[Seite 7↓]

1.  Einleitung

Die Malaria ist heute, mehr als 100 Jahre nach Entdeckung der Plasmodien als Erreger durch Laveran (1880) und des parasitären Kreislaufs durch Ross (1897), noch immer die bedeutendste parasitäre Infektionskrankheit des Menschen. Weltweit sind jährlich bis zu 500 Millionen Menschen von dieser Infektionskrankheit betroffen (WHO 2000). In Endemiegebieten haben schwangere Frauen neben Kleinkindern ein erhöhtes Risiko, an einer Malaria durch Plasmodium falciparum zu erkranken (McGregor 1984; Diagne et al. 1997; Sullivan et al. 1999; Beeson et al. 2000; Menendez et al. 2000; Saute et al. 2002). Die Malaria in der Schwangerschaft kann unter anderem eine mütterliche Anämie, ein vermindertes Geburtsgewicht sowie Frühgeburtlichkeit verursachen (Ordi et al. 1998; Sullivan et al. 1999; Menendez et al. 2000). Das Risiko einer Erkrankung ist während der ersten Schwangerschaft besonders hoch, bei späteren Schwangerschaften geringer, nicht aber aufgehoben (Diagne et al. 1997; Sullivan et al. 1999; Menendez et al. 2000). Als Ursache hierfür wird die nur allmähliche Entwicklung einer effektiven Immunerkennung von speziell in der Schwangerschaft exprimierten parasitären Antigenen angesehen (Fried et al. 1996; Fried et al. 1998; Beeson et al. 2000).

Erregertypen, die eine besondere Bedeutung für Schwangere haben, bilden Oberflächenproteine aus, mittels derer sie an plazentare Strukturen binden. Charakteristischerweise sequestrieren die mit diesen speziellen Stämmen von P. falciparum infizierten Erythrozyten im intervillösen Raum der Plazenta (Beeson et al. 2001; Scherf et al. 2001). Hierbei wird von einer plazentaren Malaria gesprochen. Die Parasitendichten bei einer plazentaren Malaria sind somit in der Plazenta häufig hoch. Bedingt durch diese Sequestration können jedoch plazentare Infektionen in bis zu 50% der Fälle im peripheren Blut nicht mikroskopisch nachgewiesen werden (Desowitz et al. 1992; Leke et al. 1999; Mockenhaupt et al. 2002). Dagegen scheint jedoch der Parasitennachweis im peripheren Blut trotz plazentarer Sequestration durch den Nachweis von erregerspezifischer DNA durch eine Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR) in nahezu 100% möglich zu sein (Mockenhaupt et al. 2002).

P. falciparum weist eine hohe genetische Diversität auf (Smith et al. 1999; Snounou et al. 1999). In Endemiegebieten sind die häufig chronisch verlaufenden Infektionen mit P. falciparum in der Regel polyklonal. Man spricht in diesen Fällen von multiplen Infektionen bzw. von der Multiplizität der Infektion (Beck et al. 1997; Färnert et al. 1999). Es gibt bei Kindern und ErwachsenenAnhalt dafür, dass die Multiplizität der Infektion eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Aufrechterhaltung einer natürlichen Immunität spielt (Smith et al. 1999). Bei Schwangeren jedoch ist bis heute wenig über die Verbreitung und Bedeutung polyklonaler [Seite 8↓]Infektionen mit P. falciparum bekannt. Zudem liegen in den bisher veröffentlichten Studien widersprüchliche Ergebnisse vor (Beck et al. 2001; Schleiermacher et al. 2001; Saute et al. 2002). Es ist größtenteils unklar, ob die Multiplizität einer Infektion sowie eine Infektion mit bestimmten Genotypen (Stämmen) einen Einfluss auf die Morbidität und den Verlauf einer Schwangerschaft und die fetale Entwicklung hat. Darüber hinaus ist nicht endgültig geklärt, ob alle oder nur ein Teil der zahlreichen Parasiten in der Plazenta sequestrieren.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist, es die Multiplizität der Infektion und Diversität von P. falciparum bei gebärenden Frauen des holoendemischen Malariagebiets von Agogo (Ghana) mittels PCR-Genotypisierung zu untersuchen. Diese Untersuchung erfolgt durch den Nachweis und die Typisierung der hochpolymorphen Gene msp-1 (merozoite-surface-protein-1) und msp-2 (merozoite-surface-protein-2), die für die Merozoiten-Oberflächen-Proteine kodieren. Es soll erforscht werden, ob die Multiplizität der Infektion und die Infektion mit speziellen Genotypen von P. falciparum mit einer Anämie, einem verminderten Geburtsgewicht oder einer Frühgeburt assoziiert sind. Zudem wird untersucht, inwiefern bestimmte Faktoren (Alter, Parität, Parasitendichte der Infektion, Wohnort) die Multiplizität der Infektion und die Infektion mit bestimmten Genotypen beeinflussen. Weiterhin werden in der Plazenta nachgewiesene Genotypen mit in der peripheren Zirkulation vorhandenen Genotypen verglichen, um festzustellen, ob es sich bei den in der Plazenta bestimmten um eine spezifische Subpopulation von P. falciparum handelt.

