Prof. Markus Meissner: Die Toxoplasmose - Zoonose

Medizin am Abend Berlin - MaAB- Fazit: Toxoplasmose: Erreger mit molekularem Universalschlüssel

LMU-Parasitologen zeigen, dass ein Komplex zweier Proteinvarianten für die Infektion mit Toxoplasmose eine wesentliche Rolle spielt.

• Die Toxoplasmose gehört zu den weltweit am meisten verbreiteten Zoonosen. 

Dabei handelt es sich um eine Infektionskrankheit, die durch den Parasit Toxoplasma gondii verursacht wird. 

• Die Endwirte sind zwar Katzen, aber der Parasit kann jedes warmblütige Tier befallen, auch den Menschen. 

Ein Team um Prof. Markus Meissner, Leiter des LMU-Lehrstuhls für Experimentelle Parasitologie, hat nun untersucht, wie es dem Erreger gelingt, ein so breites Wirtsspektrum zu infizieren, und dabei einen zentralen Proteinkomplex identifiziert.

Toxoplasma gehört zu einer Gruppe einzelliger Parasiten, die als Apicomplexa bezeichnet werden. 

Im Gegensatz zu Toxoplasma sind die meisten Arten dieser Gruppe auf bestimmte Wirte und Zelltypen beschränkt.  

Der Malaria-Erreger Plasmodium etwa ist sehr artspezifisch und kann nur Leberzellen und rote Blutkörperchen infizieren. 

Nach Ansicht der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler deutet das breite Wirtsspektrum von Toxoplasma darauf hin, dass der Parasit mehrere Strukturen der Wirtszelle erkennen kann, was dann zur Aktivierung eines grundlegenden Invasionskomplexes führt.

„Unsere Hypothese war, dass dieser Invasionskomplex stark konserviert und sowohl in Toxoplasma als auch in Plasmodium vorhanden ist“, sagt Dr. Mirko Singer, der Erstautor der Studie. 

„Um die Invasionsmechanismen und mögliche Gründe für die unterschiedliche Wirtsspezifität zu untersuchen, haben wir die Faktoren verglichen, die bei Toxoplasma und Plasmodium an der Invasion des Wirts beteiligt sind."

Zusammenspiel zweier Varianten

Bei ihren Analysen der Invasionsfaktoren konzentrierten sich die Forschenden auf eine Familie riesiger modularer Cystein-Repeat-Proteinen, den so genannten CRMPs, von denen bereits vermutet wurde, dass sie bei der Invasion eine Rolle spielen. 

Plasmodium besitzt vier dieser Proteine, Toxoplasma hingegen hat nur zwei. 

Durch verschiedene Experimente konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen, dass es zwei CRMP-Varianten gibt, die paarweise interagieren – jeweils Variante A mit Variante B. 

Der gesamte Komplex wird im Inneren von Toxoplasma zusammengebaut und landet dann auf der Oberfläche des Parasiten, wo er die Invasion der Wirtszelle einleitet. 

Wird einer der Partner entfernt, kann der Parasit nicht in seine Wirtszelle eindringen – der Komplex dient also als zentrales „Türöffner“ in den Wirt.

Zudem identifizierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bei Toxoplasma zwei zusätzliche kleine Helferproteine, die spezifisch jeweils an einer der Varianten haften. 

„Ohne diese Helfer fällt es Toxoplasma schwerer, in Zellen einzudringen“, sagt Meissner. 

„Interessanterweise fehlen sie bei Plasmodium, was das breitere Wirtsspektrum von Toxoplasma erklären könnte.“

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Originalpublikation:

Mirko Singer, Kathrin Simon, Ignasi Forné, Markus Meissner: A central CRMP complex essential for invasion in Toxoplasma gondii. PLOS Biology 2023

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CAVE: Toxoplasmose: Die Katze ist es...: Risikofaktor für neuropsychische Erkrankung

Medizin am Abend Berlin Fazit: Wie der Toxoplasmose-Parasit die Synapsen im Gehirn umbaut

Toxoplasmose ist eine der häufigsten Infektionskrankheiten. 

Ausgelöst wird sie von einem einzelligen Parasiten namens Toxoplasma gondii. 

Er ist weltweit verbreitet und befällt Vögel und Säugetiere – einschließlich des Menschen. 

Seine Endwirte sind jedoch Katzen. 

Wissenschaftler vom Institut für Inflammation und Neurodegeneration der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OVGU) und vom Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) haben in einer Studie untersucht, wie der Parasit den Stoffwechsel im Gehirn seiner Wirte beeinflusst und nachgewiesen, dass er dort die molekulare Zusammensetzung von Synapsen verändert. 

