Malaria är en av de mest hotande infektionssjukdomarna i världen. Ett internationellt team har nu kunnat undersöka malariapatogener i röda blodkroppar in vivo med hjälp av röntgenmikroskopet BESSY II och synkrotronkällorna ALBA och ESRF. Studierna avslöjar de mekanismer som aktiva substanser använder för att attackera patogenen. Detta skulle kunna bidra till att förbättra behandlingsstrategier och läkemedel.

Omkring 40 procent av mänskligheten bor i regioner som drabbats av malaria. Cirka 200 miljoner människor drabbas av sjukdomen varje år, och uppskattningsvis 600, 000 människor dör som ett resultat. Anopheles-myggor som överför malariapatogener sprider sig på grund av klimatförändringar. Dessa patogener är encelliga organismer (plasmodia) som sätter sig inuti de röda blodkropparna hos sina värdar och metaboliserar hemoglobin för att växa och föröka sig.

Den huvudsakliga vägen för att hantera sjukdomen är behandling med aktiva substanser i kinolinfamiljen, och på senare tid, från artemisinin-familjen. Dock, det exakta sättet som aktiva föreningar håller den patogena plasmodia i schack har hittills varit föremål för kontroverser.

En avhandling relaterar till matsmältningsprocessen av den patogena plasmodia. Forskning har visat att plasmodia lagrar stora mängder hemoglobin i deras matsmältningsvakuol, en organell som liknar en väska. Detta frigör järnhaltiga hemozoinmolekyler som plasmodierna inte kan tolerera. Plasmodierna lyckas kristallisera dessa giftiga hemozoinmolekyler så att de inte längre kan förgifta dem. Tanken var att aktiva föreningar kunde förhindra bildningen av hemozoinkristaller och därmed bojkotta avgiftningsprocessen av plasmodia.

Ett team ledd av Sergey Kapishnikov från Köpenhamns universitet och Weizmann Institute of Science i Rehovot, Israel, tillsammans med danska, spanska, franska och berlinska kollegor, har nu undersökt denna process i infekterade blodkroppar för första gången. Blodkropparna var infekterade med malariapatogenen Plasmodium falciparum och blandas sedan med olika koncentrationer av bromokin från kinolinfamiljen.

Malariapatogener i blodkroppar kan endast undersökas in vivo och i deras naturliga miljö med hjälp av röntgenmikroskopi vid synkrotronkällor. Andra undersökningsmetoder, såsom elektronmikroskopi, kräver att patogenerna torkas och skärs i ultratunna skivor.

På BESSY II, Stephan Werner och Peter Guttmann tillsammans med Sergey Kapishnikov kunde undersöka proverna med röntgenmikroskopi. "Blodproverna är snabbfrysta för undersökningen så att vi kan observera patogenerna in vivo och även producera tredimensionella röntgentomografibilder, " förklarar Guttmann. Ytterligare röntgenmikroskopistudier utfördes vid ALBA synkrotronljuskälla i Barcelona.

Fluorescensspektromikroskopi vid European Synchrotron Radiation Facility ESRF i Grenoble gjorde det möjligt att kartlägga fördelningen av grundämnen i blodkroppar. När den kombineras med den cellulära strukturen som avslöjas av de tredimensionella röntgenbilderna, bromokinfördelningen och dess verkningssätt kunde tolkas exakt. "Vi ser på våra bilder att bromokinet ackumuleras på ytan av hemozoinkristaller. Detta bör leda till hämning av kristalltillväxten och därmed störa avgiftningsprocessen av plasmodiaparasiterna, " förklarar Kapishnikov.

Dessa undersökningar kan även utvidgas till andra läkemedelsgrupper som Artemisinin och ger värdefull information för utformningen av effektivare malariabehandlingar.