Menschwerdung durch Habitatwechsel und Pathogenverlust

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Und noch eine Skizze für Teil 3 des Buches, diesmal für ein späteres Kapitel:

Wie in der Kurzrezension von Nathan Wolfes Buch „Virus“ erwähnt, verließen unsere Urahnen irgendwann den Urwald, in dem sie einem hohen Konkurrenzdruck durch andere Menschenaffen und einem hohen Pathogendruck ausgesetzt waren: Die verschiedenen Hominiden tauschten oft Viren und Bakterien untereinander aus, und die noch nicht richtig angepassten Pathogene richteten in ihren neuen Wirten verheerende Schäden an. Indem er in die verhältnismäßig karge Savanne auswich, was seine Populationsgröße zwischenzeitlich stark verringerte, konnte unser Urahn sowohl seine Konkurrenten zurücklassen als auch viele seiner Pathogene loswerden. Gerade die Gene des Immunsystems durchliefen während dieser Phase der Evolution große Veränderungen. Gene, die bis dahin der Abwehr bestimmter Erreger gedient hatten, verloren ihre Funktion und wurden eliminiert oder umfunktioniert.

Auch Bakterien haben eine erworbene Immunabwehr – und Autoimmunstörungen

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Zwei Skizzen für den dritten Teil des Autoimmunbuchs, in dem ich die Evolution des Immunsystems erläutere. Bis vor wenigen Jahren hielt man die erworbene Immunabwehr für etwas Wirbeltierspezifisches. Inzwischen weiß man, dass auch Bakterien eine erworbene (und darüber hinaus erbliche) Immunabwehr haben: das CRISPR/Cas-System.*

Der entsprechende Abschnitt der Bakterien-DNA beginnt mit einigen Cas-Genen, hier vereinfacht durch zwei Pfeile mit einer Kanone und einer Schere dargestellt. Es folgt eine Erkennungssequenz, die den Anfang des CRISPR-Sektors markiert, hier als Posteingang symbolisiert. Unmittelbar hinter diesem sogenannten CRISPR-Leader werden DNA-Abschnitte aus Bakterienviren (Phagen) oder parasitären Plasmiden eingebaut, die das Bakterium infiziert haben – sogenannte Spacer (1). Sie werden von charakterisitischen, immer gleichen Repeats flankiert, die hier nicht abgebildet sind. Sammelt ein Bakterium zu viele Spacer an, kann es am hinteren Ende (also an der „Mülltonne“) alte Erinnerungen an sehr lang zurückliegende Infektionen entsorgen, damit sein Erbgut nicht zu umfangreich wird (2). Es handelt sich also um einen FIFO-Speicher (first in, first out). Die gesamte Sequenz wird zu einer einzigen Prä-crRNA transkribiert (3), die dann von Cas-Genprodukten in crRNAs zerlegt wird, die jeweils die Erinnerung an ein Infektionsereignis enthalten (4). Befällt derselbe Parasit die Bakterienzelle noch einmal, so lenkt die entsprechende crRNA den Abwehrkomplex (die Kanone) auf ihr spezifisches Ziel, woraufhin die DNA oder RNA des Parasiten auf noch nicht ganz verstandene Weise inaktiviert und abgebaut wird (5). Und was hat das mit Autoimmunerkrankungen zu tun?  Weiterlesen →

Poster über regulatorische T-Zellen usw.

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Kurze Durchsage: Auf der Website des Unternehmens Stemcell Technologies kann man einige interessante Übersichtsposter als PDFs herunterladen oder bestellen, zum Beispiel über Antigenverarbeitung und -präsentation, natürliche Killerzellen und regulatorische T-Zellen.

Entwurmungen in Entwicklungsländern: weniger erfolgreich als bisher angenommen?

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Vor dem Hintergrund des Schutzes vor Autoimmunerkrankungen und Asthma, den verschiedene parasitische Würmer vor allem bei Infektionen während der Kindheit zu vermitteln scheinen, fand ich das ernüchternde Ergebnis dieses Cochrane-Reviews interessant:

David C. Taylor-Robinson et al.: Deworming drugs for soil-transmitted intestinal worms in children: effects on nutritional indicators, haemoglobin and school performance. The Cochrane Library, 11. Juli 2012, DOI: 10.1002/14651858.CD000371.pub4

(Berichte/Kommentare dazu hier und hier)

Übersetzung der allgemeinverständlichen Zusammenfassung:

„Die wichtigsten über Böden übertragenen Würmer sind Fadenwürmer, Hakenwürmer und Peitschenwürmer. In den Tropen und Subtropen sind sie vor allem in Kindern aus armen Gegenden mit schlechter/fehlender Kanalisation, hoher Bevölkerungsdichte, schlechter Bildung und schlechtem Zugang zum Gesundheitswesen weit verbreitet. Die Infektionen verursachen bei Kindern manchmal Unterernährung, Wachstumsstörungen und Anämie, und einige Experten glauben, sie würden auch die schulische Leistung beeinträchtigen. Neben Verbesserungen der Kanalisation und der Hygiene werden auch Medikamente gegen Würmer eingesetzt.

