Medizin am Abend Berlin Fazit: Gezielter Schnitt im Genom schwächt Malaria-Parasiten
Wissenschaftler des Universitätsklinikums Heidelberg veröffentlichen neue Technik im Journal „Genome Biology“
Heidelberger Wissenschaftlern sind einem Impfstoff gegen Malaria ein
kleines Stück näher gekommen:
- Es gelang ihnen, Malaria-Erregern einen
Teil des Genoms mit mehr als 200 Genen zu amputieren.
- Die gentechnisch
veränderten Parasiten können sich im Wirtskörper nicht mehr vollständig
entwickeln und sind daher ein leichtes Ziel für das Immunsystem.

Das Bild zeigt sich entwickelnde Parasiten (rot) in einer
kultivierten Leberzelle (gelb); DNA der Parasiten und Leberzelle ist in
Cyan dargestellt. Mirko Singer, Universitätsklinikum Heidelberg
Eine
Impfstudie mit Mäusen brachte trotzdem keinen 100-prozentigen Erfolg.
Zwar waren die meisten geimpften Tiere anschließend vor Infektionen
geschützt, ein kleiner Teil der abgeschwächten
Parasiten schaffte es
allerdings, den Schaden am Erbgut zu kitten. Sie verwendeten dazu einen
Reparaturmechanismus, mit dem man bei den Erregern nicht gerechnet
hatte. „Wir haben wieder einmal gelernt, wie widerstandsfähig diese
Einzeller sind“, sagt Professor Dr. Friedrich Frischknecht vom Zentrum
für Infektiologie des Universitätsklinikums Heidelberg. „Trotzdem sind
wir sicher, dass sich die neue Technik z.B. in Kombination mit anderen
Strategien dazu eignet, einen sicheren Impfstoff zu entwickeln.“ Bisher
ließen sich maximal drei Gene der Parasiten ausschalten. Die Arbeit ist
jetzt online im Journal „Genome Biology“ erschienen.
Mehr als 300 Millionen Menschen erkranken jährlich an Malaria, einer
Krankheit der Ärmsten in Afrika, Südasien und Südamerika - mehr als eine
halbe Million sterben jedes Jahr daran;
betroffen sind besonders Kinder
unter fünf Jahren.
Die Erreger, sogenannte
Plasmodien, werden von
Stechmücken übertragen und befallen als erstes
Leberzellen.
Dort
entwickeln sie sich zu einer aggressiven Form weiter,
die in rote
Blutzellen eindringt, sich dort massenhaft vermehrt und die Blutzellen
zerstört.
Dies verursacht die häufig lebensgefährlichen Symptome der
Malaria:
Fieber, Blutarmut bis hin zu Organversagen. Es wurden zwar
inzwischen zahlreiche Medikamente zur Bekämpfung der Parasiten im Körper
entwickelt, doch meist entwickeln sich früher oder später Resistenzen.
Helfen kann wahrscheinlich auf lange Sicht nur eine Impfung.
Impfstoffe mit dem gesamten, unschädlich gemachten Erreger entwickeln
Erste Impfstoffkandidaten, die bereits in klinischen Studien getestet
wurden, richten sich gegen einzelne Proteine des Parasiten. Der erste
wurde dieses Jahr auch für Impfungen zugelassen, bietet aber keinen
ausreichenden Schutz. Mehr Hoffnung setzen manche Forscher dagegen in
Impfstoffe mit dem gesamten, unschädlich gemachten Erreger. Dazu werden
Plasmodien genetisch so verändert, dass sie zwar noch in die Leberzellen
eindringen und so das Immunsystem alarmieren und aktivieren, ihren
Entwicklungsprozess in der Leber allerdings nicht abschließen können.
Diese Strategie wurde am Universitätsklinikum Heidelberg entwickelt, im
Tierversuch erprobt und 2004 und 2005 veröffentlicht. Das Team um Dr.
Kai Matuschewski, heute Professor an der Humboldt Universität in Berlin,
zerstörte damals erstmals gezielt ein Schlüsselgen im Plasmodiengenom,
das für das Wachstum des Parasiten in der Leberzelle essentiell ist.
