Zellen rücken eindringenden Bakterien mit einer Art Detergens zu Leibe, berichten Forscher: Ähnlich wie Waschmittel Fettflecken beseitigen, löst das Protein namens APOL3 Lipide aus den Hüllen der Erreger und tötet sie dadurch ab, geht aus den Untersuchungen hervor. Der neue Einblick in das Waffenarsenal der Zellen könnte der Entwicklung von neuen Strategien im Kampf gegen Krankheitserreger zugutekommen, sagen die Wissenschaftler.
Ohne das Immunsystem wäre in unseren Körpern schnell die Hölle los: Vor allem Bakterien müssen ständig in Schach gehalten werden, denn sonst vermehren sie sich explosionsartig und zerstören die Gewebe. Als Körperpolizei fungieren dabei bekanntlich spezielle Immunzellen im Körper, die die Bösewichte ausfindig machen und beseitigen. Doch auch die einzelnen Zellen unseres Körpers können sich durch bestimmte Mechanismen gegen Eindringlinge selbst verteidigen. Diese sogenannte zellautonome Immunität bildet eine der Grundlagen des Abwehrsystems unseres Körpers. Es ist auch bereits bekannt, dass der Alarm-Signalstoff Interferon Gamma nicht nur die Immunzellen im Körper aktiviert, sondern auch diese zellulären Verteidigungssysteme. Doch welche Substanzen die Zellen dann zum Schutz vor Bakterien konkret bilden, wurde bisher kaum erforscht.
Dieser Frage sind nun Wissenschaftler um John MacMicking von der Yale University in New Haven nachgegangen. Im Rahmen ihrer Studie haben sie zunächst Gene untersucht, die in menschlichen Zellkulturen durch die Wirkung von Interferon Gamma aktiviert werden. Durch molekulargenetische Verfahren charakterisierten sie dann einige dieser Erbanlagen beziehungsweise die Substanzen, für die sie kodieren. So stießen sie schließlich auf das Protein APOL3, dessen Produktion durch das Alarm-Signal Interferon Gamma angekurbelt wird. Es weckte das besondere Interesse der Forscher, denn diese Proteine sind normalerweise dafür bekannt, Lipide für den extrazellulären Transport in Lösung zu bringen.
Aufgelöste Bakterien-Hüllen
Um der Funktion des APOL3 im Rahmen der zellautonomen Immunität nachzugehen, markierten die Wissenschaftler das Protein und untersuchten, wie es reagiert, wenn Salmonellen ins Innere von Zellen eindringen. Die Untersuchungen mittels hochauflösender Mikroskopie und anderen Techniken zeigten: Zunächst ermöglichen es offenbar weitere Moleküle dem APOL3, die äußere Membran der doppelten Hülle der Salmonellen zu überwinden. Anschließend kann es sich dann an der inneren Membran zu schaffen machen: Das Protein löst sie auf und tötet die Bakterien dadurch ab. Wie die Forscher erklären, besitzt APOL3 dazu Merkmale wie ein Waschmittel: Ähnlich wie diese durch ihre chemischen Eigenschaften Fette lösen, reißt das Protein die bakterielle Membran in Stücke, da sie aus „fettigen“ Molekülen besteht – aus den sogenannten Lipiden.
Doch warum greift APOL3 nicht auch die Lipide der Zelle selbst an? Das Team fand heraus, dass das Detergens Cholesterine meidet, die einen Hauptbestandteil der menschlichen Zellmembranen bilden. Stattdessen bindet es an die charakteristischen Lipide, die in den Hüllen der Bakterien vorkommen, erklären die Wissenschaftler. „Wir haben damit einen Fall dokumentiert, in dem der Mensch sein eigenes Antibiotikum in Form eines Proteins herstellt, das wie ein Reinigungsmittel wirkt”, resümiert MacMicking. Vermutlich stellt das APOL3 eine Standardwaffe im Arsenal vieler Zellen des Körpers dar, sagen die Wissenschaftler. Bisher konnten sie bereits zeigen, dass es außer in der Haut auch in Zellen der Blutgefäße und im Darm aktiv ist.
Grundlegendes Potenzial für die Medizin
Es handelt sich bei den neuen Erkenntnissen um einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der zellautonomen Immunität, würdigt Carl Nathan vom Weill Cornell Medical College in New York die Ergebnisse seiner Kollegen. „Die Entdeckung dieses Detergenz-ähnlichen Moleküls untermauert die Ansicht, dass jede Zelle im Körper Teil des Abwehrsystems sein kann”, kommentiert der Immunologe. “Es zeigt sich, dass verschiedene Bekämpfungsstrategien entstanden sind, um bedrohliche Erreger abzutöten. APOL3 reiht sich nun in die Gruppe der Mechanismen ein, von denen bereits bekannt ist, dass sie Membranen zerstören“, so Nathan.
Noch sind die Forscher weit davon entfernt, diese Entdeckung auf Therapien gegen Infektionen anwenden zu können. Doch wie sie betonen, handelt es sich um einen wichtigen Beitrag zur Grundlagenforschung: „Die Entschlüsselung der körpereigenen Abwehr könnte der Menschheit eines Tages neue Werkzeuge gegen Mikroben liefern, die zunehmend Wege entwickeln, um herkömmliche Antibiotika zu umgehen. Das gezielte Hochfahren der Produktion von zellulären Detergenzien oder anderen Mitteln, die der Körper zur Abtötung von Bakterien einsetzt, könnte die natürliche Immunantwort ergänzen“, sagt MacMicking.
Quelle: Howard Hughes Medical Institute, Fachartikel: Science, doi: 10.1126/science.abf8113
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