Institute Research Programme II:
 
Molecular and Cellular Interactions between Parasite and Host in Filariasis  
 
Zusammenfassung des Koordinators

Die Aktivitäten der an Filarienerkrankungen forschenden Arbeitsgruppen hatten sich in den vergangenen Jahren auf den Bereich der lymphatischen Filariosen und der Nagetier-pathogenen Spezies Litomosoides sigmodontis ausgedehnt. Es erschien deshalb gerechtfertigt, das Institutsprogramm II im Jahre 1998 in "Filarien-Programm " umzubenennen. Jede der drei Sektionen des Instituts ist in diesem Programm engagiert. Die vielfältigen, arbeitsgruppenübergreifenden Kooperationen innerhalb dieses Programms dokumentieren sich in zahlreichen Publikationen. Im Forschungsprogramm tätige Mitglieder wurden als Redner bzw. Chairpersons zu nationalen und internationalen Tagungen eingeladen; zwei Habilitationsstipendien, ein Heisenberg-Stipendium und ein Stipendium aus dem Stipendienprogramm Infektiologie (DKFZ/BMBF) wurden an Forscher des Programms verliehen.

Ein Schwerpunkt der Arbeiten im vergangenen Berichtszeitraum war die Identifizierung und Analyse von funktionell relevanten bzw. immunogenen Proteinen von Onchocerca volvulus. Derartige Moleküle können die Grundlage für eine Vakzine sein oder als Zielstrukturen für einen chemotherapeutischen Ansatz dienen. So wurde eine Wachstums-regulierende Proteinkinase kloniert, deren homologes Protein bei Caenorrhabditis elegans in die Verarbeitung von Umgebungssignalen involviert ist. Des weiteren wurde eine Elastase, die für den Durchtritt der Mikrofilarien durch das Gewebe wichtig sein könnte, partiell gereinigt. Entgiftungsenzyme des Wurmes (Peroxidoxin, Glutathion-S-Transferase, Superoxiddismutase) wurden hinsichtlich Lokalisation (Immunhistologie), biochemischer Funktion und/oder Induzierbarkeit durch Streß (Promoteranalyse) weiter charakterisiert. Die S-Adenosylmethionin-Decarboxylase wurde als Zielstruktur einer chemotherapeutischen Intervention identifiziert; derzeit werden im Verbund mit der Pharmaindustrie Inhibitoren dieses Moleküls getestet. Ein neuartiger Ansatz wird mit der Identifizierung von Genen von O. volvulus, welche nach Ivermectintherapie exprimiert werden, verfolgt.

Obwohl viele zelluläre Immunreaktionen, die mit den unterschiedlichen Verläufen der Filarienerkrankung beim Menschen assoziiert sind, mittlerweile gut charakterisiert wurden, ist dennoch die direkte Evidenz für die Relevanz solcher Immunreaktionen offen. Zur Klärung dieser Fragen bedarf es eines tierexperimentellen Ansatzes. In der murinen Filariose (Infektion mit Filarien der Spezies Litomosoides sigmodontis) konnten mit IL-5 und IFN-g zwei Zytokine identifiziert werden, welche für die Bildung von inflammatorischen Knoten um die adulten Würmer essentiell sind. Der Aufbau dieser Knoten kann als ähnlich zu dem der Entzündungszellen in Knoten bei der Onchozerkose angesehen werden. IL-5 zeigt bei der inflammatorischen Knotenbildung eine Wirkung auf die Funktion nicht nur eosinophiler, sondern auch neutrophiler Granulozyten, eine bisher nicht bekannte Rolle dieses Zytokins.

Zur Diagnostik der lymphatischen Filariose ist seit zwei Jahren ein kommerziell erhältlicher Schnelltest auf dem Markt, der jedoch nur die durch Wuchereria bancrofti, nicht aber die durch Brugia malayi hervorgerufenen Fälle erfaßt. Durch die Entwicklung eines kompetitiven PCR-ELISA Tests unter Beteiligung von Forschern des Programms, der sich durch hohe Sensitivität und Spezifität auszeichnet, könnte sich diese Situation verbessern.

