Trypanosoma brucei ist eine Art von einzelligen Parasiten, die als Krankheitserreger der Afrikanischen Schlafkrankheit beim Menschen medizinische Bedeutung hat. In Endemiegebieten in Afrika zirkuliert der Parasit zwischen blutsaugenden Tsetsefliegen und verschiedenen Säugetierarten, einschließlich Haustieren.August Stich, Dietmar Steverding: Die Rückkehr einer Seuche: Trypanosomen. In: Biologie in unserer Zeit. Band 32, Nr. 5, 2002, S. 294–302. Eine Unterart von Trypanosoma brucei ist ein Erreger der Tierseuche Nagana, die in Afrika ein großes Problem für die Viehzucht ist. Die Parasiten haben einen ausgesprochen komplexen Lebenszyklus mit verschiedenen Lebensformen in Insekten und Säugetieren. Trypanosoma brucei zeichnet sich auch durch molekulare Besonderheiten bei der Regulation der Genexpression und bei der Vermeidung der Immunantwort des Säugetierwirtes aus.
Entdeckung und Beschreibung Geschichte Afrikanische Trypanosomen wurden erstmals 1895 vom Arzt David Bruce im Blut von an Nagana erkrankten Rindern beobachtet und als Auslöser der Erkrankung identifiziert.D. Steverding: The history of African trypanosomiasis. In: Parasit Vectors. 1(1), 12. Feb 2008, S. 3. PMID 18275594 Auch die Übertragung durch Tsetsefliegen konnte Bruce zeigen. Der Erreger wurde zu Ehren von Bruce Trypanosoma brucei (Synonym: Trypanosoma hominis) genannt. Wenige Jahre später wurden Trypanosomen in an der Westafrikanischen Schlafkrankheit erkrankten Menschen identifiziert; der 1902 von Aldo Castellani als Ursache der SchlafkrankheitPaul Diepgen, Heinz Goerke: Aschoff/Diepgen/Goerke: Kurze Übersichtstabelle zur Geschichte der Medizin. 7., neubearbeitete Auflage. Springer, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1960, S. 56. erkannte Erreger wurde nach dem westafrikanischen Fluss Gambia Trypanosoma gambiense genannt; dort wurde der Parasit zum ersten Mal identifiziert. Auch bei an der Ostafrikanischen Schlafkrankheit erkrankten Patienten wurden (zuerst von Robert KochGundolf Keil: Robert Koch (1843–1910). Ein Essai. In: Medizinhistorische Mitteilungen. Zeitschrift für Wissenschaftsgeschichte und Fachprosaforschung. Band 36/37, 2017/2018 (2021), S. 73–109, hier: S. 80.) Trypanosomen gefunden, die nach der britischen Kolonie Nordrhodesien, dem Ort der ersten Identifizierung, Trypanosoma rhodesiense genannt wurden. Die drei ursprünglich identifizierten Arten wurden 1972 zu einer Art unter dem Namen Trypanosoma brucei zusammengefasst, die wiederum in drei Unterarten, Trypanosoma brucei brucei, Trypanosoma brucei gambiense und Trypanosoma brucei rhodesiense aufgeteilt wurde.
Morphologie Der Einzeller hat eine einzelne Geißel, die an der Zelloberfläche unter einer undulierenden Membran zum Vorderende der Zelle verläuft und dort bei den meisten Formen des Parasiten zu einer freischwingenden Geißel wird. Ferner haben die Zellen einen kleinen Kinetoplasten, einer Ansammlung von DNA innerhalb eines großen Mitochondriums. Der Parasit kommt in mehreren pleomorphen Zellformen vor: Die trypomastigote Form, bei der die Basis der Geißel posterior zum Zellkern liegt, kommt im Blut von Säugetieren entweder als schlanke, bis zu 40 µm lange Form (slender) mit langer, freier Geißel und subterminalem Kinetoplast oder als kurze, gedrungene, bis zu 25 µm lange Form (stumpy) ohne freies Geißelende sowie einem Kinetoplasten nahe dem posterioren Ende vor; dazwischen gibt es noch intermediäre Formen. Ferner unterscheidet man eine prozyklische und eine metazyklische Form; beide kommen in Tsetse-Fliegen vor. Die metazyklische Form hat keine freie Geißel. Die epimastigote Form, bei der die Geißelbasis und der Kinetoplast anterior zum Zellkern liegt, ist der trypomastigoten ansonsten ähnlich und kommt ebenfalls nur in Fliegen vor.
Mikroskopisch sind die drei Unterarten nicht zu unterscheiden. Auch die Arten Trypanosoma evansi, Erreger der Surra, und Trypanosoma equiperdum, Erreger der Beschälseuche, sind mikroskopisch nicht von Trypanosoma brucei unterscheidbar.
