Gerhard Piekarski

Toxoplasma gondii: Calcium lonophore A23187-mediated exit of trophozoites from infected murine macrophages

Abstract The Ca 2+ ionophore A23187 consistently induced the exit of Toxoplasma gondii trophozoites from cultured macrophages which they had recently infected. Following exit of toxoplasmas, the host macrophages underwent degeneration. A23187 was active at concentrations higher than 0.25 μ M and the activity reached a plateau at the concentration of 1.0 μ M . Noninfected macrophages or those engulfing heat-killed toxoplasmas, or some other particles, were not affected by treatment with A23187. The toxoplasmas exiting host cells were capable of infecting and proliferating in normal macrophages. The A23187-mediated exit of toxoplasmas proceeded despite external Ca 2+ and was enhanced by the addition of ethylene glycol bis(β-aminoethyl ether) N,N,N′,N′ -tetraacetic acid (EGTA) in the reaction mixture. On the other hand, the A23187-mediated exit of toxoplasmas was inhibited significantly by exogenous Mg 2+ .

Endopolygenie bei Toxoplasma gondii

SummaryThe asexual multiplication of T. gondii in the epithelial cells of cat intestine starts with a division of the cell nucleus of the “schizont” without the formation of the organelles known in endodyogeny. The development of merozoites begins at the four-nucleus-stage; in this case the mother conoids are maintained. This development follows the pattern of endodyogeny but produces 32 daughter cells instead of 2.Therefore this form of multiplication, which is related to endodyogeny, is called by us endopolygeny.ZusammenfassungDie ungeschlechtliche Vermehrung von T. gondii in den Epithelzellen des Katzendarms setzt mit einer zweifachen Teilung des „Schizonten“-Zellkerns ein, ohne die Ausbildung der bei der Endodyogenie bekannten Organellen. Erst im vierkernigen Stadium beginnt, unter Erhaltung des Mutterkonoids, die Entwicklung von Merozoiten. Dieser Vorgang verläuft nach dem Muster der Endodyogenie, führt jedoch nicht zur Ausbildung von nur 2, sondern von vermutlich 32 Tochterindividuen.Daher wird dieser Vermehrungsmodus, der eine Abwandlung der Endodyogenie darstellt, von uns Endopolygenie genannt.

Infection of murine peritoneal macrophages withToxoplasma gondii exposed to ultraviolet light

Exposure ofToxoplasma trophozoites to ultraviolet light (UV; 2,539 Å) remarkably inhibited intracellular multiplication of the toxoplasmas within cultured mouse peritoneal macrophages. These toxoplasmas possessed the ability to induce normal parasitophorous vacuoles (PV) and underwent gradual degeneration in the PV without participation of host-cell lysosomes. Apparently, the basic conformation of the PV, i.e., the association of mitochondria, rough endoplasmic reticulum, and microtubules of the host cell and the presence of microvillous infoldings, was maintained as seen under the electron microscope even after the toxoplasmas had died within the PV. Even PV, in which debris of the toxoplasmas could be observed, did not show the sign of fusion with ferritin-labeled secondary lysosomes.

Auswirkungen einer latentenToxoplasma-Infektion auf das Lernvermögen von weißen Laboratoriumsratten und -mäusen

