Mechanische Strategien zur Vermeidung von Interspezies-Konkurrenz bei Trypanosomen

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Engstler
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491920625

Wie alle Lebewesen müssen sich auch Parasiten optimal an eine ökologische Nische anpassen. Im Falle von Parasiten ist diese Nische per Definition feindlich, da der Wirt über Abwehrstrategien gegen den Eindringling verfügt. Gleichzeitig wird der Wirt oft von mehr als einer Parasitenart befallen, so dass es zur Konkurrenz zwischen Parasiten um dieselbe Infektionsnische kommen kann. Dementsprechend ist die Vermeidung von interspezifischer Konkurrenz eine wichtige Strategie für den evolutionären Erfolg des Parasitismus. Wir postulieren, dass dabei Anpassungen an die Physik der Mikroumgebung eine entscheidende Rolle spielen. Afrikanische Trypanosomen sind einzellige, extrazelluläre Parasiten, die die Körperflüssigkeiten ihrer Wirte besiedeln. Interessanterweise können zwei eng verwandte Arten, T. brucei und T. congolense, präferentiell unterschiedliche Nischen im selben Wirt besiedeln, nämlich Gewebszwischenräume und das periphere Kapillarsystem. Beide Arten unterscheiden sich nur geringfügig in ihrem Körperbau, aber signifikant in ihrem Schwimmverhalten und ihrer Fähigkeit, sich an Wirtszellen anzuheften. Wir haben postuliert, dass die Besiedlung unterschiedlicher Nischen im Wirt einen direkten Wettbewerb beider Arten verhindert. Die Ergebnisse aus der ersten Förderperiode unterstützen die Hypothese der „Vermeidung interspezifischer Konkurrenz“. T. brucei und T. congolense unterscheiden sich erheblich in ihrer Fähigkeit, sich erfolgreich in überfüllten, begrenzten und fließenden Umgebungen zu bewegen. Drei Erkenntnisse waren besonders wichtig und werden uns auch in der zweiten Förderphase beschäftigen: (1) Trypanosomen üben sehr wenig mechanische Kraft auf ihre umgebende Mikroumgebung aus. (2) Wir haben festgestellt, dass der Zellkörper der Trypanosomen viel elastischer ist als erwartet und in hochviskosen Umgebungen eine gestreckte Form annehmen kann. Das beeinflusst die Physik des Flagellenschlags, hat jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die Schwimmgeschwindigkeit der Parasiten. (3) Wir beobachteten, dass Trypanosomen erfolgreich durch das Interstitium von ausgereiften Gewebemodellen navigieren können, jedoch nicht in der Lage sind, in vitro-Kollagennetze ähnlicher oder geringerer Dichte zu durchqueren. Diese Entdeckungen haben unser Verständnis vom Verhalten der Trypanosomen wesentlich verändert, und wir planen, ihre biologischen Konsequenzen im zweiten Förderzeitraum weiter zu erforschen.

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