Systematik Innerhalb der Gattung Trypanosoma wird Trypanosoma brucei zusammen mit Trypanosoma evansi und Trypanosoma equiperdum in die Untergattung Trypanozoon eingeordnet. Unterhalb der Art werden drei Unterarten und weitere Gruppen ohne taxonomischen Rang unterschieden:W. Gibson: Resolution of the species problem in African trypanosomes. In: Int J Parasitol. 37(8-9), Jul 2007, S. 829–838. PMID 17451719. Trypanosoma brucei Trypanosoma brucei brucei (ehemals Trypanosoma brucei) „Brucei“ „Kiboko“ „Sindo“ Trypanosoma brucei gambiense (ehemals Trypanosoma gambiense) „Group 1“ „Group 2“ Trypanosoma brucei rhodesiense (ehemals Trypanosoma rhodesiense) „Northern“ „Southern“
Verschiedene molekulare Untersuchungen ergaben, dass die Unterschiede zwischen den Unterarten von Trypanosoma brucei, aber auch zwischen allen anderen Vertreter der Untergattung Trypanozoon, sehr gering sind. Trypanosoma brucei brucei und Trypanosoma brucei rhodesiense sind im Wesentlichen durch ein einziges Gen für einen Serum Resistance Associated (SRA)-Faktor verschieden. Wird das Gen für diesen Faktor auf Trypanosoma brucei brucei übertragen, so wird dieser Parasit für den Menschen infektiös. Das SRA-Protein gehört zur Familie der Variable Surface Glycoproteine (VSG). Es wird angenommen, dass das SRA-Gen von Trypanosoma brucei rhodesiense durch partielle Deletion in einem VSG-Gen von Trypanosoma brucei brucei entstanden ist und dann zwischen verschiedenen Trypanosoma brucei-Stämmen durch Rekombination verbreitet wurde.W. C. Gibson: The SRA gene: the key to understanding the nature of Trypanosoma brucei rhodesiense. In: Parasitology. 131(Pt 2), Aug 2005, S. 143–150. PMID 16145931
Trypanosoma evansi und Trypanosoma equiperdum unterscheiden sich von Trypanosoma brucei praktisch nur durch vollständiges (evansi) oder teilweises (equiperdum) Fehlen der kDNA-Maxicircles, einer mitochondrialen DNA. Dieser Unterschied hat aber zur Konsequenz, dass sich beide Arten nicht in Tsetsefliegen vermehren können; sie werden rein mechanisch übertragen. Die geringen molekularen Unterschiede innerhalb der Untergattung Trypanozoon würden für sich genommen kaum eine weitere taxonomische Differenzierung rechtfertigen; allerdings führen diese Unterschiede zu deutlich verschiedener Wirtsspezifität und unterschiedlichem Krankheitsverlauf, womit der Unterscheidung große praktische Bedeutung zukommt.
Verbreitung und Wirtstiere Alle drei Unterarten von Trypanosoma brucei kommen praktisch ausschließlich in Afrika südlich der Sahara im Verbreitungsgebiet der Tsetsefliege, im sogenannten Tsetsegürtel, vor. Die Verbreitungsgebiete von Trypanosoma brucei gambiense und Trypanosoma brucei rhodesiense sind durch den ostafrikanischen Grabenbruch getrennt; lediglich in Uganda werden beide Unterarten beobachtet, allerdings in getrennten Verbreitungsgebieten. Trypanosoma brucei brucei ist im gesamten Tsetsegebiet anzutreffen.
Für Trypanosoma brucei gambiense ist der Mensch das Hauptreservoir.J. Pépin, H. A. Méda: The epidemiology and control of human African trypanosomiasis. In: Adv Parasitol. 49, 2001, S. 71–132. PMID 11461032 Der Erreger wurde zwar auch aus Schweinen und Schafen, in Einzelfällen auch aus Affen isoliert, die epidemiologische Bedeutung als Reservoir ist aber umstritten. Affen können experimentell infiziert werden, ohne ernsthaft zu erkranken. Übertragen werden diese Parasiten von Fliegen der Glossina palpalis-Gruppe, die vorwiegend in der Nähe von Flussläufen leben. Der Grund für die Anfälligkeit des Menschen für die Infektion mit diesem Erreger liegt in der Resistenz des Erregers gegen zwei menschliche Proteine, die trypanolytischen Faktoren (TLF-1 und TLF-2).Pierrick Uzureau, Sophie Uzureau u. a.: Mechanism of Trypanosoma brucei gambiense resistance to human serum. In: Nature. 501, 2013, S. 430–434, doi:10.1038/nature12516.
