Wie Viren das zelluläre Immunsystem überlisten

Wir sind es gewohnt, das Immunsystem als separate Einheit, fast als eigenständiges Organ zu betrachten, aber die Wahrheit ist viel komplizierter. Durchbrüche der letzten Jahre – einige resultierend aus Forschungen, die im Labor von Prof. Rotem Sorek in der Abteilung für Molekulargenetik des Weizmann Institute of Science durchgeführt wurden – haben gezeigt, dass einzelne Bakterienzellen ihr eigenes autonomes, angeborenes Immunsystem besitzen, das Eindringlinge identifizieren, lokalisieren und mit ihnen fertig werden kann.

In einem kürzlich erschienenen neuen Artikel in Naturhat Soreks Team – zusammen mit Mitarbeitern der Harvard Medical School und des Dana-Farber Cancer Institute – sowohl die Art und Weise, wie Viren das Immunsystem einer Zelle überwinden, als auch die chemische Zusammensetzung eines mysteriösen Moleküls, das diesem Prozess innewohnt, aufgedeckt.

Die Viren, die Bakterienzellen dazu bringen, ihre Abwehrschilde aufzurichten, werden Phagen genannt. Die Vorgehensweise dieser Viren besteht darin, ihre DNA in ein Bakterium zu injizieren und die Zelle so zu manipulieren, dass sie den Phagen dutzende Male repliziert. An diesem Punkt töten die neugeborenen Phagen das Bakterium, brechen aus und machen sich auf die Jagd nach anderen Bakterienzellen in der Nähe. Die Bakterien sind jedoch nicht wehrlos und setzen ihr autonomes Immunsystem ein, um diese Bedrohung zu bekämpfen.

Frühere Forschungen in Soreks Labor hatten gezeigt, dass ein Immunproteinsegment namens TIR für die Identifizierung einer Phageninvasion verantwortlich ist und dass das TIR, sobald ein Phagen entdeckt wird, ein mysteriöses Signalmolekül produziert, das die Immunantwort auslöst. Das TIR-Segment wurde ursprünglich im Immunsystem von Pflanzen und Tieren entdeckt, aber Soreks Gruppe konnte zeigen, dass ein ähnlicher Mechanismus in Bakterien existiert. Dennoch blieb das mysteriöse Signalmolekül unentdeckt.

Diesmal fand Soreks Team heraus, wie Phagen die TIR-Immunität überwinden können. Als sie eine Gruppe sehr ähnlicher Phagen untersuchten, stellten sie zu ihrer Überraschung fest, dass die TIR-Immunität zwar Schutz gegen einige von ihnen bot, andere sich jedoch als siegreich erwiesen und es schafften, die Bakterien abzutöten. Bei der Untersuchung der siegreichen Phagen stellte das Team fest, dass sie ein spezielles Gen enthalten, eines, das für ein Protein kodiert, das die TIR-Immunität neutralisiert und es dem Phagen ermöglicht, die Oberhand zu gewinnen.

Als die Wissenschaftler das jetzt Tad1 genannte Protein untersuchten, stellten sie fest, dass es das Signalmolekül unmittelbar nach seiner Produktion durch das TIR-Protein einfängt. „Es war, als würde das Protein das Molekül schnell verschlucken und das Immunsystem nicht einmal einen Blick darauf werfen“, sagt Sorek. „Diese Art von Immunumgehungsmechanismus wurde bei keinem bekannten Virus beobachtet.“

Die Gruppe erkannte dann, dass, wenn das Molekül im Inneren des Phagenproteins eingeschlossen ist, sie es möglicherweise „sehen“ könnten, indem sie in die Struktur des Proteins schauen. Zusammen mit ihren Mitarbeitern aus Harvard, Prof. Philip Kranzusch und Allen Lu, konnte das Team mittels Kristallographie die räumliche Struktur und chemische Zusammensetzung des Moleküls bestimmen.

„Wir suchen seit einigen Jahren nach diesem mysteriösen Immunmolekül“, sinniert Sorek. „Ironischerweise hätten wir es ohne die Hilfe des Phagen nicht finden können.“

„Wir haben einen neuen Weg entdeckt, wie Viren Immunsysteme deaktivieren können, die auf Signalmoleküle angewiesen sind“, sagt Sorek. „Diese Immunsysteme sind nicht nur Bakterien vorbehalten – sie existieren in den Zellen von Pflanzen und Menschen.“

Zu verstehen, wie Phagen sich anpassen und entwickeln können, könnte uns helfen, besser gegen das bakterielle Immunsystem vorzugehen, indem wir die gleichen Mechanismen in der Zellstruktur der Viren identifizieren, die uns stören. „Wir werden nicht überrascht sein, wenn Viren, die unseren Körper infizieren, genau denselben Mechanismus verwenden wie das Tad1, das wir in Phagen gefunden haben“, sagt Sorek.

Wenn dies der Fall ist, könnte dies direkte Auswirkungen auf unsere Fähigkeit haben, uns vor Viren zu schützen, die unser Immunsystem austricksen wollen.