Malaria is een van de meest bedreigende infectieziekten ter wereld. Een internationaal team heeft nu malariapathogenen in rode bloedcellen in vivo kunnen onderzoeken met behulp van de BESSY II-röntgenmicroscoop en de ALBA- en ESRF-synchrotronbronnen. De onderzoeken onthullen de mechanismen die actieve stoffen gebruiken om de ziekteverwekker aan te vallen. Dit zou kunnen bijdragen aan verbetering van behandelstrategieën en medicijnen.

Ongeveer 40 procent van de mensheid leeft in gebieden die getroffen zijn door malaria. Jaarlijks krijgen ongeveer 200 miljoen mensen de ziekte, en naar schatting 600, 000 mensen sterven hierdoor. Anopheles-muggen die malariapathogenen overbrengen, verspreiden zich door klimaatverandering. Deze pathogenen zijn eencellige organismen (plasmodia) die zich nestelen in de rode bloedcellen van hun gastheren en hemoglobine metaboliseren om te groeien en zich te vermenigvuldigen.

De belangrijkste manier om met de ziekte om te gaan is behandeling met actieve verbindingen in de chinolinefamilie, en meer recentelijk, van de artemisinine-familie. Echter, de exacte manier waarop actieve verbindingen de pathogene plasmodia onder controle houden, is tot nu toe onderwerp van controverse geweest.

Een proefschrift heeft betrekking op het spijsverteringsproces van de pathogene plasmodia. Onderzoek heeft aangetoond dat plasmodia grote hoeveelheden hemoglobine opslaat in hun spijsverteringsvacuole, een organel dat op een zak lijkt. Hierdoor komen ijzerbevattende hemozoïnemoleculen vrij die de plasmodia niet kan verdragen. De plasmodia slagen erin om deze giftige hemozoïnemoleculen te kristalliseren, zodat ze ze niet langer kunnen vergiftigen. Het idee was dat actieve verbindingen de vorming van hemozoïnekristallen zouden kunnen voorkomen en zo het ontgiftingsproces van de plasmodia zouden kunnen boycotten.

Een team onder leiding van Sergey Kapishnikov van de Universiteit van Kopenhagen en het Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israël, samen met Deens, Spaans, Franse en Berlijnse collega's, heeft dit proces nu voor het eerst onderzocht in geïnfecteerde bloedcellen. De bloedcellen waren geïnfecteerd met de malariapathogeen Plasmodium falciparum en vervolgens gemengd met verschillende concentraties bromoquine uit de chinolinefamilie.

Malariapathogenen in bloedcellen kunnen alleen in vivo en in hun natuurlijke omgeving worden onderzocht met behulp van röntgenmicroscopie bij synchrotronbronnen. Andere onderzoeksmethoden, zoals elektronenmicroscopie, vereisen dat de ziekteverwekkers worden gedroogd en in ultradunne plakjes worden gesneden.

Bij BESSY II, Stephan Werner en Peter Guttmann konden samen met Sergey Kapishnikov de monsters onderzoeken met behulp van röntgenmicroscopie. "De bloedmonsters worden snel ingevroren voor het onderzoek, zodat we de ziekteverwekkers in vivo kunnen observeren en ook driedimensionale röntgentomografiebeelden kunnen maken, " legt Guttmann uit. Verdere röntgenmicroscopie-onderzoeken werden uitgevoerd bij de ALBA-synchrotron-lichtbron in Barcelona.

Fluorescentiespectromicroscopie bij de European Synchrotron Radiation Facility ESRF in Grenoble maakte het mogelijk om de verdeling van elementen in bloedcellen in kaart te brengen. In combinatie met de cellulaire structuur die wordt onthuld door de driedimensionale röntgenfoto's, de bromoquine-distributie en het werkingsmechanisme konden nauwkeurig worden geïnterpreteerd. "We zien in onze afbeeldingen dat de bromoquine zich ophoopt aan het oppervlak van hemozoïnekristallen. Dit zou moeten leiden tot remming van de kristalgroei en dus het ontgiftingsproces door de plasmodia-parasieten verstoren, " legt Kapishnikov uit.

Deze onderzoeken kunnen ook worden uitgebreid naar andere geneesmiddelengroepen zoals artemisinine en waardevolle informatie opleveren voor het ontwerpen van effectievere malariabehandelingen.