Untersuchung der zellulären Heterogenität in Feldisolaten afrikanischer Trypanosomen

• Antragsteller: Professor Dr. Tim Nicolai Siegel
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Tiermedizin
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444811942

Für eine lang andauernde Infektion ist zelluläre Heterogenität für Pathogene von großer Bedeutung. Heterogenität kann die Resistenz einer Pathogen-Population gegen Arzneimittel ermöglichen oder dazu beitragen, der Abwehr durch das Immunsystem des Wirtes zu entgehen. Außerdem kann dadurch eine Differenzierung in verschiedene Stadien des Lebenszyklus ausgelöst werden, die es Pathogenen erlaubt, in verschiedenen Wirten zu überleben. Eines der am besten untersuchten Beispiele für zelluläre Heterogenität in Pathogenen ist die Antigenvariation. Der regelmäßige Austausch von Oberflächenproteinen verhindert hierbei eine Eliminierung der Pathogene durch das adaptive Immunsystem.Trotz der Bedeutung von zellulärer Heterogenität konzentriert sich der Großteil der Infektionsforschung auf Untersuchungen von an Zellkultur adaptierten Pathogenen, die weit weniger Heterogenität aufweisen als Feldisolate. Dies hat dazu geführt, dass die für zelluläre Heterogenität verantwortlichen Mechanismen noch weitestgehend unbekannt sind. Die bislang größte Antigenfamilie wurde in dem einzelligen Parasiten Trypanosoma brucei beschrieben, dem Erreger der Schlafkrankheit bei Menschen und der Afrikanischen Trypanosomiasis bei Nutztieren. Dies macht ihn zu einem der wichtigsten Modelle zur Erforschung der Antigenvariation. Das Genom von T. brucei enthält etwa 2000 Gene, die für verschiedene Isoformen sogenannter variable surface glycoproteins (VSGs) kodieren. In den einzelnen Parasiten wird jedoch zu jedem Zeitpunkt nur ein einziges dieser Gene exprimiert. Durch den regelmäßigen Austausch der exprimierten VSG-Isoformen verändert sich die Immunogenität der Zelle fortlaufend und die Infektion des Wirtes kann aufrechterhalten werden. Da sich auch hier die Forschung primär auf an Zellkultur-Medium adaptierte Isolate konzentriert, sind die Mechanismen, die die Frequenz des VSG Austauschs bestimmen, unbekannt.Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, die genetischen und molekularen Veränderungen zu bestimmen, die zu einer Abnahme der zellulären Heterogenität während der Adaptierung von T. brucei an Zellkultur-Medium führen. Konkret ist es unser Ziel, Einzelzell-RNA-Sequenzierungen mit Feldforschung zu kombinieren, um so herauszufinden, was während der Adaption an Zellkultur-Medium passiert. Ein spezieller Fokus wird die Frage sein, was die Frequenz des periodischen Austausches des exprimierten Oberflächenproteins beeinflusst. Genaue Messungen der Wechselfrequenz ermöglichen es uns, die langjährige Annahme zu testen, dass die Adaption von Feldisolaten an Laborbedingungen mit einer Abnahme der Wechselfrequenz einhergeht. Darüber hinaus erlauben sie die Identifizierung von Faktoren, die diese Frequenz steuern, und helfen uns zu verstehen, auf welche Weise zelluläre Heterogenität zur Aufrechterhaltung von Infektionen beiträgt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kenia, Uganda
• ausländische Mitantragsteller: Privatdozent Dr. Kevin Marucha, Ph.D.; Professor Dr. Julius Mulindwa