Summary1.Both white laboratory rats and white laboratory mice had a diminished learning capacity in connection with a latentToxoplasma infection.2.Five infected couples of rats out of 12 pairs were not able to learn their task by the double-training program in a given period of time. A second group of five rats was able to learn this program but later than the noninfected control-group of brothers and sisters did.3.Mice seem to be more damaged byToxoplasma infections than rats in their learning capacity. All infected mice did not reach the same ability than their control brothers and sisters. The reason for this differences could reflect the higher infection rate of the brain of mice than rats during the latent phase of infection.Zusammenfassung1.Sowohl weiße Laboratoriumsratten als auch weiße Laboratoriumsmäuse wiesen bei einer bestehenden latentenToxoplasma-Infektion eine Verminderung der Lernleistung auf.2.Bei der Zweifachwahl-Dressur lernten von insgesamt 12 Rattenpaaren 5 infizierte Tiere die Aufgabe in dem dafür vorgesehenen Zeitraum überhaupt nicht. Weitere 5 infizierte Ratten lernten zwar die Aufgabe, aber später als die jeweiligen Kontrollgeschwister.3.Mäuse scheinen durch eineToxoplasma-Infektion weit mehr in ihrem Lernverhalten geschädigt zu sein als Ratten. Alle infizierten Mäuse blieben in ihren Leistungen (besonders in Testphase 1 und 2) erheblich hinter ihren jeweiligen Kontrollgeschwistern zurück. Diese Beobachtung könnte auf die viel stärkere Infektion der Mäusegehirne mitToxoplasma-Zysten (im Vergleich zu Ratten) während der latenten Phase der Infektion zurückgehen. In den letzten Jahren ist von biologischer wie medizinischer Seite gelegentlich die Vermutung geäußert worden, daß der Befall mit tierischen Parasiten das Verhalten ihrer Wirte verändern könne. Es ließen sich z.B. negative Auswirkungen auf ihr Lernvermögen erkennen (z.B. Jordan und Randall, 1962). Solche Beeinträchtigungen würden bedeuten, daß sich ein Parasitenbefall u.U. ungünstig auf das Zentralnervensystem auswirkt. Olivier (1974) geht deshalb so weit, daraus auf nachteilige Folgen für die Ökonomie gerade der Länder zu schließen, deren Bewohner in großem Ausmaß von Parasiten befallen sind.

Pathology ofAnopheles stephensi after infection withPlasmodium berghei berghei

SummaryThe mortality ofP. berghei-infectedAnopheles stephensi females can be about 30% higher during the first three days than in normal blood-fed mosquitoes. As expected the mortality is higher after feeding on highly infected mice but also depends on the date of feeding and the temperature. Infected mosquitoes kept at 25° C die more often than those kept at 21° C. On the other hand sporozoite production needs the low temperature of 21°C. So the sporozoite production rate falls with increasing temperature, and the mortality rate increases.ZusammenfassungEin Vergleich der Mortalitätsrate derAnopheles-Mücken während der Plasmodien-Entwicklung zeigt, daß die Sterblichkeit in den ersten drei Tagen um ca. 30% höher sein kann als bei Kontrolltieren, die mit normalem Blut gefüttert worden waren. Sie ist erwartungsgemäß um so höher, je größer die Parasitämie im Blut der Spendermaus war. Allerdings spielt neben dem Fütterungszeitpunkt die Temperatur eine wichtige Rolle. Infizierte Mücken sterben bei 25°C weit häufiger als bei 21°C; Sporozoitenbildung findet aber bei 21°C statt. Die Fähigkeit zur Sporozoitenbildung nimmt also mit steigender Temperatur ab, die Mortalität zu.

Elektronenmikroskopische Analyse der Mikrogametenentwicklung bei Toxoplasma gondii

