Duftstoff-Cocktail verrät Malaria

Neues aus der Forschung

Meldung vom 15.05.2018

ETH-Forscherinnen und -Forscher entdecken Duftstoffprofile, die typisch sind für Menschen mit einer akuten oder symptomlos verlaufenden Malariainfektion. Das ist ein vielversprechender erster Schritt hin zu einem günstigen, feldtauglichen Diagnosetest für Entwicklungsländer.


180515-1841_medium.jpg
 
Der Malariaerreger verändert das Duftstoffprofil einer infizierten Person, was sie für die erregerübertragende Anopheles-Mücke attraktiver macht.
De Moraes CM, Wanjiku C, Stanczyk NM, Pulido H, Sims JW, Betz HS, Read AF, Torto B, Mescher MC
Volatile biomarkers of symptomatic and asymptomatic malaria infection in humans
Proceedings of the National Academy of Sciences, published online, 14th May 2018
DOI: 10.1073/pnas.1801512115


Malaria ist in den Tropen und Subtropen noch immer eine tödliche Gefahr. Jedes Jahr erkranken weltweit über 200 Millionen Menschen daran, mehrere Hunderttausend sterben an den Folgen der Infektion. Besonders betroffen sind Kinder. Laut der Weltgesundheitsorganisation WHO sind 90 Prozent der Opfer jünger als fünf Jahre. Malaria tötet aber nicht nur, sie beeinträchtigt auch die Lebensqualität jener, die die Krankheit überleben, und führt zu substantiellen Einbussen in der wirtschaftlichen Leistung der betroffenen Länder.

In vielen Fällen tragen Betroffene den Erreger in sich ohne äussere Symptome zu zeigen. «Gerade bei diesen Personen muss man ansetzen, wenn man die Ausbreitung der Krankheit eindämmen will», sagt Consuelo De Moraes, Professorin für Biokommunikation und Ökologie an der ETH Zürich.

Doch wie erkennt man Erkrankte, die keine Symptome zeigen? Möglicherweise anhand von veränderten Ausdünstungen, wie die ETH-Professorin und ihre Mitarbeiter in einer soeben in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlichten Studie aufzeigen.

In Zusammenarbeit mit Mitarbeitern des Internationalen Zentrums für Insektenphysiologie und -ökologie in Nairobi untersuchten sie bei kenianischen Kindern flüchtige chemische Verbindungen, die über die Haut ausgedünstet werden. Die Zusammensetzung und Konzentrationen dieser Stoffe ergaben schliesslich charakteristische Signaturen für akute und asymptomatische Malaria-Infektionen.

Infizierte riechen unwiderstehlich

Bereits in einer früheren Studie (ETH-News berichtete) zeigten die Forscherinnen und Forscher, dass der Malariaerreger die Ausdünstung von infizierten Mäusen verändert, was sie für Stechmücken attraktiver macht. Dies erleichtert die Übertragung des Erregers via Mücke von einem infizierten Individuum auf ein anderes. «Aufgrund dieser Studie hatten wir gehofft, dass sich die Ausdünstung von Menschen in ähnlicher Weise verändert wie diejenige von Mäusen und dass diese Duftnote Möglichkeiten zur Diagnose bietet», sagt De Moraes.

Um ihre Vermutung zu bestätigen, sammelten die ETH-Forscher bei mehr als 400 kenianischen Schulkindern über die Haut austretende flüchtige Substanzen. Dazu packten die Wissenschaftler entweder einen Fuss oder den Ellbogen eines Kindes in einen luftdichten Teflonsack und führten während einer Stunde einen Luftstrom über die entsprechende Hautpartie. Die Luft wurde durch spezielle Filter geleitet, welche die flüchtigen Substanzen banden. Mittels Gaschromatographie und der Massenspektrometrie bestimmten die Forscher schliesslich die Menge und die Art von jedem gesammelten Molekül, um Duftstoffprofile für gesunde und infizierte Kinder zu erstellen.

Gleicher Erreger, unterschiedliche Profile

Mit weiteren Untersuchungen dieser Profile identifizierten die Wissenschaftler die flüchtigen chemischen Verbindungen, die aufzeigen, ob ein Kind den Malariaerreger in sich trägt. Zudem waren die Duftstoffprofile selbst bei akuten und asymptomatischen Infektionen deutlich verschieden. Sie verrieten den Erreger sehr zuverlässig auch dann, wenn er erst in sehr kleiner Zahl vorhanden war und mit Mikroskopen noch nicht nachgewiesen werden konnte. Die Aufklärungsrate bei symptomlosen Infektionen lag in dieser Studie bei nahezu 100 Prozent.

«Diese hohe Rate war für uns ermutigend», sagt De Moraes. Überrascht habe sie zudem, dass die Geruchsprofile für Individuen mit asymptomatischer und akuter Malariainfektionen verschieden und derart eindeutig seien.

«Zu Beginn wussten wir nicht, nach welchen chemischen Verbindungen wir suchen müssen», erklärt die ETH-Professorin. Über die Haut sondert der Körper zahlreiche Verbindungen ab, die auch von der Ernährung, vom Stoffwechsel oder von Krankheiten abhängen. «Die spezifische Geruchssignatur der Erkrankung wird aber nicht erzeugt durch die An- oder Abwesenheit von spezifischen Verbindungen, sondern durch Konzentrationsänderungen von Stoffen, die auch bei Gesunden vorhanden sind. Unsere Aufgabe war es also, aus dem starken Rauschen die richtigen Signale zu filtern.»