1.1. Malaria

1.1.1. Epidemiologie

Über 40% der Weltbevölkerung lebt in Gebieten, in denen die Malaria als endemische oder epidemische Erkrankung auftritt. Nach Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation enden jedes Jahr 2-3 Millionen Erkrankungen tödlich. Weltweit sind jährlich bis zu 500 Millionen Menschen von dieser Infektionskrankheit betroffen (WHO 2000). Die Mehrheit aller Erkrankungen und tödlichen Verläufe betreffen Kleinkinder und schwangere Frauen in Gebieten südlich der Sahara (WHO 2000). Der Versuch, die Malaria durch die flächenhafte Einführung von Chloroquin als Antimalariamedikament und den Einsatz von Insektiziden wie DDT zu besiegen, ist nach anfänglichen Erfolgen fehlgeschlagen. Seit Mitte der 70er Jahre ist ein deutlicher Wiederanstieg der Krankheitsfälle beobachtet worden. Multiresistente Erreger haben sich seither weltweit verbreitet (Mockenhaupt et al. 1997). Die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs gegen die Malaria ist mittelfristig nicht in Sicht.


[Seite 9↓]

1.1.2.  Entwicklungszyklus von Plasmodien

Die Malaria wird durch die Infektion mit Protozoen der Gattung Plasmodium verursacht. Zu den humanpathogenen Plasmodien gehören P. falciparum, P. vivax, P. ovale und P. malariae. Der Entwicklungszyklus der Parasiten unterteilt sich in einen asexuellen Zyklus (Gewebsschizogonie) im Menschen und in einen sexuellen Zyklus (Sporogonie) in der Anophelesmücke. Bei der Infektion gelangen mit dem Stich einer weiblichen Anopheles infektiöse Parasitenformen, die Sporozoiten, aus den Speicheldrüsen der Mücke in den Blutkreislauf des Menschen. Die Sporozoiten befallen innerhalb kürzester Zeit Leberparenchymzellen. In den Hepatozyten findet eine erste asexuelle Teilung statt (Gewebsschizogonie). Diese endet mit der Freisetzung von Merozoiten. Die Dauer dieser Präpatenzzeit ist speziesabhängig und liegt durchschnittlich bei 6 bis 16 Tagen. Die freigesetzten Merozoiten befallen Erythrozyten, womit die erythrozytäre Schizogonie beginnt. Bei Infektionen mit P. vivax oder P. ovale können Plasmodienin latenter Form in den Leberzellen verbleiben (Hypnozoiten). Es ist möglich, dass diese erst mehrere Monate oder Jahre später in das erythrozytäre Stadium eintreten. In den Erythrozyten durchlaufen die Parasiten einen Reifungsprozess von der Ringform über den Trophozoiten zum Schizonten. Nach Abschluss der Schizogonie kommt es zur Lyse des Erythrozyten und Freisetzung von Merozoiten, die ihrerseits weitere Erythrozyten befallen. Einige Merozoiten reifen zu Geschlechtsformen (Gametozyten). Werden diese von einer Anopheles bei einer Blutmahlzeit aufgenommen, vollzieht sich im Verdauungstrakt der Mücke der geschlechtliche Fortpflanzungszyklus (Sporogonie). An dessen Ende steht die Ausbildung infektiöser Sporozoiten in den Speicheldrüsen der Anopheles-Mücke. Damit ist der parasitäre Entwicklungszyklus abgeschlossen (Lang et al. 2000)

1.1.3. Klinik der Malaria tropica

Die Malaria tropica wird durch die Infektion mit P. falciparum verursacht. Den „benignen“ Malariaformen, Malaria tertiana und quartana, liegen Infektionen mit P. vivax oder P. ovale und mit P. malariae zugrunde. In der Regel treten schwere Verläufe mit Beteiligung unterschiedlicher Organsysteme und Todesfälle nur bei der Malaria tropica auf. Betroffen sind insbesondere Patienten, die keine Immunität gegen P. falciparum besitzen. In Endemiegebieten stellen neben Kleinkindern schwangere Frauen und insbesondere Erstgebärende eine hervorzuhebende Risikogruppe für einen schweren klinischen Verlauf der Erkrankung dar (McGregor 1984; Shulman et al. 2001). Die akute Malaria verläuft nach einer Inkubationszeit von ca. 7-14 Tagen initial uncharakteristisch. Sie beginnt mit einer grippeähnlichen [Seite 10↓]Allgemeinsymptomatik. Die Patienten entwickeln im Verlauf regelhaft Fieber. Die Malariaanfälle (Wechselfieber) dauern ca. 8-12 Stunden, wobei eine Periodizität insbesondere zu Beginn der Erkrankung eher die Ausnahme darstellt. Die Anfälle sind neben dem ausgeprägten Fieberanstieg durch Schüttelfrost, Kopfschmerzen, Rückenschmerzen, Übelkeit und Erbrechen gekennzeichnet. Pathophysiologische Ursache dieser Symptomatik ist vor allem die Freisetzung endogener Pyrogene bei der Hämolyse infizierter Erythrozyten. Es kommt im Verlauf der Erkrankung zu einer Anämie, Thrombozytopenie und Hepatosplenomegalie, letztere kann jedoch bei akuter Ersterkrankung auch fehlen (Strickland et al. 1988; Lang et al. 2000). Eine unkomplizierte Malaria kann sich bei Sequestrierung parasitär befallener Erythrozyten im Kapillarbett innerer Organe rasch zum Vollbild einer „schweren und komplizierten Malaria“ entwickeln (Lang et al. 2000; WHO 2000). Diese geht mit lebensbedrohlichen Komplikationen einher. Im Vordergrund steht hierbei die zerebrale Malaria. Sie verursacht ca. 80% der Todesfälle (WHO 1985). Störungen des Bewusstseins bis hin zu Koma sind charakteristisch für das Vorliegen dieser Form der Malaria. Nur der Nachweis einer Parasitämie und der Ausschluss anderer Ursachen einer Bewusstseinsstörung (z.B. Meningitis) führen hier zur Diagnose. Der Liquorbefund sowie andere neurologische Befunde sind wenig charakteristisch (Lang et al. 2000; WHO 2000).