SummaryThe micorgametogony of T. gondii is investigated electronmicroscopically. The formation of the gametes begins with a multiplication of the gametocyte nucleus. The surface of the gametocyte develops many protuberances and a single cell nucleus migrates into each. Within the protuberances later to become the “perforatoria” of the microgamete, two flagella develop from each basal body. The protuberance then grows and buds off to form the microgamete. During this process the large mitochondrion migrates into closer contact with the nucleus. The nucleus elongates and when the last plasma connection is severed the microgamete lies free in the vacuole surrounding the parasite.On the bases of the different structures observed, we suppose that the microgametes of T. gondii develop in groups, one after the other, in contrast to other Coccidia, e.g. E. pragensis, E. nieschulzi, E. perforans where they develop simultaneously. In T. gondii a residual body remains and, because of the form of the nucleus, the microgamete is wide and flat. The mitochondrion is of the tubular type; the tubules ramifying rather than lying in rows. Next to the two flagella rudimentary remains of a third can be found. In the perforatorium 16 or more very short microtubuli lie packed together on top of a strongly osmophilic plate but their function has not yet been determined.ZusammenfassungDie Ausbildung der Mikrogameten bei T. gondii beginnt mit einer Vervielfachung des Gamontenzellkerns. In der Oberfläche des Gamonten treten nacheinander mehrere Vorwölbungen auf, denen sich jeweils ein Zellkern zuordnet. In den Vorwölbungen bilden sich die späteren Perforatorien der Mikrogameten aus, und es werden— ausgehend von je einem Basalkörper — 2 Geißeln gebildet. Der Mikrogamet wächst jetzt gleichsam aus der Oberfläche des Gamonten heraus. Hierbei tritt das große Mitochondrium in engen Kontakt mit dem Zellkern. Der Zellkern streckt sich, und nach Durchtrennung einer letzten Plasmaverbindung liegen die Mikrogameten frei in der parasitophoren Vakuole.Aufgrund verschiedener Bilder sind wir der Auffassung, daß die Mikrogameten von T. gondii — im Gegensatz zu denen anderer Coccidienarten (z. B. E. pragensis, E. nieschulzi, E. perforans) — nicht gleichzeitig, sondern in Gruppen nacheinander entstehen. Es bleibt ein Restkörper zurück. Der Mikrogamet von T. gondii ist, durch die Gestalt des Zellkerns verursacht, sehr breit und stark abgeflacht. Das Mitochondrium ist vom tubulären Typ; die Tubuli liegen nicht in Reihen, sondern ungeordnet im Mitochondrium. Neben den 2 Geißeln lassen sich Reste einer rudimentären dritten erkennen. Im Perforatorium sind 16 oder mehr sehr kurze Mikrotubuli in einer Reihe, dicht oberhalb einer stark osmiophilen Platte angelegt. Ihre Funktion ist zur Zeit noch nicht geklärt.Die Ausbildung der Mikrogameten bei T. gondii beginnt mit einer Vervielfachung des Gamontenzellkerns. In der Oberflache des Gamonten treten nacheinander mehrere Vorwolbungen auf, denen sich jeweils ein Zellkern zuordnet. In den Vorwolbungen bilden sich die spateren Perforatorien der Mikrogameten aus, und es werden— ausgehend von je einem Basalkorper — 2 Geiseln gebildet. Der Mikrogamet wachst jetzt gleichsam aus der Oberflache des Gamonten heraus. Hierbei tritt das grose Mitochondrium in engen Kontakt mit dem Zellkern. Der Zellkern streckt sich, und nach Durchtrennung einer letzten Plasmaverbindung liegen die Mikrogameten frei in der parasitophoren Vakuole. Aufgrund verschiedener Bilder sind wir der Auffassung, das die Mikrogameten von T. gondii — im Gegensatz zu denen anderer Coccidienarten (z. B. E. pragensis, E. nieschulzi, E. perforans) — nicht gleichzeitig, sondern in Gruppen nacheinander entstehen. Es bleibt ein Restkorper zuruck. Der Mikrogamet von T. gondii ist, durch die Gestalt des Zellkerns verursacht, sehr breit und stark abgeflacht. Das Mitochondrium ist vom tubularen Typ; die Tubuli liegen nicht in Reihen, sondern ungeordnet im Mitochondrium. Neben den 2 Geiseln lassen sich Reste einer rudimentaren dritten erkennen. Im Perforatorium sind 16 oder mehr sehr kurze Mikrotubuli in einer Reihe, dicht oberhalb einer stark osmiophilen Platte angelegt. Ihre Funktion ist zur Zeit noch nicht geklart.

