Plasmodium falciparum ist eine Art eines einzelligen Parasiten aus der Gattung Plasmodium, die als Krankheitserreger der lebensgefährlichen Malaria tropica beim Menschen überragende Bedeutung hat. Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass 2006 rund 247 Millionen Malariafälle zu annähernd 881.000 Todesfällen führten, die weitaus meisten davon durch Plasmodium falciparum.WHO: World Malaria Report 2008 (PDF) Andere Autoren kommen für 2002 auf 515 Millionen Malariafälle pro Jahr durch Plasmodium falciparum.R. W. Snow, C. A. Guerra, A. M. Noor, H. Y. Myint, S. I. Hay: The global distribution of clinical episodes of Plasmodium falciparum malaria. In: Nature. 434(7030), 10. Mar 2005, S. 214–217. PMID 15759000
Plasmodium falciparum unterscheidet sich in vielen Merkmalen von anderen Malariaerregern und wird deshalb zusammen mit einem Schimpansen infizierenden Parasiten in eine eigene Untergattung Laverania eingeordnet. Der Mensch ist der einzige natürliche Wirt. Plasmodium falciparum wird von weiblichen Stechmücken der Gattung Anopheles übertragen, in denen auch eine geschlechtliche Vermehrung erfolgt. Der Parasit ist heute vorwiegend in tropischen Ländern verbreitet, die weitaus meisten Fälle von Malaria tropica gibt es in Afrika südlich der Sahara.
Plasmodium falciparum hat einen komplexen Lebenszyklus, bei dem nach der Infektion eines Menschen auf eine erste Vermehrung in der Leber eine starke Vermehrung im Blut folgt. Durch einige Besonderheiten der Vermehrung im Blut, wie die oft hohe Zahl an Parasiten, das Anhaften von infizierten Blutzellen an Wände der Blutgefäße und die Rosettenbildung infizierter Zellen mit anderen Blutzellen, ist der Krankheitserreger besonders gefährlich. Plasmodium falciparum hat besondere molekulare Mechanismen entwickelt, die gleichzeitig dazu dienen, der Wirkung des Immunsystems des Menschen zu entgehen.
Entdeckung und Beschreibung Geschichte mini|Malariaerreger, von Laveran gezeichnet
Plasmodium falciparum wurde erstmals 1880 von Alphonse Laveran im Blutausstrich eines in Algerien an Malaria erkrankten Soldaten identifiziert. Der von Laveran im nicht fixierten mikroskopischen Präparat beobachtete Prozess der Exflagellation, bei dem aus einem Mikrogametozyten, einer Geschlechtsform des Parasiten, in kurzer Zeit mehrere bewegliche männliche Gameten entstehen, war der Beleg dafür, dass die im Blut beobachteten Partikel keine Artefakte, sondern Lebensformen eines einzelligen Blutparasiten waren.
Laveran ging von nur einer Art des Malariaerregers beim Menschen aus, die er Oscillaria malariae nannte. Andere Autoren vermuteten unterschiedliche Erreger für die verschiedenen Formen der Malaria. Ettore Marchiafava und Angelo Celli führten 1885 den Gattungsnamen Plasmodium für die Malariaerreger ein. Der Erreger der Malaria tropica wurde 1897 von William Henry Welch nach Sichtung der Literatur Haematozoon falciparum genannt. Das Epitheton falciparum leitet sich vom lateinischen Wort Falx für Sichel ab und bezieht sich auf die charakteristische sichelförmige Gestalt der Gametozyten. Zwischen 1885 und 1897 wurden noch eine Reihe von anderen Namen von verschiedenen Autoren vorgeschlagen; entgegen der Prioritätsregel setzte sich in der Literatur die Bezeichnung Plasmodium falciparum durch. 1915 schlug Ziemann den Namen Plasmodium perniciosum vor. 1954 wurde das Epitheton falciparum vom ICZN für gültig erklärt, und zwar sowohl in der üblichen Kombination Plasmodium falciparum als auch in der nicht gebräuchlichen Bezeichnung Laverania falciparum.
Morphologie Wie alle Plasmodien kommt P. falciparum in verschiedenen Entwicklungsstadien vor, von denen die Blutformen die bekanntesten und für die Diagnostik wichtigsten sind. Die aus den Mücken stammenden Sporozoiten sind sichelförmig und üblicherweise 10,5 bis 12 Mikrometer lang. Leberschizonten, die erste Entwicklungsform im Menschen, sind erst rund bis oval, in späten Stadien haben sie oft eine unregelmäßige, gelappte Form und erreichen eine Größe von bis zu 60 Mikrometern. Sie enthalten zehntausende von Merozoiten, welche jeweils einen Durchmesser von zirka 0,7 Mikrometer haben.