Häufig sind bei der komplizierten Malaria zusätzlich oder unabhängig von der zerebralen Malaria auch andere Organsysteme betroffen. Ebenfalls mit einer hohen Mortalität einhergehende Komplikationen sind Nieren-, Lungen- und Herzkreislaufversagen sowie Störungen der Blutgerinnung (Gilles 1991). Die schwere Malaria kann mit metabolischen Entgleisungen wie Azidose und Hypoglykämie einhergehen. Es werden Hyperpyrexie (> 40°C), Hyperparasitämie (> 5% Parasitendichte), schwere Anämie (Hb < 5 g/dl), Hämoglobinurie sowie Dehydratation beobachtet. Die Letalität der unbehandelten schweren Malaria beträgt bei Nichtimmunen ca. 10-20% (Gilles 1991; Lang et al. 2000).

In Endemiegebieten verlaufen bei älteren Kindern und Erwachsenen Infektionen mit P. falciparum allerdings sehr häufig chronisch. Diese chronischen Infektionen sind häufig oligo- oder asymptomatisch (Ademowo et al. 1995; Wagner et al. 1998; May et al. 1999). Regelmäßig werden lediglich eine leichte Anämie und Splenomegalie beobachtet (Gilles 1991; Bottius et al. 1996; May et al. 1999; Lang et al. 2000).

1.2. Immunität gegen Malaria

Die Morbidität und Mortalität der Infektion mit P. falciparum sind beim Menschen abhängig von seinem Immunstatus, seiner genetischen Disposition, der Stärke der Transmissionsrate sowie der Virulenz des Erregers.


[Seite 11↓]

Humangenetische Faktoren, wie verschiedene Hämoglobinopathien (Sichelzellanämie, Thalassämie, Glukose-6-Phosphat-Dehydrogenase Mangel), wurden als solche, die vor einem schweren Verlauf der Malaria schützen, identifiziert (Miller 1994). Träger bestimmter Oberflächenantigene (HLA BW53, DRI1303), wie sie bei einzelnen ethnischen Gruppen auftreten, scheinen ebenfalls seltener an einer schweren Malaria zu erkranken (Hill et al. 1991).

1.2.1. Teilimmunität

Eine expositionsabhängige Immunität gegen die Malaria wurde schon mit Entdeckung des parasitären Kreislaufs beobachtet. Ross definierte diese Immunität als die Abwesenheit klinischer Symptome bei Anwesenheit niedriger Parasitämie (Ross 1910).

Über mehrere Jahre hinweg entwickelt sich bei Infizierten in Endemiegebieten eine körpereigene Immunabwehr gegen die Erkrankung. Zur Entstehung und Aufrechterhaltung dieser Teilimmunität ist eine kontinuierliche Erregerexposition notwendig (Smith et al. 1999; Tanner et al. 1999).

Von dieser Form der Immunität ist der Schutz neugeborener Kinder zu trennen. Neugeborene erkranken während der ersten Lebensmonate selten an einer Malaria (Brabin et al. 1990). Hierfür verantwortlich sind der erhöhte Anteil an fetalem Hämoglobin (Pasvol et al. 1976), der geringe Gehalt an para-Aminobenzoe-Säure (PABA) in der Muttermilch (Jacobs 1964) und die von der Mutter auf das Kind übertragenen malariaspezifischen Antikörper (Carlier et al. 1995). Dieser Schutz verliert sich zunehmend im Laufe des ersten Lebenshalbjahres.

In endemischen Gebieten nimmt die Inzidenz der klinischen Malaria ab dem dritten Lebensmonat zu. Im Alter von sechs Monaten werden bei Säuglingen höchste Parasitendichten und häufige fieberhafte Erkrankungen beobachtet (Kitua et al. 1996). Die malariabedingte Sterblichkeit erreicht in Hochendemiegebieten im zweiten Lebensjahr ihr Maximum (Smith et al. 1999). Mit zunehmendem Alter nehmen die Parasitendichten und die Inzidenz der klinischen Malaria in Endemiegebieten langsam ab, die Prävalenz einer P.-falciparum-Infektion bleibt aber bis ins Erwachsenenalter hoch (Petersen et al. 1991). Bis zum Erwachsenenalter entwickelt sich in den Endemiegebieten diese potente klinische Immunität, die vor der Erkrankung, nicht jedoch vor der Infektion schützt (Rogier et al. 1996). Diese führt im Erwachsenenalter zu einer dauerhaft niedrigen Parasitämie, nicht aber zur vollen Eradikation des Erregers (Trape et al. 1994). Bei schwangeren Frauen ist diese Immunität jedoch ineffektiv (McGregor et al. 1984; Fievet et al. 1997).

