Rhinoviren in der Nase: Labormodell liefert neue Erkenntnisse

Was passiert auf zellulärer und molekularer Ebene in der Nasenschleimhaut, wenn diese von Rhinoviren infiziert wird? Antwort liefert eine aktuelle Studie. Diese zeigt, dass die Abwehrreaktion entscheidet, ob wir Symptome entwickeln und wie stark sie sind.

„Als häufigste Ursache für Erkältungen und eine der Hauptursachen für Atemprobleme bei Menschen mit Asthma und anderen chronischen Lungenerkrankungen sind Rhinoviren für die menschliche Gesundheit von großer Bedeutung“, betonte die leitende Autorin Ellen Foxman von der Yale School of Medicine. Im Rahmen der Studie hätten sie und ihr Team „einen Blick in die menschliche Nasenschleimhaut werfen“ können. Dabei hätten sie sehen können, was während einer Rhinovirus-Infektion sowohl auf zellulärer als auch auf molekularer Ebene ablaufe.

Nasenschleimhaut-Modell spiegelt Reaktionen besser wider als Zelllinien

Zunächst züchteten die Forschenden menschliches Nasengewebe im Labor. Sie kultivierten Stammzellen aus der menschlichen Nase für vier Wochen. Deren Oberfläche war dabei der Luft ausgesetzt. Damit hat das Team um Foxman Bedingungen geschaffen, unter denen sich die Stammzellen zu einem Gewebe mit vielen Zelltypen differenzieren, wie sie in der Nasenschleimhaut oder der Schleimhaut des Lungengewebes vorkommen. Dazu zählen etwa schleimproduzierende Zellen oder Zellen mit Zilien.

„Dieses Modell spiegelt die Reaktionen des menschlichen Körpers viel genauer wider als die herkömmlichen Zelllinien, die für die virologische Forschung verwendet werden“, erklärte Foxman. „Rhinoviren verursachen beim Menschen Krankheiten, bei anderen Tieren jedoch nicht. Deshalb sind organotypische Modelle menschlicher Gewebe für die Erforschung dieses Virus besonders wertvoll“, ergänzte die leitende Autorin.

Das Modell ermöglichte es dem Team, die koordinierten Reaktionen Tausender einzelner Zellen gleichzeitig zu untersuchen: Sie konnten testen, wie sich die Reaktionen veränderten, wenn die zellulären Sensoren, die Rhinoviren erkennen, blockiert wurden. Dabei beobachteten die Forscher einen Abwehrmechanismus, der die Infektion mit Rhinoviren in Schach hält. Er wird durch Interferone koordiniert: Proteine blockieren Eindringen und Vermehrung von Rhinoviren.

Interferone induzieren Abwehrreaktion gegen Rhinoviren

Wenn sie Rhinoviren wahrnehmen, produzieren die Zellen in der Nasenschleimhaut Interferone. Diese induzieren eine koordinierte antivirale Abwehr der infizierten und benachbarten Zellen. So wird die Umgebung ungünstig für die Vermehrung der Viren. Wenn die Interferone schnell genug wirken, können sich die Rhinoviren nicht ausbreiten. Als die Forscher diese Reaktion experimentell verhinderten, infizierte das Virus schnell viel mehr Zellen und verursachte Schäden. In einigen Fällen führte das zum Tod der infizierten Organoide.

„Unsere Experimente zeigen, wie wichtig und wirksam eine schnelle Interferonreaktion bei der Bekämpfung von Rhinovirus-Infektionen ist“, hob Erstautor Bao Wang von der Yale School of Medicine hervor. Das gelte selbst dann, wenn keine Zellen des Immunsystems vorhanden sind.

Rhinoviren lösen auch Schleimproduktion aus

Im Rahmen seiner Forschung konnte das Team auch andere Reaktionen auf Rhinoviren aufdecken. Diese setzten ein, wenn die Virusvermehrung zunimmt. Beispielsweise kann das Rhinovirus ein anderes Sensorsystem auslösen. Letzteres veranlasst infizierte und nicht infizierte Zellen dazu, synergistisch übermäßigen Schleim zu produzieren, Entzündungen zu verstärken und manchmal Atemprobleme in der Lunge zu verursachen. Diese Reaktionen könnten nach Einschätzung der Autoren gute Ansatzpunkte sein, um in die Infektion mit Rhinoviren einzugreifen und eine gesunde antivirale Reaktion zu fördern.

Möglicher Therapieansatz: Beeinflussung von Abwehrmechanismen

Perfekt ist das in der Studie verwendete Modell nicht: Das Team räumt ein, dass die verwendeten Organoide im Vergleich zu denen im Körper nur eine begrenzte Anzahl von Zelltypen enthalten. Im Körper hingegen zieht eine Infektion andere Zellen an, darunter auch solche des Immunsystems. Diese beteiligen sich an der Abwehr der Infektion mit Rhinoviren. Die Autoren weisen auf den wichtigen nächsten Schritt hin: Dieser sei es, zu verstehen, wie andere Zelltypen und Umweltfaktoren in den Nasengängen und Atemwegen die Reaktion des Körpers auf eine Infektion mit Rhinoviren kalibrieren.

„Unsere Studie stützt das Paradigma, dass die Reaktionen des Körpers auf ein Virus und nicht die Eigenschaften des Virus selbst von entscheidender Bedeutung dafür sind, ob ein Virus eine Krankheit verursacht und wie schwerwiegend diese Krankheit sein wird“, so Foxmans Fazit. „Die gezielte Beeinflussung von Abwehrmechanismen ist ein vielversprechender Ansatz für neue Therapeutika.“ (ja/BIERMANN)