Seither feilten Wissenschaftler weltweit weiter an dieser Methode.
Sie
stellten gentechnisch veränderte Parasiten her, denen bis zu drei
verschiedene Gene fehlten, um einen ausreichend sicheren Impfstoff zu
erhalten. Doch immer gelingt es einzelnen Parasiten, Malaria auszulösen.
Mirko Singer und seine Kollegen der Abteilung Parasitologie am Zentrum
für Infektiologie des Universitätsklinikums Heidelberg gingen daher noch
einen Schritt weiter: Mit Hilfe eines gezielt eingesetzten,
DNS-schneidenden Proteins trennte er einen ganzen Abschnitt des Genoms
mit rund 200 Genen von der restlichen Erbinformation ab.
Dazu ergänzte
er das Erbgut der Erreger um den genetischen Bauplan für das benötigte
Schneideprotein, eine sogenannte Zinkfinger-Nuklease.
Rufen die
Parasiten bei ihrem Eintritt in die Leberzellen bestimmte Informationen
ihres Erbguts ab, die sie für ihre weitere Entwicklung benötigen,
aktivieren sie automatisch auch die Nuklease, die das Genom zerteilt.
Die dabei entstehenden nahezu glatten Schnittkanten hätten eigentlich
irreparabel sein sollen, der Parasit schaffte es zur Überraschung der
Forscher in wenigen Fällen aber trotzdem. Die Heidelberger Forscher
konnten den dazu benutzten Mechanismus identifizieren. „Wir haben
gezeigt, dass
Zinkfinger-Nukleasen in Plasmodium sehr gut und
zuverlässig funktionieren. Die nächste Herausforderung besteht nun
darin, den Reparaturmechanismus mit mehrfachen Schnitten komplett zu
überfordern“, so der Ersautor Singer.
Literatur:
Zinc finger nuclease-based double-strand breaks attenuate malaria
parasites and reveal rare microhomology-mediated end joining. Singer
Mirko, Marshall Jennifer, Heiss Kirsten, Mair Gunnar, Grimm Dirk,
Mueller Ann-Kristin, Frischknecht Friedrich.
Genome Biology.2015, 16:249. DOI: 10.1186/s13059-015-0811-1. URL:
http://www.genomebiology.com/2015/16/1/249
Medizin am Abend Berlin DirektKontakt:
Prof. Dr. Friedrich Frischknecht
Abteilung Parasitologie
Zentrum für Infektionskrankheiten
Universitätsklinikum Heidelberg
Tel: 06221 56-6537
E-Mail: freddy.frischknecht@med.uni-heidelberg.de
Julia Bird
Universitätsklinikum Heidelberg
Universitätsklinikum und Medizinische Fakultät Heidelberg
Krankenversorgung, Forschung und Lehre von internationalem Rang
Das Universitätsklinikum Heidelberg ist eines der bedeutendsten
medizinischen Zentren in Deutschland; die Medizinische Fakultät der
Universität Heidelberg zählt zu den international renommierten
biomedizinischen Forschungseinrichtungen in Europa. Gemeinsames Ziel ist
die Entwicklung innovativer Diagnostik und Therapien sowie ihre rasche
Umsetzung für den Patienten. Klinikum und Fakultät beschäftigen rund
12.600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und engagieren sich in
Ausbildung und Qualifizierung. In mehr als 50 klinischen Fachabteilungen
mit ca. 1.900 Betten werden jährlich rund 66.000 Patienten voll- bzw.
teilstationär und mehr als 1.000.000 mal Patienten ambulant behandelt.
Das Heidelberger Curriculum Medicinale (HeiCuMed) steht an der Spitze
der medizinischen Ausbildungsgänge in Deutschland. Derzeit studieren ca.
3.500 angehende Ärztinnen und Ärzte in Heidelberg.
www.klinikum.uni-heidelberg.de
Weitere Informationen für international Medizin am Abend Berlin Beteiligte
http://Weitere Informationen zur Forschungsgruppe
http://www.klinikum.uni-heidelberg.de/Malaria-3-Frischknecht.100117.0.html
Zentrum für Infektiologie
http://www.klinikum.uni-heidelberg.de/UEberblick.1208.0.html