Bis heute sind die Abläufe, die zur Ausbildung der Immunität führen, nicht vollständig geklärt. Die intrazelluläre Lokalisation der Parasiten während fast des gesamten parasitären Lebenszyklus’, erschwert die Abwehr für den Wirt. Bei der Immunantwort kommen sowohl [Seite 12↓]humorale als auch zelluläre Abwehrmechanismen zum Tragen. Zu Beginn der Infektion werden CD4+T-Zellen aktiviert. Diese differenzieren zu Th-1-Zellen, es werden Zytokine vom Typ1 (TNF-α, IL-2 und INF-γ) gebildet. Diese stimulieren die zelluläre Abwehr. In der Milz werden infizierte Erythrozyten sowie präerythrozytäre Plasmodienformen von γdT-Zellen aus dem Blutkreislauf eliminiert (McKenna et al. 2000). Im weiteren Verlauf der Infektion differenzieren B-Zell-vermittelt die CD4+T-Zellen zu Th2-Zellen, produzieren Zytokine vom Typ2, wie IL-4, IL-5 und IL-10, und es kommt zur verstärkten Bildung von Antikörpern. Diese Antikörper wirken möglicherweise über eine Inhibition der Merozoiteninvasion, eine Opsonierung befallener Erythrozyten und die verstärkte Phagozytose. Es wurden Antikörper gegen verschiedene parasitäre Oberflächenantigene nachgewiesen. Zu diesen Antigenen gehören auch die Merozoiten Oberflächen Proteine (MSP-1 und MSP-2 [engl. Merozoite-Surface-Protein]) deren Gene in dieser Untersuchung typisiert werden (al-Yaman et al. 1997; Holder et al. 1999), sowie das P.-falciparum-Erythrocyten-Membran-Protein-1 (PfEMP-1) [engl. P.-falciparum-Erythrocyte-Membrane-Protein]), ein Protein, das auf der Oberfläche befallener Erythrozyten exprimiert wird (Beeson et al. 2000).

1.2.2. Prämunition durch chronische Infektion mit P. falciparum

Sergent und Parrot (1935) prägten erstmals den Begriff der Prämunition und definierten diese als Schutz vor Superinfektionen mit P. falciparum durch eine bereits vorhandene oder persistierende Infektion (Tanner et al. 1999). Seit erkannt wurde, dass P. falciparum eine ausgeprägte genetische Diversität besitzt und an den häufigen chronischen Infektionen in Endemiegebieten in der Regel multiple Stämme von P. falciparum beteiligt sind, wurde der Begriff der Prämunition modifiziert. Smith et al. (1999) stellten fest, dass die Manifestation einer Neu-Infektion mit P. falciparum vom Bestehen einer teilweise kreuzreaktiven Immunität gegen vorhandene oder persistierende Parasiten beeinflusst wird. Sie sind der Auffassung, dass neu erworbene Parasitenstämme durch Immunmechanismen, die durch persistierende Infektionen induziert und aufrecht erhalten werden, kontrolliert werden. Die neu erworbenen Parasitenstämme werden so in ihrer Multiplikation gehemmt. Das Ausmaß der antiparasitären Kontrolle korreliert dabei mit der Antigenverwandtschaft zwischen neu erworbenen und persistierenden Parasitenstämmen. Eine klinische Manifestation der Malaria wird so verhindert, eine kontinuierliche niedrige Parasitämie bleibt aber erhalten.

Das Fehlen der Prämunition im Kleinkindalter scheint eine der Hauptursachen für schwere Verläufe der Erkrankung zu sein. Kleinkinder, die gerade ihren mütterlichen Immunschutz verloren haben, besitzen noch nicht die Fähigkeit, die notwendigen niedrigen Parasitämien zu tolerieren und somit die Infektion zu kontrollieren. Sie sind extrem anfällig für eine klinische [Seite 13↓]Malaria (Smith et al. 1999; Tanner et al. 1999; Soe et al. 2001). Die Abbildung 1 zeigt modellhaft die Entwicklung einer Prämunition, abhängig vom Alter.

Abbildung 1: Entwicklung einer Immunität und Prämunition (Smith et al. 1999)

Immunantworten, Schematische Darstellung des Prämunitionsmodells: A: Kleinkinder mit einem Alter von ca. 0,5 bis 2 Jahren; nur wenige kreuzreaktive Immunmechanismen; B: ältere Kinder und Erwachsene; eine Vielzahl kreuzreaktiver Immunmechanismen.
1) im Zentrum: stammspezifische Immunantwort
2) Peripherie: kreuzreaktive Immunantwort
3) Beispiel: „überschneidende“ Immunantworten

1.3. Genetische Diversität von P. falciparum

Spezifische Oberflächenproteine von P. falciparum (z.B. MSP-1, MSP-2) besitzen eine hohe Diversität. Einige dieser Proteine scheinen eine Bedeutung bei der zuvor beschriebenen Entwicklung einer körpereigenen Immunität zu haben. Andere werden als parasitäre Virulenzfaktoren angesehen (Meyer et al. 2002). Die Entwicklung eines Impfstoffs gegen P. falciparum scheiterte bis heute primär am Polymorphismus dieser Antigene (Greenwood 2002). Die hohe Diversität der parasitären Antigenstrukturen spiegelt sich in einer ausgeprägten genetischen Diversität wider. Neben den Genen die für die Merozoiten-Oberfächen-Proteine 1 und 2 (msp-1, msp-2 ) kodieren, ließen sich unter anderem folgende Gene bzw. Genfamilien mit einer hohen Diversität typisieren: var-Genfamilie (Smith et al. 1995), histidine-rich-protein 1 (Pologe et al. 1988), glutamate-rich-protein (Borre et al. 1991), ring-infected-erythrocyte-surface-antigen (Favaloro et al. 1986), Pf60 (Carcy et al. 1994).

