Viren, Bakterien und Protozoen (Urtierchen) sind die Organismen,
die mit
dem Immunsystem des Menschen interagieren. Nach neuesten Erkenntnissen
von
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der
Christian-Albrechts-Universität zu
Kiel (CAU) und des Forschungszentrums Borstel gehören in diese Reihe von
nun an
auch die bisher oft unterschätzten Einzeller, genannt Archaeen. In der
heute
(Dienstag, 10. Juni) erschienenen online-Ausgabe der Fachzeitschrift
PLOS ONE
wird gezeigt, dass auch natürlich im Darm vorkommende archaeelle Stämme
an
Entzündungsreaktionen beteiligt sein können.   

Archaeen bilden neben den Bakterien und den Eukaryoten (Organismen
mit
Zellkern) die dritte Domäne des Lebens. Sie sind einzellig und besitzen
ebenso
wie Bakterien keinen Zellkern. Bei essentiellen zellulären Prozessen
ähneln sie
aber eher den Eukaryoten. Daneben weisen Archaeen auch einzigartige
Eigenschaften auf: Der sehr diverse Aufbau ihrer Zellhülle findet sich
beispielsweise in keiner anderen Domäne wieder und erlaubt es diesen
Organismen,
nahezu jeden Lebensraum zu besiedeln. Obwohl lange angenommen wurde,
dass
Archaeen lediglich an Standorten mit extremen Milieubedingungen
vorkommen, weiß
man heute, dass sie überall verbreitet sind und zum Beispiel auch als
Bestandteil der normalen Mikrobiota des Menschen nachgewiesen werden.
Hier
besiedeln sie unter anderem die Haut und den Darm, ohne dass bislang
tiefere
Einblicke in ihre Interaktion mit dem menschlichen Epithel erzielt
wurden.

Professorin Ruth Schmitz-Streit und Dr. Corinna Bang vom Institut
für
Allgemeine Mikrobiologie der CAU sowie Professor Holger Heine aus der
Forschungsgruppe „Angeborene Immunität“ vom Forschungszentrum Borstel
haben es
sich deshalb zur Aufgabe gemacht, die Interaktion dieser Mikroorganismen
mit dem
Immunsystem des Menschen zu entschlüsseln. In einer von der Deutschen
Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Studie untersuchten sie die
zwei
archaeellen Stämme Methanobrevibacter smithii und Methanosphaera
stadtmanae.

„Hierfür haben wir menschliche Immunzellen aus der Darmschleimhaut
und
Blutzellen mit den zwei archaeellen Stämmen im Labor zusammen inkubiert
und dann
die Reaktionen in Form von Ausschüttung verschiedener
Entzündungsmediatoren wie
beispielsweise Zytokinen und antimikrobiellen Peptiden untersucht“,
erklärt
Bang, wissenschaftliche Mitarbeiterin im CAU-Institut und Erstautorin
der
Publikation, die Vorgehensweise des Teams. „Die Ergebnisse dieser
Versuche
weisen eindeutig darauf hin, dass Archaeen ähnlich wie Bakterien
spezifisch vom
menschlichen Immunsystem erkannt werden und mit Komponenten des
Immunsystems
interagieren“, so Bang weiter. Außerdem würden die Ergebnisse nahelegen,
dass
die beiden Archaeen-Stämme unterschiedliche Reaktionen des menschlichen

Immunsystems auslösen. „Der Stamm M. smithii, welcher in einer früheren
Studie
in Stuhlproben nahezu aller getesteten Personen gefunden wurde, hat nur
zu einer
geringen Immunantwort geführt. Dagegen löste eine Stimulation mit dem
seltener
vorkommenden Stamm M. stadtmanae die Ausschüttung äußerst hoher Mengen
entzündungsfördernder Zytokine aus“, ergänzt Schmitz-Streit. Aus diesen

Ergebnissen schließen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass
der
Stamm M. smithii sehr wahrscheinlich ein kommensaler Mikroorganismus
(miternährend, Gegenteil: parasitär) ist, während der Stamm M.
stadtmanae das
Potenzial haben könnte, entzündliche Prozesse im Darm zu fördern. 

Seit vor wenigen Jahren gezeigt wurde, dass die mikrobielle
Besiedlung
essentiell für den menschlichen Gesundheitszustand ist, bildet die
Erforschung
der Interaktion von Mikroorganismen und dem menschlichen Immunsystem
einen der
wichtigsten Forschungsschwerpunkte in den
Naturwissenschaften/Lebenswissenschaften. Dabei steht oft die Frage im
Mittelpunkt, wie kommensale Mikroorganismen dazu beitragen, das
Immungleichgewicht des Menschen zu erhalten und wie eine gestörte
Mikroflora zur
Entstehung von Allergien und entzündlichen Erkrankungen des Darmes
führen kann.
„Bei diesen Untersuchungen fanden Archaeen bislang jedoch wenig bis
keinerlei
Beachtung. Unsere Studie zeigt nun, dass diese Organismen wie Bakterien
mit dem
menschlichen Immunsystem interagieren. Die weiterführende Erforschung
dieser
Interaktion könnte deshalb für die Prävention und vielleicht auch für
die
Behandlung von Autoimmun- und chronisch-entzündlichen Erkrankungen des
Darms
eine bedeutende Rolle einnehmen“, ordnet Professor Holger Heine die
Entdeckung
ein.   

Als nächstes will das Team seine Ergebnisse überprüfen, um den
Zusammenhang
zwischen Archaeen und pathogenen Reaktionen zu belegen. Hierfür werden
sie
beispielsweise Zellproben aus dem Darm von kranken und gesunden Menschen

vergleichen. Außerdem soll untersucht werden, durch welchen Rezeptor die

Archaeen durch zum Beispiel Blutzellen erkannt werden. „Es gibt also
noch viel
zu entdecken“, so Schmitz-Streit.  

Originalpublikation:
Bang, C., Weidenbach,
K.,
Gutsmann, T., Heine, H., and Schmitz, R.A. (2014).
The intestinal
archaea
Methanosphaera stadtmanae and Methanobrevibacter
smithii activate
human
dendritic cells. PLOS ONE.
doi: 10.1371/journal.pone.0099411.