Ewiger Wettstreit
Katz-und-Maus-Spiel ums Immunsystem
Wer hat die Nase vorn – Mensch oder Mikrobe? Forscher haben neue Erkenntnisse über die rasante evolutionäre Anpassung des menschlichen Immunsystems an Keime in der Umgebung gewonnen: Umfangreiche Genomsequenzierungen ermöglichen neue Aussagen.
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Pseudokolorierte elektronenmikroskopische Aufnahme einer menschlichen Fresszelle (lila) und eines Bakteriums (türkis). Mit Hilfe des untersuchten Rezeptors CEACAM3 ist die Fresszelle in der Lage, die etwa einen Mikrometer großen Bakte rien zu erkennen und zu vernichten. Electron Microscopy Centre
© Electron Microscopy Centre
KONSTANZ. Wie professionelle Einbrecher brauchen auch bakterielle Krankheitserreger das passende Werkzeug, um unseren Körper zu besiedeln. Dabei sind einige Mikroben äußerste Spezialisten, die nur bestimmte Wirte befallen.
Zu dieser kleinen Gruppe gehören die Gonokokken und der Erreger Haemophilus influenzae, die nur beim Menschen vorkommen. Beiden gemeinsam ist, dass sie geschickt verschiedene Abwehrmechanismen des menschlichen Körpers aushebeln, um sich auf der Schleimhaut festzusetzen, teilt die Universität Konstanz mit.
Bakterienfänger CEACAM3
Wie neue Arbeiten aus dem Labor von Professor Christof Hauck, Zellbiologe an der Universität Konstanz, nun zeigen, ist unser Körper auch diesen hochspezialisierten Bakterien nicht schutzlos ausgeliefert (Current Biology 2019; online 7. Februar). Auf Fresszellen unseres Immunsystems findet sich ein passendes Rezeptormolekül, das Erreger wie die Gonokokken erkennt und vernichtet.
Diesen hochspezialisierten Bakterienfänger, der CEACAM3 genannt wird, findet sich nur beim Menschen und seinen nächsten tierischen Verwandten wie dem Schimpansen, Gorilla oder Rhesusaffen: Jonas Adrian und Patrizia Bonsignore aus der Arbeitsgruppe von Christof Hauck untersuchten die Genome verschiedener Affenarten auf das Vorhandensein von CEACAM3.
Sie konnten ein entsprechendes Rezeptormolekül nur bei höher entwickelten Affen, nicht jedoch bei Lemuren oder anderen „niederen“ Affen finden, heißt es in der Mitteilung der Universität.
„Diese Erkenntnis deutet darauf hin, dass dieses Rezeptormolekül erst vor verhältnismäßig kurzer Zeit in der Evolutionsgeschichte der Primaten entstanden ist“, wird Hauck in der Mitteilung zitiert. Beim Vergleich dieses Rezeptors zwischen verschiedenen Menschenaffen stellte sich zusätzlich heraus, dass sich CEACAM3 erstaunlich schnell weiterentwickelt.
Zu erklären ist diese rasante Entwicklung durch die Funktion des Rezeptors als Abfangjäger für spezialisierte Bakterien: Jede Veränderung auf der Bakterienoberfläche, durch die der Erreger einen Vorteil gegenüber dem Immunsystem erzielt, zieht im Laufe von Generationen eine entsprechende Veränderung und Weiterentwicklung von CEACAM3 nach sich. „Entstanden ist auf diese Weise eine Art molekularer Rüstungswettlauf, bei dem manchmal die Mikroben, manchmal das Immunsystem die Nase vorn hat“, erklärt Hauck.
Globale Vielfalt des Rezeptors
Dass wir uns hier in einem laufenden Wettstreit befinden, zeigt der Blick auf die globale Vielfalt von CEACAM3. „In manchen menschlichen Populationen, beispielsweise auf dem afrikanischen Kontinent, existieren Varianten dieses Rezeptors. Dieser detaillierte Einblick in die Genome menschlicher Populationen ist erst durch die globale Datenerhebung der letzten Jahre möglich“, erläutert Adrian.
Mit Blick auf die Funktion von CEACAM3 lag die Vermutung nahe, dass diese CEACAM3-Varianten ermöglichen, zusätzliche Erreger zu erkennen und zu eliminieren.
Zur Prüfung dieser Vermutung führten Adrian und Bonsignore Bindungsstudien mit Varianten des Rezeptors und verschiedenen bakteriellen Krankheitserregern durch. Dabei werden die Rezeptormoleküle den in der menschlichen Population vorkommenden Varianten nachempfunden, im Labor hergestellt und gezielt mit den untersuchten Erregern in Kontakt gebracht, um die Bindung an die Erreger zu testen.
In der Tat konnten die Wissenschaftler auf diese Weise zeigen, dass diese besonderen CEACAM3 Varianten zusätzliche Erreger erkennen, darunter auch Haemophilus influenzae. Während also die meisten Menschen mittels CEACAM3 spezialisierte Erreger eindämmen können, sind Personen mit einer CEACAM3 Variante sogar in der Lage, eine noch größere Bandbreite an Bakterien in Schach zu halten.
Der andauernde Wettstreit zwischen Mensch und Mikroben führt eindrücklich vor Augen, wie die Mechanismen der Evolution auch das menschliche Genom geformt haben. Dabei deutet die ungewöhnlich schnelle Entwicklung von CEACAM3 darauf hin, dass ein passgenauer Rezeptor vorteilhaft für unsere Primatenvorfahren war, um sich gegen hochspezialisierte Krankheitserreger zu behaupten. (eb/ikr)
