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Energiestoffwechsel des Erregers der Schlafkrankheit untersucht

Die afrikanische Schlafkrankheit (afrikanische Trypanosomiasis) ist eine tödliche Infektionskrankheit, die in weiten Teilen Afrikas verbreitet ist. Der Erreger ist ein einzelliger, begeißelter Parasit der Gattung Trypanosoma (Trypanosoma brucei). Es gibt ungefähr 30.000 mit T. brucei infizierte Menschen; jährlich kommen Hunderte von neuen Fällen dazu. Bislang konnte noch kein Impfstoff gegen die Schlafkrankheit entwickelt werden und – im Gegensatz zu Malaria – auch keine Chemoprophylaxe. Die für die Behandlung zur Verfügung stehenden Medikamente wurden bereits vor 60 Jahren entwickelt und sind daher veraltet, haben schwerwiegende bis tödliche Nebenwirkungen oder sind sehr teuer in ihrer Herstellung. Durch die enge Zusammenarbeit der Forscherinnen und Forscher aus Gießen (Institut für Anatomie und Zellbiologie der Justus-Liebig-Universität Gießen) sowie der Universität Hull und der Hull York Medical School (Großbritannien) wurden neue Erkenntnisse zum Energiestoffwechsel des Parasiten gewonnen, die bei der Entwicklung effektiverer Therapien bei der Schlafkrankheit helfen könnten. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „The Journal of Biological Chemistry“ veröffentlicht.

Ziel der Forschungsarbeiten war, durch besseres Verständnis der zellulären Abläufe gezielt lebenswichtige Prozesse im Parasiten zu unterbinden und ihn dadurch abzutöten. Das Interesse der Forschergruppen um Dr. Claudia Colasante („Medizinische Zellbiologie“: Prof. Dr. Eveline Baumgart-Vogt, Institut für Anatomie und Zellbiologie, Gießen) und Prof. Dr. Frank Voncken („Molecular and Biochemical Parasitology“, Department of Biological Sciences and HYMS, Hull, Großbritannien) galt dabei dem Energiestoffwechsel von T. brucei, also der Art und Weise, wie der Parasit Nährstoffe aufnimmt, abbaut und zu Energie umwandelt.

Wie jede lebende Zelle benötigt auch T. brucei Energie in Form des Moleküls Adenosintriphosphat (ATP). ATP wird in einer membranumgrenzten Region – den sogenannten Mitochondrien, die „Kraftwerke der Zelle“ – produziert und an den Rest der Zelle verteilt. Da die Membranumgrenzung für Moleküle undurchlässig ist, kann das ATP nur durch spezialisierte Pforten die Mitochondrien verlassen. In menschlichen Zellen bestehen diese Pforten aus einem Protein, einem sogenannten ATP-Carrier. Der ATP-Carrier bildet eine Pforte durch die mitochondriale Membranhülle: Im Inneren der Mitochondrien wird ATP vom ATP-Carrier erkannt und abgefangen, durch die Pforte geschleust und an der Außenseite wieder abgegeben. Ein funktionierender ATP-Carrier ist daher essentiell für die ausreichende Versorgung der Zelle mit Energie.

Durch Proteinstammbaumanalysen ist es den Forscherinnen und Forschern aus Gießen und Hull gelungen, einen möglichen ATP-Carrier (genannt TbMCP5, „T. brucei mitochondrial carrier protein 5“) von T. brucei zu identifizieren. Hefe-Zellen, deren eigener ATP-Carrier ausgeschaltet wurde, können mittels TbMCP5 das ATP aus den Mitochondrien schleusen und dadurch ihre Lebensfähigkeit erhalten. Wurde TbMCP5 in T. brucei ausgeschaltet, so wiesen die Parasiten dramatische Veränderungen des Energiestoffwechsels auf. Diese sind darauf zurückzuführen, das ATP das Mitochondrium nicht mehr verlassen kann und die Zelle deshalb nur unzureichend mit Energie versorgt wird. Ohne den ATP-Carrier TbMCP5 ist T. brucei daher nicht überlebenslebensfähig.

Das zunehmende Wissen über den Erreger und die Erforschung neuer möglicher Angriffsziele für Medikamente – insbesondere Proteine, die für das Überleben von T. brucei notwendig sind – bringt die Entwicklung einer effektiveren Therapie gegen die Schlafkrankheit ein Stück näher.

Die afrikanische Schlafkrankheit
Die afrikanische Schlafkrankheit ist in 36 subsaharischen Ländern verbreitet, in denen auch die Tsetsefliege lebt – neben dem Menschen der zweite Wirt des krankheitsauslösenden Parasiten Trypanosoma brucei. Aktuellen Schätzungen zufolge gefährdet die Krankheit rund 70 Millionen Menschen in einigen der ärmsten Regionen Afrikas (wie Sudan, Tschad, Kongo, Angola und Zentralafrika).

Die Infektion äußert sich nach dem Stich der Tsetsefliege zunächst mit Malaria-ähnlichen Symptomen, bevor sie in die neurologische Phase übergeht, in der die Parasiten das zentrale Nervensystem befallen. Dies führt unter anderem zu Apathie und Schläfrigkeit. Unbehandelt führt die neurologische Phase zum Koma, aus dem die Erkrankten nicht mehr erwachen. Die Diagnose der Schlafkrankheit ist kompliziert. Eine Therapie wird zudem erschwert durch starke Nebenwirkungen der Medikamente sowie durch die zunehmende Arzneimittelresistenz der Parasiten.

Publikation
Priscila Peña-Diaz, Ludovic Pelosi, Charles Ebikeme, Claudia Colasante, Fei Gao,Frederic Bringaud and Frank Voncken: Functional Characterization of TbMCP5, a Conserved and Essential ADP/ATP Carrier Present in the Mitochondrion of the Human Pathogen Trypanosoma brucei. The Journal of Biological Chemistry 2012 Dec 7; 287(50):41861-74. doi: 10.1074/jbc.M112.404699 (Uni Gießen)