Forschende am Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns haben eine bedeutende Entdeckung gemacht: Mitochondrien spielen eine essentielle defensive Rolle gegen verschiedene Krankheitserreger, insbesondere gegen intrazelluläre Parasiten wie Toxoplasma gondii. Diese Organellen konkurrieren mit den Parasiten um lebenswichtige Nährstoffe, insbesondere Folsäure, und tragen somit aktiv zum Schutz der Zellen vor Infektionen bei. Laut cecad.uni-koeln.de aktivieren Mitochondrien während einer Infektion eine Stressreaktion, die ihren Stoffwechsel umstellt und die Folsäureaufnahme des Parasiten einschränkt. Dieses biochemische Umstellen hemmt effektiv das Wachstum und die Vermehrung des Parasiten.
Die Forscher fanden heraus, dass Mäuse, die diese Stressreaktion nicht aktivieren konnten, eine schnellere Parasitenvermehrung zeigten. Diese Erkenntnisse eröffnen Perspektiven für die Entwicklung neuer Therapien gegen Folsäure-abhängige Krankheitserreger wie Toxoplasma und das Malaria verursachende Plasmodium.
Die Rolle der Mitochondrien bei der Energieproduktion
Mitochondrien sind als die Kraftwerke der Zellen bekannt, da sie durch oxidative Phosphorylierung (OXPHOS) ATP, die Energiequelle der Zelle, erzeugen. Dieser Prozess findet an der inneren mitochondrialen Membran statt. Dabei werden Protonengradienten durch verschiedene Protein-Komplexe erzeugt, und ATP-Synthase nutzt diesen Gradient zur ATP-Produktion. Laut pmc.ncbi.nlm.nih.gov Bedingungen, die durch eine Toxoplasma gondii-Infektion entstanden sind, können die Funktionen der Wirtsmitochondrien erheblich modulieren, was die Rolle dieser Organellen in der Immunantwort und bei Zellveränderungen unterstreicht.
Die Veränderung der mitochondrialen Morphologie und die erhöhte Produktion von Superoxid während einer Toxoplasma-Infektion deuten auf einen oxidativen Stress hin, der die mitochondrialen Funktionen beeinträchtigen kann. Eine Studie zeigte, dass bereits 6 Stunden nach einer Infektion 498 Gene unterschiedlich exprimiert wurden, wobei insbesondere mitochondriale Stoffwechselwege betroffen waren.
Auswirkungen auf die pathogene Entwicklung
Die Infektion mit Toxoplasma gondii verändert auch die Signalwege der Wirtszelle, einschließlich einer Dysregulation des Zellzyklus und der Hemmung von Apoptose. Diese Manipulation ermöglicht es dem Parasiten, in einem für ihn günstigen Milieu zu überleben und sich zu vermehren. Laut den Ergebnissen enthält die parasitophore Vakoule signifikante Mengen an mitochondrialen Proteinen, die von der Aufnahme von Toxoplasma abhängen, wie von gutefrage.net hervorgehoben wird.
In der Biologie der Mitochondrien wird die ATP-Bildung durch Phosphorylierung erreicht, wobei sowohl oxidative als auch Substratkettenphosphorylierung an der Energieproduktion beteiligt sind. Während die mitochondriale ATP-Produktion überwiegend durch oxidative Phosphorylierung erfolgt, nutzen auch andere Organellen wie Chloroplasten ähnliche Mechanismen zur Energiegewinnung, wie die Photophosphorylierung.
Die fortführende Forschung konzentriert sich darauf, die zugrundeliegenden Mechanismen dieser Stressreaktionen und die beteiligten Proteine weiter zu untersuchen. Das Ziel der Wissenschaftler ist es, die mitochondrialen Aktivitäten zu steigern und so wirksame Strategien zur Bekämpfung von Infektionen und zur Verbesserung der Zellfunktionen zu entwickeln. Die Originalveröffentlichung dieser Studie erschien am 14. August 2025 in der Fachzeitschrift „Science“.