Msp-1 und msp-2, die in dieser Arbeit typisiert werden, sind schematisch in Abbildung 2 und 3 dargestellt. Das für msp-1 kodierende Gen wurde auf Chromosom 9 lokalisiert (Tanabe et al. [Seite 14↓]1987). Tanabe et al. (1997) kategorisierten dieses Gen in 17 Blöcke, wobei Block 2 aufgrund seines Polymorphismus’ von Interesse für die Genotypisierung ist. Das für msp-2 kodierende Gen wurde auf Chromosom 7 lokalisiert (Smythe et al. 1990). Beide Gene besitzen hoch polymorphe Regionen, die von stabilen bzw. semistabilen Regionen flankiert werden. Die polymorphen Regionen unterscheiden sich in ihrer Nucleotidsequenz und in der Anzahl der Sequenzwiederholungen. Entsprechend der Nucleotidsequenz werden K1, Mad 20 und Ro 33 als Allelfamilien von msp-1 und FC 27 und IC als Allelfamilien des msp-2 beschrieben. Durch die Sequenzwiederholungen und Längenpolymorphismen der Allelfamilien können, abhängig von der Basenpaarlänge, eine Vielzahl einzelner Allele voneinander abgegrenzt werden. In verschiedenen epidemiologischen Studien konnten so bis zu 30 verschiedene Allele von msp-1 und 47 unterschiedliche Allele von msp-2 nachgewiesen werden (Robert et al. 1996; Konate et al. 1999; Peyerl-Hoffmann et al. 2001). Da die Chromosomen der asexuellen Stadien von P. falciparum im Menschen als haploid vorliegen, kann durch den Nachweis verschiedener Allele eine Infektion mit verschiedenen Genotypen von P. falciparum erkannt werden. Folglich kann auf die Multiplizität der Infektion geschlossen werden. Aufgrundder ausgeprägten Diversität von msp-1 und msp-2 wurden diese Gene in epidemiologischen Studien verschiedenster Endemiegebiete zur Bestimmung der Diversität dort vorkommender Stämme von P. falciparum und zur Bestimmung der Multiplizität der Infektion typisiert. Msp-1 und msp-2 gelten derzeit als aussagekräftige Marker zur Genotypisierung (Robert et al. 1996; Felger et al. 1999; Smith et al. 1999; Beck et al. 2001).

Die Diversität der Erreger ist von verschieden Faktoren abhängig. So wird eine Abhängigkeit von der Transmission von P. falciparum beschrieben. In Gebieten mit niedrigen Infektionsraten wurde eine niedrige Diversität der Erreger beschrieben (Babiker et al. 1995; Haddad et al. 1999). Im Gegensatz dazu wurde eine hohe genetische Diversität des P. falciparum in Hochendemiegebieten nachgewiesen (Robert et al. 1996; Felger et al. 1999). Die Verbreitung verschiedener Allele scheint geographisch unterschiedlich zu sein. So wurden verschiedene Genotypen in verschiedenen Endemiegebieten nachgewiesen (Creasey et al. 1990).

Die Hypothese, dass bestimmte Genotypen bzw. bestimmte Stämme von P. falciparum eine größere Virulenz als andere besitzen, ist seit langem Inhalt wissenschaftlicher Diskussionen, bleibt aber bis heute größtenteils ungeklärt (James et al. 1932; Gupta et al. 1994). Einige Arbeiten zeigten, dass bestimmte Stämme von P. falciparum mit einer erhöhten Morbidität einhergehen (Carlson et al. 1990; Engelbrecht et al. 1995; Rowe et al. 1995; Ariey et al. 2001; Ofosu-Okyere et al. 2001). Zudem gibt es Anhalt dafür, dass spezifische Genotypen gehäuft bei Schwangeren auftreten (Schleiermacher et al. 2001).


[Seite 15↓]

Abbildung 2: Schematische Darstellung des msp-1-Gens (Block 2)

Abbildung 3: Schematische Darstellung des msp-2-Gens

Schematische Darstellung der Gene, die für die Merozoiten-Oberflächen-Proteine kodieren (engl. merozoite surface protein). Stabile und semistabile Regionen sind als weiße und schwarze Einheiten, polymorphe Regionen sind als vertikal gestreifte Einheiten dargestellt, Pfeile bezeichnen die Ansatzpunkte der Primer einer PCR.

