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Natürlicher Abwehrmechanismus der Luftröhre Alarm in den Atemwegen – wie der Körper Lungenbakterien abwehrt

Autor / Redakteur: Gerhild Sieber* / Christian Lüttmann

Wenn Bakterien über die Luft in die Atemwege gelangen, sind letztere dem Angriff nicht wehrlos ausgeliefert. So haben Forscher an Mäusen gezeigt, dass die Luftröhre einen natürlichen Abwehrmechanismus hat, der eingedrungene Lungenbakterien wieder aus dem Körper befördert. Der zugrundeliegende Signalweg vom Erkennen der Bakterien bis hin zum Einleiten der Abwehrmaßnahmen wurde nun erstmals beschrieben.

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Elektronenmikroskopieaufnahme von Zilien des Lungenepithels (Symbolbild)
Elektronenmikroskopieaufnahme von Zilien des Lungenepithels (Symbolbild)
(Bild: Charles Daghlian, remf.dartmouth.edu/imagesindex.html, "Bronchiolar epithelium 3 - SEM")

Saarbrücken – Wenn sich Krankheitserreger wie beispielsweise Bakterien in den unteren Atemwegen festsetzen, ist das meist der Anfang schwerer Lungenerkrankungen. Damit es nicht so weit kommt, hat der Körper eine natürliche Abwehrreaktion entwickelt: die so genannte Mukoziliäre Clearance.

Bei diesem angeborenen Reinigungsmechanismus der Atemwege beginnen die Flimmerzellen (zilientragende Zellen), die die Atemwege auskleiden, verstärkt ihre Wimpern (Zilien) zu bewegen. Diese koordinierte Zilien-Bewegung bewirkt, dass die Schleimschicht, welche die Flimmerzellen bedeckt, mitsamt ihrer Fracht aus Krankheitserregern aus den Atemwegen abtransportiert wird. Den molekularen Mechanismus dieser Abwehrreaktion hat jetzt ein Forscher-Konsortium verschiedener Fachrichtungen und Universitäten entschlüsselt.

Warnzellen lösen Selbstreinigung aus

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass chemorezeptive Sinneszellen in der Luftröhre spezielle bakterielle Peptide wahrnehmen, dadurch alarmiert werden und die Mukoziliäre Clearance auslösen. Bei den Peptiden handelt es sich um virulenzassoziierte Formylpeptide, die von den eingedrungenen Lungenbakterien freigesetzt werden. Wenn die Bakterienmoleküle die Sinneszellen der Luftröhre anregen, so schütten die Zellen den Botenstoff Acetylcholin aus. Dieser dockt an einem Rezeptor benachbarter Flimmerzellen an und löst deren koordinierte Zilien-Bewegung aus.

Untersucht wurde dieser Mechanismus am respiratorischen Epithel von Mäusen. „Dabei haben wir auch herausgefunden, dass Mäuse mit einer genetischen Beeinträchtigung dieses Signalwegs anfälliger für Infektionen sind“, sagt Prof. Frank Zufall vom Centrum für Integrative Physiologie und Molekulare Medizin (CIPMM) am Medizin-Campus der Universität des Saarlandes.

Ergebnisse auf menschlichen Atemtrakt übertragbar

Nach Ansicht der Forscher könne man die Ergebnisse auf den menschlichen Atemtrakt übertragen: „Solche Peptide wurden in dieser Arbeit auch bei Menschen mit Chronischer obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) nachgewiesen. Dies könnte bedeuten, dass es ganz ähnliche Reinigungsmechanismen im menschlichen Flimmerepithel der Atemwege gibt“, erläutert Zufall.

Bereits 2019 hatten Homburger Wissenschaftler gemeinsam mit Prof. Bernd Bufe von der Hochschule Kaiserslautern die Formylpeptide beschrieben, die vom Körper als Warnsignal für eingedrungene Lungenbakterien genutzt werden. Damals wurden sie am Riechsystem der Maus getestet, wo sie ebenfalls eine wichtige Schutzreaktion steuern: das Infektionsvermeidungsverhalten. Dieses beruht jedoch auf einem völlig anderen molekularen Mechanismus (vgl. weiterführende Literatur unten).

Originalpublikation: Alexander Perniss, Shuya Liu, Brett Boonen, Maryam Keshavarz, Anna-Lena Ruppert, Thomas Timm, Uwe Pfeil, Aichurek Soultanova, Soumya Kusumakshi, Lucas Delventhal, Öznur Aydin, Martina Pyrski, Klaus Deckmann, Torsten Hain, Nadine Schmidt, Christa Ewers, Andreas Günther, Günter Lochnit, Vladimir Chubanov, Thomas Gudermann, Johannes Oberwinkler, Jochen Klein, Katsuhiko Mikoshiba, Trese Leinders-Zufall, Stefan Offermanns, Burkhard Schütz, Ulrich Boehm, Frank Zufall, Bernd Bufe, Wolfgang Kummer: Chemosensory Cell-Derived Acetylcholine Drives Tracheal Mucociliary Clearance in Response to Virulence-Associated Formyl Peptides, Immunity, Volume 52, Issue 4, p. 683-699, e 11, April 14, 2020; DOI: https://doi.org/10.1016/j.immuni.2020.03.005

Weiterführende Literatur: Bernd Bufe, Yannick Teuchert, Andreas Schmid, Martina Pyrski, Anabel Pérez-Gómez, Janina Eisenbeis, Thomas Timm, Tomohiro Ishii, Günter Lochnit, Markus Bischoff, Peter Mombaerts, Trese Leinders-Zufall & Frank Zufall: Bacterial MgrB peptide activates chemoreceptor Fpr3 in mouse accessory olfactory system and drives avoidance behaviour, Nature Communications volume 10, Article number: 4889 (2019); DOI: 10.1038/s41467-019-12842-x

* G. Sieber, Universität des Saarlandes, 66041 Saarbrücken

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