Ein intensiv bearbeitetes Gebiet, welches zu einem neuen Therapieansatz gegen Filariosen führen könnte, ist die arbeitsgruppenübergreifende molekularbiologische, immunhistologische und funktionelle Analyse von intrazellulären Bakterien, die bei den meisten Filarienspezies zu finden sind. Es handelt sich um Bakterien der Gattung Wolbachia, welche seit ca. 50 Mio. Jahren intrazellulär in den Filarien leben und sich mit diesen in verschiedene, nahe verwandte Arten aufgespalten haben, wie Sequenzanalysen der 16 S rRNA zeigten. Es wurden etliche Gene bakteriellen Ursprungs (Katalase, Hitzeschockprotein-60) kloniert; Antikörper gegen die entsprechenden Proteine erlaubten die immunhistologische Lokalisation der Bakterien. Chronische Exposition mit bakteriellen Produkten wie LPS bei der generalisierten Onchozerkose könnte zur Herabregulierung von co-stimulatorischen Molekülen auf Antigen-präsentierenden Zellen und damit zur Anergie beitragen. Die Verwandtschaft der Wolbachien zu Rickettsien wurde für eine Therapie mit dem Antibiotikum Tetrazyklin im Tiermodell (L. sigmodontis) ausgenutzt. Diese Therapie führte zur Elimination der Bakterien und zu einem Entwicklungsblock der adulten Würmer mit Sterilität der Weibchen. Derzeit wird in einer klinischen Studie in Ghana geprüft, ob die Elimination von Wolbachien durch Tetrazyklin auch beim Menschen ein Therapiekonzept darstellen könnte.

Achim Hoerauf


Scientific Staff

Dr. Achim Hoerauf, Medical Microbiology, Coordinator
Dr. Norbert Brattig, Tropical Medicine
Prof. Dr. Dietrich W. Büttner, Parasitology
Privatdozent Dr. Gerd D. Burchard, Tropical Medicine
Privatdozent Dr. Klaus Erttmann, Parasitology
Dr. Peter Fischer, Parasitology
Prof. Dr. Bernhard Fleischer, Medical Microbiology
Dr. Michaela Gallin, Parasitology
Prof. Dr. Rolf Garms, Parasitology
Privatdozentin Dr. Kimberley Henkle-Dührsen,
Parasitology
Prof. Dr. Rolf D. Horstmann, Tropical Medicine
Dr. Thomas Kruppa, Parasitology
Dr. Eva Liebau, Parasitology
Privatdozentin Dr. Christine Skerka, Parasitology
Privatdozent Dr. Frank W. Tischendorf, Tropical
Medicine
Prof. Dr. Rolf D. Walter, Parasitology
Dr. Gabriele Wildenburg, Parasitology
Privatdozent Dr. Peter F. Zipfel
 

Visiting Scientist

Coralie Martin, Biologie Parasitaire, Protistologie,
Helminthologie,
Muséum National d'Histoire Naturelle, Paris, France

Technical Staff

Marlis Badusche
Marie-Luise Eschbach
Frank Geisinger
Silke van Hoorn
Kerstin Nissen-Pähle
Gerd Ruge
Jürgen Sievertsen
 

Doctoral / Graduate Students

Khaled M. Al-Qaoud, Medical Microbiology
Silvain Djoha, Parasitology
Alf Domeyer, Parasitology
Andrea Dötze, Medical Microbiology
Volker Eckelt, Parasitology
Manuel Friese, Parasitology
Anke Haffner, Tropical Medicine
Jens Hellwage, Parasitology
Angelika Koszarski, Parasitology
Stephanie Krause, Parasitology
Andreas Krüger, Parasitology
Tanja Kubica, Tropical Medicine
Josef Mpagi, Parasitology
Ulf Rathjens, Tropical Medicine
Michael Saeftel, Medical Microbiology
Judith Satoguina, Medical Microbiology
Erik Schneider, Parasitology
Silke Schrum, Parasitology
Elizabeth Sentongo, Parasitology
Silke Stender, Parasitology
Lars Volkmann, Medical Microbiology


Immunohistochemical localization of intracellular bacteria in O. volvulus and L. sigmodontis filarial nematodes. 
Bacteria (red) are stained with a antibodies against hsp-60.

(A) Midbody cross-section of an adult O. volvulus female, 150x. Bacteria are stained in the lateral and median hypodermal cords (lhc, mhc), but not in the cuticle (cu), the intestine (in), the uteri (ut), and the musculature (mu).
(B) Oblique section of an adult L. sigmodontis female, depicting parts of the ovary (ov), 600x. Bacteria are seen in the rachis (ra) of the ovary as well as in single oocytes.
(C) Longitudinal section of an adult L. sigmodontis female from a tetracycline treated mouse, 800x. No bacterial staining is seen; note that the oocytes are clearly degenerated.