Neues Immunsystem in Bakterien entdeckt

Bakterien haben wie Menschen verschiedene Immunsysteme zur Abwehr von Krankheitserregern wie Viren. Diese Immunsysteme bauen in der Regel die DNA der Erreger ab, um sie unschädlich zu machen. In der Forschungsgruppe von Assistenzprofessor Daan Swarts vom Laboratory of Biochemistry an der Wageningen University & Research wurde ein völlig neues Immunsystem entdeckt, das einen anderen Mechanismus zur Neutralisierung von Eindringlingen nutzt. Die Ergebnisse werden in der wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlicht Zelle.

Tief in unserem Körper findet ein ständiges Wettrüsten statt. Einerseits suchen Viren immer wieder nach neuen Wegen, um in unsere Zellen einzudringen, andererseits entwickelt unser Körper immer bessere Abwehrmechanismen, um diese Viren zu eliminieren. So halten sich Krankheit und Gesundheit meist im Gleichgewicht. Das gleiche Wettrüsten findet zwischen Bakterien und ihren pathogenen „Eindringlingen“ statt: Viren und Plasmiden.

In einem Artikel in der wissenschaftlichen Zeitschrift Zelle, Ph.D. Kandidat Bel Koopal aus der Forschungsgruppe von Daan Swarts beschreibt einen neuen Abwehrmechanismus in diesem Wettrüsten. Die Wissenschaftler zeigen, dass eine neuartige Art von bakteriellen „Argonautenproteinen“ nach dem Nachweis der eindringenden DNA alle Moleküle mit dem sprechenden Namen Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD+) absichtlich abbaut.

Schließt die Zelle vollständig ab

Argonautenproteine ​​kommen in vielzelligen Organismen wie Pflanzen und Menschen vor, aber auch in einzelligen Organismen wie Bakterien. Diese Argonauten sind mit einem kleinen Strang „Leit-RNA“ oder „Leit-DNA“ programmiert, um invasive RNA oder DNA mit der gleichen Sequenz zu finden. In den meisten Fällen wird der Eindringling dann vernichtet, indem er in kleinere, harmlose Stücke zerlegt wird. Obwohl das Argonaute-Protein in Swarts‘ Forschung ebenfalls Leit-RNA verwendet, verteidigt es sich durch einen grundlegend anderen Ansatz: Nachdem es invasive DNA entdeckt hat, schaltet es die Zelle vollständig ab, indem es NAD+ abbaut.

Infizierte Zelle geht zugrunde

Das NAD+-Molekül hat eine entscheidende Funktion im Stoffwechsel von Zellen und hält den sprichwörtlichen Motor am Laufen, der den Fortbestand einer Zelle ermöglicht. „Ohne NAD+ wird die Zelle schließlich sterben“, erklärt Swarts. „Das mag widersprüchlich klingen, aber es ist genau das, was passieren soll. Indem die infizierte Zelle absterben lässt, kann sich der Eindringling nicht vermehren oder auf benachbarte Bakterien ausbreiten. Die Bakterienzelle wird ‚geopfert‘, um andere, gesunde Zellen zu retten.“

Fortgeschrittene Bakterien

Dieses Immunsystem wurde in verschiedenen Bakterienarten gefunden. Swarts war nicht überrascht, dass diese einzelligen Organismen über solch komplexe Abwehrmechanismen verfügen. „Menschen unterschätzen oft, wie leistungsfähig Bakterien sind“, sagt er. „Egal wie klein Bakterien sind, ihr Immunsystem entwickelt sich seit Millionen von Jahren und wird immer fortschrittlicher. Das müssen sie, denn auch die Viren sind oft sehr raffiniert.“

„In Zukunft könnten wir mit solchen genetischen Werkzeugen Krankheiten im menschlichen Körper erkennen“, beobachtet Daan Swarts.

Swarts, Koopal und ihre Kollegen führten die Forschung hauptsächlich aus dem wissenschaftlichen Wunsch heraus, die Mechanismen von Argonaute-Proteinen zu verstehen. Swarts glaubt jedoch, dass diese neuen Erkenntnisse langfristig auch praktische Anwendungen haben werden. So zeigte die Forschungsgruppe beispielsweise, dass das Immunsystem isoliert und anschließend mit einem frei wählbaren Leit-RNA-Strang umprogrammiert werden kann. Da der Abbau von NAD+ leicht nachweisbar ist, kann das Argonaute-Protein auf Befehl spezifische DNA-Sequenzen erkennen. „In Zukunft könnten wir mit solchen genetischen Werkzeugen Krankheiten im menschlichen Körper erkennen“, blickt Swarts voraus. „Aber so weit sind wir noch nicht. Im Moment treibt uns eine grundsätzliche Neugier an.“