Serologische Sarcocystis-Studien an Menschen und Ratten

SummaryDuring a study of sarcosporidiosis in man, rats too were fed on meat infected with Sarcocystis tenella and S. fusiformis. Further investigations were made on the antigen relationship between Sarcocystis and Toxoplasma using 50 mice infected with Toxoplasma. The results are as follows:1.18–39 days after eating raw minced meat (beef) containing Sarcocystis fusiformis, 5 (=41,7%) out of 12 people excreted sporulated sporocysts of the species Isospora hominis in the faeces.2.Excretion of sporocysts lasted for 9–179 days without reinfection. None of the above mentioned people showed any clinical symptoms.3.There was no manifestation of immunity as the excretion of sporocysts which had reduced in number intensified again after repeated administration of similar raw minced meat.4.Oral administration of Sarcocystis as antigen leads to the production of antibodies which could be detected with the indirect immunofluorescent test (IIFT). These antibodies are common among adults but could be detected in children after 6 months of age.5.Sarcocystis antibodies produced in rats after ingestion of fresh raw S. tenella-infected meat could be detected with the help of the IIFT in their sera for several months.6.The indirect immunofluorescent test is reliable in detecting Sarcocystis infection.7.No cross-reaction between Sarcocystis and Toxoplasma was detected in either the human sera or in the experimentally Sarcocystis-infected rats and Toxoplasma-infected mice.8.Parasites lose their capability to function as antigen when subjected to heat or cold, because rats fed on frozen or cooked S. tenella-infected mutton did not produce antibodies compared to those fed on fresh raw infected mutton.9.Sera of rats fed on different types of sausages reacted negative with Sarcocystis antigen.Zusammenfassung1. Nach Genuß von rohem, Sarcocystis fusiformis-haltigem Rindfleisch schieden von 12 Probanden 5 (=41,7%) nach unterschiedlicher Präpatanz von 18–39 Tagen reife Sporocysten mit dem Stuhl aus, die zunächst der Art Isospora hominis zugeordnet werden müßten.2. Die Sporocystenausscheidung hielt ohne Neuinfektion 9–179 Tage an. Bei keinem Probanden wurden klinische Beschwerden festgestellt.3. Es entstand offenbar keine Immunität; nach Wiederholung der gleichen Rindfleischmahlzeit traten nach einer Verminderung der Sporocystenausscheidung erneut vorübergehend verstärkt Sporocysten im Stuhl auf.4. Die orale Aufnahme von Sarcocystis-Antigen führt beim Menschen offensichtlich schon frühzeitig zur Antikörperbildung, die sich mit dem indirekten Immunofluoreszenztest (IIFT) nachweisen läßt. Diese sind weit verbreitet und bei Erwachsenen regelmäßig, bei Kleinkindern jedoch erst später, etwa nach dem 6. Monat, nachzuweisen.5. Ratten bilden nach dem Verzehr von frischem, rohem S. tenella-haltigem Fleisch Sarcocystis-Antikörper aus, die über Monate hinweg mit Hilfe des IIFT im Blut nachweisbar waren.6. Offenbar erlaubt der IIFT, eine Sarcocystis-Infektion relativ sicher zu erkennen.7. Zwischen Sarcocystis und Toxoplasma war keine Antigenverwandtschaft festzustellen, weder bei Serumproben von Menschen noch bei solchen von experimentell mit Sarcocystis-Antigen behandelten Ratten noch bei Toxoplasma-infizierten Mäusen.8. Durch Einwirkung von Kälte oder Hitze denaturierte Parasiten verlieren ihren Antigencharakter; denn tiefgefrorene oder gekochte infizierte Schafmuskulatur, von Ratten aufgenommen, führt im Gegensatz zu Lebend-Antigen nicht zur Antikörperbildung.9. Verfütterung von verschiedenen Wurstsorten an Ratten war erfolglos, d. h. alle Seren reagierten mit einem Sarcocystis-Antigen negativ.During a study of sarcosporidiosis in man, rats too were fed on meat infected with Sarcocystis tenella and A. fusiformis. Further investigations were made on the antigen relationship between Sarcocystis and Toxoplasma using 50 mice infected with Toxoplasma. The results are as follows: 1. 18-39 days after eating raw minced meat (beef) containing Sarcocystis fusiformis, 5 (=41,7%) out of 12 people excreted sporulated sporocysts of the species Isospora hominis in the faeces. 2. Excretion of sporocysts lasted for 9-179 days without reinfection. None of the above mentioned people showed any clinical symptoms. 3. There was no manifestation of immunity as the excretion of sporocysts which had reduced in number intensified again after repeated administration of similar raw minced meat. 4. Oral administration of Sarcocystis as antigen leads to the production of antibodies which could be detected with the indirect immunofluorescent test (IIFT). These antibodies are common among adults but could be detected in children after 6 months of age. 5. Sarcocystis antibodies produced in rats after ingestion of fresh raw S. tenella-infected meat could be detected with the help of the IIFT in their sera for several months. 6. The indirect immunofluorescent test is reliable in detecting Sarcocystis infection. 7. No cross-reaction between Sarcocystis and Toxoplasma was detected in either the human sera or in the experimentally Sarcocystis-infected rats and Toxoplasma-infected mice. 8. Parasites lose their capability to function as antigen when subjected to heat or cold because rats fed on frozen or cooked S. tenella-infected mutton did not produce antibodies compared to those fed on fresh raw infected mutton. 9. Sera of rats fed on different types of sausages reacted negative with Sarcocystis antigen.