1.4. Multiplizität der Infektion mit P. falciparum

Infektionen von P. falciparum sind bei Einwohnern von Endemiegebieten sehr häufig polyklonal, d.h. an diesen Infektionen sind in der Regel mehrere Stämme von P falciparum beteiligt (Babiker et al. 1999; Färnert et al. 1999; Felger et al. 1999). Die Prävalenz einer multiplen Infektion von P. falciparum lag in Hochendemiegebieten in Tansania bei 85% (Smith et al. 1993; Hill et al. 1995), in Senegal bei 82% (Trape et al. 1994; Ntoumi et al. 1995). Bis zu acht verschiedene Parasitenstämme konnten pro Isolat in diesen Gebieten typisiert werden. Es wurden verschiedene Faktoren beschrieben, die die Multiplizität der Infektion beeinflussten. So wurden Zusammenhänge zwischen der Endemizität (Babiker et al. 1999), den Parasitendichten der Infektionen (Felger et al. 1999; Smith et al. 1999; Peyerl-Hoffmann et al. 2001), der Einnahme von antiparasitären Medikamenten (Beck et al. 2001) und dem Alter der Patienten beobachtet (Smith et al. 1999). Einige Arbeiten zeigen eine Assoziation der Multiplizität der Infektion mit einer klinischen Manifestation der Malaria (Felger et al. 1999; Beck et al. 2001; Ofosu-Okyere et al. 2001). In verschiedenen Studien bei Kindern gibt es Anhalt dafür, dass polyklonale Infektionen eine wichtige Bedeutung für die Entwicklung einer natürlichen Immunität haben (Contamin et al. 1995; al-Yaman et al. 1997; Färnert et al. 1999). So steigt die Multiplizität der Infektion in den ersten Lebensjahren, erreicht ihren Höhepunkt mit ca. 3 bis 6 [Seite 16↓]Jahren und fällt danach wieder ab (Ntoumi et al. 1995; Smith et al. 1999). Das Alter und die Höhe der Übertragungsrate von P.- falciparum scheinen hierbei eine sehr wichtige Bedeutung zu haben. Es wurde nachgewiesen, dass eine hohe Multiplizität der Infektion in Gebieten mit hoher Transmission bei Kindern bis zu einem Alter von 2 Jahren mit einer klinischen Manifestation assoziiert war. Dagegen zeigten sich bei älteren Kindern, die eine hohe Multiplizität der Infektion aufwiesen, im Vergleich zu Kindern mit einer niedrigen Multiplizität der Infektion seltener klinische Manifestationen (Contamin et al. 1995; al-Yaman et al. 1997; Beck et al. 1997; Färnert et al. 1999). Diese gegensätzliche Assoziation der Multiplizität der Infektion und der klinischen Manifestation der Erkrankung bei Kleinkindern und älteren Kindern bzw. Erwachsenen reflektiert möglicherweise verschiedene Stufen der Entwicklung einer körpereigenen Immunität (Smith et al. 1999). Wiederholte und oft lang andauernde chronische Infektionen mit verschiedenen Stämmen des P. falciparum führen mit zunehmendem Alter zu einer Entwicklung, Aufrechterhaltung und Erweiterung der stammspezifischen Immunität. Diese These würde auch das zuvor von Smith et al. (1999) geprägte Prämunitionsmodell erklären. Zu diskutieren wäre, ob dieses Modell auf schwangere Frauen übertragen werden kann.

1.5. Malaria in der Schwangerschaft

In endemischen Gebieten haben neben Kleinkindern ebenfalls schwangere Frauen ein erhöhtes Risiko an einer symptomatischen Malaria zu erkranken. Insbesondere sind davon Erstgebärende betroffen (McGregor 1984; Diagne et al. 1997; Shulman et al. 2001). Die Prävalenz der P.-falciparum-Infektion ist bei Schwangeren in Gebieten südlich der Sahara hoch. Bei Untersuchungen in Kenia wurde bei 64% der untersuchten schwangeren Frauen eine Infektion mit P. falciparum beobachtet (Shulman et al. 2001). In Ghana, im Untersuchungsgebiet der vorliegenden Arbeit wurde bei 63% der untersuchten Schwangeren eine Infektion mit P. falciparum nachgewiesen (Mockenhaupt et al. 2000). Häufiger als bei Nichtschwangeren geht die Malaria bei Schwangeren mit Komplikationen und schweren Verläufen einher. Diese betreffen sowohl die Mutter, als auch den Fetus (Ordi et al. 1998; Sullivan et al. 1999). In Mosambik waren zum Beispiel ca. 20% aller mütterlichen Todesfälle unmittelbar auf eine Malaria zurückzuführen (Granja et al. 1998). Die Infektion mit P. falciparum in der Schwangerschaft geht zudem regelmäßig mit einer mütterlichen Anämie und einer plazentaren Infektion einher (Matteelli et al. 1997; Mockenhaupt et al. 2000; Shulman et al. 2001). Die Infektion der Plazenta führt, bedingt durch eine chronische Intervillositis, zu pathologischen Gewebsveränderungen (Bulmer et al. 1993; Matteelli et al. 1997). Diese erhöhen durch Gas- und Nährstofftransportstörungen das Risiko fetaler Komplikationen, wie zum Beispiel einer intrauterinen Wachstumsstörung (Menendez et al. 2000). Somit kommt es [Seite 17↓]bei Kindern von mit P. falciparum infizierten Müttern gehäuft zu einem verminderten Geburtsgewicht (Sullivan et al. 1999; Menendez et al. 2000). Eine Infektion mit P. falciparum erhöht zudem das Risiko einer kindlichen Frühgeburt und einer damit einhergehenden peri- und neonatalen Sterblichkeit (Kulmala et al. 2000). Auch im Tierversuch wurde eine erhöhte Abortrate sowie Säuglingssterblichkeit bei schwangeren Rhesusaffen, die mit P. falciparum infiziert waren, nachgewiesen (Davison et al. 1998). Neugeborene von Müttern, die mit P. falciparum infiziert sind, leiden häufig an einer neonatalen Anämie (Reed et al. 1994). Im frühen Kindesalter wird bei diesen Kindern gehäuft eine schwere klinische Malaria sowie eine Anämie beobachtet (Cornet et al. 1998).

Bei wiederholten Schwangerschaften vermindert sich das Risiko einer klinischen Manifestation der Malaria. Ebenso sinkt die Prävalenz der P.-falciparum-Infektion mit steigender Parität (Fleming 1989; Shulman et al. 2001). Verschiedene Ansätze versuchen, die erhöhte Erkrankungsrate schwangerer Frauen und besonders Erstgebärender zu erklären.