Die Ergebnisse wurden im Fachmagazin Journal of Neuroinflammation veröffentlicht 


Ildiko Rita Dunay (OVGU) und Karl-Heinz Smalla (LIN) untersuchen den Toxoplasmose-Parasiten gemeinsam mit Daniel Lang (OVGU), der am Mikroskop sitzt.
OVGU/Melitta Dybiona


Etwa 30 bis 50 Prozent aller Menschen haben sich im Laufe ihres Lebens bereits mit Toxoplasmen infiziert.

Bei den über 50-Jährigen geht man sogar von 50 Prozent aus. 

• Toxoplasmose verläuft meist unbemerkt und die Infizierten ahnen gar nicht, dass sie befallen sind. 

Prof. Dr. Ildiko Rita Dunay, Leiterin des Instituts für Inflammation und Neurodegeneration an der OVGU, erklärt:

„Bei gesunden Menschen löst die Infektion kurzzeitige Erkältungssymptome wie Schüttelfrost, Fieber und Gliederschmerzen aus.

Eine solche Infektion kann für Schwangere oder Menschen mit geschwächtem Immunsystem dagegen gefährlich werden. 

Es gibt noch keine Therapie, um den Parasiten wieder loszuwerden, wenn sie das Gehirn befallen. Wer also einmal infiziert ist, bleibt das ein Leben lang.“

Der Parasit nistet sich im Muskelgewebe infizierter Tiere ein, aber nicht nur:

„Toxoplasma gondii wird vom Menschen über die Verdauung aufgenommen, gelangt in den Blutkreislauf und wandert auch ins Gehirn, um sich dort lebenslang in Nervenzellen einzunisten“, beschreibt Dr. Karl-Heinz Smalla vom Speziallabor Molekularbiologische Techniken am LIN.

Magdeburger Wissenschaftler hatten in früheren Versuchen mit Mäusen herausgefunden, dass es bei Toxoplasma gondii infizierten Tieren zu erstaunlichen Verhaltensänderungen kommt:

„Die Mäuse, die ja Beutetiere von Katzen sind, hatten nach der Infektion ihre natürliche Furcht vor Katzen verloren. Wenn man den Nagern den Geruch von Katzenurin präsentierte, schienen sie sogar eine Präferenz für Katzen entwickelt zu haben“, so die Forscher. Um diese Verhaltensänderungen zu erklären, untersuchten sie deshalb Veränderungen in den Mäusegehirnen – und zwar insbesondere die molekulare Zusammensetzung von Synapsen, da diese die essentiellen Strukturen für die Signalverarbeitung Im Hirn sind.

In einer Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung in Braunschweig konnten sie dabei nachweisen:

Bei insgesamt 300 synaptischen Proteinen hatten sich die Mengen im Gehirn nach einer Toxoplasmose-Infektion verändert. Besonders stark reduziert waren vor allem Proteine an Glutamat-freisetzenden erregenden Synapsen.  

Andererseits wurden erhöhte Mengen an Proteinen, die an Immunantworten beteiligt sind, gefunden.

• Zur Therapie von Toxoplasmose-Infektionen wird oft Sulfadiazin eingesetzt, das die Vermehrung der Toxoplasmen teilweise behindert. 

Der Psychiater und Neurowissenschaftler Dr. Björn Schott erläutert:

„Wir wollten nun herausfinden, wie sich eine Sulfadiazin-Behandlung auf die infektionsbedingt auftretenden molekularen Veränderungen im Gehirn auswirkt.“

Das Ergebnis: 

Die Proteinzusammensetzung in den Mäusehirnen war nach der Behandlung vergleichbar mit der von nicht infizierten Artgenossen.

„Alle untersuchten Proteine, die für die glutamaterge Signalübertragung zuständig sind, waren wieder im Normalbereich.

Und auch die Entzündungsaktivität ging messbar zurück.“

Die Infektion führt scheinbar zu einer gesteigerten Immunantwort, die die an der Glutamat-vermittelten synaptischen Erregung beteiligten Proteine verringert, während Sulfadiazin die Toxoplasmen reduziert und dadurch die Immunantwort normalisiert und somit eine Erholung synaptischer Proteine bewirkt.

Auch für Menschen könnten diese Erkenntnisse medizinisch relevant sein.

„Sie unterstützen die Vermutung, dass Toxoplasma gondii ein Risikofaktor für neuropsychische Erkrankungen ist. 

• Fehlfunktionen glutamaterger Synapsen werden mit den Ursachen von Depressionen, Schizophrenie und Autismus in Verbindung gebracht. 

Auch Komponenten der Immunantwort zeigen Bezüge zu diesen Erkrankungen.

Das legt den Verdacht nahe, dass möglicherweise durch Immunreaktionen Veränderungen an der Synapse verursacht werden, die zu neuropsychiatrischen Störungen führen können“, fasst die Neuroimmunologin Dunay zusammen.

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Originalpublikation:

DOI: 10.1186/s12974-018-1242-1

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http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30068357

Wie der Toxoplasmose-Parasit die Synapsen im Gehirn umbaut

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