Zwei Silberrücken-Gorillas; wahrscheinlich die ursprüngliche Quelle eines menschlichen Malaria-Parasiten. Bildnachweis: Patrick Cyusa verwendet unter CCO-Lizenz.

Malaria verursachende Parasiten haben schon seit langer Zeit tödliche Auswirkungen auf menschliche Populationen. Alte Texte, die in China gefunden wurden, beschreiben Malariainfektionen, und unser Genom trägt den Beweis für den Umgang mit Malaria, zum Beispiel in Form der Sichelzellenanämie-Mutation, die in der Bevölkerung beibehalten wird, weil sie einen gewissen Schutz vor Malaria bietet. Auch heute noch sterben jährlich bis zu 500 000 Menschen an Malaria, und bis heute gibt es keinen kommerziell erhältlichen Impfstoff, der uns schützen könnte. Malaria ist wohl eine der schlimmsten Parasitenkrankheiten, die den Menschen befallen, und es gibt insgesamt fünf Arten von Malariaparasiten, die sie beim Menschen verursachen.

Angesichts dieser großen Auswirkungen haben Forscher immer versucht zu erfahren, woher diese Parasiten stammen. Als sich die Abstammungslinien von Mensch und Schimpanse von einem gemeinsamen Vorfahren abspalteten, haben sich dann auch die Malariaparasiten, die diesen gemeinsamen Vorfahren infizierten, auseinanderentwickelt, was zu den menschlichen Malariaarten und den Schimpansen-Malariaarten führte? Lange Zeit ging man davon aus, dass dies bei der Malaria verursachenden Parasitenart Plasmodium falciparum der Fall ist, die zusammen mit Plasmodium vivax für die Mehrzahl der menschlichen Malariafälle und Todesfälle verantwortlich ist.

Die vorherrschende Theorie über die Ursprünge von Plasmodium vivax besagt jedoch, dass es viel jünger ist und vor etwa 60 000 Jahren von einem Makakenaffen in Südostasien auf den Menschen übergesprungen ist.

Sollten diese Theorien nicht stimmen, müssen die Forscher die wahren Ursprünge der Malariaparasiten herausfinden, die den Menschen infizieren, um die Risiken einer künftigen artenübergreifenden Übertragung von Malariaparasiten von Affen und Menschenaffen auf uns zu bewerten. Diese Informationen geben uns auch wichtige Anhaltspunkte für die Behandlung und das Management der Infektion. Jetzt haben neue Entwicklungen in der Genomsequenzierungstechnologie das Drehbuch der Malaria-Ursprungsgeschichte umgedreht.

Neue Techniken

Wenn man wissen will, wie sich eine Gruppe von Organismen entwickelt und in verschiedene Arten aufgespalten hat, besteht die beste Methode darin, die Veränderungen in der DNA im Laufe der Zeit bei allen fraglichen Organismen zu untersuchen. Diese Art der Analyse liefert uns die Phylogenie oder den Stammbaum der Gruppe und kann abschätzen, aus welchen Abstammungslinien von Arten die anderen entstanden sind und so weiter. Je mehr Arten und DNA-Abschnitte man untersucht, desto mehr Beziehungen und Informationen stehen zur Verfügung. Genau das wurde mit Malariaparasiten gemacht.

Unsere Möglichkeiten, Malaria-DNA von Affen zu sammeln, waren traditionell dadurch begrenzt, dass man diesen Tieren Blut abnehmen musste. Dank technologischer Fortschritte in den letzten zehn Jahren kann nun Malaria-DNA aus dem Kot von Affen gesammelt und isoliert werden, was die Möglichkeit eröffnet, eine große Anzahl von Proben zu sequenzieren und die Ergebnisse zu den Daten hinzuzufügen, die zur Erstellung der Phylogenie der Malariaparasiten verwendet werden. Es stellte sich heraus, dass Affen viel mehr Malariaarten in sich tragen als ursprünglich angenommen, und diese neuen Daten lieferten die ersten Hinweise darauf, dass Infektionen des Menschen mit P. falciparum möglicherweise von lebenden Affen stammen. Anfang dieses Jahres veröffentlichten Dorothy Loy und eine Gruppe von Kollegen eine hervorragende Übersicht über diese Ergebnisse.

