Wenn Sie sich mit einem Virus infizieren, sind einige der ersten Waffen, die Ihr Körper zur Bekämpfung des Virus einsetzt, solche, die wir vor Milliarden von Jahren von unseren mikrobiellen Vorfahren erhalten haben. Laut einer neuen Studie der University of Texas in Austin stammen zwei Schlüsselelemente unseres angeborenen Immunsystems von einer Gruppe von Mikroben namens Asgard-Archaeen.
Insbesondere Viperine und Argonaute, zwei Proteine, von denen bekannt ist, dass sie eine wichtige Rolle im Immunsystem allen komplexen Lebens spielen – von Insekten über Pflanzen bis hin zu Menschen – stammen aus den Asgard-Archaeen. Versionen dieser Abwehrproteine sind auch in Bakterien vorhanden, aber die Versionen in komplexen Lebensformen sind am engsten mit denen in Asgard-Archaeen verwandt, so eine neue Studie veröffentlicht im Journal Naturkommunikation.
Diese Forschung untermauert die Idee, dass alles komplexe Leben, die sogenannten Eukaryoten, aus einer symbiotischen Beziehung zwischen Bakterien und Asgard-Archaeen entstanden ist.
„Es stützt die Tatsache, dass die Asgards unsere mikrobiellen Vorfahren sind“, sagte Brett Baker, außerordentlicher Professor für integrative Biologie und Meereswissenschaften und leitender Autor. „Es besagt nicht nur, dass Eukaryoten all diese reichhaltigen Strukturproteine erhielten, die wir zuvor in Asgards gesehen haben, sondern jetzt heißt es auch, dass einige der Abwehrsysteme der Eukaryoten von Asgards stammen.“
Die Forscher identifizierten erstmals ein großes Arsenal an Abwehrsystemen bei Archaeen, die bislang nur bei Bakterien bekannt waren.
Wenn Viperinen fremde DNA entdecken, die auf ein gefährliches Virus hinweisen könnte, bearbeiten sie die DNA so, dass die Zelle keine Kopien der DNA mehr erstellen kann, was die Ausbreitung des Virus stoppt. Wenn Argonauten fremde DNA entdecken, zerhacken sie diese und stoppen so auch das Virus. Darüber hinaus können Argonauten in komplexeren Organismen das Virus in einem Prozess namens RNA-Silencing daran hindern, Proteine herzustellen.
„Virusinfektionen sind einer der evolutionären Zwänge, denen wir seit Anbeginn des Lebens ausgesetzt sind, und es ist entscheidend, immer eine Art Abwehr zu haben“, sagte Pedro Leão, heute Assistenzprofessor an der Radboud-Universität in den Niederlanden und kürzlich Postdoktorand in Bakers Labor. „Als Bakterien und Archaeen Werkzeuge entdeckten, die funktionierten, wurden sie weitergegeben und sind noch immer Teil unserer ersten Verteidigungslinie.“
Die Form eines Proteins bestimmt seine Funktion. Die Forscher verglichen Proteine, die an der Immunität beteiligt sind, im gesamten Stammbaum des Lebens und fanden viele eng verwandte Proteine. Dann verwendeten sie ein KI-Tool namens ColabFold, um vorherzusagen, ob Proteine mit ähnlichen Aminosäuresequenzen auch ähnliche dreidimensionale Formen (auch Strukturen genannt) aufweisen.
Dies zeigte, dass Variationen des Viperinproteins wahrscheinlich über den gesamten Lebensbaum hinweg dieselbe Struktur und Funktion beibehalten. Anschließend erstellten sie eine Art Stammbaum oder Phylogenese dieser Schwesteraminosäuresequenzen und -strukturen, die evolutionäre Beziehungen aufwiesen.
Schließlich entnahmen die Forscher Viperine aus dem Genom von Asgard-Archaea, klonten sie in Bakterien (damit die Bakterien die Proteine exprimieren), setzten die Bakterien Viren aus und zeigten, dass Asgard-Viperine den modifizierten Bakterien tatsächlich einen gewissen Schutz bieten. Sie überlebten besser als Bakterien ohne die Immunproteine.
„Diese Forschung unterstreicht die wesentliche Rolle, die zelluläre Abwehrmechanismen seit Beginn des prokaryotischen und eukaryotischen Lebens gespielt haben müssen“, sagte Emily Aguilar-Pine, eine ehemalige Studentin, die an dem Projekt mitwirkte. „Sie wirft auch Fragen darüber auf, wie unser modernes Verständnis der eukaryotischen Immunität von der Entschlüsselung einiger ihrer ältesten Ursprünge profitieren kann.“
„Es lässt sich nicht mehr bestreiten, dass die Asgard-Archaeen viel zur Komplexität beigetragen haben, die wir heute bei Eukaryoten sehen“, sagte Leão. „Warum sollten sie also nicht auch an der Entstehung des Immunsystems beteiligt sein? Wir haben jetzt starke Beweise dafür, dass dies wahr ist.“
Weitere Autoren, alle von UT, sind Mary Little, Kathryn Appler, Daphne Sahaya, Kathryn Currie, Ilya Finkelstein und Valerie De Anda.
Weitere Informationen:
Pedro Leão et al., Asgard-Archaea-Abwehrsysteme und ihre Rolle bei der Entstehung der eukaryotischen Immunität, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50195-2