Ein Ansatz besteht darin, nur diejenigen Individuen zu behandeln, die sich bei Massentests als infiziert erwiesen haben. Indizien deuten darauf hin, dass dies das Gewicht und evtl. auch die Hämoglobinwerte verbessert, aber die Belegbasis ist klein. Bei einem anderen, derzeit von der WHO empfohlenen und viel besser untersuchten Ansatz werden alle Schulkinder mit Wurmmitteln behandelt.

Nach Untersuchungen nach einer einzelnen Wurmmittelgabe oder nach mehreren Dosen bleibt ungewiss, ob solche Programme Ernährungsindikatoren wie Gewicht oder Körpergröße, die kognitiven Fähigkeiten, die Unterrichtsteilnahme oder die schulischen Leistungen positiv beeinflussen. Es sieht so aus, als hätten sie keine Auswirkung auf den Hämoglobingehalt des Blutes. Einer Untersuchung an einer Million Schulkindern, bei der Todesfälle untersucht wurden, wurde bereits 2005 abgeschlossen, aber die Forscher haben ihre Ergebnisse noch nicht veröffentlicht.“

Würmer im Darm regen IL-10-Ausschüttung an und verhindern so bei Mäusen Typ-1-Diabetes

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P. K. Mishra et al.: Prevention of type 1 diabetes through infection with an intestinal nematode parasite requires IL-10 in the absence of a Th2-type response. Mucosal Immunology, 18. Juli 2012, doi: 10.1038/mi.2012.7

Notizen noch nicht allgemeinverständlich zusammengefasst

Abstract: Wurminfektionen können Typ-1-Diabetes verhindert; Mechanismen noch unklar. Hier wurden NOD-Mäuse (Tiermodell für Typ-1-Diabetes), die kein Interleukin 4 produzieren können (IL-4-/-), im Alter von 5-7 Wochen mit dem Darmparasiten Heligmosomoides polygyrus infiziert und anschließend entwurmt. Im Unterschied zu den nicht infizierten Tieren entwickelten die meisten von ihnen bis zur 40. Lebenswoche keinerlei Anzeichen für Typ-1-Diabetes oder eine Schädigung der Betazellen in der Bauchspeicheldrüse. Die CD4+-STAT6-Phosphorylierung (also der IL-4/IL-13-Signalweg) war unterbunden, die CD4+-STAT1-Phosphorylierung (also die IFN-γ-Produktion) nicht. In FoxP3–-CD4+-T-Zellen war die IL-10-Produktion stark erhöht.

Blockierte man die IL-10-Signalgebung in den NOD-IL-4-/--Mäusen, so wurden die Betazellen zerstört, und die Tiere bekamen Typ-1-Diabetes. NOD-Mäuse, die IL-4 herstellen konnten, blieben dagegen auch bei einer IL-10-Signalblockade gesund. Ein Transfer jener CD4+-T-Zellen aus infizierten NOD-IL-4-/--Mäusen, die offenbar primär für die erhöhte IL-10-Produktion verantwortlich sind, in nicht infizierte NOD-IL-4-/--Mäuse verhinderte deren Erkrankung. Diese Zellen sind keine klassischen regulatorischen T-Zellen oder Tregs (kaum FoxP3).  Weiterlesen →

Gekurve

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Nach einer Übersetzungspause endlich wieder ein paar Skizzen fürs Buch: Zeitverläufe von Immunisierungen bzw. Infektionen. (Erläuterungen folgen im Buch.)

Komplementsystem und Opsonierung

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Skizze fürs Buch – ein bisschen Splatter muss sein: Das Komplementsystem bohrt regelrechte Brunnenlöcher in Bakterien und bringt diese durch eindringendes Wasser zum Platzen.

Das Protein C1 bindet an Antikörper, die wiederum an Antigene auf den Pathogenen binden, und löst Reaktionskaskaden aus. In deren Verlauf werden nicht nur die „Brunnenlöcher“ (Membranangriffskomplexe aus C9) gebohrt, sondern auch die kleinen Arterien weitgestellt (schnellerer Transport von Immunzellen zum Ort der Infektion), Histamin aus Mastzellen ausgeschüttet (Botenstoff in der Entzündungsreaktion) sowie Phagozyten (Fresszellen) durch Chemotaxis angelockt und durch die Opsonierung der Pathogene zu deren Verzehr angeregt. Das Komplementsystem gehört zur angeborenen Immunabwehr und wird von vielen Bakterien und Viren durch molekulare Mimikry und Blockaden ausgehebelt.