Aktuelle Methoden können die Vermehrungsraten von Malariaparasiten im Blut einer infizierten Person erheblich überschätzen, was laut einem neuen Bericht wichtige Auswirkungen auf die Bestimmung hat, wie schädlich sie für einen Wirt sein könnten.
Die Ergebnisse haben auch Konsequenzen für das Verständnis der Entwicklung von Merkmalen, die zu Arzneimittelresistenzen führen, für die Geschwindigkeit, mit der sich ein Parasit in einer Population ausbreiten kann, und für die Bewertung der Wirksamkeit neuer Impfstoffe.
Die Studie „Außergewöhnliche Parasitenvermehrungsraten bei Malariainfektionen beim Menschen“ erschien in der Augustausgabe von Trends in der Parasitologie.
Die Forscher erstellten ein mathematisches Modell der Infektionsdynamik, um festzustellen, dass Verzerrungen bei der Blutentnahme und falsche Schlussfolgerungen in früheren Computermodellen zu großen Überschätzungen führten.
„Die Unfähigkeit, diese Raten genau zu messen, ist besorgniserregend“, sagte Megan Greischar, Assistenzprofessorin für Ökologie und Evolutionsbiologie am College of Agriculture and Life Sciences und korrespondierende Autorin des Artikels. Lauren Childs, außerordentliche Professorin für Mathematik an der Virginia Tech, ist Mitautorin.
„Wir hatten ein sehr einfaches Modell, wie man Multiplikationsraten ableitet, das nicht funktionierte, also wissen wir jetzt, dass wir etwas Robusteres brauchen“, sagte Greischar. Diese Studie erkläre, wie die Probleme bei der genauen Messung von Multiplikationsraten entstehen, sagte sie.
Einige Malaria-Impfstoffkandidaten wirken während einer Phase im Lebenszyklus des Parasiten, in der er sich im Blut vermehrt. Daher ist die Kenntnis seiner Vermehrungsraten für die Beurteilung der Wirksamkeit eines Impfstoffs von entscheidender Bedeutung.
Infizierte Mücken übertragen den Malariaparasiten während einer Blutmahlzeit auf einen menschlichen Wirt. Die Parasiten vermehren sich dann zunächst in Leberzellen, bevor sie in die roten Blutkörperchen wandern. Dort vermehren sich Parasiten synchron zueinander in den roten Blutkörperchen, dringen ins Blut ein und töten die Zellen. Die Tochterparasiten setzen dann den nächsten Zyklus fort und dringen in neue rote Blutkörperchen ein. Dieser Zyklus wiederholt sich etwa alle 48 Stunden.
Zur Messung der Vermehrungsraten entnehmen Ärzte infizierten Patienten Blutproben und zählen die Anzahl der beobachteten Parasiten. Der Zeitpunkt ist wichtig, da junge Parasiten, die sich noch in einem frühen Lebenszyklus befinden, nachdem sie aus roten Blutkörperchen ausgebrochen sind, leicht zu erkennen sind. Aber mit zunehmendem Alter, später im Zyklus, werden sie klebrig, heften sich an die Wände der Blutgefäße und zirkulieren nicht mehr. Da sich der Zyklus immer wieder wiederholt, bestimmt der Zeitpunkt der Probenentnahme, ob im Blut hohe oder niedrige Werte zu beobachten sind.
Die Probenahmeverzerrung nimmt zu, wenn Proben zu einem späteren Zeitpunkt im Zyklus entnommen werden, wenn die Zahl der beobachtbaren Parasiten gering ist, im Vergleich zu Beginn des Zyklus, wenn die Anzahl junger Parasiten hoch ist.
Frühere Modelle zur Schätzung der Vermehrungsraten von Parasiten versuchten, diese Stichprobenverzerrung zu korrigieren, indem sie ableiteten, wie viele Parasiten später im Lebenszyklus einer Parasitenbrut existieren könnten, wenn sie nicht direkt beobachtet werden können. Diese Studie legt nahe, dass diese Methoden nicht ausreichten, um festzustellen, wie schnell sich Parasiten tatsächlich vermehren.
In zuvor veröffentlichten Studien wurde die maximale Anzahl an Nachkommen gemessen, die ein menschlicher Malariaparasit (Plasmodium falciparum) innerhalb eines einzigen 48-Stunden-Replikationszyklus in einer künstlichen Kultur hervorbringt.
„Sie sollten sich höchstens um das 32-fache vermehren können, was schon ziemlich groß ist“, was bedeutet, dass ein einzelner Parasit höchstens 32 Tochterparasiten hervorbringen könnte, mit einem Mittelwert von etwa 15 bis 18, sagte Greischar.
Mithilfe eines mathematischen Modells, kombiniert mit modernen und historischen Daten von Malaria-Infizierten, konnten die Forscher feststellen, dass die in früheren Modellen zur Parasitenzahl gezogenen Schlussfolgerungen zu Parasitenvermehrungsraten führten, die um Größenordnungen höher waren als möglich.
„Wir erlebten ein tausendfaches Wachstum“, sagte Greischar. „Das würde bedeuten, dass die Parasiten wiederholt mehr als 1.000 Parasiten aus einem einzigen roten Blutkörperchen bilden, was nicht mit unserem Verständnis der Biologie dieser Parasiten übereinstimmt.“
Nachdem Greischar und Childs das Problem erkannt haben, könnten die nächsten Schritte darin bestehen, Techniken zu entwickeln, um den verborgenen Anteil der Parasitenpopulation abzuleiten und so deren Vermehrungsraten genau zu berechnen.
Mehr Informationen:
Megan A. Greischar et al., Außergewöhnliche Parasitenvermehrungsraten bei menschlichen Malariainfektionen, Trends in der Parasitologie (2023). DOI: 10.1016/j.pt.2023.05.006