Developmental Programs of Coccidial Transmission Stages in Final and Intermediate Hosts: Evolutionary Conserved Core Mechanisms Inform Targeted Intervention Strategies

Kokzidien, eine faszinierende und äußerst erfolgreiche Gruppe intrazellulärer Parasiten innerhalb des Apicomplexa-Unterstamms, besitzen komplexe Lebenszyklen, die sich mit bemerkenswerter Präzision entwickelt haben, um in einer Vielzahl von Wirten zu gedeihen. Ihre Entwicklungsstadien – Merogonie, Gamogonie und Sporogonie – sind streng reguliert, was es diesen Parasiten ermöglicht, sich an spezifische ökologische Nischen und Wirte anzupassen. Während einige Arten, wie Toxoplasma gondii, die Fähigkeit entwickelt haben, ein breites Spektrum an Zwischenwirten zu besiedeln, weisen andere, wie Cystoisospora suis, einen eingeschränkteren, monoxenen (d. h. wirtsgebundenen) Lebenszyklus auf. Vor diesem evolutionären Hintergrund zielt unsere Studie darauf ab, die molekularen Mechanismen zu entschlüsseln, die die komplexen Übergänge im Lebenszyklus dieser Parasiten steuern.Unsere Forschung konzentriert sich auf die Rolle der Transkriptionsfaktorfamilie AP2 bei der Orchestrierung der stadienspezifischen Genexpression während der Lebenszyklen von T. gondii und C. suis. Diese beiden eng verwandten, aber biologisch unterschiedlichen Kokzidienarten bieten einen einzigartigen Einblick in die evolutionären Prozesse, die es Parasiten ermöglichen, ihre Lebenszyklen zu diversifizieren und gleichzeitig zentrale regulatorische Rahmenbedingungen zu bewahren. T. gondii zeichnet sich besonders durch seine Fähigkeit aus, auch in Zwischenwirten systemisch zu persistieren und sich zu verbreiten, während der monoxene C. suis einen streng enteroepithelialen Lebenszyklus in einem einzigen Wirt aufrechterhält. Durch den Vergleich dieser Modelle wollen wir die konservierten genetischen Elemente aufdecken, die Stadienübergänge steuern, sowie artspezifische Kooptation oder Innovation, die die Anpassung und das Überleben des Wirtes unterstützen.Unsere vorläufigen Daten haben bereits Neuland betreten, indem sie erstmals die vollständige mRNA-Expressionsdynamik von T. gondii über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg abgebildet haben. Aufbauend auf diesem Erfolg werden wir mithilfe von In-vivo- und hochmodernen In-vitro-Modellen direkt vergleichbare Genexpressionsdatensätze für C. suis generieren. Die vollständige Rekapitulation des Lebenszyklus von C. suis in vitro bietet eine außergewöhnliche Gelegenheit, die regulatorischen Netzwerke zu analysieren, die die Entwicklung in einer streng kontrollierten Umgebung steuern. Dies ergänzt die kürzlich entwickelten Strategien zur ektopischen Induktion der Genexpression im Darmstadium bei T. gondii-Tachyzoiten optimal.Dieses ambitionierte Projekt befasst sich mit mehreren zentralen evolutionären Fragen: Wie hat die Evolution die zentralen AP2-gesteuerten regulatorischen Netzwerke geformt, um die unterschiedlichen Lebenszyklen von T. gondii und C. suis zu unterstützen? Welche genetischen Innovationen ermöglichen es T. gondii, in Zwischenwirte einzudringen und dort zu persistieren, und wie unterscheiden sich diese Mechanismen bei C. suis, das auf einen einzigen Wirt beschränkt bleibt? Unsere Arbeit wird von dem spannenden Potenzial getrieben, grundlegende biologische Prinzipien aufzudecken, die nicht nur den evolutionären Erfolg dieser Parasiten erklären, sondern auch neue, gezielte Strategien zur Bekämpfung parasitärer Infektionen aufzeigen.(Übersetzt aus dem Englischen mit Google Translate)

SNF individual or collaborative proposal

Zentrum für Pathobiologie

Universität Zürich
Funktion: Projektleitung
Abteilung: Institut für Parasitologie, Vetsuisse Fakultät, Univ. Zürich