Feldtaugliche und günstige Diagnose

Die Forscherinnen und Forscher hoffen nun, dass sich die von ihnen bestimmten Duftstoffsignaturen für eine relativ einfache Diagnostik und Früherkennung eignen. Es gibt zwar bereits Methoden, um den Malariaerreger früh nachzuweisen, wie beispielsweise eine DNA-Analysetechnik namens PCR (Polymerase Chain Reaction). Doch solche Verfahren sind verhältnismässig kostspielig und bedingen eine Laborinfrastruktur. Dies erschwert deren flächendeckenden Einsatz, insbesondere in armen Ländern des Südens.

«Die neuen flüchtigen Geruchsstoffprofile sind ein wichtiger erster Schritt. Nun muss jemand eine feldtaugliche Anwendung entwickeln, die günstig und zuverlässig ist», sagt Mitautor und ETH-Professor Mark Mescher vom Institut für Integrative Biologie. Die Wissenschaftler hoffen, dass sie zur Entwicklung einer solchen Anwendung beitragen können, unter anderem dank einer Partnerschaft mit der Bill Gates Foundation, die ihre Forschung mitfinanziert hat.

Die ETH-Forscher rechnen darüber hinaus damit, dass ähnliche Methoden zum Einsatz kommen könnten, um weitere Krankheiten zu bekämpfen. «Krankheitserreger, die von stechenden Insekten und anderen Vektoren übertragen werden, verändern oft die Duftnote des infizierten Individuums, um das Verhalten des Vektors zu beeinflussen», sagt Mescher. «Die jeweilige Signatur der Infektion könnte für Diagnosen genutzt werden.»


News der letzten 7 Tage

www.biologie-seite.de 14 Meldungen

Meldung vom 26.06.2019

Kein Platz für Wölfe

Wölfe lösen beim Menschen gleichermaßen Angst und Faszination aus. Das Raubtier wird bei Nutztierhaltern, J ...

Meldung vom 25.06.2019

Studie: Spinat-Extrakt führt zu Leistungssteigerungen im Sport

Ein Extrakt aus Spinat kann einer internationalen Studie unter Beteiligung der Freien Universität Berlin zufo ...

Meldung vom 25.06.2019

Forscher der Humboldt-Universität entschlüsseln, wie Blütenpflanzen ihren Stoffwechsel drosseln

Artikel im Wissenschaftsjournal eLife erschienen.

Meldung vom 25.06.2019

Upcycling in Symbiose: Von „minderwertigen“ Substanzen zu Biomasse

Forschende entdecken den ersten bekannten schwefeloxidierenden Symbionten, der rein heterotroph lebt.

Meldung vom 25.06.2019

Nicht nur der Wind zeigt den Weg

Wenn der südafrikanische Dungkäfer seine Dungkugel vor sich her rollt, muss er den Weg möglichst präzise k ...

Meldung vom 25.06.2019

Rätsel um Ursprung der europäischen Kartoffel gelöst

Woher stammt die europäische Kartoffel? Pflanzen, die im 19. Jahrhundert auf einer Expedition des britischen ...

Meldung vom 24.06.2019

Molekulare Schere stabilisiert das Zell-Zytoskelett

Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI in Villigen haben erstmals die Struktur wichtiger Enzyme in menschl ...

Meldung vom 24.06.2019

Solarium für Hühner - Wie sich der Vitamin-D-Gehalt von Eiern erhöhen lässt

Viele Menschen leiden unter einem Vitamin-D-Mangel. Das kann brüchige Knochen und ein erhöhtes Risiko für A ...

Meldung vom 21.06.2019

Genom der Weisstanne entschlüsselt: Baumart für den Wald der Zukunft

Die Weisstanne ist eine wichtige Baumart im Hinblick auf den Klimawandel. Um sie besser erforschen zu können, ...

Meldung vom 21.06.2019

Künstliche Intelligenz lernt Nervenzellen am Aussehen zu erkennen

st es möglich, das Gehirn zu verstehen? Noch ist die Wissenschaft weit von einer Antwort auf diese Frage entf ...

Meldung vom 21.06.2019

Pilz produziert hochwirksames Tensid

Forschungsteam der Friedrich-Schiller-Universität Jena entdeckt im Bodenpilz Mortierella alpina eine bisher u ...

Meldung vom 20.06.2019

Zufall oder Masterplan

Gemeinsame Pressemitteilung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und des Max-Planck-Instituts für Ev ...

Meldung vom 20.06.2019

Systeme stabil halten

Sowohl die Natur als auch die Technik sind auf integrierende Feedback-Mechanismen angewiesen. Sie sorgen dafü ...

Meldung vom 19.06.2019

Wie sich Bakterien gegen Plasmabehandlung schützen

Angesichts von immer mehr Bakterien, die gegen Antibiotika resistent werden, setzt die Medizin unter anderem a ...


21.05.2019
Namenlose Fliegen
03.05.2019
Eine Frage der Zeit
24.04.2019
Kraftwerk ohne DNA

06.03.2019
Bindung mit Folgen
16.01.2019
Plötzlich gealtert

19.12.2018
Baum der Schrecken
07.11.2018
Plastik im Fisch
28.09.2018
Gestresste Pflanzen

13.08.2018
Wie Vögel lernen

15.06.2018
Primaten in Gefahr
24.05.2018
Störche im Aufwind
15.05.2018
Kenne Deinen Fisch!
15.05.2018
Leben ohne Altern
15.05.2018
Lebensraum Käse
15.05.2018
Domino im Urwald
15.05.2018
Trend-Hobby Imker
15.05.2018
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung