Neue Strategien in der Bekämpfung von Parasiten: Identifikation von Targetkandidaten am Beispiel von Kratzwürmern (Acanthocephala)
Bioinformatik und Theoretische Biologie
Entwicklungsbiologie
Evolution, Anthropologie
Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
Strukturbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Weltweit beeinträchtigen Parasiten die menschliche Gesundheit. Zudem senken sie in der Nutztierhaltung die Produktivität. Etablierte Medikamente gegen Parasiten können jedoch eine große Bandbreite an Organismen einschließlich der behandelten Individuen schädigen, weshalb ihr Einsatz problematisch ist. Dies wird am Beispiel der Fischfarmen im Amazonas-Becken besonders deutlich. Hier verursacht der Befall mit Darmparasiten aus der Gruppe der Kratzwürmer (Acanthocephala) erhebliche Einbußen in der Fischproduktion. Der massenhafte Eintrag etablierter Entwurmungsmittel und ihrer Abbauprodukte aus den hektargroßen Teichen würde jedoch absehbar die Lebensgemeinschaften in angrenzenden Gewässern treffen. Tatsächlich mangelt es an einer effektiven und maßgeschneiderten (spezifischen) und somit für Wirt und Umwelt verträglichen Kratzwurm-Bekämpfung. Hieran anknüpfend zielte das Projekt auf die Implementierung neuer Strategien in der Entwicklung einer effektiven und spezifischen Parasiten-Bekämpfung am Beispiel fischparasitierender Kratzwürmer. Im Projekt haben wir zu entscheidenden Arten, darunter Acanthocephalen, große Sequenzdatensätze erzeugt. Daraus wurden jeweils das Kern-Genom (Erbgut) und alle Transkripte (gesamte abgelesene Gen-Information) rekonstruiert. Aus den Transkripten wurden wiederum Proteine abgeleitet. Zusätzlich wurden die Proteinmengen per Massenspektrometrie gemessen. Die Analysen führten zur Identifikation von elf Kratzwurm- Proteinen, an denen eine effektive Parasiten-Bekämpfung ansetzen könnte. Die meisten dieser Ziel-Kandidaten versprechen zudem eine hohe Spezifität: Die Transkripte fanden sich in allen untersuchten Kratzwürmern. Zugleich haben wir keine entsprechenden Proteine in anderen Arten ausfindig gemacht. Dieselben Proteine dürften für das Überleben der Kratzwürmer sehr wichtig sein. Denn ihre Transkripte wurden in Würmern verschiedenen Geschlechts und verschiedener Reifestadien in weitgehend gleichen und hohen Mengen nachgewiesen. Die Proteine fanden sich außerdem in großer Menge in der Körperwand von Kratzwürmern. Daher sollten sie für Medikamente, die den Fischen mit dem Futter verabreicht werden, gut zugänglich sein. Ferner docken den Berechnungen zufolge an alle elf Proteine pharmakologisch wirksame Substanzen. Deren Eignung als mögliche neue Entwurmungsmittel kann nun im Versuch an lebenden Kratzwürmern überprüft werden. Der Arbeitsablauf aus bioinformatischen Schritten zur Ziel-Kandidaten-Erkennung ist über das Internet frei zugänglich und kann auf andere Parasiten angewendet werden. Die neuen Datensätze sind ebenfalls über Datenbanken verfügbar. Eigenen Anschlussanalysen zufolge besitzen Kratzwürmer Mechanismen zum Erhalt der Erbgut-Struktur (piRNA pathway). Jedoch haben sie nur wenige Protein-kodierende Gene und Moleküle, die Protein-Mengen regulieren (microRNAs). Weitere Anschlussanalysen beleuchten die Stammesgeschichte sowie die Vermehrungsformen von Kratzwürmern und nahverwandten Gruppen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Genomics and transcriptomics of epizoic Seisonidea (Rotifera, syn. Syndermata) reveal strain formation and gradual gene loss with growing ties to the host. BMC Genomics, 22(1).
Mauer, Katharina M.; Schmidt, Hanno; Dittrich, Marco; Fröbius, Andreas C.; Hellmann, Sören Lukas; Zischler, Hans; Hankeln, Thomas & Herlyn, Holger
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Host-dependent impairment of parasite development and reproduction in the acanthocephalan model. Cell & Bioscience, 12(1).
Schmidt, Hanno; Mauer, Katharina; Hankeln, Thomas & Herlyn, Holger
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Identification of antiparasitic drug targets using a multi-omics workflow in the acanthocephalan model. BMC Genomics, 23(1).
Schmidt, Hanno; Mauer, Katharina; Glaser, Manuel; Dezfuli, Bahram Sayyaf; Hellmann, Sören Lukas; Silva, Gomes Ana Lúcia; Butter, Falk; Wade, Rebecca C.; Hankeln, Thomas & Herlyn, Holger
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Nuclear genome annotation of wheel animals and thorny-headed worms: inferences about the last common ancestor of Syndermata (Rotifera s.l.). Hydrobiologia, 851(12-13), 2827-2844.
Hagemann, Laura; Mauer, Katharina M.; Hankeln, Thomas; Schmidt, Hanno & Herlyn, Holger
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Whole-genome analyses converge to support the Hemirotifera hypothesis within Syndermata (Gnathifera). Hydrobiologia, 851(12-13), 2795-2826.
Vasilikopoulos, Alexandros; Herlyn, Holger; Fontaneto, Diego; Wilson, Christopher Gordon; Nowell, Reuben William; Flot, Jean-François; Barraclough, Timothy Giles & Van, Doninck Karine