Einerseits tritt bei Schwangeren eine physiologische Immunmodulation auf, die eine Abstoßung des immunologisch fremden Fetus verhindert. Dieser Prozess wird durch einen Cortisolanstieg vermittelt (Vleugels et al. 1989). Dabei wird vor allem die zellvermittelte Immunität supprimiert (Riley et al. 1989; Fievet et al. 2001). Es kommt in der Plazenta zu einer vermehrten Produktion von Zytokinen des Typs Th1, vor allem IL-10, und damit zu einer Verschiebung des Gleichgewichtes zugunsten der humoralen Immunantwort (Vince et al. 1996; Bates et al. 2002). Die bei der zellulären Abwehr vom Typ Th2 gebildeten Zytokine TNF-α und IFN-γ führten in vitro zu Alterationen und Zerstörung von Trophoblasten und zu einer verminderten Produktion von GM-CSF, der ein wichtiger Faktor für das Wachstum des Feten ist (Deloron et al. 1995).

Außerdem ist aufgrund der gesteigerten Erythropoese während der Schwangerschaft der Anteil an jungen Erythrozyten erhöht. Diese bieten optimale Multiplikationsbedingungen für den Parasiten (Tian et al. 1998; Fievet et al. 2001).

Lindsay et al. wiesen nach, dass schwangere Frauen doppelt so häufig von infektiösen Anophelesmücken gestochen werden wie ihre nichtschwangeren Altersgenossinnen (Lindsay et al. 2000). Physiologische schwangerschaftsspezifische Veränderungen, wie Anstieg des Blutglukosespiegels, aber auch veränderte Verhaltensmuster Schwangerer werden für den Attraktivitätsanstieg schwangerer Frauen für infizierte Anophelesmücken verantwortlich gemacht.

Andererseits wurde gezeigt, dass spezielle Subpopulationen von P. falciparum in der Plazenta der Infizierten sequestrieren und die typische plazentare Malaria hervorrufen. Die Parasiten entgehen so dem Immunsystem und der Elimination in der Milz. Die Sequestration der mit diesen Parasiten infizierten Erythrozyten wird über Liganden, die an der Oberfläche der [Seite 18↓]infizierten Erythrozyten exprimiert werden, vermittelt. Diese Liganden richten sich gegen plazentare Glycosaminoglykane, vor allem Chondroitin-Sulfat-A (CSA) und Hyaloronsäure (HA). Die Oberflächenproteine PfEMP-1 (Plasmodium-falciparum-Erythrozyten-Membran-Protein-1), welche durch die polymorphe var-Gengruppe der Plasmodien kodiert werden, spielen bei der Adhäsion an das plazentare Chondroitin-Sulfat-A (CSA) eine Schlüsselrolle (Reeder et al. 1999; Scherf et al. 2001). Die bei Schwangeren nachgewiesenen P.-falciparum-Stämme exprimieren besondere Varianten des var-codierten PfEMP-1, wodurch es zu einem Affinitätswechsel vom Hauptliganden CD-36 zum Chondroitin-Sulfat-A kommt (Beeson et al. 2001) (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4: Antigenvariationen von mit P. falciparum infizierten Erythrozyten

Mögliche Bedeutung von Antigenvariationen und Wirt-Zell-Adhäsionen von mit P. falciparum infizierten Erythrozyten: Nichtimmune Individuen, die von Parasitenpopulationen, die an das Endothel verschiedener innerer Organe über Rezeptoren, wie CD36 und ICAM-1 (grün) binden. Immune Individuen bilden eine Vielzahl von Variantenspezifischen Antikörpern, die protektive Eigenschaften besitzen und eine Adhäsion an Endothelzellen verhindern. Bei Primiparae (vergleichbar mit „nicht immun“) kommt es zu Infektionen mit Subpopulationen mit anderen Antigenstrukturen (gelb), die an schwangerschaftsspezifische Rezeptoren wie Chondroitinsulfat-A (CSA) oder Hyaloronsäure in der Plazenta (lila) binden. Multiparae (vergleichbar mit „Immunität“) sind weniger anfällig für eine Infektion mit schwangerschaftsspezifischen Parasiten durch einen anitadhäsiven Schutz. Es ist unklar, ob schwangerschaftsspezifische Parasiten in anderen inneren Organen wie der Plazenta sequestrieren (Beeson et al. 2001).


[Seite 19↓]

Da CSA fast ausschließlich in der Schwangerschaft exprimiert wird, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich eine Infektion mit CSA-bindenden Parasiten bei Nichtschwangeren etabliert, eher gering. Da sich die Oberflächenstrukturen dieser schwangerschaftsspezifischen Parasiten von denen anderer unterscheiden, ist die Entwicklung spezifischer Immunmechanismen gegen diese plazentaadhärierende P.-falciparum-Stämme bei Nichtschwangeren unwahrscheinlich (Beeson et al. 2001). Folglich findet in der ersten Schwangerschaft die primäre Auseinandersetzung des Immunsystems mit diesen bislang unbekannten Parasitenstämmen statt. Mit zunehmender Anzahl der Schwangerschaften erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass das Immunsystem bereits mit derartigen Subpopulationen bekannt ist (Ricke et al. 2000). Dies ist eine mögliche Erklärung dafür, dass Erstgebärende am stärksten durch eine Malaria tropica gefährdet sind und das Erkrankungsrisiko mit der Anzahl der Schwangerschaften fällt. Diese These wird von einer Untersuchung in Kamerun gestützt. Bei In-vitro-Experimenten gelang es, mit Seren von Mehrfachgebärenden die Adhäsion von P. falciparum an Chondroitin-Sulfat-A (CSA) zu hemmen. Dies war mit Seren von Erstgebärenden nicht möglich (Maubert et al. 1999).

