Ein gewöhnlicher Parasit könnte Medikamente ins Gehirn transportieren: Wie Wissenschaftler Toxoplasma gondii vom Feind zum Freund verwandeln

Parasiten haben sehr schädliche Folgen für die Gesundheit von Mensch und Tier. Aber Forscher haben möglicherweise einen Weg gefunden, Patienten mit Hirnstörungen und einem häufigen Hirnparasiten zu Feinden zu machen.

Eine neue Studie veröffentlicht in Naturmikrobiologie war der erste, der einen einzelligen Parasiten, Toxoplasma gondii, verwendete, um therapeutische Proteine ​​in Gehirnzellen zu injizieren. Das Gehirn ist sehr wählerisch, was es zulässt, einschließlich vieler Medikamente, was die Behandlungsmöglichkeiten für neurologische Erkrankungen einschränkt.

Als Professor für Mikrobiologie habe ich meine Karriere der Suche nach Möglichkeiten zur Abtötung gefährlicher Parasiten wie Toxoplasmen gewidmet. Ich bin fasziniert von der Aussicht, dass wir ihre Waffen zur Behandlung anderer Krankheiten einsetzen könnten.

Mikroben als Medizin

Seit Wissenschaftler erkannt haben, dass mikroskopisch kleine Organismen Krankheiten verursachen können (dies wurde im 19. Jahrhundert als Keimtheorie der Krankheit bezeichnet), arbeitet die Menschheit daran, das Eindringen von Infektionserregern in ihren Körper zu verhindern. Die verständliche Abneigung vieler Menschen gegenüber Keimen macht die Idee, diese mikrobiellen Widersacher für therapeutische Zwecke zu adaptieren, möglicherweise kontraintuitiv.

Aber die Vorbeugung und Behandlung von Krankheiten mithilfe der Mikroben, die uns bedrohen, gibt es schon lange vor der Keimtheorie. Bereits im 16. Jahrhundert bemerkten Menschen im Nahen Osten und in Asien, dass Menschen, die das Glück hatten, die Pocken zu überleben, nie wieder infiziert wurden. Diese Beobachtungen führten dazu, dass eine nicht infizierte Person absichtlich der Substanz aus den mit Eiter gefüllten Wunden einer infizierten Person ausgesetzt wurde, in der sich unwissentlich das abgeschwächte Pockenvirus befand, um sie vor einer schweren Krankheit zu schützen.

Dieses Impfkonzept hat zu einer Fülle von Impfstoffen geführt, die unzählige Leben gerettet haben.

Viren, Bakterien und Parasiten haben auch viele Tricks entwickelt, um in Organe wie das Gehirn einzudringen, und könnten so umgestaltet werden, dass sie Medikamente in den Körper transportieren. Zu diesen Anwendungen könnten Viren für die Gentherapie und Darmbakterien zur Behandlung einer Darminfektion namens C. diff gehören.

Warum können wir nicht einfach eine Pille gegen Gehirnkrankheiten nehmen?

Tabletten bieten eine bequeme und wirksame Möglichkeit, Medikamente in den Körper einzuführen. Chemische Medikamente wie Aspirin oder Penicillin sind klein und werden leicht vom Darm aufgenommen und gelangen in den Blutkreislauf.

Biologische Arzneimittel wie Insulin oder Semaglutid hingegen sind große und komplexe Moleküle, bei denen die Gefahr besteht, dass sie im Magen zerfallen, bevor sie absorbiert werden können. Außerdem sind sie zu groß, um die Darmwand zu passieren und in den Blutkreislauf zu gelangen.

Alle Medikamente, insbesondere Biologika, haben aufgrund der Blut-Hirn-Schranke große Schwierigkeiten, in das Gehirn einzudringen. Die Blut-Hirn-Schranke ist eine Zellschicht, die die Blutgefäße des Gehirns auskleidet und als Pförtner fungiert, um zu verhindern, dass Keime und andere unerwünschte Substanzen in die Neuronen gelangen.

