arbeit neue Wege zur Bekämpfung von parasitären Krankheiten aufzeigen, die auf der Mechanobiologie basieren und gegen die sich wahrscheinlich keine Resistenzen entwickeln werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: USA

Projekte

• Bindungseigenschaften bestimmen die Zytoadhäsion von Plasmodium falciparum infizierten Erythrozyten mit dem Wirt (Antragstellerinnen / Antragsteller Bruchhaus, Iris ;  Gutsmann, Thomas )
• Biomechanik der Adhäsion, Lokomotion und Reproduktion von Plathelminthen (Antragstellerinnen / Antragsteller Grevelding, Christoph G. ;  Häberlein, Simone ;  Mosig, Alexander ;  Schacher, Felix H. )
• Biophysikalische Mechanismen der Dissemination von Toxoplasma gondii mittels migratorischer Immunzellen (Antragsteller Renkawitz, Jörg ;  Sabass, Benedikt )
• Biophysikalische Methoden für die Quantifizierung von Mechanik, Formen und Kräften (Antragsteller Guck, Jochen )
• Datengesteuerte agentenbasierte Modellierung des kollektiven Trypanosoma Verhaltens (Antragstellerin Fischer, Sabine )
• Dynamik und Kräfte während der Anfangsstadien der Gewebeinvasion durch Entamoeben (Antragstellerinnen / Antragsteller Metzler, Ralf ;  Selhuber-Unkel, Ph.D., Christine )
• Entwicklung eines "virtuellen Parasiten" auf der Basis von Bilddaten (Antragsteller Kollmannsberger, Philip )
• Fortbewegung parasitischer Nematoden im Darm: Bewegung im viskoelastischen Mukus verknüpft mit der metabolischen Aktivität der Nematoden (Antragstellerinnen Hartmann, Susanne ;  Niesner, Raluca Aura )
• Konsequenzen posttranslationaler Modifikationen von Mikrotubuli auf die Physik des Parasiten Trypanosoma brucei (Antragsteller Ersfeld, Klaus ;  Weiss, Matthias )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Engstler, Markus )
• Mechanische Strategien zur Vermeidung von Interspezies-Konkurrenz bei Trypanosomen (Antragsteller Engstler, Markus )
• Modellierung der Trypanosomen-Motilität im Blutfluss (Antragsteller Fedosov, Ph.D., Dmitry )
• Parasitische Arthropoden bei marinen Säugetieren: konvergente physikalische Lösungen für das Leben auf aquatischen Wirten (Antragstellerinnen / Antragsteller Gorb, Stanislav N. ;  Lehnert-Sobotta, Kristina )
• Physik der Adhäsion von Giardia duodenalis und ihre strukturelle Grundlage: Verständnis des Schlüsselprozesses für die Kolonisierung des Dünndarms durch einen global prevalenten einzelligen Parasiten und Erreger der Giardiasis (Antragstellerinnen / Antragsteller Aebischer, Anton ;  Jacobs, Karin ;  Jung, Jan Philipp )
• Physikalische Prinzipien von Parasiten-Wirts-Interaktionen bei Infektionen mit Giardia muris (Antragstellerinnen / Antragsteller Hauser, Anja Erika ;  Rausch, Sebastian )
• Strukturelle Grundlagen und biologische Funktion von Chiralität in der Bewegung von Malaria-Parasiten (Antragsteller Frischknecht, Friedrich ;  Schwarz, Ulrich )
• Vorhersage von Kräften und Formen für die Invasion von Apicomplexa in Hostzellen (Antragsteller Auth, Thorsten ;  Dasanna, Anil Kumar )

• Sprecher: Professor Dr. Markus Engstler