P6 - Modelling trypanosome motility in blood flow
Modelling trypanosome motility in blood flow
Trypanosome parasites cause trypanosomiasis, a group of diseases which affect a few million people worldwide. These parasites are able tosurvive in very different environments, including blood, different tissues, and the gut of tsetse fly. Furthermore, trypanosomes adapt their properties (e.g.propulsion, adhesion) to a specific environment in order to travel toward specific targets or niches. For example, it is hypothesized that in blood, the parasites use surrounding blood cells to enhance their motility. Nevertheless, the questions of how trypanosomes navigate through a very crowded blood-flow environment, and eventually leave the circulation, remain largely unanswered due to substantial experimental difficulties. Here, numerical modeling of trypanosome behavior in blood has a strong potential to complement existing experimental investigations and lead to a better understanding of trypanosome locomotion under various blood-flow conditions. The main objective of our project is to achieve a better understanding of the swimming behavior of trypanosome parasite in blood flow using numerical modeling. We will establish an adaptable and reliable trypanosome model for the investigation of different trypanosome species and various swimming modes in blood flow. Furthermore, trypanosome swimming in a suspension of soft particles (blood cells, as well as controlled model systems of synthetic microparticles) will be characterized and the physical mechanisms that govern parasite motility will be identified. Then, the navigation of trypanosomes in blood flow and their migration toward vessel walls will be studied. Finally, the adhesion of trypanosomes to blood cells and vessel walls will be considered, in order to propose possible mechanisms for escaping the blood circulation. As a result, our project will deliver biophysical mechanisms of trypanosome navigation through one of the essential habitats, the trypanosome ability to negotiate crowded conditions and large flow stresses, and to leave the blood circulation whenever necessary. This project will contribute to different aspects of the DFG-SPP 2332 programme, including mechanical properties of parasites, parasitic locomotion and the interaction with their microenvironment, and parasite attachment to host structures.
Modellierung der Trypanosomen-Motilität im Blutfluss
Trypanosomen-Parasiten verursachen Trypanosomiasis, eine Gruppe von Krankheiten, die einige Millionen Menschen in der Welt betrifft. Diese Parasiten können in sehr unterschiedlichen Milieus überleben, zum Beispiel in dem Blut, in verschiedenen Geweben und im Darm einer Tsetsefliege. Darüber hinaus passen Trypanosomen ihre Eigenschaften (z. B. Fortbewegung, Adhäsion) an eines bestimmten Milieau an, um die bestimmten Zielen oder Nischen zu erreichen. Eine Hypothese ist es, dass die Parasiten im Blut umgebende Blutzellen verwenden, um ihre Fortbewegung zu verbessern. Jedoch bleiben die Fragen, wie Trypanosomen durch eines sehr überfüllte Blutfluss-Milieau navigieren und den Kreislauf verlassen, weitgehend unbeantwortet aufgrund erheblicher Schwierigkeiten bei direkten experimentellen Beobachtungen. Hier kann die numerische Modellierung des Trypanosomen-Verhaltens im Blut die bestehende experimentelle Untersuchungen stark ergänzen und zu einem besseren Verständnis der Trypanosomen-Bewegung unter verschiedenen Blutflussbedingungen führen.
Das Hauptziel unseres Projekts ist es, mit Hilfe numerischer Modelle ein besseres Verständnis des Schwimmverhaltens von Trypanosomen-Parasiten im Blutfluss zu erreichen. Wir werden ein anpassungsfähiges und zuverlässiges Trypanosomen-Modell für die Untersuchung verschiedener Trypanosomen-Arten und verschiedener Schwimmen-Verhalten im Blutfluss entwikeln. Darüber hinaus wird das Schwimmen von Trypanosomen in einer Suspension weicher Partikel (Blutzellen und kontrollierte Modellsysteme von hergestellten Mikropartikeln) charakterisiert und die physikalischen Mechanismen, die die Motilität von Parasiten bestimmen, identifiziert. Anschließend werden die Navigation von Trypanosomen im Blutfluss und ihre Migration zu Gefäßwänden untersucht. Schließlich wird die Adhäsion von Trypanosomen an Blutzellen und Gefäßwänden untersucht, um mögliche Mechanismen für das Entweichen aus dem Blutkreislauf vorzuschlagen. Unser Projekt wird biophysikalische Mechanismen der Trypanosomen-Navigation durch einen seiner wesentlichen Lebensräume sowie die Fähigkeit überfüllte Zellbedingungen und große Fließbelastungen zu bewältigen und den Blutkreislauf bei Bedarf zu verlassen, liefern. Darüber hinaus wird dieses Projekt zu verschiedenen Aspekten des DFG-SPP 2332-Programms beitragen, einschließlich der mechanischen Eigenschaften von Parasiten, der parasitären Fortbewegung und der Wechselwirkung mit ihrem Mikromilieu sowie der Bindung von Parasiten an Organismus-Strukturen.
