Immunsystem hält Darmflora im Gleichgewicht

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Tim Rollenske, Department for BioMedical Research (DBMR), Universitat Bern, und

Tim Rollenske, Department for BioMedical Research (DBMR), Universitat Bern, und Universitatsklinik fur Viszerale Chirurgie und Medizin, Inselspital, Universitatsspital Bern. @ zvg

Im Darm leben Billionen von Bakterien. Sie werden vom Immunsystem in einem permanenten Gleichgewicht gehalten und sind deshalb unschädlich für den Menschen. Forschende des Departementes für BioMedical Research (DBMR) der Universität Bern, des Inselspitals, Universitätsspital Bern und des Deutschen Krebsforschungszentrums konnten nun zeigen, wie Antikörper im Darm diese Bakterien in Schach halten. Diese Erkenntnis könnte einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung von besseren Impfstoffen leisten.

Die im Darm lebenden Bakterienstamme bestehen aus rund 500 bis 1000 verschiedenen Arten. Sie machen die sogenannte Darmflora aus, die eine zentrale Rolle fur die Verdauung spielt und auch Infektionen verhindert. Im Gegensatz zu Krankheitserregern, die von aussen eindringen, sind sie unschadlich und werden vom Immunsystem toleriert. Wie es das menschliche Immunsystem schafft, im Darm dieses Gleichgewicht aufrecht zu erhalten, ist noch weitgehend unverstanden. Bekannt ist, dass Immunglobuline vom Typ A, sogenannte IgA-Antikorper, eine wichtige Rolle spielen. Diese naturlichen Abwehrstoffe sind Teil des Immunsystems und erkennen einen korperfremden Erreger spezifisch nach dem Schlussel-Schloss-Prinzip.

Nun konnte eine Gruppe von Forschenden um Dr. Tim Rollenske und Andrew Macpherson vom Departement fur BioMedical Research (DBMR) der Universitat Bern und der Universitatsklinik fur Viszerale Chirurgie und Medizin des Inselspitals im Mausmodell zeigen, dass IgA-Antikorper die Fitness der gutartigen Bakterien auf mehreren Ebenen gezielt einschranken. Dies ermoglicht dem Immunsystem die Feinregulierung des mikrobiellen Gleichgewichts im Darm. ’Wir konnten zeigen, dass das Immunsystem spezifisch diese Bakterien erkennt und sowohl im Wachstum als auch in der Aktivitat einschrankt’, sagt Tim Rollenske, Erstautor der Studie. Die Ergebnisse wurden im Journal Nature publiziert.

Erstmals IgA-Antikorper in naturlicher Form hergestellt

Die IgA-Antikorper sind die haufigsten Antikorper des menschlichen Immunsystems und werden von spezialisierten Zellen in den Schleimhauten ausgeschuttet. Sie machen zwei Drittel der menschlichen Immunglobuline aus. Erstaunlicherweise sind die meisten IgA-Antikorper, die der Korper produziert, gegen gutartige Bakterien der Darmflora gerichtet. Ohne diesen Immunschutz konnten auch diese Mikroorganismen eine gesundheitsschadigende Wirkung entfalten und Darmkrankheiten verursachen. Das Ratsel jedoch, wie die IgA-Antikorper das einvernehmliche Zusammenleben im Darm regulieren, blieb bisher ungelost.

Der Grund dafur: Die Untersuchung von IgA-Antikorpern in ihrer naturlichen Form im Tiermodell war bisher nur eingeschrankt moglich. Diese Hurde konnten die Forschenden um Tim Rollenske und Andrew Macpherson in ihrem Versuch nun uberwinden. Es gelang ihnen, eine genugende Menge von IgA-Antikorpern herzustellen, die sich spezifisch gegen eine Art von Escherichia-Coli- Bakterien, einem typischen Darm-Bakterium, richteten. Die Antikorper erkannten und banden einen Baustein auf der Hulle der Mikroorganismen.

Antikorper beeintrachtigen Fitness der Bakterien

In ihrem Versuch, an dem die Forschenden uber drei Jahre arbeiteten, konnten sie den Effekt sowohl in vitro als auch in vivo im Darm von Mausen nachverfolgen. Es zeigte sich, dass die Antikorper die Fitness der Bakterien auf verschiedene Weise kontrollierten. Zum Beispiel wurde die Beweglichkeit der Bakterien eingeschrankt. Oder sie behinderten die Aufnahme von Zuckerbausteinen fur den Stoffwechsel der Bakterien. Der Effekt war davon abhangig, welcher Oberflachenbaustein spezifisch erkannt wurde. ’Das Immunsystem hat so offenbar die Moglichkeit, die gutartigen Darmbakterien uber verschiedene Wege gleichzeitig zu beeinflussen’, erklart Ko-Autorin Hedda Wardemann vom Deutschen Krebsforschungszentrum. Die Forschenden sprechen deshalb vom IgA-Parallelismus.

Die Frage, wieso das Immunsystem mit den gutartigen Bakterien im Darm ein Gleichgewicht erzielt, pathogene Eindringlinge dagegen wirksam vernichten kann, ist nach wie vor nicht abschliessend geklart. ’Unser Versuch zeigt aber, dass IgA-Antikorper das Gleichgewicht zwischen dem menschlichen Organismus und der Darmflora fein austarieren konnen’, sagt Ko- Autor Andrew Macpherson vom DBMR und Inselspital. Die Erkenntnisse erweitern nicht nur das grundlegende Verstandnis des Immunsystems im Darm, sondern tragen auch zur Impfstoffentwicklung bei. ’Wenn wir verstehen, wie und wo genau die Antikorper die Mikroorganismen im Darm erkennen, konnen wir auch Vakzine gegen pathogene Organismen gezielter designen’, erganzt Tim Rollenske.

Die Studie wurde unterstutzt durch den Europaischen Forschungsrat ERC, den Schweizerischen Nationalfonds SNF, die Krebsforschung Schweiz sowie von der European Molecular Biology Organization EMBO.

Publikationsdetails:

Tim Rollenske, Sophie Burkhalter, Lukas Muerner, Stephan von Gunten, Jolanta Lukasiewicz, Hedda Wardemann and Andrew J. Macpherson: Parallelism of intestinal secretory IgA shapes functional microbial fitness, Nature, 13 October 2021.
-021-03973-7

Department for BioMedical Research (DBMR)

Das Department for BioMedical Research (DBMR) der Medizinischen Fakultat der Universitat Bern wird von Mark A. Rubin geleitet und wurde 1994 von der Universitat Bern und dem Inselspital (Universitatsspital Bern) gegrundet. Das DBMR ist in 13 Forschungsprogramme mit rund 100 einzelnen Laboren und mehreren unabhangigen Laboren unterteilt, deren Forschung sich uber alle biomedizinischen Bereiche erstreckt. Ziel des DBMR ist, Brucken zwischen laborbasierter und patientenorienter klinischer Forschung zu schlagen. Dafur fordert das DBMR eine integrative Ausrichtung der klinischen Forschung mit der Entwicklung translationaler Ansatze, den Einsatz sogenannter ’Omics’ und anderer Spitzentechnologien sowie eine umfassende Zusammenarbeit zwischen laborgestutzter und patientenorientierter klinischer Forschung. Das DBMR setzt sich auch fur die Forderung des wissenschaftlichen Nachwuchses ein.

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