Kampf im Kollektiv: Wie Zellen Bakterien austricksen

Diesen Mechanismus haben das Forscherteam von Prof. Cécile Arrieumerlou am Biozentrum der Universität Basel jetzt entdeckt. Die Ergebnisse werden heute in der US-Fachzeitschrift «Immunity» der Verlagsgruppe «Cell Press» veröffentlicht.

Die Forschergruppe von Prof. Cécile Arrieumerlou konnte am Beispiel des Bakteriums Shigella flexneri die Bedeutung der Zell-Zell-Kommunikation bei der Bekämpfung von bakteriellen Infektionen nachweisen. Diese Stäbchenbakterien befallen beim Menschen die Zellen der Darmschleimhaut und lösen eine schwere Durchfallerkrankung – eine sogenannte Shigellose – aus, welche bis hin zum Tod führen kann.

Der Erreger lähmt beim Befall einer Zelle deren Signalfunktionen, so dass keine Immunabwehr ausgelöst werden kann. Dadurch bleibt eine Entzündung, eine zentrale Reaktion des Immunsystems gegen Infektionen, aus. Mithilfe von Fluoreszenzmikroskopie konnten die Forscher zeigen, dass die Abwehrreaktion der infizierten Zelle zwar unterdrückt wird, die Nachbarzellen jedoch eine Immunabwehr auslösen.

Die Zelle ist kein Einzelkämpfer
Die Strategie der Zellen, die immunhemmende Wirkung von Bakterien durch Zell-Zell-Kommunikation zu umgehen, war bislang unbekannt. Die Forscher des Biozentrums konnten zeigen, dass die Nachbarzellen bereits während der ersten 30 Minuten nach der Infektion Signale von der infizierten Zelle erhalten. Die gesunden Zellen lösen darauf eine Immunantwort aus, indem sie das Protein IL-8, ein wichtiger Botenstoff des Immunsystems, herstellen und sekretieren. Die Wissenschaftler beobachteten, dass bis zu 25 Zellen im Umfeld einer einzelnen infizierten Zelle eine Immunantwort auslösen. Der neu entdeckte Mechanismus stellt daher für den Organismus auch eine Möglichkeit dar, die Immunreaktion während einer Infektion zu potenzieren.
Informationsfluss via gap junctions
Ausgelöst wird die „kollektive Immunantwort“ durch einen Informationsaustausch unter den Zellen. Die Zell-Zell-Kommunikation erfolgt dabei über kleine Kanäle, sogenannte gap junctions, welche sich in der Zellmembran befinden und benachbarte Zellen miteinander verbinden. Blockiert man diese Kanäle, unterbindet man den Informationsfluss und die Immunantwort bleibt aus. Funktionieren die Kommunikationswege hingegen, werden die Nachbarzellen über die Infektion informiert und können die lebenswichtige Immunabwehr auslösen. Die Resultate der Basler Forschungsgruppe weisen darauf hin, dass diese Art der Zell-Zell-Kommunikation in der Bekämpfung von Krankheitserregern eine wesentliche Rolle spielt. Dieses Wissen eröffnet neue Möglichkeiten in der infektionsbiologischen Forschung. Ein besseres Verständnis für Strategien des menschlichen Körpers zur Bekämpfung von Krankheiten ist auch für die Suche nach neuen Medikamenten unverzichtbar. Offen ist zurzeit, welchen Botenstoff infizierte Zellen einsetzen, um ihre Nachbarzellen zu alarmieren. Diese Fragestellung steht daher im Zentrum der weiteren Forschungsarbeit.
Originalbeitrag
Kasper CA, Sorg I, Schmutz C, Tschon T, Wischnewski H, Kim ML and Arrieumerlou C. Cell-Cell Propagation of NF-κB Transcription Factor and MAP Kinase Activation Amplifies Innate Immunity against Bacterial Infection, Immunity (2010), doi:10.1016/j.immuni.2010.10.015
Weitere Auskünfte
Prof. Dr. Cécile Arrieumerlou, Universität Basel, Biozentrum, Infection Biology/Neurobiology, Klingelbergstrasse 50/70, 4056 Basel, Tel. 061 267 21 20, E-Mail: cecile.arrieumerlou@unibas.ch