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Foto: ©iStockphoto.com/abadonian
 
Infektiologie 29. November 2011

Schutz vor schwerer Malaria

Der Parasit verwendet das Eiweiß Aktin aus dem Zellskelett des Erythrozyten für ein eigenes Wegenetz.

Ein defekter Blutfarbstoff blockiert den Aufbau eines wichtigen Transportsystems des Malariaparasiten in infizierten Blutkörperchen. Forscher haben dieses Rätsel gelöst: Ein Abbauprodukt des veränderten Hämoglobins schützt vor einem schweren Verlauf der Malaria.

 

Innerhalb der vom Malaria-Erreger infizierten Erythrozyten blockiert es den Aufbau eines Transportsystems, über das spezielle Haftproteine des Erregers an die Außenseite der Blutzellen gelangen. So bleiben die befallenen Blutzellen nicht – wie für diese Malariaform typisch – an den Gefäßwänden hängen. Gefährliche Durchblutungsstörungen und neurologische Komplikationen bleiben aus.

Haftproteine verursachen Durchblutungsstörungen

Grund für die häufig mit Malaria tropica auftretenden neurologischen Komplikationen ist eine Eigenart des Erregers Plasmodium falciparum: Er bildet spezielle Haftproteine, die zur Zelloberfläche der befallenen Blutkörperchen gelangen. Dort sorgen sie dafür, dass die Erythrozyten an Gefäßwänden haften bleiben – sie können damit nicht in der Milz als beschädigt erkannt und aus dem Verkehr gezogen werden. Der Schutzmechanismus des Parasiten hat zur Folge, dass sich kleinere Gefäße verschließen, entzünden und z.B. Teile des Nervensystems nicht mehr ausreichend mit Sauerstoff versorgt werden.

Diese Komplikationen treten bei Menschen mit veränderten Varianten des Hämoglobins abgeschwächt oder gar nicht auf. „Auf der Zelloberfläche befallener Erythrozyten mit verändertem Hämoglobin finden sich deutlich weniger Haftproteine des Parasiten als bei normalen Erythrozyten“, erklärt Prof. Dr. Michael Lanzer, Direktor des Instituts für Parasitologie am Universitätsklinikum Heidelberg. „Wir haben daher den Transportweg innerhalb der Wirtszelle genauer untersucht.“ Das Team verglich dazu Blutzellen mit normalem Hämoglobin und zwei Hämoglobinvarianten (Hämoglobin S und Hämoglobin C), die bei rund einem Fünftel der afrikanischen Bevölkerung in Malaria-Gebieten vorkommen.

Transportsystem erstmals sichtbar gemacht

Dabei entdeckten die Wissenschaftler mit Hilfe hochauflösender Mikroskopieverfahren wie der Kryo-Elektronentomographie einen neuen Transportmechanismus: Der Parasit verwendet ein bestimmtes Eiweiß (Aktin) aus dem Zellskelett des Erythrocyten für ein eigenes Wegenetz. „Es bildet sich ein vollständig neues Gebilde, das keine Ähnlichkeit mit dem übrigen Zellskelett hat“, erklärt Dr. Marek Cyrklaff, Arbeitsgruppenleiter und Erstautor des Artikels (Science, DOI: 10.1126/science.1213775; 2011). „Über diese Aktinfasern gelangen die Vesikel mit den Haftproteinen vom Parasiten direkt zur Zelloberfläche des roten Blutkörperchens.“

Bei Erythrozyten mit den beiden Hämoglobinvarianten finden sich aber nur kurze Aktin-Ästchen, ein gezielter Transport zur Oberfläche ist nicht möglich. Das gesamte Transportsystem des Malaria-Erregers ist in diesen Blutzellen degeneriert. Labortests ergaben, dass dafür nicht die Hämoglobine selbst, sondern ein Abbauprodukt, das Ferryl-Hämoglobin, verantwortlich ist. Dabei handelt es sich um irreversibel geschädigtes, chemisch verändertes Hämoglobin, das keinen Sauerstoff mehr binden kann. Die Hämoglobine S und C sind deutlich instabiler als normales Hämoglobin; in Blutzellen mit diesen Varianten findet sich daher zehnmal mehr Ferryl-Hämoglobin als in anderen Erythrozyten. Diese hohe Konzentration destabilisiert die Bindungen des Aktingeflechts – es zerfällt. „Mit Hilfe dieser Ergebnisse haben wir erstmals einen molekularen Mechanismus beschrieben, der die Schutzwirkung dieser Hämoglobinvarianten gegen Malaria erklärt“, so Lanzer.

Uni Heidelberg/FH, Ärzte Woche 48 /2011

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