Physikalische Prinzipien von Parasiten-Wirts-Interaktionen bei Infektionen mit Giardia muris

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Anja Erika Hauser; Dr. Sebastian Rausch
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492014183

Giardien sind parasitisch lebende Protozoen, deren Trophozoitenstadium den oberen Darmtrakt des Menschen und vieler weiterer Wirbeltiere befällt. Dieser Lebensraum ist zwar reich an Nährstoffen, der Parasit muss es aber vermeiden, über die Peristaltik ausgeschieden zu werden. Zudem bedingt ein enger Kontakt des Parasiten mit den sich schnell erneuernden Epithelzellen regelmäßige Standortwechsel, und die Nähe zu den darunter liegenden Immunzellen macht die Trophozoiten zum leichten Ziel für die Wirtsabwehr. Schließlich wird das unsichere Terrain durch den mit Abwehrstoffen gespickten viskoelastischen Mukus bedeckt. Um diese Herausforderungen zu meistern, haben Giardien mehrere beeindruckende Anpassungen entwickelt. Eine Haftscheibe erlaubt die Verankerung der Trophozoiten innerhalb von Sekundenbruchteilen und die Erneuerung dieses Organells bei der Zellteilung dauert nur wenige Minuten. Zudem besitzen Giardien vier Geißelpaare, welche das Eindringen und die Fortbewegung im Mukus ermöglichen. Dies verdeutlicht, dass Giardien physikalische Prinzipien nutzen, um sich an ihren Lebensraum im Wirt anzupassen-umgekehrt wirken sie dabei auf den Wirt ein. Unser Projekt befasst sich daher mit zwei übergreifenden Fragen: 1) Wie flexibel sind Giardien in ihrer Lebensweise in Reaktion auf die Kräftedynamik im Wirtsorgan? 2) Spüren Wirtszellen die von Giardien ausgeübten mechanischen Kräfte und reagieren sie darauf? Bei der Untersuchung der physikalischen Aspekte einer natürlichen Parasit-Wirt Interaktion werden wir uns zunächst auf den Parasiten konzentrieren. Mittels Intravitalmikroskopie analysieren wir quantitativ die Motilität von G. muris im Darm der Maus, der natürlichen Umgebung. Während der Anheftung von G. muris auf das Darmepithel ausgeübte mechanische Kräfte werden wir mit Hilfe von Darmorganoiden über Atomic-Force-Mikroskopie ermitteln. Um dem bilateralen Charakter der Parasiten-Wirts-Beziehung gerecht zu werden, werden wir die Effekte der Anheftung von G. muris auf die Wirtszellen genauer aufschlüsseln. Im Vordergrund stehen hierbei die Wahrnehmung des Prozesses durch verschiedene Zellarten sowie die Frage, wie die entstehenden Kräfte in das Darmgewebe übertragen werden. Schließlich werden wir mit genetischen und pharmakologischen Eingriffen untersuchen, ob die Mechanosensorik von Zellen der Darmbarriere eine Kontrolle der Infektion beeinflusst. Unser Projekt bietet die Möglichkeit zur Ausarbeitung einer Vielzahl von Synergien innerhalb des DFG-Schwerpunktprogramms 2332. Zum einen widmet sich das Projekt einem Parasiten, der physikalische Prinzipien der eigenen Lokomotion und Adhäsion, sowie die Herausforderungen durch die besiedelte Umgebung mit anderen in diesem Schwerpunktprogramm bearbeiteten Organismen teilt. Zum anderen nutzen und teilen wir spezielle Mikroskopietechniken sowie neuartige funktionelle Analysesysteme, um die Reaktionen des Wirts auf die von Parasiten ausgeübten mechanischen Kräfte zu untersuchen.

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