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Universität Basel

23. Januar 2017

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

Das Enzym MPO stellt eine aggressive Säure her, die ein Loch in die Bakterienhülle brennt und den Eindringling abtötet, ohne das umgebende Gewebe zu schädigen. (Bild: Universität Basel, Biozentrum)
Das Enzym MPO stellt eine aggressive Säure her, die ein Loch in die Bakterienhülle brennt und den Eindringling abtötet, ohne das umgebende Gewebe zu schädigen. (Bild: Universität Basel, Biozentrum)

Forschern der Universität Basel ist es gelungen, die Rolle des Enzyms MPO zu klären. Das Enzym, das dem Eiter eine grünliche Farbe gibt, stellt im Kampf gegen Infektionen eine äusserst aggressive Säure her, mit der es Krankheitserreger abtöten kann, ohne das umgebende Gewebe zu schädigen. Die Ergebnisse der Studie, die jetzt in «Nature Microbiology» veröffentlicht sind, geben Ansatzpunkte für Therapien zur Stärkung der Immunabwehr.

Im Kampf des menschlichen Körpers gegen bakterielle Krankheitserreger stehen weisse Blutkörperchen an vorderster Front. Sie identifizieren die Eindringlinge, fressen sie und machen die Bakterien anschliessend mit hochgiftigen Stoffen unschädlich. Wichtig ist dabei, dass diese Stoffe lediglich die Bakterien treffen und möglichst wenige Kollateralschäden im umliegenden Gewebe anrichten.

Die Forschungsgruppen von Prof. Dirk Bumann am Biozentrum und PD Dr. Nina Khanna am Department Biomedizin der Universität und des Universitätsspitals Basel haben nun entdeckt, wie weisse Blutkörperchen diese schwierige Aufgabe lösen. Das Enzym Myeloperoxidase (MPO) setzt sich dazu direkt auf die Oberfläche von Bakterien und stellt dort eine äusserst aggressive Säure her. Diese reagiert sofort mit der Umgebung, frisst ein Loch in die Zellhülle des Bakteriums und tötet es so. Im Kampf gegen bakterielle Infektionen agiert das Enzym damit wie ein Scharfschütze: Ausgestattet mit einer hochexplosiven Munition kämpft es äusserst präzise und punktgenau ohne Kollateralschäden in der Umgebung anzurichten.

Die Funktion von MPO – der grünlichen Farbe im Eiter

Weisse Blutkörperchen bekämpfen bakterielle Eindringlinge mithilfe von Wasserstoffperoxid – einem giftigen Stoff, der vielerorts bekannt ist, da er zum Bleichen von Haaren verwendet wird. Das Enzym MPO bildet daraus Hypochlorsäure, einen Stoff, der noch um ein Vielfaches wirksamer und aggressiver ist als Wasserstoffperoxid. Die Säure setzt sich direkt auf die Oberfläche der Bakterien, reagiert dort unmittelbar und tötet den Eindringling.

«Bakterien sind praktisch machtlos gegen diese Säurebombe», erklärt Dirk Bumann. «Dadurch, dass Hypochlorsäure so hochreaktiv ist, reagiert die Bombe sofort mit den nächsten Biomolekülen. In das weitere Umfeld gelangt sie gar nicht, sondern wird lokal gezündet. Die Bakterien sterben und das umliegende Gewebe bleibt verschont.» Damit konnte das Forschungsteam die genaue Funktion des Enzyms MPO, das dem Eiter eine grünliche Farbe gibt, nun entschlüsseln.

Langzeitfolgen durch Kollateralschäden sind nicht hinlänglich erforscht

Untersucht haben die Forschenden für ihre Studie auch Zellen von Menschen, denen durch einen genetischen Defekt das Enzym MPO fehlt. Dieser Defekt betrifft rund eine von 5000 Personen, ist also sehr selten. Bei diesen Menschen wird das Wasserstoffperoxid nicht in Hypochlorsäure umgewandelt, sondern sammelt sich an, bis es schliesslich in die Blutzelle und nach aussen strömt. «Auch ohne MPO werden die Bakterien unschädlich gemacht. Allerdings wird dabei nicht nur das Bakterium, sondern auch das Blutkörperchen selbst und die Umgebung geschädigt», erklärt Bumann. «Wie stark Entzündungsreaktionen ohne MPO und das damit verbundene Sterben der Blutzellen von Nachteil sind oder ob sie gar zu Langzeitschäden führen, ist bislang jedoch nicht erforscht», so Nina Khanna.

MPO – Das Enzym zeigt zwei Gesichter

«Da wir in unseren Breiten im Vergleich zu früher viel seltener mit Infektionen zu kämpfen haben, spielen hier die zellulären Kollateralschäden derzeit keine so grosse Rolle», sagt Khanna. Es wäre aber vorstellbar, neue Therapieformen im Kampf gegen bakterielle Infektionen zu entwickeln, die durch eine gezielte Stärkung des MPO-Mechanismus die Immunreaktion unterstützen könnten. «Dieser Ansatz ist insofern interessant, als es bisher lediglich Medikamente gibt, die das Gegenteil tun und MPO hemmen. Der Grund ist, dass MPO bei Herzerkrankungen auch negative Auswirkungen auf den Köper haben kann», so Dirk Bumann. Würden solche MPO-Hemmer jedoch breit eingesetzt, könnten die Nachteile bei Infektionskrankheiten deutlicher zum Tragen kommen.

Originalbeitrag

Nura Schürmann, Pascal Forrer, Olivier Casse, Jiagui Li, Boas Felmy, Anne-Valérie Burgener, Nikolaus Ehrenfeuchter, Wolf-Dietrich Hardt, Mike Recher, Christoph Hess, Astrid Tschan-Plessl, Nina Khanna, Dirk Bumann
Myeloperoxidase targets oxidative host attacks to Salmonella and prevents collateral tissue damage
Nature Microbiology (2017), doi: 10.1038/nmicrobiol.2016.268


Weitere Auskünfte

  • Prof. Dr. Dirk Bumann, Universität Basel, Biozentrum, Tel. +41 61 207 23 82, E-Mail: dirk.bumann@unibas.ch
  • Heike Sacher, Universität Basel, Biozentrum, Kommunikation, Tel. +41 61 207 14 49, E-Mail: heike.sacher@unibas.ch

Bildmaterial

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