körpereigenes Abwehrsystem Netzwerk-Spinne-Taktik gegen Bakterien – wissenschaft.de

Die Opfer werden durch klebrige Fäden gebunden, dann folgt die tödliche Attacke: Um Erreger im Körper einzufangen und abzutöten, arbeiten Immunzellen nach dem Prinzip von Netz und Spinne zusammen, geht aus einer Studie hervor. Weitere Einblicke in diesen antibakteriellen Mechanismus könnten der Entwicklung von Bekämpfungsstrategien gegen hartnäckige Erreger wie Staphylococcus aureus zugutekommen, sagen die Wissenschaftler.

Ohne unsere Körperpolizei wäre im Organismus schnell die Hölle los: Vor allem Bakterien lauern ständig auf ihre Chance, unsere Gewebe zu befallen und sich dann rasant zu vermehren. Besonders berüchtigt sind dabei die sogenannten Krankenhauskeime – antibiotikaresistente Formen von Staphylokokken, die vor allem bei immungeschwächten Personen lebensgefährliche Infektionen verursachen können. Natürlicherweise werden die Bösewichte durch die Aktivität verschiedener Vertreter der Immunzellen in Schach gehalten, die auch in komplexer Weise miteinander interagieren. Die Untersuchung dieser Systeme hat deshalb eine große Bedeutung für die medizinische Forschung.

Im Fokus des Teams um Eric Skaar von der Vanderbilt University in Nashville standen nun die Neutrophilen Granulozyten und die Makrophagen. Beide sind als phagozytische Zellen – Fresszellen – bekannt, die im Kampf gegen Bakterien im Körper eine wichtige Rolle spielen. Frühere Untersuchungen haben bei den Neutrophilen Granulozyten bereits ein interessantes Verhalten bei ihrer Funktion als Ersthelfer im Infektionsfall aufgedeckt: Die Immunzellen können sich bei Kontakt mit Bakterien selbst zerstören, um dabei ihren DNA-Inhalt freizugeben. Bei dem als NETosis bezeichneten Prozess bilden sich klebrige Fäden, die wie eine Netzfalle fungieren, um die Erreger zu fixieren. Diese neutrophilen extrazellulären Fallen sind außerdem mit antimikrobiellen Wirkstoffen behaftet. Um den gefangenen Opfern effektiv den Garaus zu machen, ist aber offenbar ein zusätzlicher Einsatz von Makrophagen nötig, geht nun aus den Ergebnissen von Skaar und seinen Kollegen hervor.

Eine raffinierte Strategie im Visier

Im Rahmen ihrer Studie führten die Forscher in Tier- und In-vitro-Modellsystemen Untersuchungen an speziellen Formen von Neutrophilen Granulozyten durch, die besonders zur Ausbildung der Netzfallen neigen. Dabei bestätigte das Team zunächst, dass es sich bei der NETosis um eine Form des programmierten Zelltods beim Kontakt mit bakteriellen Erregern handelt: Die Neutrophilen Granulozyten produzieren besonders intensiv Sauerstoffradikale, wenn sie auf den Erreger Staphylococcus aureus treffen. Dadurch brechen sie auf und bilden die Fallen aus DNA, mit denen sie die Feinde fixieren. Doch wie die weiteren Analysen zeigten, bringt die erhöhte NETosis-Aktivität allein keine Vorteile im Kampf gegen die Erreger. Erst durch die Zusammenarbeit mit Makrophagen zeigte die verstärkte Netz-Bildung einen Effekt.

Den Ergebnissen zufolge führt dabei die Kombination der antimikrobiellen Peptide der Neutrophilen mit der Tätigkeit der Makrophagen zum Absterben der Staphylokokken. „Das antibakterielle Arsenal der Neutrophilen erweitert offenbar das Potenzial der Makrophagen entscheidend“, erklärt Skaar. Letztlich zeichnet sich eine Art Netz-Spinne-Taktik ab, so der Forscher: „Neutrophile produzieren die Netze, die die Bakterien unbeweglich machen, und die Makrophagen übernehmen dann die Rolle der Spinnen, die die Bakterien abtöten“. Wie zusätzliche Tests zeigten, ist diese Kooperation auch nicht etwa auf den Kampf gegen Staphylococcus aureus beschränkt: Auch bei anderen bakteriellen Erregern kommt es zu den beobachteten Effekten. Die Ergebnisse deuten somit darauf hin, dass die Zusammenarbeit zwischen netzbildenden Neutrophilen Granulozyten und Makrophagen ein weit verbreiteter Mechanismus im Rahmen der Immunabwehr ist, resümieren die Forscher.

Kooperationssystem mit medizinischem Potenzial

Wie sie weiter berichten, fanden sie auch einen Hinweis auf einen Effekt, der sich möglicherweise medizinisch nutzen lässt: Als sie ein Staphylokokken-Nuklease-Enzym blockierten, das DNA schneidet, wurden die im Netz gefangenen Bakterien noch empfindlicher gegenüber der Abtötung durch die Makrophagen. „Es scheint, als ob Krankheitserreger wie Staphylokokken Nukleasen entwickelt haben, um sich einen Fluchtweg aus den Netzen schneiden zu können“, so Skaar. Das bedeutet: Wenn man diese bakterielle Strategie beeinträchtigt, könnte man das Immunsystem bei der Beseitigung der Erreger unterstützen. Solche Strategien zur Abschwächung der Virulenz von Bakterien können eine vielversprechende Alternative im Kampf gegen Erreger darstellen. Denn die derzeitigen pharmazeutischen Bemühungen konzentrieren sich eher auf Medikamente wie Antibiotika, die Bakterien direkt abtöten.

Die Wissenschaftler werden sich deshalb nun auch weiterhin der Erforschung der NETose widmen. Dabei wollen sie unter anderem der Frage nachgehen, wie und wann sich die Neutrophilen Granulozyten für diese Form des programmierten Zelltods „entscheiden“. Außerdem interessieren sie sich dafür, inwieweit sich die NETose-Aktivität zwischen Menschen etwa durch genetische Variationen oder durch Krankheiten unterscheidet.

Quelle: Vanderbilt University, Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.abj2101