Space-Immunschwäche auf der Spur: Forscher haben Einblicke in die Ursachen der reduzierten Widerstandskraft von Astronauten gegenüber Krankheitserregern gewonnen. Aufenthalte in der Schwerelosigkeit verändern demnach die Aktivität vieler Gene in Immunzellen, was die Arbeit der Körperpolizei offenbar beeinträchtigt. Die Studie liefert auch Hinweise darauf, in welchem Zeitrahmen sich das Immunsystem nach der Rückkehr wieder erholt. Die Ergebnisse könnten somit der medizinischen Betreuung von Astronauten zugutekommen, sagen die Wissenschaftler.
Normalerweise zerrt stets die Schwerkraft am Körper – an diese Bedingungen auf der Erdoberfläche ist unsere Physiologie gut angepasst. Es erscheint deshalb fast verwunderlich, dass der Mensch überhaupt mit der Schwerelosigkeit bei Aufenthalten im All zurechtkommt. Problemlos ist der unnatürliche Schwebezustand allerdings nicht, wie Erfahrungen und Untersuchungen im Rahmen der bemannten Raumfahrt gezeigt haben: Er kann verschiedene Gesundheitsprobleme verursachen, wie etwa Herzrhythmusstörungen, Blutdruckabfall, Dehydrierung und Knochenschwund. Außerdem ist eine Beeinträchtigung des Immunsystems bekannt. Astronauten zeigen bei Aufenthalten im All und danach eine verringerte Widerstandskraft gegenüber Krankheitserregern: Sie sind verstärkt von Infekten betroffen und es kann zu einer gefährlichen Reaktivierung von im Körper ruhenden Viren kommen, die beispielsweise Gürtelrose verursachen.
Die Körperpolizei im Visier
Der weiteren Erforschung der Hintergründe dieser Space-Immunschwache haben sich nun Wissenschaftler von der kanadischen University of Ottawa gewidmet. Sie wählten dazu einen genetischen Ansatz: Sie gingen der Frage nach, inwieweit sich in den genetischen Aktivitäten von Immunzellen von Astronauten eine Beeinflussung durch die Schwerelosigkeit abzeichnet. Durch RNA-Sequenzierung untersuchte das Team dazu die Genexpression in den weißen Blutkörperchen (Leukozyten) von elf männlichen und drei weiblichen Astronauten. Sie hatten sich im Verlauf des letzten Jahrzehnts zwischen 4,5 und 6,5 Monate lang an Bord der ISS aufgehalten. Die Immunzellen wurden dabei aus Blut isoliert, das zu zehn unterschiedlichen Zeitpunkten abgenommen wurde: einmal vor der Reise ins Weltall, viermal während des Aufenthalts und fünfmal nach Rückkehr zur Erde.
Wie die Forscher berichten, zeichneten sich deutliche Effekte auf die Genexpression in den Leukozyten ab. Unter den betroffenen Genen identifizierten sie zwei Cluster mit 247 beziehungsweise 29 Genen, mit speziellen Trends bei der Aktivität: Die Gene der ersten Gruppe wurden beim Erreichen des Weltraums heruntergefahren und bei der Rückkehr zur Erde wieder hochgefahren, während bei den Genen des zweiten Clusters das umgekehrte Muster galt. Was die Funktionen dieser Erbanlagen betrifft, zeichnete sich ab: Die vorherrschende Bedeutung der Gene des ersten Clusters ist mit Immunfunktionen verknüpft, von den Erbanlagen des zweiten Clusters ist hingegen eher eine Rolle im zellulären Stoffwechsel bekannt. “Wir konnten nun also dokumentieren, dass sich die Expression vieler Gene in Immunzellen verändert, wenn Astronauten den Weltraum erreichen”, resümiert Seniorautorin Odette Laneuville von der University of Ottawa.
Normalisierung nach der Landung
Was die Erholung nach der Rückkehr betrifft, geht aus den Daten hervor: Ob und wann eine komplette Wiederherstellung des Ursprungszustandes eintritt, bleibt zwar unklar, doch die meisten Gene in beiden Clustern waren innerhalb eines Jahres zu ihrer Expression von vor dem Flug zurückkehrt. Ein deutlicher Effekt zeichnete sich außerdem meist schon nach einigen Wochen ab. Die Ergebnisse deuten somit darauf hin, dass für zurückkehrende Astronauten mindestens einen Monat lang nach der Landung auf der Erde noch ein erheblich erhöhtes Infektionsrisiko besteht.
Bleibt die Frage, worauf die Veränderung der Genexpression in den Leukozyten zurückzuführen ist. Bisher können die Wissenschaftler darüber nur Vermutungen entstellen. Es könnte demnach sein, dass der Effekt mit der Flüssigkeitsverschiebung bei Schwerelosigkeit zu tun hat. Denn es wird bekanntermaßen Blutplasma vom unteren in den oberen Teil des Körpers umverteilt und auch das Lymphsystem ist von Verlagerungen betroffen. Möglicherweise ist dies mit einer veränderten Genexpression verbunden.
Die Forscher hoffen, dass ihre Erkenntnisse nun dabei helfen können, Verfahren zu entwickeln, die einer Unterdrückung des Immunsystems während des Weltraumaufenthalts entgegenwirken – insbesondere bei Langzeitflügen. Einstweilen verdeutlicht die Studie erneut die Bedeutung von Voruntersuchungen bei Astronauten, hebt Laneuville abschließend hervor: “Für die Gesundheit der Weltraumreisenden bei langen Missionen wäre es von Vorteil, wenn sowohl Immundysfunktionen als auch subklinische Entzündungen erkannt würden. Solche Informationen bieten die Möglichkeit zum Eingreifen, um ein Fortschreiten schwerer Symptome zu verhindern“, so die Wissenschaftlerin.
Quelle: Frontiers, Fachartikel: Frontiers in Immunology, doi: 10.3389/fimmu.2023.1171103
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