Bluttest zur Infektionsgeschichte eines Menschen Gib mir etwas Blut und ich sage dir welche Infektionen dein Körper schon kennt

Mit welchen Infektionen bist du schon in Kontakt gekommen? In Zukunft reicht eventuell ein einziger Bluttest, um diese Frage zu beantworten. Forschende wollen dazu die Sensoren unter die Lupe nehmen, mit denen das Immunsystem Krankheitserreger erkennt. Unter anderem Schwangere könnten künftig von einem solchen Bluttest profitieren.

Mit Welchen Infektionen unsre Immunsystem bereits in Kontakt gekommen ist, könnte künftig ein einfacher Bluttest herausfinden. Im Fokus des Projekts von Forschenden der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und des Universitätsklinikums Erlangen 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 hoch individuell 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.

Infektion selbst erschmecken

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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).

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) in den kommenden vier Jahren mit rund 1,5 Millionen Euro gefördert.

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