ALBERT fragt …

Wird das Immunsystem von unserer inneren Uhr gesteuert?

Jede Körperzelle hat ihre eigene innere Uhr. Dieses zirkadiane, also tagesrhythmische System ist hierarchisch aufgebaut: Bestimmte Zellen im Suprachiasmatischen Nukleus (SCN), einer Region des Hypothalamus im Gehirn, synchronisieren alle anderen Uhren in den verschiedenen Körperzellen und halten diese in einem rhythmischen Gleichtakt.
 

Die „Master-Uhr“ im SCN steht in dieser Hierarchie auch deshalb ganz oben, weil sie als einzige mit der Außenwelt in Kontakt tritt. Nervenzell-Signale aus dem Auge informieren sie über Licht-Dunkel-Rhythmen. So kennt die innere Uhr die Außenzeit.
 

Auch die Zellen, die unser Immunsystem bilden, verfügen über ein solches molekulares Uhrwerk und verhalten sich je nach Tageszeit unterschiedlich. Stark vereinfacht gesagt:
 

Tagsüber findet das immunologische „Monitoring“ statt. Wenn wir aktiv sind, patrouillieren die Immunzellen eher im Blut und im Gewebe, um auf eine mögliche Infektion schnell reagieren zu können. Nachts folgt dann vermehrt die immunologische „Arbeit“: Da werden B-Zellen produziert oder Antigene in den Lymphknoten begutachtet.
 

Die Medizin greift verstärkt auf Erkenntnisse aus der Chronobiologie zurück. Zum Beispiel werden Medikamente gezielt zu bestimmten Tageszeiten verabreicht oder so ausgestattet, dass sie zeitverzögert wirken – zu einem Zeitpunkt, zu dem ihr Effekt am größten ist. Auch bei Impfungen untersucht man gerade, ob sie zu bestimmten Tageszeiten bessere Ergebnisse bringen als zu anderen. Hier entwickelt sich ein neues Feld: die „zirkadiane Medizin“.
 

Achim Kramer ist Leiter des Bereichs Chronobiologie am Institut für Medizinische Immunologie der Charité - Universitätsmedizin Berlin.

Protokoll: Daniel Kastner


Warum überfordert Endometriose das Immunsystem?

Endometriose ist eine chronische Erkrankung, bei der gebärmutterschleimhautähnliches Gewebe außerhalb der Gebärmutterhöhle vorkommt – etwa in der Muskelwand, im Bauchfell oder im kleinen Becken. Die Ursachen sind weitgehend ungeklärt, vermutlich spielt eine Veranlagung zu starken Kontraktionen der Gebärmutter eine Rolle. Bei jeder Menstruation entstehen so kleine Läsionen, die der Körper mithilfe verschiedener Zelltypen, darunter Stammzellen, zu heilen versucht. Im Zuge dieses Regenerationsprozesses geht dann vermutlich etwas schief, sodass Endometrioseherde entstehen. Diese können zu Unterbauch- und ständigen Beckenschmerzen, extrem starken Regelschmerzen sowie Schmerzen beim Geschlechtsverkehr, Stuhlgang oder Wasserlassen bis hin zur Unfruchtbarkeit führen. 

 

Eigentlich sollte das Immunsystem das Gewebe, das der Gebärmutterschleimhaut ähnelt, aber am falschen Ort wächst, erkennen und abbauen. Warum das nicht geschieht, ist die große Frage. Meiner Ansicht nach passiert Folgendes: Stammzellen werden durch die Gebärmutter und die Eileiter in den Bauchraum transportiert. Die Fresszellen des Immunsystems akzeptieren nun dieses neue Gewebe, anstatt es abzubauen. Was die Fresszellen leider trotzdem auslösen, ist eine Entzündungsreaktion – die dazu führen kann, dass Patientinnen bettlägerig und arbeitsunfähig werden.

