Weitere Einblicke in die Pathogenese der Vogelmalaria

Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass aviäre Hämosporidien (Gattungen von Plasmodium, Haemoproteus und Leucocytozoon) nicht nur gutartige Kommensalen sind, sondern häufig tödliche Infektionen bei Vögeln verursachen. Die Pathogenität wird überwiegend durch Gewebsstadien dieser Parasiten bedingt, die sich in verschiedenen Zelltypen entwickeln und zu einer Blockade von Blutgefäßen und Gewebeschäden führen. Gegenwärtig gibt es kaum Kenntnisse zur Langzeitpersistenz dieser Infektionen und das Vorhandensein ruhender Parasitenstadien, über die Zielzellen replikativer Gewebestadien, zur Auswirkung von Mischinfektionen auf das Ausmaß von Gewebeschäden, sowie zur Frage, ob 18S ribosomale RNA in bestimmten Entwicklungsstadien von aviären Malaria-Parasiten unterschiedlich exprimiert sind. In dieser Studie sollen folgende Hypothesen getestet werden: (1) In Analogie zu Malaria-Parasiten von Primaten weisen aviäre Hämosporidien auch genetisch unterschiedliche Varianten der ribosomalen 18S-RNA in Wirten (Vögeln) und Vektoren (Stechmücken oder Gnitzen) auf. (2) Rückfälle bei Vogelmalaria werden durch ruhende Gewebsstadien verursacht, die durch ausreichend empfindliche molekulare Nachweismethoden sichtbar gemacht werden können. (3) Die exoerythrozytäre Vermehrung von Vogelmalaria-Parasiten der Vögel ist auf wenige spezialisierte Wirtszelltypen in verschiedenen Geweben beschränkt und verursacht in Mehrfachinfektionen stärkere Gewebsläsionen. Zunächst werden differentiell exprimierte 18S rRNA-Varianten durch varianten-spezifische Sonden in Vogelwirten und Arthropodenvektoren dargestellt. Diese Ergebnisse sind die Basis der nachfolgenden Projektteile. Ruhende Stadien sollen durch ein hochsensibles In-situ-Hybridisierungsverfahren in experimentell infizierten Kanarienvögeln sichtbar gemacht werden. Die Wirtszelltypen, die die Vermehrung von Parasiten in verschiedenen Geweben unterstützen, werden durch Doppelmarkierungsansätze mit Antikörpern für bestimmte Zellmarker und molekulare Sonden für Hämosporidien identifiziert. Schließlich soll die Auswirkung von Mischinfektionen mit zwei oder mehr Hämosporidienarten mittels Doppelmarkierungen untersucht werden. Die Mehrzahl der angegebenen Forschungsfragen wurde bisher nicht angesprochen (ruhende Stadien und differenzielle Expression von rRNAs bei Vogelmalaria) oder nicht auf vergleichbar überzeugende Weise untersucht (Identifizierung von Zelltypen, die die Vermehrung von Vogelmalaria-Parasiten ermöglichen, Auswirkungen von Mischinfektionen auf die Schwere der Gewebeschäden). Projektverantwortlicher ist Herbert Weissenböck, Professor und Leiter der Pathologie an der Veterinärmedizinischen Universität Wien. Er ist ein Experte für die molekulare Identifizierung von Krankheitserregern in Gewebeproben und leitet eine Forschungsgruppe zur Pathogenese von aviären Hämosporidien. Das Projektteam wird durch eine/n Postdoc und einen Doktoranden/eine Doktorandin ergänzt. Bestimmte Projektteile werden in enger Zusammenarbeit mit Gediminas Valkiunas vom Nature Research Center Vilnius, Litauen, untersucht, einem der weltweit führenden Experten auf dem Gebiet der aviären Hämosporidien.