Bei der Vermehrung im Blut in Erythrozyten ist eine hohe Parasitämie ebenso typisch für diesen Erreger wie die häufige Abwesenheit später Entwicklungsformen im peripheren Blut; im Blutausstrich werden normalerweise fast nur Ringformen und nach längerer Krankheit auch reife Gametozyten beobachtet. Im Verlauf der Entwicklung in den Erythrozyten werden zuerst ringförmige Trophozoiten gebildet, die kleiner sind als bei anderen Malariaerregern des Menschen. Eine Infektion einer Blutzelle durch mehrere Merozoiten ist häufig. Erythrozyten mit älteren, größeren Ringformen zeigen nach Färbung oft eine typische Maurersche Fleckung. Im weiteren Verlauf der Entwicklung werden die Parasiten größer und kompakter, ohne amöboide Formen zu bilden, wie dies bei manchen anderen Malariaerregern der Fall ist. Im gefärbten Blutausstrich ist das Zytoplasma in diesem Stadium tiefblau gefärbt, Malariapigment ist erstmals in diesem Stadium erkennbar.
Spätere Entwicklungsformen werden meist nur in geringer Zahl im Blutausstrich beobachtet. Durch Mehrfachteilung wird aus dem Trophozoiten ein Schizont, der sich vergrößert und den größten Teil des Erythrozyten ausfüllt. Reife Blutschizonten enthalten 8 bis 20, typischerweise 16 Merozoiten. Die manchmal genannte Zahl von bis zu 32 Merozoiten liegt vermutlich an einer Mehrfachinfektion mit zwei Schizonten in einem Erythrozyten. Beim sonst morphologisch von P. falciparum kaum unterscheidbaren P. reichenowi beschränkt sich die Zahl der Merozoiten auf 10 bis 12.
Auch unreife Gametozyten werden relativ selten im peripheren Blut beobachtet. Charakteristisch für die Art ist die sichelförmige Gestalt der reifen Gametozyten, eine Eigenschaft, die bei Säugetiere infizierenden Plasmodien nur in der Untergattung Laverania beobachtet wurde. Die Makrogametozyten sind relativ schlank, das Zytoplasma ist nach Färbung deutlich blau, der Zellkern kompakt. Die Mikrogametozyten dagegen sind von der Form her plumper, das Zytoplasma ist nach Färbung hellblau, der Zellkern größer und weniger kompakt.
Als Apicomplexa verfügen Plasmodien über ein spezielles Organell, den Apicoplast. Dieser Plastid, der vermutlich durch Endosymbiose von Rotalgen entstanden ist,B. Striepen: The apicoplast: a red alga in human parasites. In: Essays Biochem. 51, 2011, S. 111–125. PMID 22023445M. Kalanon, G. I. McFadden: Malaria, Plasmodium falciparum and its apicoplast. In: Biochem Soc Trans. Band 38, Nr. 3, Juni 2010, S. 775–782. PMID 20491664 hat seine Fähigkeit zur Photosynthese verloren, ist aber im Stadium der Gametozytogenese (der asexuellen Entwicklungsstadien in den Erythrozyten und in der Leber) lebensnotwendig für Plasmodien.J. D. Wiley u. a.: Isoprenoid precursor biosynthesis is the essential metabolic role of the apicoplast during gametocytogenesis in Plasmodium falciparum. In: Eukaryot. Cell. Band 14, Nr. 2, Februar 2015, S. 128–139. PMID 25446055 Daher stellt der Apicoplast ein attraktives Ziel für Anti-Malaria-Medikamente dar.J. Wiesner, H. Jomaa: Isoprenoid biosynthesis of the apicoplast as drug target. In: Curr Drug Targets. Band 8, Nr. 1, Januar 2007, S. 3–13. PMID 17266527A. Mukherjee, G. C. Sadhukhan: Anti-malarial Drug Design by Targeting Apicoplasts: New Perspectives. In: J Pharmacopuncture. Band 19, Nr. 1, März 2016, S. 7–15. PMID 27280044
Systematik mini|Der ursprüngliche Wirt von Plasmodium falciparum, der Westliche Gorilla Der ursprüngliche Wirt von P. falciparum ist der Westliche Gorilla (Gorilla gorilla). Nach einer 2010 veröffentlichten Studie ist der Erreger ein einziges Mal von einem Gorilla auf einen Menschen übertragen worden.Liu Weimin u. a.: Origin of the human malaria parasite Plasmodium falciparum in gorillas. In: Nature. Band 467, Nr. 7314, 2010, S. 420–425. 2019 wurde der Übergang auf den Menschen als Folge eines Gentransfers von Plasmodium adleri auf Plasmodium falciparum vor rund 50.000 Jahren beschrieben.Francis Galaway et al.: Resurrection of the ancestral RH5 invasion ligand provides a molecular explanation for the origin of P. falciparum malaria in humans. In: PLoS Biology. Band 17, Nr. 10, e3000490, doi:10.1371/journal.pbio.3000490. Resurrection of 50,000-year-old gene reveals how malaria jumped from gorillas to humans. Auf: eurekalert.org vom 15. Oktober 2019.