Untersuchungen zur Feinstruktur des Makrogameten von Toxoplasma gondii

SummaryThe macrogamete of T. gondii developes within a parasitophore vacuole, limited by a four-layered membrane, in the epithelial cells of the small intestine. Identification of the macrogamete is possible because of the cell inclusions, primarily type I and type II wall-forming bodies, which are characteristic for Coccidia spp. In contrast to the wall-forming bodies in other species the type I in T. gondii is relatively small even though it is also enclosed by a unit membrane. The type II wallforming bodies lie within cytoplasmatic lacunae and are homogeneously osmiophilic. A unit membrane covers the surface of the macrogamete and immediately below this the three-layered pellicula of the former merozoite is visible. The heavily granulated cytoplasma encloses numerous amylopectin granules. The mitochondria of the macrogametes are always of the “tubular” type. Occasionally bundles of splinter-shaped vacuoles are present but their significance is not clear. There is no sign for the presence of “intravacuolare tubules” in T. gondii.ZusammenfassungDer Makrogamet von T. gondii entwickelt sich innerhalb einer, von einer vierschichtigen Membran begrenzten parasitophoren Vakuole in den Dünndarm-Epithelzellen der Katze. Mit Hilfe der für Coccidien charakteristischen Einschlüsse, den Hüllbildungskörpern von Typ I und II, ist eine eindeutige Identifizierung als Makrogamet möglich. Im Gegensatz zu anderen Arten sind die Hüllbildungskörper von Typ I bei T. gondii relativ klein, jedoch ebenso von einer „unit membrane“ umgeben. Diejenigen des Typs II liegen innerhalb von Cytoplasmalakunen und erscheinen homogen osmiophil. Die Begrenzung des Makrogameten bildet eine „unit membrane“ unterhalb der die fast vollständig erhaltene dreischichtige Pellicula des ehemaligen Merozoiten zu erkennen ist. Im stark granulierten Cytoplasma liegen zahlreiche Amylopectingranula. Die Mitochondrien des Makrogameten lassen sich immer dem tubulären Typ zuordnen. Relativ selten zeigen sich im Cytoplasma Spalträume, über deren Bedeutung keine Aussage gemacht werden kann. Für die Ausbildung von „intravacuolären Tubuli“ bei T. gondii läßt sich kein Beweis erbringen.

Die Endodyogenie bei Toxoplasma gondii

ZusammenfassungAuf Grund systematischer elektronenmikroskopischer Untersuchungen an Serienschnitten durch die Vermehrungsformen der Toxoplasmen innerhalb des sog. Proliferations-Stadiums und des sog. Cysten-Stadiums konnte die Art der Vermehrung in den einzelnen Phasen beschrieben und belegt werden. Als einzige Vermehrungsart von Toxoplasma gondii fand sich die Endodyogenie. Beweisende Bilder für eine Vermehrung durch Zweiteilung oder Schizogonie ergaben sich bisher nicht.Eine besondere Rolle bei der Endodyogenie dürfte ein elektronendichter Kernkörper spielen, der durch histochemische Untersuchungen indirekt als DNS-Substanz angesprochen wurde und die Bezeichnung E-Körper (= Endodyogenie-) erhielt. Dieser E-Körper übernimmt die führende Rolle am Anfang der Endodyogenie. Der E-Körper wird zu Beginn der Endodyogenie aus dem mütterlichen Kern vorgeschoben, teilt sich und bildet in der weiteren Entwicklung den Grundstock für die Tochterzellkerne. Der mütterliche Zellkern wird anscheinend nicht vollständig zwischen den Tochterzellen aufgeteilt.SummaryWith electronmicroscopic studies of series sections a systematic investigation has been made of the method of reproduction of Toxoplasma gondii. Both, the so-termed “proliferation” and “cyst” stages could be closely followed and the various phases of the reproduction process plotted and described. Without a doubt, Toxoplasma gondii reproduce by means of endodyogeny. No electron micrographs have lent support to the concept of binary fission or schizogony.A special role in the process of endodyogeny seems to be played by an electrondense body of the nucleus, which upon histochemical examination has been identified as a DNA substance and been given the term E-body (E = Endodyogeny). The E-body is the instigating factor of endodyogeny. At the start of the process it protrudes itself from the maternal nucleus, divides and forms in the course of further development the matrix for the daughter-cell nuclei. The maternal nucleus, apparently, does not become fully distributed between the daughter cells.