Die Ergebnisse geben Anlass zu einer neuen Theorie

Unter den 3500 untersuchten Sequenzen wurden sechs Laverania-Arten (eine Untergattung der Gattung Plasmodium) identifiziert. Eine Linie aus westlichen Gorillas war nahezu identisch mit P. falciparum. Zunächst dachte man, diese Infektionen seien ein Hinweis darauf, dass die menschliche Malaria auch Gorillas infizieren könnte, bis weitere Analysen zeigten, dass der menschliche P. falciparum tatsächlich ein Nachfahre dieser Gorilla-Art ist. Es ist anzunehmen, dass sich dieser tödliche Parasit nicht zusammen mit den frühen Menschen entwickelt hat, als diese sich von unserem gemeinsamen Vorfahren, dem Schimpansen, abspalteten, sondern dass er in einem einzigen Übertragungsereignis vor etwa 10.000 Jahren von den Gorillas auf den Menschen übergesprungen ist.

Diese neuen Erkenntnisse über die Ursprünge der Malaria erklären auch, warum P. falciparum im Vergleich zu anderen Malariaarten eine überraschend geringe genetische Vielfalt aufweist. Ursprünglich ist nur eine kleine Anzahl von P. falciparum-Parasiten auf den Menschen übergesprungen, da nur sie die richtigen Mutationen hatten, die ihnen das Überleben ermöglichten. Derzeit scheint keine Gorilla-Malariaart im Menschen überleben zu können. Da nur eine kleine Anzahl einzigartiger Parasiten in der Lage war, Menschen zu infizieren, weist diese Population eine geringere Diversität auf als die gesamte Bandbreite der Parasiten in ihrer ursprünglichen Population, eine Situation, die als Populationsengpass bekannt ist. Anhand des durchschnittlichen Ausmaßes der genetischen Veränderungen in Malaria-Genomen im Laufe der Zeit und der Anzahl der Unterschiede zwischen P. falciparum und der Gorilla-Malaria-Spezies konnten die Forscher abschätzen, dass dieser Wechsel vor nur 10 000 Jahren stattfand.

Dieses neue Verständnis des Ursprungs von P. falciparum war nicht die einzige neue Erkenntnis.

Neuer Ursprung von Plasmodium vivax

Die Theorie, dass P. vivax in Asien entstanden ist, nachdem es von Makaken auf den Menschen übergesprungen ist, hat immer Schwierigkeiten bereitet, zwei Fragen zu lösen. Erstens kam der Mensch erst vor 60 000 Jahren nach Asien, und die Trennung zwischen Makakenmalaria und P. vivax scheint viel älter zu sein. Zweitens wird angenommen, dass der Duffy-negative Phänotyp, der in großer Zahl in Afrika südlich der Sahara und nicht in Südostasien vorkommt, als Reaktion auf den hohen Selektionsdruck durch P. vivax ausgewählt wurde, da das Fehlen des Duffy-Antigens es P. vivax das Eindringen in die roten Blutkörperchen erschwert.

Beide Fragen werden mit Hilfe einer Theorie gelöst, die aus den neuen Probenahmen und Phylogenien gewonnen wurde.

Wir sehen jetzt, dass P. vivax und verwandte Stämme sehr häufig bei Schimpansen und Gorillas vorkommen, was zeigt, dass P. vivax, wie P. falciparum, höchstwahrscheinlich von afrikanischen Affen abstammt und in Afrika auch auf den Menschen übergesprungen ist.

Zukünftige Forschungswege

Die Neufassung der Theorien über den Ursprung dieser menschlichen Malariaerreger ist eine wichtige Revision, da sie neue und wichtige Wege der Malariaforschung eröffnen könnte. Welche Gene und Mutationen ermöglichten es der Malaria, vom Affen auf den Menschen überzuspringen? Die Entdeckung dieser Gene könnte neue Angriffspunkte für Medikamente oder Behandlungsmöglichkeiten eröffnen. Welche Gene sind bei menschlichen und affenartigen Malariaparasiten ähnlich? Könnten diese auf wichtige, weitgehend konservierte Funktionen hindeuten, die sich ebenfalls als Ziele für Impfstoffe oder Medikamente eignen könnten? Seit der Entdeckung der Malariaparasiten vor nur etwas mehr als 100 Jahren wurde viel Geld und Mühe in die Erforschung dieser Parasiten gesteckt, und das zu Recht, wenn man die enormen wirtschaftlichen und sozialen Kosten bedenkt, die sie für die menschliche Bevölkerung verursachen. Die Identifizierung der Ursprünge der menschlichen Malariaparasiten ist ein wichtiges Ergebnis, das hoffentlich zu einer Verbesserung des Lebens der Menschen in den von Malaria betroffenen Regionen unseres Planeten führen wird.