Die angeborene Immunität schützt Arten vor Epidemien


Wir hören oft von einem zellulären Selbstzerstörungsprogramm namens Apoptose – es wird ausgelöst, wenn eine Zelle zu viele Mutationen erhalten hat oder wenn sich ein Virus oder Bakterien darin angesiedelt haben. Eine kranke Zelle bereitet anderen viele Probleme; Apoptose beseitigt die Zelle mit den Problemen: Wenn sie zusammen mit Mutationen stirbt, hat die Zelle keine Zeit, wirklich bösartig zu werden; zusammen mit der Infektion stirbt, stoppt es die Ausbreitung der Infektion von sich selbst auf andere Zellen.

Mitarbeiter des nach Belozersky benannten Instituts für Physikalische und Chemische Biologie (NIIFKhB) schreiben an Internationale Zeitschrift für Molekularwissenschaftendass der gleiche allgemeine Sicherheitsmechanismus auf Bevölkerungsebene funktioniert – seine Rolle spielt die angeborene Immunität. Er ist der Erste, der sich als Reaktion auf verschiedene Probleme einschaltet, von Verletzungen und Infektionen bis hin zu ischämischen Läsionen und Vergiftungen mit Toxinen. Gleichzeitig ist bekannt, dass die angeborene Immunität dazu neigt, sie zu übertreiben, so dass die Krankheit schwerwiegender ist, als sie könnte, mit Komplikationen und am Ende häufigen Tod. (Sie müssen nicht weit gehen, um Beispiele zu nennen – Todesfälle bei einer Coronavirus-Infektion mit COVID-19 hängen oft damit zusammen, dass das Immunsystem es übertrieben hat.) Es wird angenommen, dass eine übermäßige Aktivität der Immunreaktionen eine evolutionäre Rückzahlung ist (oder eine Nebenwirkung) für die hohe Leistungsfähigkeit des Immunsystems. Das heißt, Immunität nimmt uns schnell von Problemen, aber im Gegenzug müssen wir auf eine gewisse Wahrscheinlichkeit von Komplikationen vorbereitet sein.

Es gibt jedoch starke Beweise dafür, dass die Immunhyperaktivität keine Nebenwirkung ist, sondern ein spezieller Abwehrmechanismus, der die Ausbreitung von Epidemien unter Bevölkerungen verhindert. Mit Hilfe spezieller Rezeptoren erfährt das Immunsystem von Fehlfunktionen. Das angeborene Immunsystem verfügt über eine relativ kleine Anzahl solcher Rezeptoren, die gemeinsame Merkmale großer Gruppen von Krankheitserregern erkennen. Diese Rezeptoren reagieren beispielsweise auf einige Eigenschaften, die bei allen Viren zu finden sind, deren Genom in RNA kodiert ist, oder auf die Eigenschaften von Viren, deren Genom in der DNA gespeichert ist, oder auf einige Besonderheiten verschiedener Bakterienarten mit der gleichen Struktur der Zellwand. Diese molekularen Eigenschaften werden als schadensassoziierte molekulare Muster (DAMPs) bezeichnet. Es wurde angenommen, dass sie nur von beschädigten Zellen ins Blut freigesetzt werden. DAMPs ziehen Immunzellen an und stimulieren Entzündungssignale an Stellen mit Gewebeschäden, wodurch die Wundheilung und die Organreparatur gefördert werden.

Nach und nach sammelten sich jedoch Daten darüber, dass viele DAMPs während einer Entzündung intakte Zellen hinterlassen, und sie verlassen sie nicht einfach – die Zellen werfen sie aktiv aus. Das auffälligste Beispiel sind hier die Kernproteine ​​HMGB1 und CIRP. Normalerweise sind sie an der Regulierung der Replikation und Transkription beteiligt, aber sobald sie die Zelle verlassen, dienen sie als starke Aktivatoren der Immunantwort. Um diese Proteine ​​nach außen zu entfernen, müssen sie auf besondere Weise modifiziert werden – damit sie den Zellkern ins Zytoplasma verlassen können – und dann müssen sie in Membranvesikel-Lysosomen eingeschlossen werden, in denen HMGB1 und CIRP nach außen gelangen.

