Biomechanik der Adhäsion, Lokomotion und Reproduktion von Plathelminthen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Christoph G. Grevelding; Dr. Simone Häberlein; Privatdozent Dr. Alexander Mosig; Professor Dr. Felix H. Schacher
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Biophysik ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491921522

Pärchenegel und Leberegel sind parasitäre Plattwürmer, die Menschen und andere Wirte infizieren und häufig chronische Erkrankungen verursachen. Im Wirt wachsen die Parasiten heran und pflanzen sich äußerst effizient fort. Im Fokus des Projekts stehen zwei der weitverbreitetsten und medizinisch wichtigsten Vertreter, Schistosoma mansoni und Fasciola hepatica. Mit ihren charakteristischen Saugnäpfen wandern diese Parasiten durch den Körper des Wirtes und nehmen Nahrung auf. Obwohl diese Saugnäpfe von immenser Wichtigkeit für das Überleben des Erregers und namensgebend für die ganze Parasitenklasse sind (“Saugwürmer”), sind die biomechanischen Eigenschaften dieses Adhäsionsorgans kaum bekannt. Schistosomen verfügen zusätzlich über eine weitere biologische Besonderheit: ein enger und konstanter physischer Kontakt zwischen männlichem und weiblichem Wurm ist für die sexuelle Reifung des Weibchens essentiell. In Rahmen des Projekts werden grundlegende biomechanische Prinzipien beleuchtet, die zur Adhäsion, Lokomotion und Reproduktion der Plattwürmer beitragen: physikalische Kräfte zwischen Parasiten und dem Wirt durch Saugnapfaktivität, und physikalische Kräfte zwischen zwei konstant gepaarten Individuen des Parasiten im Falle eines Schistosomen-Pärchens. Wichtige biophysikalische Fragen sollen dabei beantwortet werden: (i) Unterscheiden sich die Adhäsionskräfte und Bewegungsmuster zwischen verschiedenen Saugwurmarten, Lebensstadien und Geschlechtern? (ii) Sind diese Kräfte abhängig vom jeweiligen Lebensraum im Wirt und dessen physikalischen Eigenschaften, wie Substratfestigkeit und Strömungskräfte? (iii) Führen solche physikalischen Kräfte zu einer Erhöhung oder Reduktion der Fortpflanzungsaktivität bei Schistosomen? (iv) Und welche Kräfte übt der Körper des männlichen Partners auf das Schistosomenweibchen aus? Zur Visualisierung, Quantifizierung und mathematischen Modellierung dieser Kräfte verfolgen wir eine interdisziplinäre Strategie und vereinen Soft Matter-Ansätze zur Synthese mechanosensitiver polymerer Hydrogele, Mikrofluidik-basierte Biochip-Systeme (“worm-on-a-chip”), Traction Force-Mikroskopie, Helminthologie, in-vitro-Techniken und 3D-Tomographie-basierte Bildgebung. Kenntnisse über die zugrundeliegenden biophysikalischen Mechanismen bei der Adhäsion, Lokomotion und Reproduktion von Saugwürmern tragen zu einem besseren Verständnis des evolutionären Erfolgs dieser Erreger und deren Anpassung an ihre Wirtshabitate bei.

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