Der Einfluss polyklonaler Infektionen auf die Morbidität schwangerer Frauen wird in den bis heute wenigen veröffentlichten Arbeiten kontrovers diskutiert und bleibt letztendlich unverstanden (Beck et al. 2001; Schleiermacher et al. 2001; Saute et al. 2002). Bei Infektionen schwangerer Frauen scheint aber im Vergleich zu Nichtschwangeren eine erhöhte Anzahl an genetisch unterschiedlichen Stämmen beteiligt zu sein (Schleiermacher et al. 2001). In einer früheren Studie in Ghana, die im gleichen Untersuchungsgebiet wie das der vorliegenden Arbeit durchgeführt wurde, konnte eine Abhängigkeit der Multiplizität der Infektion von der Parität nachgewiesen werden (Beck et al. 2001). Diese Abhängigkeit konnte in Mosambik und in Senegal nicht eindeutig gezeigt werden (Schleiermacher et al. 2001; Saute et al. 2002). In Ghana war die Multiplizität der Infektion bei Schwangeren mit einer Anämie assoziiert (Beck et al. 2001), welche in Senegal und in Mosambik ebenfalls nicht bestätigt werden konnte (Schleiermacher et al. 2001; Saute et al. 2002). Einen Einfluss der Multiplizität auf eine fetale Entwicklungsstörung oder eine erhöhte Frühgeburtlichkeitsrate wurde bis jetzt nicht nachgewiesen.

1.6. Problemstellung und Zielsetzung der Arbeit

In Endemiegebieten stellt die Malaria in der Schwangerschaft ein erhebliches Gesundheitsproblem dar. Verschiedene Studien in Endemiegebieten bei Kindern und Erwachsenen haben gezeigt, dass es einen Zusammenhang zwischen der Multiplizität der Infektion und der klinischen Manifestation der Malaria gibt. Es wird diskutiert, dass Infektionen mit mehreren Genotypen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Abwehrmechanismen und [Seite 20↓]einer Immunität spielen. Beschrieben wurde auch, dass bestimmte Stämme von P. falciparum mit einer schweren klinischen Manifestation der Malaria tropica assoziiert sind. Nur wenig ist über die Häufigkeit und Bedeutung polyklonaler Infektionen von P. falciparum in der Schwangerschaft bekannt. Die wenigen hierzu veröffentlichen Arbeiten sind widersprüchlich (Beck et al. 2001; Schleiermacher et al. 2001; Saute et al. 2002). Vergleichende Untersuchungen der Parasitenpopulation in plazentar und peripher gewonnenem Blut liegen bis heute kaum vor und sind ebenfalls widersprüchlich (Kamwendo et al. 2002; Kassberger et al. 2002; Schleiermacher et al. 2002).

In einer Querschnittsstudie im holoendemischen Malariagebiet von Agogo (Ghana) soll mittels PCR-Genotypisierung die Prävalenz spezieller Genotypen von P. falciparum sowie die Multiplizität der Infektion bei Schwangeren untersucht werden. Diese Untersuchung erfolgt durch den Nachweis und die Typisierung von msp-1 und msp-2 .

Für die vorliegende Arbeit sind folgenden Fragen von speziellem Interesse:

  1. Entsprechen die Genotypen, die in einer peripheren Untersuchungsprobe nachgewiesen werden, denen, die in der plazentaren Untersuchungsprobe nachweisbar sind? Kann also eine Genotypisierung von P. falciparum aus einem peripher gewonnenen Isolat das Gesamtbild einer Infektion mit P. falciparum bei Schwangeren darstellen?
  2. Gibt es einzelne Stämme (Genotypen) von P. falciparum, die im Vergleich zur peripheren Untersuchungsprobe häufiger in plazentaren Untersuchungsproben auftreten und hierdurch einen Anhalt für schwangerschaftsspezifische Virulenzfaktoren geben, die eine plazentare Sequestration des Parasiten zur Folge haben?
  3. Wie häufig sind polyklonale Infektionen mit P. falciparum? Wie hoch ist die durchschnittliche Anzahl von Genotypen im Untersuchungsgebiet (Multiplizität der Infektion)? Gibt es bei Schwangeren einen Zusammenhang zwischen der Multiplizität der Infektion eines peripher gewonnenen Isolats und der Multiplizität der Infektion eines plazentar gewonnenen Isolats ?
  4. Welchen Einfluss haben Faktoren wie Wohnort, Alter, Parität, plazentare Parasitendichten sowie Saison und die Einnahme von antiparasitären Medikamenten auf die plazentare Infektion mit bestimmten Genotypen von P. falciparum und die Multiplizität der Infektion?
  5. Ist eine Infektion mit bestimmten Genotypen sowie das Ausmaß der Multiplizität der Infektion mit klinischen Manifestationsformen der Malaria, wie einer Anämie, einer Frühgeburtlichkeit, oder einem vermindertem Geburtsgewicht vergesellschaftet? Bestehen Unterschiede in Bezug auf diese Frage zwischen Primi- und Multiparae?


© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.
DiML DTD Version 3.0Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML-Version erstellt am:
25.05.2004