Shedding light on Plasmodium knowlesi food vacuoles

Die Nahrungsvakuole ist der Ort an dem der Abbau des Hamoglobins im Malaria Parasiten stattfindet; diese Vakuole ist einzigartig fur den Genus Plasnodium und reprasentiert somit ein unschatzbares Ziel zur Entwicklung fur Anti-Malaria Komponenten. Diese Organelle und der wichtige Prozess, der in ihr ablauft, ist sehr gut karakterisiert fur P. falciparum, fur andere Malaria Arten des Menschen jedoch fehlt das Wissen uber die Art dieser zellularen Komponente. Auf Grund der Vorliebe von P vivax fur eine bestimmte Wirtszelle, bleibt die in vitro Kultur des Parasiten eine Herausforderung. Ein Ausweg bietet der nah verwandte Malaria Parasit, P. knowlesi: Die an eine in vitro Kultur angepassten Stamme und ein vor kurzem entwickeltes Transfektionssystems kennzeichnen diesen Parasiten als vielseitiges Werkzeug, um eine ‘vivax-ahnliche’ Biologie zu studieren. Die Biologie der Nahrungsvakuole von P. knowlesi, der auch Zoonose- Krankheiten beim Menschen verursachen kann, wird in den Studien zu dieser Diplomarbeit beschrieben; die Zielsetzung der Arbeit war es, die Unterschiede hervorzuheben, die zwischen verschiedenen Parasitenarten bestehen konnen. Um die Morphologie der Nahrungsvakuolen der phylogenetisch verwandten Parasiten P. vivax, P. knowlesi und P. cynomolgi mit P. falciparum zu vergleichen, ist eine Kombination von Farbetechnicken und ‘life-time’ konfokaler Mikroskopie verwendet worden, die die Expression von fluoreszierenden Fusionsproteinen innerhalb der Vakuole zeigt. Verschiedene Arten von Nahrungsvakuolen, die aktief Hamoglobin abbauen, waren in Parasiten vom ‘vivax’-Typ zu beobachten, im Gegensatz zu einer einzigen, grosen Nahrungsvakuole, die in P. falciparum zu sehen war. Zusatzlich ist Elektronenmikroskopie verwendet worden, um diese Studien zu erganzen. PlasmepsinIV (PM4) ist eines der Schlusselenzyme, die am Abbau von Hamoglobin beteiligt sind. Das pkpm4 Gen in P. knowlesi wurde so verandert, dass es eine Kopie von pkpm4 hervorbringt, die eine FKBP (‘FK506 binding protein’)-Destabilisierungsdomane (DD) enthalt. Dieses veranderte Gen kreiert Parasiten, die ein unstabiles PkPM4 Protein hervorbringen, das nur in Gegenwart von der Komponente Shield-1 stabil ist. In einem aminosaurelimitierenden Medium sind Parasiten abhangig von dem Abbau des Hamoglobins als Aminosauerequelle. In Abwesenheit von Shield-1 bleiben die Parasiten lebensfahig, aber ein aminosaurelimitierendes-Medium wirkt sich negativ sowohl auf das Aussehen wie auf das Wachstum der pkpm4DD Parasiten aus, wahrend der Wildtyp P. knowlesi unberuhrt bleibt. Hiermit wird die Rolle des PKPM4 fur den Aminosaureabbau unterstrichen Dies Resultat suggeriert aber auch, das das Enzym nicht essentiell ist fur die asexuelle Lebensfahigkeit des Parasiten. Die Nahrungsvakuole wird auch als Ziel fur Chloroquine gesehen, ein Medikament, das viele Jahre lang erfolgreich eingesetzt wurde, um die menschliche Malaria zu behandeln. Durch das Entstehen von Resistenzen ist Chloroquine heutzutage weniger effizient in der Behandelung von Malaria verursacht durch P. falciparum. Mutationen in PfCRT, einem ‘channel-like’ Protein auf der Membran der Nahrungsvakuole sind in die Chloroquine-Resistenz bei P. falciparum verwickelt, obwohl keine Mutationen in dem homologen PvCRT Protein in resistenten P. vivax Parasiten identifiziert wurden, was auf einen Unterschied im Resistenz-Mechanismus der beiden Parasiten hinweist. Um zu bewerten, ob PfCRT fahig ist die Empfindlichkeit gegen das Medikament zu verandern, wurde ein Chloroquine-resistentes PfCRT Allel in P. knowlesi uberexprimiert. Dieser Versuch resultierte in einer vierfach ansteigenden Toleranz gegen Chloroquine in einem Parasiten vom ‚vivax-Typ’, was darauf hinweist, dass PfCRT fahig ist, die Chloroquine Toleranz in einem ‚nonfalciparum’ Parasiten zu modifizieren. Diese Studien zeigen die Bedeuting eines vielseitigen in vitro Kultur- und Transfektionssystems in einem Parasiten, der phylogenetisch nah verwandt ist mit dem zweitwichtigsten Malariaparasiten, und nutzen es um einige Hauptunterschiede hervorzuheben, die zwischen verschiedene Parasiten bestehen bezuglich der Zielorganelle fur das Medikament. Forschung an fundamentalen biologischen Prozessen von P. knowlesi kann uns Einsichten verschaffen in die Biologie von ‚vivax-ahnlichen’ Parasiten und uns zudem ein unverzichtbares Hilfsmittel zur Verfugung stellen fur Studien an Medikamenten und Impfstoffen.