Toxoplasma bietet einen Lieferservice für Gehirnzellen an

Toxoplasma-Parasiten infizieren alle Tiere, auch den Menschen. Eine Infektion kann auf verschiedene Weise erfolgen, unter anderem durch die Aufnahme von Sporen, die im Kot infizierter Katzen freigesetzt werden, oder durch den Verzehr von kontaminiertem Fleisch oder Wasser. Bei gesunden Menschen verursacht Toxoplasmose nur leichte Symptome, bei immungeschwächten Menschen und beim schwangeren Fötus kann sie jedoch schwerwiegend sein.

Im Gegensatz zu den meisten Krankheitserregern kann Toxoplasma die Blut-Hirn-Schranke überwinden und in Gehirnzellen eindringen. Sobald der Parasit in Neuronen dringt, setzt er eine Reihe von Proteinen frei, die die Genexpression seines Wirts verändern, was möglicherweise ein Faktor für die Verhaltensänderungen ist, die er bei infizierten Tieren und Menschen hervorruft.

In einer neuen Studie hat ein internationales Forscherteam das System gekapert, mit dem Toxoplasma Proteine ​​in seine Wirtszelle absondert. Das Team hat Toxoplasma gentechnisch verändert, um ein Hybridprotein zu erzeugen, indem es eines seiner abgesonderten Proteine ​​mit einem Protein namens MeCP2 fusionierte, das die Genaktivität im Gehirn reguliert und es MeCP2 ermöglicht, in Neuronen zu gelangen. Die Forscher fanden heraus, dass die Parasiten das Proteinhybrid MeCP2 in Neuronen absonderten, die in einer Petrischale gezüchtet wurden, sowie in die Gehirne infizierter Mäuse.

Ein genetischer Mangel des MECP2-Proteins führt zu einer seltenen Entwicklungsstörung des Gehirns, dem Rett-Syndrom. Gentherapieversuche mit Viren zur Bereitstellung des MeCP2-Proteins zur Behandlung des Rett-Syndroms sind im Gange. Wenn Toxoplasma eine Form des MeCP2-Proteins in Gehirnzellen transportieren kann, könnte dies eine weitere Option zur Behandlung dieser derzeit unheilbaren Krankheit darstellen. Es könnte auch eine weitere Behandlungsoption für andere neurologische Probleme darstellen, die auf fehlerhafte Proteine ​​zurückzuführen sind, wie beispielsweise die Alzheimer-Krankheit und die Parkinson-Krankheit.

Der lange Weg liegt vor uns

Der Weg vom Labor zum Krankenbett ist lang und voller Hindernisse. Erwarten Sie also nicht, in absehbarer Zeit verändertes Toxoplasma in der Klinik zu sehen.

Die offensichtliche Komplikation bei der medizinischen Verwendung von Toxoplasma besteht darin, dass es eine schwere und dauerhafte Infektion verursachen kann, für die es derzeit keine Heilung gibt. Eine Infektion einer Person mit Toxoplasma kann lebenswichtige Organsysteme wie Gehirn, Augen und Herz schädigen.

Allerdings tragen derzeit bis zu einem Drittel der Weltbevölkerung Toxoplasmen im Gehirn in sich, offenbar ohne Zwischenfälle. Neue Studien haben die Infektion mit einem erhöhten Risiko für Schizophrenie, Wutstörungen und Rücksichtslosigkeit in Verbindung gebracht, was darauf hindeutet, dass diese stille Infektion manche Menschen für schwerwiegende neurologische Probleme prädisponieren kann.

Auch die hohe Prävalenz von Toxoplasma-Infektionen kann eine zusätzliche Komplikation darstellen, da sie viele Menschen davon abhält, sich behandeln zu lassen. Da die Milliarden von Menschen, die den Parasiten bereits in sich tragen, eine Immunität gegen künftige Infektionen entwickelt haben, würden therapeutische Formen von Toxoplasma nach der Injektion schnell von ihrem Immunsystem zerstört.

In manchen Fällen können die Vorteile der Verwendung von Toxoplasma als Arzneimittelabgabesystem die Risiken überwiegen. Die Schaffung milder Formen dieses Parasiten könnte es ermöglichen, die Proteine ​​zu produzieren, die Patienten benötigen, ohne das Organ, das Gehirn, zu schädigen, das unsere Identität definiert.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.