Immunsystem

Granulozyten „killen“ mit Chlorbleiche

Bestimmte weiße Blutkörperchen schützen uns vor Bakterien, indem sie sie „auffressen“. Was genau danach passiert, konnte ein Forscherteam der Ruhr-Universität Bochum und der Universität Bonn dank neu entwickelter Fluoreszenzproteine erstmals unter dem Mikroskop beobachten und im Film festhalten.

Das erfolgreiche Bochumer Team: Kaibo Xie, Lars Leichert, Konstanze Winklhofer und Verian Bader (von links). © RUB, Marquard  

Wenn Bakterien in die Blutbahn eindringen, sind neutrophile Granulozyten, die häufigsten weißen Blutkörperchen, die erste Verteidigungslinie. Sie fressen die Eindringlinge buchstäblich auf, ein Prozess, der Phagozytose genannt wird. Dabei verschlucken sie das Bakterium und überschütten es mit einem Giftcocktail sogenannter reaktiver Sauerstoffspezies. Dazu gehören unter anderem Wasserstoffperoxid, das auch in vielen antiseptischen Mitteln enthalten ist, und Chlorbleiche. Diese Stoffe zerstören die Moleküle des Bakteriums durch Oxidation.

Die Details dieser Abwehrreaktion waren bislang allerdings nicht bekannt: Wie und wann werden Bakterien mit dem Giftcocktail überschüttet? Passiert das nur innerhalb der Immunzellen? Wie lange dauert der Prozess? Welche Enzyme der Immunzellen sind daran beteiligt? „Wenn wir diese Fragen beantworten können, können wir verstehen, wie es manchen Bakterien gelingt, unser Immunsystem zu überlisten und warum bestimmte genetische Defekte das Immunsystem beeinträchtigen“, erläutert Prof. Dr. Lars Leichert von der Ruhr-Universität Bochum.

Neue Leuchtproteine

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Um detaillierte Einblicke zu gewinnen, nutzte das Team fluoreszierende Proteine, die erst kürzlich entwickelt wurden. Sie enthalten ein Aminosäurepaar, das besonders empfindlich für chemische Verbrennungen ist. Beleuchtet man diese sogenannten roGFPs mit blauem Licht, leuchten sie grün. Wird das Aminosäurepaar oxidiert, so leuchten sie auch unter violettem Licht grün.

Für ihre Experimente nutzte die Gruppe Escherichia-coli-Bakterien, die künstliche Gene mit dem Bauplan für roGFPs enthielten. Diese Bakterien brachten sie mit Immunzellen zusammen, die die Bakterien wie erwartet „auffraßen“. Unter einem Superauflösungsmikroskop, das als Großgerät vom Land Nordrhein-Westfalen und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wurde, konnten die Forscher die roGFPs in den Bakterien unter blauem Licht grün leuchten sehen. Waren sie einmal „aufgefressen“, wurden die roGFPs binnen Sekunden oxidiert und leuchteten auch unter violettem Licht grün. Zu sehen ist der Vorgang in Youtube unter http://bit.ly/2HcBiXa

Immunzellen nutzen Bleichmittel

„Aus der Geschwindigkeit und der Spezifität, mit der die roGFPs oxidiert wurden, konnten wir schließen, dass Chlorbleiche die Hauptrolle dabei spielt. Immunzellen nutzen also Bleichmittel um Bakterien zu töten“, folgert Prof. Leichert.

Um herauszufinden, welche Enzyme die Immunzellen brauchen, um einen erfolgreichen Giftcocktail anzumischen, experimentierten die Forscher mit Zellen, denen bestimmte Enzyme fehlten. Es zeigte sich, dass Zellen, denen ein aktives NOX2-Enzym fehlte, nicht in der Lage waren, Bakterien durch Oxidation zu vernichten. Dieses Enzym fehlt auch bei Patienten mit einer bestimmten Erbkrankheit. Die Oxidation funktionierte auch wesentlich schlechter bei Immunzellen, in denen das Enzym Myeloperoxidase, das notwendig ist, um Chlorbleiche zu erzeugen, blockiert wurde.

Förderung

Die Arbeiten wurden gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Lars I. Leichert, LE2905/1-2; MCTI, Andreas J. Meyer, ME1567/9-2, Konstanze F. Winklhofer, INST 213/840-1 FUGG) und dem Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (Adriana Degrossoli, PDE 248836/2013-7)

Originalveröffentlichung
Adriana Degrossoli, Alexandra Müller, Kaibo Xie, Jannis Schneider, Verian Bader, Konstanze Winklhofer, Andreas Meyer, Lars Leichert: Neutrophil-generated HOCl leads to non-specific thiol oxidation in phagocytized bacteria, in: eLife 2018, DOI: 10.7554/eLife.32288, https://doi.org/10.7554/eLife.32288

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