Experimentelle und histologische Studien zur Toxoplasma-Infektion der Hauskatze

SummaryThe development of infection and immunity in experimental infections of cats with various strains of Toxoplasma are described. Some cats used in this study exhibited either no Toxoplasma antibodies or only low titers with the Sabin-Feldman-Test and in these cases infection was successful, oocysts were produced and the antibody titer rose. The highest antibody titers and the heaviest oocyst production were regularly found following infection with the Gail-strain. However cats with an antibody titer higher than 1:256 generally could not be successfully infected even with this strain. When the antibody titer related to the first infection had fallen the cats could be successfully reinfected and a normal oocyst production developed. One case of oocyst production in a naturally infected cat is described.No cross-immunity between Toxoplasma gondii and other Coccidia species could be demonstrated. The Sabin-Feldman-Test failed to demonstrate antibodies to Isospora bigemina, Isospora rivolta and Isospora felis infections in cats and concurrent infections with these species produced no observable influence on experimental Toxoplasma gondii infections.In all proven avirulent Toxoplasma strains all stages of schizogony and gamogony could be found in the epithelium of the small intestine of the cat and in most cases the heaviest infection was found in the distal third of the small intestine.The reclassification of Toxoplasma gondii as a coccidian species of the genus Isospora must at present be rejected because the necessary parallel experimental and morphological investigations are lacking.ZusammenfassungNach experimenteller Infektion von Hauskatzen mit verschiedenen Toxoplasma-Stämmen werden Infektionsabluaf und Immunitätslage abgehandelt. Alle verwendeten avirulenten Stämme führten bei Katzen, die keine Toxoplasma-Antikörper oder nur niedrige Titer im Sabin-Feldman-Test aufwiesen, zu Infektion mit Titeranstieg und Oocysten-Ausscheidung. Höchste Titer und stärkste Oocysten-Bildung wurden regelmäßig mit dem Gail-Stamm erzielt. Katzen, die Titer über 1:256 aufwiesen, ließen sich auch mit dem Gail-Stamm meist nicht mehr erfolgreich infizieren. Wiederholte Oocysten-Ausscheidung derselben Katze nach mehrfacher Infektion gelang, wenn der Antikörper-Titer nach der Erstinfektion wieder abgesunken war. Ein Fall einer natürlich infizierten Katze mit Oocysten-Ausscheidung wird beschrieben.Es wird gezeigt, daß keine Kreuzimmunität zwischen Toxoplasma gondii und anderen Coccidien-Arten besteht. Isospora bigemina, Isospora rivolta und Isospora felis erzeugten bei der Hauskatze keine Farbtest-Antikörper und beeinträchtigten auch nicht eine experimentelle Infektion mit Toxoplasma gondii.Bei allen untersuchten avirulenten Toxoplasma-Stämmen ließen sich histologisch alle Stadien der Schizogonie und Gamogonie im Dünndarmepithel der Katze nachweisen, wobei das letzte Drittel des Dünndarms am stärksten befallen war.Eine Identität von Toxoplasma gondii mit einer Coccidien-Art der Gattung Isospora wird vorerst abgelehnt, weil die notwendigen experimentellen und morphologischen Paralleluntersuchungen an Isospora-Arten noch fehlen.