Infektionen: Wie der Körper Krankheitserreger bereits beim Einatmen erkennt

Gelangen Pathogene in den Körper, springt eine Maschinerie aus Botenstoffen an, die die körpereigene Immunantwort anregt. Aber woher weiß der Körper, dass es sich um einen schädlichen Eindringling handelt und nicht etwa um ein harmloses Bakterium?

Einen Mechanismus, wie der Körper diesen Unterschied erkennt, hat nun Dr. Mohamed Elhawy aus der Arbeitsgruppe von Prof. Gabriela Krasteva-Christ, Professorin für Anatomie und Zellbiologie an der Universität des Saarlandes, entdeckt und im Journal „Cell Reports“ veröffentlicht.

Bisher unbekannten Zusammenhang entdeckt

Bürstenzellen auf Schleimhäuten, unter anderem in den Atemwegen, alarmieren beim Kontakt mit Pathogenen über Signalstoffe Immunabwehrzellen, welche die Eindringlinge im Idealfall bereits am Ort des Eintritts eliminieren. Wie genau Bürstenzellen ihre Arbeit verrichten, ist aber noch nicht genau verstanden. Gemeinsam mit Krasteva-Christ und weiteren Kollegen konnte Elhawy einen Zusammenhang beobachten, der bislang nicht bekannt war.

„Die Bürstenzellen erkennen Pathogene wie Pseudomonas aeruginosa und Rodentibacter pneumotropicus an Adenosintriphosphat (ATP), das die Bakterien ausschütten“, erläutert der Wissenschaftler. ATP ist vor allem bekannt als Energiespeicher im Körper. Im Falle der untersuchten Bakterien erfüllt das bakterielle ATP, welches die Bürstenzellen erkennen, verschiedene Funktionen – unter anderem bei der Biofilmbildung, der bakteriellen Kommunikation und der Regulation des Wachstums. Interessanterweise setzen Kommensalen wie Rothia nasimurium, Micrococcus luteus und Staphylococcus xylosus kein ATP frei. „Bürstenzellen können dadurch zwischen krankmachenden und nützlichen Bakterien unterscheiden und eine entsprechende Immunreaktion hervorrufen“, erklärt Elhawy.

Feindliches Adenosintriphosphat im Visier

Das Forschungsteam konnten in der nun vorliegenden Arbeit untersuchen, was geschieht, nachdem die Bürstenzellen durch das ATP der Krankheitserreger in Alarmbereitschaft versetzt wurden. „Nach ihrer Aktivierung durch ATP setzen Bürstenzellen Lipidmediatoren wie Leukotrien B4 (LTB4) und Cysteinyl-Leukotriene (CysLTs) frei, die insbesondere für ihre Rolle bei allergischen Reaktionen bekannt sind“, erklärt der Wissenschaftler. Solches von den Bürstenzellen freigesetztes LTB4 führt dazu, dass Immunzellen wie neutrophile Granulozyten und Makrophagen zu der Stelle gerufen werden, an der die Eindringlinge zu finden sind. „Zugleich bewirken CysLTs eine gesteigerte Bildung von Wasserstoffperoxid (H₂O₂) in Makro­phagen, wodurch ihre bakterizide Kapazität erhöht wird“, fasst Elhawy eine weitere Beobachtung zusammen. Vereinfacht gesagt: Diese Fresszellen töten schädliche Bakterien deutlich effizienter ab.

Haben die Bürstenzellen das „feindliche“ ATP in einem ersten Schritt wahrgenommen, wird diese Information über einen bestimmten Ionenkanal der Zelle weitergeleitet, durch den vor allem Natrium-Ionen in die Zelle ein- und ausströmen können. Über diesen Signalweg wird die Freisetzung von Entzündungsmediatoren wie Leukotrienen gesteuert, die wiederum Immunzellen anlocken.

„Im Experiment konnten wir diesen TRPM5-Kanal gezielt ausschalten und dadurch zeigen, dass dieser Signalweg für die schnelle Immunantwort entscheidend ist“, sagt Elhawy. „Im Einklang mit diesen Erkenntnissen beobachteten wir, dass Infektionen signifikant häufiger auftraten, wenn der TRPM5-Kanal ausgeschaltet war ‒ anders als bei Tieren mit funktionsfähigen Bürstenzellen und intaktem TRPM5-Kanal.“ Damit konnten die Forschenden einen weiteren Baustein in der Immunantwort des Körpers entdecken, der als Grundlage für klinische Forschungen genutzt werden kann.