Ein Schritt im Kampf gegen einen tödlichen Parasiten

Von Kim Thurler

Im Mai, kurz vor einem der heißesten Sommer der Welt, veröffentlichten die US-amerikanischen Zentren für Seuchenkontrolle und Prävention eine Warnung über Krankheiten, die in Freizeitwasseranlagen wie Schwimmbädern und Wasserspielplätzen lauern. In neun von zehn Fällen, in denen eine infektiöse Ursache festgestellt wurde, war der mikroskopische Parasit Cryptosporidium verantwortlich.

Crypto, das gemeinhin sowohl den Parasiten als auch die Durchfallerkrankung, die es verursacht, Cryptosporidiose, bezeichnet, infiziert Menschen und Tiere. Es ist ein ernstes Problem in Entwicklungsländern, wo es eine Hauptursache für lebensbedrohliche Durchfälle bei Kindern unter zwei Jahren ist. Fälle, die in den USA gemeldet wurden, nehmen zu.

Wenn man einen Schluck Kryptokontaminiertes Wasser schluckt, kann das zu Krankheiten führen. Während sich die meisten Menschen nach einigen Wochen einer signifikanten gastrointestinalen Störung erholen, können kleine Kinder, ältere Menschen und Immunsupprimierte eine chronische Infektion, Verschwendung, kognitive Beeinträchtigung und sogar den Tod erleiden.

Es gibt keinen Impfstoff, und das einzige von der FDA zugelassene Medikament für Krypto ist paradoxerweise bei Menschen mit geschwächtem Immunsystem unwirksam.

Ein wichtiger Hinderungsgrund für die Entwicklung von Medikamenten ist die Tatsache, dass Krypto-Oozysten – die infektiöse Form des Parasiten, der im Dünndarm gedeiht – unter Laborbedingungen nicht kultivierbar sind, erklärte Saul Tzipori, Professor für Mikrobiologie und Infektionskrankheiten Krankheiten an der Cummings-Schule, die die Studie über Krypto und andere Darmerkrankungen zu seinem Lebenswerk gemacht hat.

Zur Herstellung von Oozysten für die wissenschaftliche Untersuchung muss Krypto daher in Wirtstieren gezüchtet werden. Das Verfahren ist teuer, zeitaufwendig und umständlich.

"Um Prototyp-Impfstoffe zu bewerten und zu optimieren und sie beim Menschen zu testen, müssen wir die gleiche Quelle, Alter, Lebensfähigkeit, Qualität und Quantität von Oozysten verwenden. Dies ist mit den verfügbaren Methoden unmöglich, die notwendigerweise eine Variation beinhalten ", sagte Tzipori, der auch Agnes Varis-Lehrstuhl für Wissenschaft und Gesellschaft und Vorsitzender der Abteilung für Infektionskrankheiten und globale Gesundheit ist.

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Nun haben Tzipori und sein Team in Zusammenarbeit mit Forschern am Massachusetts General Hospital einen Weg entwickelt, Krypto-Oozysten schnell einzufrieren, ihre Infektiosität auf unbestimmte Zeit zu erhalten und sie aufzutauen, wenn sie für das Studium benötigt werden. Die Forscher veröffentlichten kürzlich ihre Entdeckung, die von der Bill & Melinda Gates Foundation in Nature Communications unterstützt wurde.

In den letzten vierzig Jahren haben Wissenschaftler versucht, Krypto-Oozysten für die spätere Verwendung zu konservieren, indem sie eingefroren wurden – ein Prozess, der Kryokonservierung genannt wird – und langsam abkühlt, "aber diese Methoden ergaben keine infektiösen Oozysten", erklärte der Artikel Co-Erstautorin, Justyna Jaskiewicz, Tierärztin, die einen Ph.D. in den biomedizinischen Wissenschaften als Mitglied von Tziporis Labor.

Die Gruppe entdeckte, dass in den undurchlässigen Wänden der Oozysten kryoprotektive Mittel vorgehalten wurden – Chemikalien, die typischerweise verwendet werden, um die Bildung schädlicher Eiskristalle durch Ersatz von intrazellulärem Wasser zu verhindern. Als Folge davon bildeten sich scharfe Eiskristalle, die das infektiöse Innere der Oozysten durchbohrten und beschädigten.

Um dieses Problem anzugehen, nutzte Tziporis Team die Expertise des Massachusetts General Center for Engineering in Medicinedessen Mitbegründer Mehmet Toner für seine Fortschritte in der Tieftemperaturbiologie bekannt ist und Gewebestabilisierung.

Die Lösung bestand darin, die Oozysten zu bleichen, um ihre Wände durchlässig zu machen, bevor sie in chemische Schutzmittel getaucht wurden.

Oocysten in Lösung wurden dann in zylindrische Glasmikrokapillaren von etwa 3 Inch Länge und 200 Mikrometer Durchmesser – dem Durchmesser von etwa vier menschlichen Haaren – geladen und in flüssigen Stickstoff bei -196 Grad Celsius (etwa -320 Fahrenheit) getaucht. . Fast sofort verwandelte sich die Oozystenlösung in einen glasartigen Feststoff, der frei von Eiskristallen war.

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"Im Gegensatz zur herkömmlichen Kryokonservierung, bei der Zellen langsam gekühlt werden, hat unsere Technik die Oozysten fast augenblicklich verglasen lassen. Vitrifikation ist eine eisfreie Methode, die Zellen so schnell abkühlt, dass sich keine Kristalle bilden ", sagt Rebecca Sandlin, Forscherin am Centre for Engineering in Medicine und Mitautorin der Studie.

Drei Monate später aufgetaute Oozysten waren zu 50 bis 80 Prozent lebensfähig und bei Mäusen noch infektiös. Die Forscher glauben, dass eine solche Kryokonservierung unbegrenzt lange dauern wird. Sie hoffen, das Volumen der eingefrorenen Oozysten zu erhöhen und testen die Methodik mit anderen Parasiten.

Die Entdeckung ist nur das neueste aus Tziporis weitreichenden Forschungen zu einer Vielzahl von weltweit bedeutenden Infektionskrankheiten, E. coli zu Dengue-Fieber.

Tzipori glaubt, dass die ultraschnelle Kühlung Wissenschaftlern auf der ganzen Welt nützen und seine eigenen Arbeiten zur Entdeckung von Krypto-Wirkstoffen und zur Impfstoffentwicklung vorantreiben wird. "Zum ersten Mal können wir den Kryptoparasiten – einschließlich einzigartiger oder genetisch veränderter Stämme – in großen Mengen herstellen, ohne die Notwendigkeit einer konstanten Durchdringung durch Tiere, die gleichmässig kryokonserviert sind, und sie an andere Forscher in flüssigem Stickstoff liefern, der unbegrenzt gelagert werden kann zu jeder Zeit verwendet ", sagte er. "Diese Fähigkeit gibt es für andere Krankheitserreger, aber niemals für Kryptographie."

Tufts-Universität

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