Bluttest soll Einblick in die Infektionsgeschichte eines Menschen geben
Forschende wollen die Sensoren des Immunsystems unter die Lupe nehmen
Mit welchen Infektionen bist du schon in Kontakt gekommen? In Zukunft
reicht eventuell ein einziger Bluttest, um diese Frage zu beantworten.
Forschende der Friedrich-Alexander-Universitä
des Uniklinikums Erlangen wollen dazu die Sensoren unter die Lupe nehmen,
mit denen das Immunsystem Krankheitserreger erkennt
. Das Projekt wird vom
Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) in den
kommenden vier Jahren mit rund 1,5 Millionen Euro gefördert.
Im Fokus des Projekts stehen die sogenannten T-Lymphozyten. Diese Zellen
gehören zu den Abwehrtruppen des Immunsystems: Sie sind darauf geschult,
körperfremde Moleküle – etwa von einem Krankheitserreger – zu erkennen.
Werden sie fündig, schlagen sie Alarm, vermehren sich und bekämpfen den
Eindringling.
Allerdings sind T-Zellen hochspezialisiert: Jeder Mensch verfügt über
circa 100 Millionen verschiedene Sorten von ihnen. Und jede dieser Sorten
hält nach einem anderen Warnsignal Ausschau. Manche werden zum Beispiel
aktiv, wenn sie auf ein Molekül aus Grippe-Viren stoßen. Andere dagegen
werden vielleicht durch ein bestimmtes Protein auf der Oberfläche von
Röteln-Viren stimuliert.
Rezeptoren binden an Teile des Erregers
Verantwortlich dafür sind Sensoren auf der Oberfläche der T-Lymphozyten –
die T-Zell-Rezeptoren. Sie sprechen auf ganz spezifische molekulare
Erkennungszeichen an, die je nach Art des Rezeptors sehr unterschiedlich
aussehen können. „Wir nennen diese Erkennungszeichen Antigene“, erklärt
Prof. Dr. Kilian Schober, Mikrobiologisches Institut – Klinische
Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene (Direktor: Prof. Dr. Christian
Bogdan) am Uniklinikum Erlangen, dessen Forschungsgruppe durch die
Förderung unterstützt wird. „T-Zell-Rezeptoren können an Antigene binden –
aber nur, wenn diese genau zu ihnen passen, ähnlich wie ein Schlüssel zu
einem Schloss.“
Wenn das passiert, beginnt sich die T-Zelle in der Regel rasch zu teilen.
Dadurch entsteht ein ganzes Arsenal identischer Zellen – Klone. Sie alle
verfügen über denselben T-Zell-Rezeptor wie die Mutterzelle, können also
ebenfalls das entsprechende Antigen erkennen. Haben sie die Infektion
erfolgreich bekämpft, gehen die meisten von ihnen zugrunde. Einige – die
sogenannten Gedächtnis-T-Zellen – überdauern jedoch. Sie sorgen dafür,
dass das Immunsystem mit diesem spezifischen Erreger künftig leichter
fertig wird.
Infekte hinterlassen im Immunsystem langfristige Spuren
„Jeder Infekt hinterlässt daher im Immunsystem seine Spuren“, betont
Schober. „Wenn Sie zum Beispiel schon einmal die Grippe hatten, sind unter
Ihren T-Zellen diejenigen überrepräsentiert, deren Rezeptoren zu Antigenen
des Grippe-Virus passen.“ Wenn man alle im Blut zirkulierenden T-Zellen
untersucht, lässt sich also im Prinzip sagen, mit welchen
Krankheitserregern die jeweilige Person im Laufe ihres Lebens bereits in
Kontakt gekommen ist. Zudem lässt sich so abschätzen, gegen welche dieser
Erreger sie vermutlich noch immun ist.
Noch wird dieses diagnostische Potenzial allerdings kaum genutzt. Das
Projekt „INTRA-SEQ“ soll das ändern. Das Akronym steht für
„Infektionsdiagnostik durch T-Zell-Rezeptor-Analysen und -Sequenzierung“.
Es beschreibt schon ziemlich genau, worum es den Beteiligten geht: Sie
wollen feststellen, welche Rezeptoren sich bei welchen Infektionen
anreichern. Dadurch wollen sie sich durch einen einzigen Pieks einen
Überblick über die komplette Infektionsgeschichte und den Immunitäts-
Status eines Menschen verschaffen. Das Grundprinzip ähnelt dabei
etablierten serologischen Verfahren, die jedoch auf Antikörpern beruhen
und in der Regel immer nur gegenüber einem Erreger einzeln angewandt
werden.
Wie ähneln sich die T-Zell-Rezeptoren von Menschen, die bestimmte
Krankheiten hatten?
Das Unterfangen ist komplex: Die T-Zell-Rezeptoren verschiedener Menschen
unterscheiden sich stark. Zudem führt eine Infektion nicht zur Vermehrung
eines einzelnen T-Zell-Klons. Stattdessen verfügt jeder Erreger über
Hunderte oder Tausende verschiedener Erkennungsmerkmale, kann also
entsprechend viele T-Zellen mit den passenden Rezeptoren zur Vermehrung
anregen. „Dennoch führt die Exposition gegenüber bestimmten Erregern bei
vielen Menschen zur Entwicklung ähnlicher oder sogar gleicher T-Zell-
Klone“, erklärt Schober. Dabei entsteht ein Muster, ein „immunologischer
Fingerabdruck“, der im Detail hochindividuell ausgestaltet ist, in seiner
Gesamtheit aber reproduzierbare Rückschlüsse auf vorherige Erreger-
Begegnungen eines Menschen erlauben soll.
Die Forschenden werden daher Personen untersuchen, die im Laufe ihres
Lebens nachweislich mit bestimmten Krankheitserregern infiziert waren.
Durch den Vergleich der Rezeptoren auf ihren T-Zellen lassen sich dann
Gemeinsamkeiten identifizieren, die für diese jeweiligen Erreger
spezifisch sind. Dazu werden die Beteiligten Algorithmen aus dem Gebiet
des maschinellen Lernens nutzen. „Wir wollen auf diese Weise Bibliotheken
von T-Zell-Rezeptoren aufbauen, die für bestimmte Krankheiten
charakteristisch sind“, sagt Schober.
Kooperation verschiedener Kliniken und Institute
Die Forschenden konzentrieren sich dabei zunächst auf Viren, die während
der Schwangerschaft zu Komplikationen führen können, etwa den Erreger der
Röteln. Ziel ist es beispielsweise, durch Analyse der T-Zellen feststellen
zu können, ob bei Schwangeren der Immunschutz aus einer zurückliegenden
Röteln-Impfung noch ausreicht. „Gleichzeitig tragen unsere Daten zum
Aufbau einer weltweiten Datenbank von T-Zell-Rezeptor-Sequenzen bei, die
mit bekannten Krankheitserregern in Verbindung stehen“, erklärt Schober.
„Zukünftig könnte so ein einzelner Test ausreichen, um die gesamte
Infektionsgeschichte einer Person über das gesamte Leben hinweg sichtbar
zu machen.“
Diese Ziele lassen sich nur durch Kombination unterschiedlicher Expertisen
erreichen. In dem Projekt INTRA-SEQ kooperieren daher das Mikrobiologische
Institut, das Virologische Institut (Prof. Dr. Klaus Überla, Dr. Philipp
Steininger), die Medizinische Klinik 3 – Rheumatologie und Immunologie
(Prof. Dr. Thomas Harrer) und die Frauenklinik (Prof. Dr. Matthias
Beckmann, PD Dr. Michael Schneider).
