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Enge Kanäle könnten hirnfressende Amöben ins Gehirn führen
Gefährlicher Umweg: Die sogenannte hirnfressende Amöbe Naegleria fowleri kann über die Nase ins Gehirn gelangen, doch wie sie die engen Passagen dorthin bewältigt, ist bislang kaum verstanden. Experimente mit der harmlosen Verwandten Naegleria gruberi zeigen nun, dass diese Amöben enge Räume regelrecht aufsuchen und darin schnell sowie nahezu geradlinig kriechen.
North Dartmouth (U.S.A.). Naegleria fowleri lebt vor allem in warmem Süßwasser und verursacht nur sehr selten Infektionen. Gelangt belastetes Wasser jedoch in die Nase, kann die Amöbe bis ins Gehirn vordringen und dort die meist tödlich verlaufende primäre Amöben-Meningoenzephalitis auslösen. Für diesen Weg muss der Einzeller unter anderem schmale Räume entlang der Riechnerven und Öffnungen der Siebplatte im Schädel passieren.
Welche Eigenschaften Naegleria diese Wanderung ermöglichen, war bisher nur unzureichend geklärt. Zugleich stellt sich eine grundlegende Frage: Warum sollte ein Organismus, der normalerweise Bakterien in Tümpeln und Teichen jagt, überhaupt darauf spezialisiert sein, sich durch enge Spalten zu bewegen?
Forscher der University of Massachusetts Dartmouth (UMassD) um Katrina B. Velle haben dies nun mit Naegleria gruberi untersucht, einer nicht krankmachenden Verwandten von N. fowleri. Das Team ließ die Einzeller über Glasflächen, zwischen eng aufeinanderliegenden Deckgläsern sowie durch nur zwei bis acht Mikrometer breite Mikrokanäle kriechen. Als Vergleich diente die ebenfalls amöbenartige Art Dictyostelium.
Schon mäßige Enge veränderte das Tempo. Zwischen Deckgläsern mit fünf Mikrometern Abstand stieg die mittlere Geschwindigkeit von 14,5 auf 20,5 Mikrometer pro Minute. In acht Mikrometer breiten Kanälen bewegten sich die Naegleria-Zellen im Mittel mit 30,9 Mikrometern pro Minute, außerhalb der Kanäle waren es 16,0 Mikrometer pro Minute. Einzelne Zellen erreichten in den schmalen Passagen sogar mehr als 50 Mikrometer pro Minute.
Noch auffälliger war die Richtungstreue. Außerhalb der Kanäle lag ein Maß für die Geradlinigkeit der Bewegung bei durchschnittlich 0,44, wobei der Wert 1 einer vollkommen geraden Bahn entspricht. In vier bis acht Mikrometer breiten Kanälen stieg dieser Wert auf 0,96 bis 0,97. Dutzende Zellen krochen dabei nahezu zwei Millimeter durch die Versuchsstruktur, ohne vorher umzukehren.
Auch die Art der Fortbewegung wechselte mit der Umgebung. Auf offenen oder nur zwischen zwei Flächen eingeengten Bereichen nutzten die Amöben sowohl flächige, aktinreiche Zellfortsätze als auch sogenannte Blebs. Diese Blebs sind bläschenartige Ausstülpungen der Zellmembran, die sich bilden, wenn sich die Membran vorübergehend vom darunterliegenden Stützgerüst löst.
In den Mikrokanälen bewegten sich die Zellen dagegen ausschließlich mithilfe solcher Blebs. Zugleich blieben Naegleria-Zellen an Kanalöffnungen häufig in Kontakt und tasteten diese ab, bis sie hineinwanderten. Dictyostelium löste sich von solchen Engstellen deutlich häufiger wieder. In zwei Mikrometer breite Kanäle drang allerdings keine der beobachteten Naegleria-Zellen ein.
Das Verhalten scheint nicht erst im Zusammenhang mit einer Infektion sinnvoll zu sein. In zusätzlichen Versuchen setzte das Team N. gruberi in körnige Hydrogel-Matrizen, die die räumliche Struktur von Teichsedimenten nachahmen. Die Amöben drangen bereitwillig in dieses dreidimensionale Material ein und bewegten sich darin weiter. Über längere Zeiträume deuteten ihre Bahnen zudem auf eine Art Richtungsgefühl hin.
Die Forscher vermuten deshalb, dass drei Eigenschaften ursprünglich bei der Nahrungssuche im Sediment nützlich sind: eine Erinnerung an die bisherige Bewegungsrichtung, die Neigung zum Eindringen in enge Räume und das ausdauernde Kriechen durch schmale Passagen. Bei N. fowleri könnten dieselben Verhaltensweisen unbeabsichtigt den Weg durch die Nasenhöhle und entlang der Riechnerven erleichtern.