Im Forschungsfeld der aviären Hämosporidiosen liegen derzeit nur lückenhafte Erkenntnisse über die Langzeitpersistenz dieser Infektionen und die Existenz ruhender Parasitenstadien, über den Einfluss von Mischinfektionen auf die Entstehung von Merontenstadien und Gewebeschädigungen vor. Unerforscht ist ebenso die Fragestellung, ob ribosomale 18S-RNA in bestimmten Entwicklungsstadien der Vogelmalariaparasiten unterschiedlich exprimiert wird. Ziel dieser Studie war es, die folgenden Hypothesen zu testen: (1) Rückfälle bei der Vogelmalaria werden durch ruhende Gewebestadien verursacht, die durch ausreichend empfindliche molekulare Nachweismethoden sichtbar gemacht werden können. (2) In Analogie zu den Malariaparasiten von Primaten weisen auch Vogelhämosporidien genetisch unterschiedliche ribosomale 18S-RNA-Varianten in Wirten (Vögeln) und Vektoren (Gnitzen oder Stechmücken) auf. (3) Exoerythrozytäre Merogonie von hämosporidischen Vogelparasiten ist auf wenige spezialisierte Wirtszelltypen in verschiedenen Geweben beschränkt und wirkt sich bei Koinfektionen zerstörerischer aus. Bei der Suche nach ruhenden Stadien ergab die systematische Untersuchung von Geweben latent mit P. relictum pSGS1 infizierter Kanarienvögel keine exoerythrozytären Stadien bei Vögeln mit latenten Infektionen, was darauf hindeutet, dass bei mit P. relictum pSGS1 infizierten Kanarienvögeln keine ruhenden Gewebestadien vorhanden waren. Stattdessen gab es seltene P. relictum-Blutstadien in Kapillaren verschiedener Gewebe und Organe, was die Persistenz der Parasiten im Mikrogefäßsystem belegt. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Persistenz von P. relictum pSGS1 während einer latenten Infektion durch eine kontinuierliche niedrige erythrozytäre Merogonie und möglicherweise durch Gewebesequestrierung infizierter Blutzellen vermittelt wird. Durch experimentelle Infektion von Gnitzen, Stechmücken und Vögeln (Kanarienvögel, Zeisige) konnten wir zeigen, dass Plasmodium relictum SGS1 sowohl im Blut von Vögeln als auch in Mücken zwei 18S-Varianten exprimierte, ihre Expressionsniveaus waren jedoch unterschiedlich und in den beiden Wirten umgekehrt, wobei eine Variante gegenüber der anderen bevorzugt exprimiert wurde. Haemoproteus tartakovskyi SISKIN1, welche drei verschiedene 18S-Varianten aufweist, exprimierte die 18S-Variante 1 im Vogel und die Varianten 1 und 2 in den Stechmücken, während für Variante 3 keine Signale festgestellt wurden. Diese Ergebnisse stützen die Hypothese, dass unterschiedliche 18S-Varianten der beiden Parasiten in Vogelwirten und Mückenvektoren exprimiert werden. Kombinierte molekulare Ergebnisse von PCR, Lasermikrodissektion und In-situ-Hybridisierung zeigten eine hohe Rate an Koinfektionen bei Fringilla coelebs, wobei Abstammungslinien von Haemoproteus dominierten. Im Gefäßsystem wurden merogone Stadien beobachtet, die eine bisher unbekannte Art der exoerythrozytischen Entwicklung bei Haemoproteus-Parasiten darstellen. Meronten und Megalomeronten dieser Arten unterschieden sich hinsichtlich ihrer Morphologie und Organverteilung, was auf artspezifische Muster der Merogonie und einen unterschiedlichen Tropismus des Wirtsgewebes hinweist. Darüber hinaus deutet die phylogenetische Analyse von Haemoproteus-Arten im Hinblick auf ihre exo-erythrozytischen Stadien auf eine Separierung von nicht-Megalomeronten-bildenden Arten von Megalomeronten-bildenden Arten hin, was weitere Studien zur exo-erythrozytischen Entwicklung von Hämosporidien-Parasiten erfordert, um den phylogenetischen Charakter dieser Arten zu untersuchen Eigenschaft zu entschlüsseln.