 

Was man dagegen tun kann? Viel gewonnen wäre, wenn junge Frauen frühzeitiger betreut werden würden: Durchschnittlich leben Patientinnen zehn Jahre mit den Schmerzen, bevor die Diagnose gestellt wird. Um das zu ändern, etablieren wir im Rahmen eines vom Innovationsfonds mit sechs Millionen Euro geförderten Projekts gerade ein Früherkennungssystem für junge Frauen. Ich bin hoffnungsvoll, dass wir damit etwas bewegen können. 

 

Sylvia Mechsner ist Professorin für Endometrioseforschung an der Charité – Universitätsmedizin Berlin und leitet das dortige Endometriosezentrum. 

Protokoll: Nora Lessing


Kann das Immunsystem altern?

Ältere Menschen sind grundsätzlich anfälliger für Infektionskrankheiten und haben ein höheres Risiko für einen schwereren Krankheitsverlauf. Das liegt erstens an altersbedingten Veränderungen: Haut und Schleimhaut etwa können Schadstoffe und Erreger schlechter abwehren.

 

Zweitens nimmt die Produktion neuer, frischer T-Zellen schon ab der Pubertät stark ab. Aus Sicht der Evolution ist das sinnvoll: Bis zum Erwachsenwerden hat man alle Erreger an einem Ort kennengelernt und T-Zellen produziert, die darauf programmiert sind. Sie bilden das Immungedächtnis. Dass wir in Schiffe und Flugzeuge steigen und unser Leben lang mit neuen Erregern in Kontakt kommen, hatte die Evolution nicht vorgesehen.

 

Bei Menschen über 70 lässt das immunologische Gedächtnis dann stark nach. Möglicherweise liegt das daran, dass sie weniger Kontakte zu anderen Menschen und damit auch zu Krankheitserregern wie zum Beispiel Influenza- oder Coronaviren haben. Schon vor der Covid-19-Pandemie beruhten 20 Prozent aller Erkältungskrankheiten hierzulande auf einem von vier endemischen Coronaviren. Eine erneute Infektion mit solch einem Erregertyp verläuft oft weniger schwer, wenn sich das immunologische Gedächtnis noch an ihn erinnert.

 

Wir können das Immunsystem aber „trainieren“. In Regionen, in denen Menschen besonders alt werden, hat man neben anderen Faktoren beobachtet, dass sie bis ins hohe Alter viele soziale Kontakte haben. Immunologisch betrachtet werden so immer wieder auch Erreger weitergegeben und ausgetauscht. 

 

Andreas Thiel leitet die Forschungsgruppe Regenerative Immunologie und Altern am Berlin Institute of Health (BIH) der Berliner Charité.

Protokoll: Daniel Kastner


Was sagt uns das Abwasser über die Verbreitung von Viren?

Seit dem Frühjahr 2021 suchen wir im Berliner Abwasser gezielt nach Coronaviren, um mehr über das Auftreten und die Verteilung von Sars-CoV2-Varianten in Berlin zu erfahren. Denn wer sich mit einem Virus infiziert, scheidet auch dessen DNA oder RNA aus.

 

Wir bekommen Abwasser aus einem Berliner Klärwerk, sogenannte Mischproben, die abends zwischen 20 und 22 Uhr sowie zwischen 22 und 24 Uhr entnommen wurden – zu Uhrzeiten also, an denen viele Leute zu Hause sind. 

Grobpartikel und Bakterien filtern wir heraus, konzentrieren das Filtrat auf, um Viruspartikel anzureichern, und extrahieren die Nukleinsäuren. Per PCR vermehren wir das Corona-Genom und sequenzieren es. Die RNA-Sequenz verrät, um welche Varianten es sich handelt.

 

Mit unseren Daten können wir mit etwa vier bis sieben Tagen Vorlauf voraussagen, ob die Konzentration der Viruspartikel im Abwasser zu- oder abnimmt. Doch Abwasseruntersuchungen können neben der klinischen Diagnostik nur ein Puzzlestück bei der Beobachtung eines Infektionsgeschehens sein.

