עם קורבנות המונים מיליונים, מלריה היא מחלה זיהומית הנגרמת מעקיצת יתוש הנושא את טפיל המלריה. לאחר חדירת העור, הפתוגן נע עם מסלולים סלילניים. זה כמעט תמיד פונה ימינה, כפי שגילה לאחרונה צוות של פיזיקאים וחוקרי מלריה מאוניברסיטת היידלברג. באמצעות טכניקות הדמיה ברזולוציה גבוהה בשילוב הדמיות ממוחשבות, החוקרים הדגימו כי הפתוגן משתמש בסליל יד ימין אלה כדי לשלוט בתנועתו כאשר הוא עובר מתא רקמה אחד לאחר. דפוס תנועה זה מתאפשר הודות לאסימטריה הבלתי מוסברת עד כה בתוכנית הגוף של האורגניזם החד-תאי. לדברי החוקרים, הממצאים שלהם יכולים לעזור לשפר את הבדיקות של תרופות וחיסונים חדשים.
פתוגן המלריה פלסמודיום מועבר מבלוטות הרוק של היתוש לעור הפונדקאי. בשלב מוקדם זה, לטפיל החד-תאי יש צורת סהר. צורת תא יוצאת דופן זו אחראית לתנועות הסליל האופייניות של מה שנקרא ספורוזואיטים. הם מקלים על הפתוגן להתכרבל סביב כלי דם או לתפוס אחיזה ברקמה שמסביב, כפי שהוכיחו הפיזיקאי פרופ' ד"ר אולריך שוורץ וחוקר המלריה פרופ' ד"ר פרידריך פרישקנכט בעבודה משותפת קודמת. "המחקרים החדשים שלנו מראים שטפילי מלריה נעים כמעט אך ורק על סלילים ימניים בסביבות תלת מימדיות", מסביר פרופ' שוורץ, העומד בראש קבוצת המחקר של פיזיקה של ביו-מערכות מורכבות במכון לפיזיקה תיאורטית באוניברסיטת היידלברג.
בניסויים במרכז למחלות זיהומיות של בית החולים האוניברסיטאי היידלברג, חקרו המדענים איזה תפקיד ביולוגי יכול להיות לתנועה יד ימין זו. כתחליף לרקמות, הם השתמשו בהידרוג'לים סינתטיים, התומכים בשימוש בתהליכי הדמיה ברזולוציה גבוהה ובהשוואה כמותית עם הדמיות מחשב של תנועת התא. תוך כדי כך גילו החוקרים שהטפילים בתחתית ההידרוג'ל על מצע הזכוכית מתנהגים בצורה שונה מאשר אם מונחים על שקף זכוכית ישירות מתמיסה נוזלית. במקרה הראשון, הטפילים מסתובבים בכיוון השעון על הזכוכית; בשני, הם מסתובבים נגד כיוון השעון. בהתבסס על כך, החוקרים הגיעו למסקנה שתנועת יד ימין היא המפתח לאופן שבו הטפיל חודר לתאים שונים.
אנו חושדים שהכיראליות הזו התפתחה במהלך האבולוציה כדי לאפשר לפתוגן לעבור בין תאי הרקמות השונים בגוף המארח במהירות ותמיד באותו אופן."
פרידריך פרישקנכט, פרופסור לפרזיטולוגיה אינטגרטיבית בפקולטה לרפואה היידלברג של אוניברסיטת היידלברג וחוקר במרכז לחקר מחלות זיהומיות אינטגרטיביות של בית החולים האוניברסיטאי היידלברג
דפוסי התנועה השונים על מצעים קונבנציונליים בתמיסה ומגיעים מהידרוג'ל תלת מימדי יכולים להסביר מדוע ספורוזואיטים היו כה גרועים בהדבקת תאי כבד בניסויי מעבדה קודמים. "התוצאות שלנו מראות שיש הבדל גדול אם הפתוגנים מוחלים ישירות על הזכוכית או אם הם עוברים לראשונה דרך רקמה", מוסיפה ד"ר מירקו זינגר, פוסט-דוקטורט בקבוצתו של פרופ' פרישקנכט. הממצאים הנוכחיים על תנועת טפילים יכולים אפוא לעזור לשפר מבחני ניסוי ולפתח גישות חדשות למניעת זיהומים.
על ידי שילוב של הדמיה ברזולוציה גבוהה ומודלים מתמטיים, החוקרים הצליחו גם לחשוף את המנגנון המולקולרי הבסיסי. עבודה תיאורטית קודמת חשפה כיצד צורת הסהר המיוחדת של הטפיל קובעת את תנועתו. "הדמיות המחשב שלנו אישרו שרק אסימטריה בקצה הקדמי של הטפיל יכולה להיות אחראית לדפוסי התנועה שנצפו בניסוי", אומר ליאון לטרמן, מועמד לדוקטורט בקבוצה בראשות פרופ' שוורץ. באמצעות מיקרוסקופיה ברזולוציית סופר, החוקרים זיהו תכונה ייחודית בתוכנית הגוף של הטפיל שגורמת לפיזור כוחות לא אחיד לאורך הגוף.
המחקר מומן על ידי קרן המחקר הגרמנית (DFG) ונערך במסגרת מרכז המחקר השיתופי "ניתוח אינטגרטיבי של פתוגן – שכפול והתפשטות" המבוסס בפקולטה לרפואה היידלברג של אוניברסיטת היידלברג. זה היה גם חלק מתוכנית העדיפות במימון DFG "פיזיקה של טפילות". גם חוקרים מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס בבולטימור (ארה"ב) שיתפו פעולה בעבודה. התוצאות פורסמו בכתב העת "Nature Physics".