Für Trypanosoma brucei rhodesiense ist das Rind das Hauptreservoir;E. M. Fèvre, K. Picozzi, J. Jannin, S. C. Welburn, I. Maudlin: Human African trypanosomiasis: Epidemiology and control. In: Adv Parasitol. 61, 2006, S. 167–221. PMID 16735165 in Epidemiegebieten können bis zu 20 Prozent der Rinder akut oder auch chronisch mit humanpathogenen Parasiten infiziert sein. Neben dem Rind sind Haustiere wie das Schwein oder die Ziege weitere Reservoirs. Auch aus verschiedenen Wildtiere, beispielsweise dem Buschbock und anderen Antilopen, wurden oft Parasiten isoliert. Epidemiologisch spielen Wildtiere aufgrund der zurückgehenden Verbreitungsräume der Tiere keine dominierende Rolle mehr, es können aber ausgehend von Wildtierreservoirs Haustiere und in der Folge Menschen infiziert werden. Eine experimentelle Infektion ist bei Affen möglich und in den meisten Fällen tödlich. Die Übertragung erfolgt durch Fliegen der Glossina morsitans-Gruppe, die vorwiegend in der Savanne leben, sowie durch Bremsen der Gattung ChrysopsVonnie D.C. Shields: Biological Control of Pest and Vector Insects. InTech, Riejka 2017, ISBN 9789535130352, S. 293..
Trypanosoma brucei brucei kann viele Haussäugetiere, Kamele, sowie zahlreiche Wildtiere, darunter verschiedene Antilopen und einige Karnivoren, aber nicht den Menschen infizieren. Der Verlauf der Infektion ist sehr unterschiedlich; so zeigen manche westafrikanischen Hausrind-Rassen kaum Krankheitszeichen, während ostafrikanische Zebu-Rinder besonders empfindlich sind. Infektionen bei Pferden, Kamelen, Hunden und Katzen verlaufen meist schwer und sind oft tödlich.C. J. Maré: African animal trypanosomiasis. In: United States Animal Health Association (Hrsg.): Foreign Animal Diseases. St. Joseph, MO, 1998. Für die Resistenz des Menschen gegenüber Trypanosoma brucei brucei und mancher anderer Trypanosomen ist das Apolipoprotein L-I (APOL1) verantwortlich, ein Protein, das zuerst beim Menschen und bei Gorillas gefunden wurde.E. Pays, B. Vanhollebeke, L. Vanhamme, F. Paturiaux-Hanocq, D. P. Nolan, D. Pérez-Morga: The trypanolytic factor of human serum. In: Nat Rev Microbiol. 4(6), Jun 2006, S. 477–486. PMID 16710327 Wenn Trypanosomen APOL1 durch Endozytose aufnehmen, bildet APOL1 in der Membran der Lysosomen Poren, die zu einer Lyse der Parasitenzellen führen. Erkauft wird dieser Selektionsvorteil aber durch ein erhöhtes Risiko, an bestimmten Nierenkrankheiten (Nephrosklerose, Fokal segmentale Glomerulosklerose) zu erkranken, deren Häufigkeit bei Menschen schwarzafrikanischer Abstammung entsprechend erhöht ist. Die Serumresistenz des Menschen durch APOL1 wird von Trypanosoma brucei rhodesiense mittels des Serum Resistance Associated (SRA)-Faktors überwunden, indem das SRA-Protein an das Apolipoprotein bindet und dessen trypanolytische Wirkung neutralisiert. Trypanosoma brucei gambiense hat kein SRA; der Mechanismus der Serumresistenz bei dieser Unterart ist unbekannt.
Trypanosomen können prinzipiell auch mechanisch übertragen werden, beispielsweise durch medizinisches Besteck. Eine Übertragung von der Mutter auf den Embryo kommt vor, spielt jedoch epidemiologisch keine Rolle; eine Übertragung durch Transfusionen erscheint möglich, ist aber nicht dokumentiert. Eine rein mechanische Übertragung durch Wadenstecher ist experimentell nachgewiesen,S. Mihok, O. Maramba, E. Munyoki, J. Kagoiya: Mechanical transmission of Trypanosoma spp. by African Stomoxyinae (Diptera: Muscidae). In: Trop Med Parasitol. 46(2), Jun 1995, S. 103–105. PMID 8525279 die epidemiologische Bedeutung aber unklar. Es gibt aber Hinweise auf Fälle der Nagana mit Trypanosome brucei. außerhalb des Tsetse-Verbreitungsgebietes.
Lebenszyklus