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Koordinierte Abwehr in der Zelle

Eisen ist ein essentielles Element für das Wachstum von Organismen. Bei der Abwehr von Krankheitserregern kommt der Eisenregulation im Körper deshalb eine wichtige Rolle zu. Forscher der Univ.-Klinik für Innere Medizin I um Prof. Günter Weiss und Dr. Manfred Nairz konnten nun erstmals zeigen, dass das Wachstum bakterieller Krankheitserreger in Makrophagen in einer koordinierten Aktion von Eisenregulation und Immunsystem eingedämmt wird.

Salmonellen sind stäbchenförmige Bakterien und bei Menschen Verursacher zahlreicher Erkrankungen. Am gefährlichsten ist der Typhus, an dem pro Jahr weltweit 20 Millionen erkranken und bis zu einer halben Million Menschen versterben. Eben diese Bakterien haben die Wissenschaftler um Prof. Günter Weiss und Dr. Manfred Nairz von der Univ.-Klinik für Innere Medizin I, Klinische Infektiologie und Immunologie, dazu verwendet, um das Zusammenspiel von Immunsystem und Eisenregulation bei Infektionen zu untersuchen. Als Zellmodell dienten ihnen Makrophagen, jene Fresszellen, die evolutionsgeschichtlich vermutlich die ältesten Vermittler der angeborenen Immunabwehr sind.

Eisen wird aus der Zelle geschafft

Mit der zellulären Regulation des lebenswichtigen Eisens beschäftigt sich die Forschungsgruppe um Prof. Weiss schon seit vielen Jahren. Dabei wurde klar, dass Eisen in vielen Stoffwechselprozessen eine zentrale Rolle spielt und für das Wachstum von Organismen essentiell ist. Eisen übt aber auch einen massiven Einfluss auf das Immunsystem aus, denn es hemmt die Aktivität des zentralen Immunbotenstoffs Interferon-gamma und damit die zellvermittelte Immunantwort. Der Eisenhaushalt im Körper muss deshalb sehr genau kontrolliert werden, vor allem bei Infektionen mit Krankheitserregern. Die Innsbrucker Forscher infizierten nun die Makrophagen mit Salmonellen und untersuchten die zellulären Reaktionen auf diese gefährlichen Eindringlinge. „Wir konnten zeigen, dass die Makrophagen Eisen aus den Zellen schleusen und so die Verfügbarkeit dieses für die weitere Vermehrung der Bakterien notwendigen Wachstumsfaktor in der Zelle reduzieren“, erklären Prof. Weiss und Dr. Nairz. „Verstärkt wird diese Reaktion durch Interferon-gamma, das den Eisenexport weiter steigert und in weiterer Folge die Immunantwort stimuliert.“ Mit dieser koordinierten Aktion entziehen Eisenregulation und Immunsystem den Mikroorganismen gemeinsam das lebenswichtige Eisen in der Zelle und aktivieren die notwendigen Abwehrmaßnahmen. „Wir nennen diesen Mechanismus nutritive Immunität, weil die Immunabwehr über die Verfügbarkeit von essentiellen Nahrungsstoffen reguliert wird“, erklärt Prof. Weiss. Dass diese Abwehr noch durch einen weiteren Mechanismus unterstützt wird, deckten die Forscher in der gleichen Arbeit auf: „Vermittelt über das Interferon-gamma wird auch ein Peptid gebildet, das die bakteriellen Siderophore bindet, also jene kleinen Moleküle, die von den Bakterien als Eisenfänger ausgesendet werden, um eine ausreichende Versorgung mit dem Metall für die Mikroorganismen sicherzustellen“, so die Forscher abschließend.

Diese Ergebnisse wurden vor kurzem im European Journal of Immunology veröffentlicht. In einem eigenen Editorial wird die Bedeutung der dort als sehr elegant bezeichneten Studie hervorgehoben. Sie zeige, dass der Eisenentzug ein wichtiger Teil der Immunabwehr vor allem bei intrazellulären Krankheitserregern sei und dass dieser Mechanismus durch Interferon-gamma aktiv reguliert werde. Dies biete auch mögliche Ansätze für die Therapie von Infektionserkrankungen. Durchgeführt wurden die Forschungen im Rahmen des EU-Projekts EUROIRON 1, in dem Wissenschaftler aus sechs europäischen Ländern genetische und molekulare Mechanismen von Eisenüberladungszuständen untersuchen. Weiters wurden die Forschungsarbeiten vom Österreichischen Forschungsfonds FWF (P-19664) unterstützt.