Im Unterschied zu den anderen Malariaerregern des Menschen wird P. falciparum nicht in die Untergattung Plasmodium, sondern in eine eigene Untergattung Laverania eingeordnet. Zu den Laverania gehören insgesamt sechs verschiedene Plasmodium-Arten, die den Gemeinen Schimpansen (Pan troglodytes) und den Westlichen Gorilla, nicht jedoch den Östlichen Gorilla (Gorilla beringei) und den Bonobo (Pan paniscus) infizieren. Das morphologisch fast identische P. reichenowi, ein Schimpansen-Parasit, stand lange im Verdacht der Ursprung von P. falciparum zu sein.
Obwohl zwischen verschiedenen Isolaten von P. falciparum oft morphologische, immunologische und genetische Unterschiede feststellbar sind, hat sich keine taxonomische Differenzierung der Art beispielsweise in Unterarten durchsetzen können, da die verschiedenen Merkmale nicht konstant und verschieden genug sind, um eine entsprechende Abgrenzung zu rechtfertigen. Bei populationsgenetischen Untersuchungen wurden in Teilen des Genoms und im Mitochondriengenom von P. falciparum erstaunlich wenige Polymorphismen gefunden. Die derzeit plausibelste Erklärung dafür ist eine mögliche schnelle Expansion einer kleinen Parasitenpopulation in Afrika vor zirka 10.000 Jahren.D. L. Hartl: The origin of malaria: mixed messages from genetic diversity. In: Nat Rev Microbiol. Band 2, Nr. 1, 2004, S. 15–22. PMID 15035005 Diese Expansion nach einem genetischen Flaschenhals könnte zeitgleich mit Änderungen der Ökologie des Menschen, dem einzigen Säugetierwirt des Parasiten, in der neolithischen Revolution verlaufen sein.
Verbreitung und Wirte Verbreitung mini|Verbreitung von und Kontaminationsrisiko mit P. falciparum Plasmodium falciparum kann in tropischen und subtropischen Gegenden vorkommen. Heute ist P. falciparum vorwiegend in den Tropen, insbesondere in Afrika südlich der Sahara, verbreitet. Weitere Schwerpunkte liegen in Teilen Süd- und Südostasiens und auf Papua-Neuguinea sowie im Amazonasbecken. Insgesamt lebt mehr als 40 % der Weltbevölkerung in Regionen mit Infektionsrisiko durch P. falciparum.S. I. Hay, C. A. Guerra, P. W. Gething, A. P. Patil, A. J. Tatem, A. M. Noor, C. W. Kabaria, B. H. Manh, I. R. Elyazar, S. Brooker, D. L. Smith, R. A. Moyeed, R. W. Snow: A World Malaria Map: Plasmodium falciparum Endemicity in 2007. In: PLoS Med. Band 6, Nr. 3, 24. Mar 2009, S. e48. PMID 19323591 Als generelle Regel wird oft angegeben, die Parasiten würden in den Tropen bis zu einer Meereshöhe von 1.500 Metern übertragen, es gibt aber auch nachgewiesene Fälle von Übertragungen aus 2.600 bis 2.800 Metern Höhe.
Bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts kam der Parasit auch im Mittelmeerraum, in Europa beispielsweise in Spanien, Italien und auf dem Balkan, sowie im Südosten der USA vor. In Mitteleuropa war P. falciparum im Gegensatz zu anderen Malariaerregern nie heimisch. Ein natürlicher Verbreitungszyklus von Mensch zu Mensch durch Mücken beschränkt sich hier auf extrem seltene Einzelfälle, für die ein nicht erkannter Parasitenträger, eine geeignete Anopheles-Population und eine die Vermehrung des Parasiten in der Mücke begünstigende längere Hitzeperiode zusammenkommen müssen.A. Krüger, A. Rech, X. Z. Su, E. Tannich: Two cases of autochthonous Plasmodium falciparum malaria in Germany with evidence for local transmission by indigenous Anopheles plumbeus. In: Trop Med Int Health. Band 6, Nr. 12, 2001, S. 983–985. PMID 11737834