Gesundheit: Die spinnen, die Zellen!

Einmal mit dem scharfen Küchenmesser nicht aufgepasst, schon ist es passiert: ein leichter Schnitt, nur ein Tröpfchen Blut. Doch selbst diese kleine Wunde bildet eine willkommene Eintrittspforte für Bakterien. Ständig muss das Immunsystem auf mögliche Krankheitserreger gefasst sein. Mit Millionen eigener Abwehrzellen schafft es der Körper, die allermeisten Eindringlinge aufzuhalten, bevor sie sich im Organismus verbreiten. Berliner Wissenschaftler haben jetzt herausgefunden, dass Immunzellen den Bakterien auch Fallen bauen: Die Zellen bilden ein Netz aus fein gesponnenen Fasern, ausgestattet mit wirksamen Bakteriengiften.

Einmal darin gefangen, bleibt den Erregern kaum noch eine Chance. Das Fangnetz enthält Enzyme, die sonst in kleinen Bläschen der Immunzellen gespeichert werden. Außerdem sind die Netzfasern positiv geladen – das zieht die negativ gepolten Bakterien zusätzlich an.

„Zuerst können sich die Bakterien nicht mehr bewegen, dann werden sie systematisch entwaffnet und getötet“, schildert Arturo Zychlinsky die Wirkung der Netze, mit denen es bestimmte weiße Blutkörperchen, die neutrophilen Granulozyten, schaffen, Bakterien lahm zu legen. Der gebürtige Mexikaner und sein Team vom Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin haben die Fangnetze der Abwehrzellen erstmals nachgewiesen und berichten darüber im Fachjournal „Science“ (Band 303, Seite 1532).

Neutrophile Granulozyten wandern pausenlos durch den menschlichen Körper, auf der Suche nach unerwünschten Eindringlingen und Krankheitserregern wie Shigellen, Salmonellen und Staphylokokken. Vor den Immunzellen ist kein Bakterium sicher. Abrufbereit patrouillieren die meisten von ihnen in der Blutbahn. Ein Alarmsignal genügt, schon zwängen sich die Abwehrzellen durch die Wand der Gefäße und bewegen sich zielsicher auf die Erreger zu.

Die Granulozyten wurden offensichtlich stark unterschätzt. Bislang gingen Wissenschaftler davon aus, dass neutrophile Granulozyten nur dann tödlich wirken, wenn sie in direkten Kontakt mit den Erregern geraten. Ausgerüstet mit antibakteriellen Toxinen, umfließen die Abwehrzellen die Bakterien und schließen sie ein. Mit von ihnen produzierten chemischen Substanzen machen sie die Erreger unschädlich. Was dann noch übrig bleibt, wird sorgfältig verdaut. Damit endet der Dienst der Abwehrzellen. Nach einmaligem Einsatz sterben sie, übrig bleibt nichts als Eiter.

Zychlinsky und sein Kollege Volker Brinkmann behaupten nun, dass die Immunzellen zusätzlich giftige Netze auslegen, um Bakterien zu lähmen und zu töten. Netzbau bei neutrophilen Granulozyten? Das ist wissenschaftliches Neuland.

Die Forscher mussten erst einmal nachweisen, dass die winzigen Faserstrukturen an der äußeren Oberfläche der Abwehrzellen kein Zufallsprodukt waren, womöglich entstanden durch Fehler während der Präparation unter dem Mikroskop. Monatelang versuchte Brinkmann, die äußerst empfindlichen Netze mit überprüfbaren Methoden darzustellen. Schließlich gelang es ihm, die Faserstrukturen mit einem Farbstoff sichtbar zu machen, der nur die Erbinformation von Zellen (DNS) einfärbt.

Dass die neutrophilen Granulozyten ihre Erbsubstanz benutzen, um daraus wirksame Fangnetze für Bakterien herzustellen, verblüffte das Forscher-Team. Denn normalerweise beschränkt sich die Erbsubstanz auf den Zellkern. Dort liegt sie dicht gepackt und ist fein säuberlich aufgewickelt um bestimmte Eiweißmoleküle, die Histone.

Doch Zychlinsky ist sich sicher: „Als Hauptkomponente der Netzstrukturen kommt nur DNS in Frage.“ Die DNS bildet demnach die feinen Fäden in den Netzen, produziert von den Granulozyten. Auch Histone sind vertreten, vielleicht um die dünnen Fasern miteinander zu einem Netzwerk zu verkleben.

Die DNS kann also außerhalb der Zelle Funktionen übernehmen. Sowohl die Erbsubstanz als auch die Histone können Bakterien in den Fangnetzen abtöten. Auch dieses Ergebnis ist neu. Und es beschränkt sich nicht auf Zellkulturen aus dem Labor. Brinkmann und Zychlinsky fanden solche Netze auch in Gewebeproben von Menschen, dort, wo neutrophile Granulozyten garantiert in Aktion treten: bei der Blinddarmentzündung.

Von Abwehrzellen produzierte Fangnetze sind eine bisher völlig unbekannte Strategie, mit der sich der Körper gegen Bakterien währt. Im Juni 2003 präsentierte Zychlinsky seine Erkenntnisse erstmals auf einer Fachtagung in Connecticut. Damit berichtete er zugleich über das, was andere Forscher bei ihren Untersuchungen jahrelang für Dreck unter dem Mikroskop gehalten haben. „Ich wusste nicht, wie sie reagieren würden."

Nun schmückt seine Entdeckung die Titelseite von „Science“. Doch mit den neutrophilen Granulozyten sind die Forscher längst nicht fertig. Noch bleiben viele Fragen offen: Wie gelangen DNS und Histone aus dem Zellkern der Granulozyten nach außen? Und sind die Bakteriennetze wirklich klebrig?

Jetzt wollen die Berliner Wissenschaftler mit einem speziellen Mikroskop versuchen, die Bildung der Fangnetze an lebenden Präparaten endlich direkt zu beobachten. Auf diese Weise hoffen sie noch mehr über die Abwehrmechanismen zu erfahren, die unser Körper permanent bereithält.

Susanne Lummer