Wie Urbakterien Entzündungsreaktionen auslösen können

Forschende aus Borstel und Kiel ergründen die Rolle von Urbakterien – der Archaeen – bei der Entstehung von Entzündungen im menschlichen Körper.
 

Der Körper jedes Menschen beherbergt Billionen unterschiedlichster Mikroorganismen. Immer mehr wissenschaftliche Studien konnten in den letzten Jahren belegen, dass diese körpereigene Mikrobiota ganz wesentlich unsere Gesundheit beeinflusst und viele immunologische Prozesse durch diese Mikroben moduliert werden.

Die Mikrobiota wird zwar von Bakterien dominiert, besteht aber auch aus anderen Organismen wie Viren, tierischen Einzellern und Archaeen, die auch als Urbakterien bezeichnet werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Forschungszentrums Borstel (FZB) und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) konnten nun erstmals zeigen, wie Archaeen des Stamms Methanosphaera stadtmanae vom menschlichen Immunsystem erkannt werden.

Archaeen bilden neben den Bakterien und den Eukaryoten die dritte sogenannte Domäne des Lebens. Ebenso wie Bakterien sind Archaeen einzellig und haben keinen Zellkern. Viele ihrer wesentlichen zellulären Prozesse ähneln im Gegensatz dazu aber eher denen der Eukaryoten. Heute ist bekannt, dass Archaeen nicht nur unter extremen Umweltbedingungen, sondern auch auf dem menschlichen Körper leben. Dort besiedeln sie unter anderem die Haut und den Darm, werden aber auch in der Lunge vermutet.

Menschliche Immunzellen reagieren unterschiedlich stark auf Archaeen

Im Rahmen eines gemeinsamen Projektes, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird, konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem FZB und der CAU zeigen, dass wichtige menschliche Immunzellen unterschiedlich stark auf verschiedene Archaeen-Stämme reagieren. Insbesondere der Stamm Methanosphaera stadtmanae führte dabei zu starken entzündlichen Reaktionen. Er wird mit verschiedenen entzündlichen Darmerkrankungen aber auch mit Atemwegsentzündungen in Verbindung gebracht.

Das Immunsystem reagiert auf einen Fremdorganismus mit einer Entzündungsreaktion, wenn es diesen als schädlich erkannt hat. Die Mechanismen dieser immunologischen Erkennung sind im Falle von Bakterien und Viren in den letzten Jahrzehnten intensiv untersucht und aufgeklärt worden. Bis jetzt völlig unbekannt war hingegen, wie Archaeen des Stamms Methanosphaera stadtmanae durch das menschliche Immunsystem erkannt werden können.

Im Rahmen seiner Doktorarbeit konnte Tim Vierbuchen aus der Forschungsgruppe Angeborene Immunität am Forschungszentrum Borstel gemeinsam mit Dr. Corinna Bang aus der Abteilung Molekularbiologie der Mikroorganismen an der CAU diesen immunologischen Erkennungsprozess nun identifizieren.

Immunsystem erkennt Archaeen über ihre  RNA

„Für unsere Untersuchungen haben wir modernste molekularbiologische Methoden eingesetzt: Mittels des sogenannten Gene-Editings durch CRISPR/Cas9 konnten wir einzelne Rezeptoren und Signalwege von Immunzellen gezielt ausschalten,“ erläutert Prof. Holger Heine, Leiter der Forschungsgruppe Angeborene Immunität am FZB.

Hierbei zeigte sich, dass die Erkennung von M. stadtmanae über dessen Ribonukleinsäure (RNA erfolgt: Nach Aufnahme des Archaeons durch die Immunzellen wird dessen RNA zugänglich. Dann wird sie über zwei spezifische Rezeptoren des angeborenen Immunsystems namens TLR7 und TLR8 aktiviert. Auslöser der Entzündungsreaktion ist dann TLR8 allein. Dieser Rezeptor aktiviert einen entscheidenden Signalkomplex, das sogenannte Inflammasom, das den Entzündungsprozess schließlich in Gang setzt.

Die vorliegende Publikation liefert eine Grundlage, auf der weitere Forschungsarbeiten aufbauen können: „Wir möchten in Zukunft klären, ob der neu beschriebene Mechanismus der Immunerkennung auch auf weitere Methanoarchaeen-Stämme übertragbar ist oder möglicherweise sogar allgemein für alle Urbakterien gilt oder ganz spezifisch ist für M. stadtmanae“, betont Prof. Ruth Schmitz-Streit, Direktorin am Institut für Allgemeine Mikrobiologie der CAU. So könne es künftig gelingen, die Rolle der durch (Methano-)Archaeen ausgelösten Entzündungsreaktionen bei der Entstehung gravierender Entzündungskrankheiten des Menschen zu klären, so Schmitz-Streit weiter.

Originalpublikation:  Vierbuchen T et al. The Human-Associated Archaeon Methanosphaera stadtmanae Is Recognized through Its RNA and Induces TLR8-Dependent NLRP3 Inflammasome Activation. Frontiers in Immunology 2017: 8;1535.