Der Nematologe von UC Riverside erhält den NIH-Preis für die Untersuchung von Parasiten-Wirt-Interaktionen

Um zu untersuchen, wie sich Parasiten entwickeln, um die Abwehrkräfte ihrer Wirte zu durchbrechen, haben die National Institutes of Health dem Nematologen Simon „Niels“ Groen von der UC Riverside einen Outstanding Investigator Award in Höhe von 1,9 Millionen US-Dollar verliehen.

Spulwurmparasiten infizieren Menschen, Nutztiere und Nutzpflanzen. Erkenntnisse darüber, warum bestimmte Würmer den Immunschutz des Wirts umgehen können, könnten dazu beitragen, eine tickende Zeitbombe zu verhindern: die nachlassende Wirksamkeit von Pestiziden und Antibiotika bei Infektionen.

Die Resistenz von Bakterien, Pilzen und Parasiten gegen Medikamente und Pestizide macht es schwieriger und manchmal unmöglich, häufige Infektionen wie Lungenentzündung und Tuberkulose beim Menschen sowie Schädlingsbefall in Nutzpflanzen zu behandeln. Internationale Gesundheitsbehörden warnen, dass wir ohne dringende Maßnahmen auf eine Zukunft zusteuern, in der leichte Verletzungen und Infektionen tödlich sein können. Auch die Pflanzen- und Tierproduktion wird mit zunehmenden Hürden konfrontiert sein.

Wenn Spulwürmer Menschen, Tiere oder Pflanzen infizieren, beginnen sie, Proteine ​​aus ihrem Speichel in Wirtszellen zu injizieren, um die Immunantwort zu unterdrücken. Diese Prozesse sind bei allen Wirten ziemlich ähnlich, weshalb wir koevolutionäre Wettrüsten zwischen Pflanzen und parasitären Würmern untersuchen und Rückschlüsse auf die Entwicklung von Wurminfektionen beim Menschen ziehen können.“

Simon „Niels“ Groen, Nematologe an der UC Riverside

In den nächsten fünf Jahren wird Groen mit den Mitteln eine Studie in zwei Teilen durchführen. Im ersten Teil des Projekts werden Hunderte von Tomaten- und Reispflanzen untersucht, sowohl solche, die auf Bauernhöfen angebaut werden, als auch solche, die in freier Wildbahn wachsen. Hierbei handelt es sich nicht um künstlich gezüchtete Pflanzen, um eine Immunität zu erreichen. Groen geht jedoch davon aus, dass viele von ihnen Abwehrkräfte gegen infektiöse Spulwürmer, auch Nematoden genannt, entwickelt haben.

„Diese Pflanzen sind ein natürliches Labor, in dem wir ihre Gene und chemischen Eigenschaften ihrer Wurzeln mit ihrer Resistenz gegen Wurminfektionen verknüpfen können“, sagte Groen.

„Wir werden die molekularen Mechanismen kennenlernen, mit denen Pflanzen sich verteidigen. Dazu gehört die Produktion von Abwehrchemikalien, von denen einige als neuartige Arzneimittel oder Antibiotika bei Menschen und Nutztieren eingesetzt werden könnten“, sagte Groen. „Wir können diese Informationen dann mit biomedizinischen Forschern und Pflanzenzüchtern teilen.“

Dieser Aspekt des Projekts wird auch dazu beitragen, die Ernährungssicherheit zu erhöhen, insbesondere in Teilen Afrikas und Asiens, wo Nematoden ein Problem für Landwirte darstellen. Über oberirdische Insektenschädlinge wurde viel geforscht, aber weniger Forschung wurde unter der Erde durchgeführt, wo Nematodeninfektionen die wirtschaftlich wichtigsten Nutzpflanzen befallen.

„Nematoden stellen die verheerendste Bedrohung für Sojabohnen dar. Bei Reis und Tomaten können Nematoden zu Ertragsverlusten von bis zu 20 % führen. Das sind viele Menschen, die nichts zu essen bekommen“, sagte Groen.

Im zweiten Teil des Projekts wird sich das Forschungsteam mit der Nematodenseite der Gleichung befassen. „Wie entwickeln sie sich, um den Widerstand der Pflanzen zu brechen?“ fragte Groen.

In Tomaten gibt es ein Gen, Mi-1, das das Innere von Pflanzenzellen auf eingehende Angriffe überwacht. Auf noch nicht vollständig geklärte Weise nimmt dieses Gen etwas über drohende Nematodeninfektionen wahr, das eine wirksame Immunantwort auslöst.

Mi-1 wurde in den 1940er Jahren in wilden Tomaten entdeckt und wird seitdem in der kalifornischen Tomatenverarbeitung gezüchtet, um Nematoden fernzuhalten. Groen erklärte, dass dieses Züchtungsschema Wurzelknotennematoden einem enormen natürlichen Selektionsdruck aussetze, um die durch das Gen verliehene Resistenz zu überwinden.

Doch immer mehr Landwirte finden Nematoden in ihren vermeintlich resistenten Tomatenkulturen. „Wir verstehen nicht, wie sie den Widerstand gebrochen haben. Gibt es eine Möglichkeit oder mehrere Möglichkeiten, wie sie dies erreichen konnten? Wir werden versuchen herauszufinden, wie viele Möglichkeiten es gibt, eine Katze aus der Sicht eines Fadenwurms zu häuten“, sagte Groen .

Dank der Spezialisten von UC Extension wird Groens Team in der Lage sein, die Gene von Würmern zu vergleichen, die gesammelt wurden, bevor Resistenzen häufiger auftraten, als auch die Gene von Würmern, die es schafften, die Immunbarrieren der Pflanze zu überwinden.

Eine Hypothese ist, dass der Fadenwurm beim Eindringen in die Pflanze mit seinem Speichel Proteine ​​injiziert, die unterschiedliche Ziele in der Wirtszelle haben. Wenn Mi-1, das in der Zelle herumschwimmt, auf eines dieser Nematodenproteine ​​trifft, löst es eine Immunreaktion aus, die den Wurm tötet. Wenn der Wurm dieses Protein jedoch nicht mehr injiziert, weiß Mi-1 nicht, dass der Eindringling angekommen ist.

Es gibt Rezeptorproteine ​​wie Mi-1, die sich ähnlich beim Menschen entwickelt haben und Zellen auf eingehende Angriffe überwachen, sowie zusätzliche molekulare Prozesse, die einander bei Menschen und Pflanzen ähneln. Unter ethischen und logistischen Gesichtspunkten bei der Untersuchung von Infektionen beim Menschen ist es jedoch sinnvoll, diese Forschung mit Pflanzen und Nematoden zu beginnen.

„Die Würmer sind nur ein Modellsystem, um die Aufhebung von Resistenzen zu untersuchen. Aber sie könnten uns dennoch dabei helfen, neue Lösungen für Pestizid- und Antibiotikaresistenzen zu finden“, sagte Groen.

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