Strukturelle Grundlagen und biologische Funktion von Chiralität in der Bewegung von Malaria-Parasiten

• Antragsteller: Professor Dr. Friedrich Frischknecht; Professor Dr. Ulrich Schwarz
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Biophysik ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492010213

Chiralität ist in biologischen Systemen von der molekularen über die zelluläre bis hin zur organismischen Ebene vorhanden, aber es ist schwierig, sie skalenübergreifend zu verbinden. Hier schlagen wir vor, dies für die Mitglieder der Plasmodium-Familie zu leisten, die die Erreger der Malaria sind. Von zwei ihrer drei beweglichen Formen, den Sporozoiten und den Ookineten, ist bekannt, dass sie sich auf schraubenförmigen Bahnen in dreidimensionalen Umgebungen bewegen. Das Gleiche gilt für die Tachyzoiten von Toxoplasma gondii, einem eng verwandten Mitglied des Phylums Apicomplexa und Erreger der Toxoplasmose. Es gibt mehrere potenzielle Kandidaten für die molekularen Mechanismen, die der Chiralität des Parasiten zugrunde liegen, darunter chirale Elemente im Mikrotubuli-Korsett, im apikalen Ringkomplex oder in der Aktomyosin-vermittelten Strömung der Oberfläche. Außerdem könnte die Chiralität in der Zellbewegung durch das Zusammenspiel solcher Strukturelemente mit der Umgebung, einschließlich ihrer geometrischen und mechanischen Eigenschaften, bestimmt werden. Die evolutionären Vorteile der helikalen Bewegung könnten in der effizienten Kraftübertragung in elastischen Umgebungen liegen, aber auch in der Effizienz beim Auffinden von Zielstrukturen oder Zellen. Wir werden moderne Methoden der Bildgebung, Zellkraft-Mikroskopie und gezielte Mutationen mit mathematischen Modellen für aktive chirale Agenten und mikromechanischen Modellen für Plasmodium-Sporozoiten kombinieren, um den dominierenden molekularen Effekt zu identifizieren und seinen evolutionären Vorteil für erfolgreiche Infektionen zu ergründen.

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