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26.07.2016

Mechanismus entschlüsselt: Wie Bakterien vom Bauernhof vor Asthma und Allergien schützen

Mikroskopische Aufnahme von zwei Dendritischen Zellen (Grautöne), Endosomen (grün) und DNA (rot). Bei den beiden roten Flächen handelt es sich um die Zellkerne, rote Punkte in der Peripherie zeigen Bakterien-DNA. Zum Teil finden sich die Bakterien in den Endosomen (Pfeil). (Foto: K. Stein/FZB)

Wenn Kinder auf dem Land – insbesondere auf einem Bauernhof – aufwachsen, haben sie ein geringeres Risiko, später an Asthma zu erkranken. Die sogenannte Hygiene-Hypothese geht davon aus, dass Bestandteile dieser „schmutzigeren“ ländlichen Umgebung das kindliche Immunsystem so prägen, dass es Fehlreaktionen auf an sich harmlose Umweltsubstanzen wie z.B. Pollen unterbindet. In einem von Wissenschaftlern des Forschungszentrums Borstel geleiteten Projekt konnte nun ein Mechanismus gefunden werden, der diese Hypothese stützt.

Seit etwa 20 Jahren weiß man aus epidemiologischen Erhebungen, dass Kinder, die auf einem Bauernhof aufgewachsen sind, im Vergleich zu Stadt-Kindern ein geringeres Risiko haben, an Allergien oder Asthma zu erkranken („Bauernhof-Effekt“). Vergleicht man das Immunsystem von Asthmatikern mit dem von Gesunden, findet man eine Verschiebung in Richtung der sogenannten Th2-Immunantwort (im Gegensatz zur vor Asthma und Allergien schützenden Th1-Antwort). Beide Typen sind gekennzeichnet durch bestimmte T-Helfer-Zellen und Botenstoffe, die uns vor jeweils unterschiedlichen Arten von Krankheitserregern schützen. Das Immunsystem eines Neugeborenen ist zunächst darauf geprägt, mit einer Th2-Antwort zu reagieren. Im Laufe der ersten Lebensmonate entwickelt sich jedoch eine natürliche Balance der Th1- und Th2-Antwort. Doch welche Faktoren bewirken diese Verschiebung in der Immunreaktion? In der Diskussion sind vor allem Einflüsse, die das Kind auf traditionell geführten Bauernhöfen erfährt. So gibt es bereits Belege, dass sowohl Nahrungsbestandteile (z.B. aus Rohmilch von Kühen) als auch Bakterien aus der ländlichen Umwelt eine schützende Wirkung ausüben.

In der nun im Journal of Allergy and Clinical Immunology veröffentlichten Studie nahmen Wissenschaftler um Dr. Karina Stein und Prof. Dr. Holger Heine vom Forschungszentrum Borstel das Bakterium Lactococcus lactis G121 unter die Lupe. Dabei handelt es sich um einen auf Bauernhöfen vorkommenden Mikroorganismus, der bereits in früheren Studien eine vor Allergien schützende Wirkung zeigte. Gelangen die ­– für den Menschen ungefährlichen – Bakterien in den Körper, so werden sie von Dendritischen Zellen aufgenommen. Diese stellen einen wichtigen Teil des Immunsystems dar: Sie nehmen Substanzen aus ihrer Umgebung auf und verarbeiten diese, um eine geeignete Immunreaktion auszulösen. Das Immunsystem wird dabei in Richtung Th1- oder Th2-Antwort „polarisiert“.  Per Ausschlussverfahren ermittelten die Borsteler Wissenschaftler nun, wie Bakterienbestandteile Th1-Antworten begünstigen und so zum Schutz vor Asthma beitragen können. Die Lactococcus-Bakterien werden innerhalb der Dendritischen Zellen  in den sogenannten Endosomen in Fragmente zerlegt. Wie die Wissenschaftler in ihrer Veröffentlichung zeigen, sind Ribonukleinsäuren (RNAs) aus den Bakterien für den vor Allergien und Asthma schützenden, Th1-polarisierenden Effekt entscheidend: Diese RNAs binden an spezielle Toll like-Rezeptoren, die die Dendritische Zelle veranlassen, ganz bestimmte Botenstoffe (Zytokine) auszuschütten. Diese Zytokine können wiederum an T-Zellen binden und sie in Richtung Th1-Antwort polarisieren. Im Tiermodell konnte so gezeigt werden, dass eine allergische Reaktion in den mit Lactococcus behandelten Tieren verhindert werden kann. „In früheren Studien hat man festgestellt, dass Zellwandbestandteile von Bakterien zum ‚Bauernhofeffekt‘ beitragen können“, sagt Holger Heine, Leiter der Borsteler Forschungsgruppe Angeborene Immunität. “Beim neuen, von uns entschlüsselten Mechanismus müssen Lactococcus-Bakterien allerdings komplett aufgenommen und zerlegt werden, sodass die RNAs ihre Wirkung entfalten können. Offenbar ist eine gewisse Diversität von Vorteil, also ein Cocktail verschiedener Mikroorganismen und ihrer Bestandteile, um das kindliche Immunsystem noch besser vor Asthma und Allergien zu schützen.“ Wie und wodurch dies geschieht, wollen die Borsteler Wissenschaftler in Zukunft vollständig aufklären.

Weitere Informationen: Stein, K, Brand S, Jenckel A, Sigmund A, Chen ZJ, Kirschning CJ, Kauth M, Heine H. 2016. Endosomal recognition of Lactococcus lactis G121 and its RNA by dendritic cells is key to its allergy-protective effects. Journal of Allergy and Clinical Immunology. [Epub ahead of print]

http://www.jacionline.org/article/S0091-6749(16)30609-1/pdf

 

/jbul



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