Die Proteine ​​HMGB1 und CIRP und daneben andere DAMPs spielen eine große Rolle bei der Entwicklung vieler Pathologien. Und wenn Mäuse zum Beispiel das CIRP-Gen ausschalten, können sie eine Sepsis überleben, die sie einfach töten würde, wenn CIRP funktionieren würde. Durch die Verwendung von Antikörpern, die einige DAMPs abfangen oder ihre Rezeptoren blockieren, ist es möglich, die Entwicklung von Sepsis, aseptischen systemischen Entzündungen, ischämischen Läsionen usw System und unternimmt dafür bemerkenswerte Anstrengungen. All dies ist unter dem Gesichtspunkt der Schutzfunktion der Immunität schwer zu erklären, aber sie stimmen gut mit der Hypothese des programmierten Suizids überein: So wie das zelluläre Selbstzerstörungsprogramm die Zelle mit der Infektion tötet, so tötet die angeborene Immunität zusammen mit der Infektion tötet den Kranken.

Bei Bakterien funktioniert übrigens eine grundsätzlich ähnliche Strategie, die als „abortives Infektionssystem“ bezeichnet wird. Normalerweise sind es nur zwei Proteine, die Bakterien zum Selbstmord bringen, wenn sie mit einem Virus (Phagen) infiziert werden. Es wurde experimentell gezeigt, dass Bakterien mit einem solchen System von einer Virusinfektion bei denen profitieren, denen sie entzogen sind (wir sprechen nicht von einzelnen Bakterien, sondern von der Gemeinschaft).

Die Hypothese des altruistisch programmierten Todes (Phenoptose) einzelner Organismen zum Wohle der Bevölkerung wurde vor mehr als zwei Jahrzehnten von Vladimir Skulachev formuliert. Zusätzlich zur akuten Phenoptose, die durch das, was bei Patienten mit Covid passiert, veranschaulicht werden kann, schlug Vladimir Skulachev die Existenz einer langsamen Phenoptose vor, die eigentlich das programmierte Altern ist. Tatsächlich gibt es ziemlich überzeugende Beispiele dafür, wie die Aktivität der angeborenen Immunität und des Alterns zusammenhängen. Wenn wir also viele Jahre lang die langlebigste unter den Drosophila-Fliegen auswählen, erhalten wir langlebige Fliegen mit einem unterdrückten Immunsystem. Ähnliches geschah offenbar in der Natur bei Fledermäusen, bei denen aufgrund einer Mutation in einem Gen die antivirale Immunität deutlich reduziert war. Fledermäuse folgten mit vielen Viren dem Weg der friedlichen Koexistenz, wurden jedoch dadurch zu einem Reservoir für viele sehr gefährliche Krankheitserreger. Vielleicht liegt es an der Schwächung der Immunität, dass Fledermäuse viel länger leben (10–20 Jahre, manche Arten sogar bis zu 40 Jahre) als die meisten Tiere ähnlicher Größe.

Laut Boris Chernyak, Leiter des Zellbioenergielabors am NIAN Belozersky und einer der Mitautoren des Artikels, ist es traurig zu erkennen, dass wir ein Programm in uns tragen, das uns töten kann und gleichzeitig als Treiber des Alterns. Aber wenn wir wissen, wie dieses Programm funktioniert, können wir versuchen, Mittel zu finden, die es unterdrücken. Schließlich haben wir auch eine adaptive Immunität, Antibiotika und antivirale Medikamente, sodass der Tod kaum notwendig ist. Eines der möglichen Medikamente gegen die Phenoptose können auf Mitochondrien gerichtete Antioxidantien wie SkQ1 sein, das am Forschungsinstitut für Physikalische Chemie und Biologie unter der Leitung von VP Skulachev entwickelt wurde. SkQ1 unterdrückt viele Reaktionen der angeborenen Immunität und anscheinend bestimmt dies seine therapeutische Wirkung bei einer Vielzahl von Pathologien sowie die Tatsache, dass das Medikament die durchschnittliche Lebensdauer von Labortieren erheblich verlängert. Im Gegensatz zu vielen entzündungshemmenden Medikamenten hat SkQ1 keine signifikanten Nebenwirkungen. Vielleicht kann die Entwicklung und Anwendung solcher Medikamente unser Leben länger und sicherer machen.

Diese Arbeit wurde von der Russian Science Foundation unterstützt.

Basierend auf Materialien des Pressedienstes der Moskauer Staatlichen Universität.


Source: Автономная некоммерческая организация "Редакция журнала «Наука и жизнь»" by www.nkj.ru.

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