 

In Zukunft wird die Untersuchungsmethode sicherlich über Sars-CoV2 hinaus ausgeweitet werden, etwa auf Affenpockenviren. In den USA etwa wird mancherorts schon versucht, Antibiotika-Resistenzgene über das Abwasser nachzuweisen.

 

Es wird sicher auch möglich sein, Proben viel engmaschiger zu nehmen, etwa in Stadtvierteln, an Flughäfen, Busbahnhöfen oder auch in großen Firmen. Das ist aber eine Frage von Geld und Geduld. Teils kann das Monitoring erst nach vielen Jahren seinen Nutzen beweisen – dann nämlich, wenn tatsächlich ein hochansteckender Erreger auftaucht. Doch das Potenzial ist da: Die Methoden werden immer sensitiver, die Technologien immer günstiger.

 

Der Systembiologe Markus Landthaler ging nach seiner Promotion an die Rockefeller University in New York, bevor er die Leitung der Arbeitsgruppe „RNA Biologie und Posttranscriptionale Regulation“ am Max-Delbrück-Center (MDC) für Molekulare Medizin der Helmholtz-Gesellschaft übernahm.

Protokoll: Daniel Kastner. 

Wie kommuniziert das Nervensystem mit dem Immunsystem?

Das Immunsystem besteht aus angeborenen und aus erworbenen Immunzellen, die auch weiße Blutkörperchen genannt werden. Angeborene Immunzellen reagieren prompt auf Entzündungsreize wohingegen erworbene Immunzellen der vorherigen Aktivierung bedürfen, unter anderem durch angeborene Immunzellen. Über das angeborene Immunsystem hat man lange Zeit wenig gewusst und somit auch wenig darüber, ob und wie es mit dem Nervensystem kommuniziert. Es war naheliegend anzunehmen, dass hier ein Austausch stattfindet, es fehlten aber die technischen Möglichkeiten das zu belegen. 

 

In den vergangenen Jahren hat es dann eine kleine Erkenntnisrevolution rund um das angeborene Immunsystem gegeben: Unter anderem konnten wir und andere Arbeitsgruppen zeigen, dass angeborene weiße Blutkörperchen sehr viele Rezeptoren für Signalmoleküle haben, die von Nervenzellen ausgeschüttet werden. Diese Signalmoleküle – Neurotransmitter genannt – können an die Immunzellen andocken und diese regulieren: Sie geben den weißen Blutkörperchen ein Signal, ihr Verhalten anzupassen, aktivieren sie zum Beispiel und machen sie somit „angriffslustiger“ gegenüber Erregern oder inhibieren sie, drosseln also ihre Aktivität.

 

Im Gegenzug sind auch Nervenzellen über spezielle Rezeptoren dazu in der Lage, Signalmoleküle zu empfangen, die von Immunzellen ausgeschüttet werden – sogenannte Zytokine. Sprechen kann man von einem „Crosstalk“ zwischen Immunzellen und Nervenzellen: Das Nervensystem gibt dem Immunsystem Anweisungen, das Immunsystem antwortet mit Verhaltensanpassung und sendet Feedback – und andersherum. 

 

Welche Kommunikationsprozesse genau zwischen Nervensystem und angeborenem Immunsystem ablaufen, untersuchen wir in Studien. Mittels neuer Versuchsaufbauten können wir dabei erstmals auch untersuchen, wie das Nervensystem in einem so komplexen Gewebe wie dem Darm auf lokale Entzündungen reagiert.

 

Der Immunologe Dr. Christoph Klose war in Freiburg und New York tätig, bevor er an die Charité wechselte. Hier leitet er eine Arbeitsgruppe zu Neuro-Immun-Interaktionen. Schwerpunktmäßig setzen sich Christoph Klose und seine Mitarbeitenden mit den Wechselwirkungen zwischen Nervensystem und Immunsystem auseinander und forschen zu angeborenen Lymphozyten.

Protokoll: Nora Lessing.