Krankheitserreger: Antikörper erkennen Zuckerstrukturen

Bakterien und andere Mikroorganismen tragen Strukturen aus Zuckermolekülen auf ihrer Oberfläche, die eine wichtige Rolle für die Immunabwehr spielen. „An diesen Strukturen erkennt das Immunsystem Eindringlinge, die im Körper nichts zu suchen haben", erklärt Hedda Wardemann vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ).

„Antikörper heften sich gezielt an diese Strukturen und machen den Erreger unschädlich." Anhand der Zuckerstrukturen auf ihrer Oberfläche lassen sich die Bakterien auch in Untergruppen einteilen. Üblicherweise eliminiert ein Antikörper nur eine Untergruppe, bietet aber keinen Schutz vor anderen Mikroben.

Doch bei Untersuchungen mit dem Bakterium Klebsiella pneumoniae stellten die Wissenschaftler um Wardemann erstmals fest: Das Immunsystem bildet auch Antikörper, die verschiedene Mikroorganismen erkennen und neutralisieren. Mehr als ein Drittel aller Menschen sind mit Klebsiellen besiedelt, Stäbchenbakterien, die sich vor allem auf der Nasenschleimhaut und im Darm befinden.

Antikörper gegen das Bakterium

Bei Gesunden ist Klebsiella pneumoniae völlig harmlos. Aber bei immungeschwächten Menschen kann es sich stark vermehren und lebensbedrohliche Krankheiten verursachen. Klebsiella pneumoniae ist zudem ein häufiger Auslöser von Krankenhausinfektionen und zunehmend resistent gegen Antibiotika.

Aus dem Blut von gesunden Personen gewannen die Wissenschaftler um Wardemann Antikörper gegen das Bakterium. „Diese Antikörper schützten vor verschiedenen Untergruppen von Klebsiella pneumoniae. Sie waren aber nicht auf diesen Erreger beschränkt, sondern erkannten auch andere Bakterien und sogar bestimmte Hefen und Viren", berichtet die DKFZ-Forscherin.

Wie ihnen das gelingt, zeigte ein genauerer Blick auf die Zuckerstrukturen auf der Oberfläche der Keime. Alle Mikroorganismen, an die sich die Klebsiella-Antikörper anheften konnten, trugen eine kleine Struktur aus dem Zucker Mannose. Antikörper zu bilden, die diese Zuckerstruktur auf diversen Mikroorganismen erkennen, erlaubt dem Immunsystem die effiziente Abwehr verschiedener Krankheitserreger – und dies mit nur einer einzigen Art Molekül.

Prophylaktischer Einsatz bei Hochrisikogruppen

Dass das Immunsystem diese „Universal-Antikörper" gegen Klebsiella pneumoniae und andere Mikroorgansimen produzieren kann, war bislang unbekannt. „Der mögliche therapeutische Einsatz von Antikörpern gewinnt angesichts zunehmender Antibiotikaresistenzen an Bedeutung", sagt Wardemann.

Jedes Jahr erkranken schätzungsweise 400 000 bis 600 000 Menschen in Deutschland an einer Krankenhausinfektion, etwa 10 000 bis 15 000 sterben daran. Ein Teil der Krankenhausinfektionen wird durch antibiotikaresistente Keime verursacht, oft durch Klebsiella pneumoniae.

Im Labor erzeugte therapeutische Antikörper könnten dem Patienten bei der Bekämpfung der Infektion helfen. Bei Hochrisikogruppen, zum Beispiel Patienten mit geschwächtem Immunsystem, ließen sich die Antikörper auch prophylaktisch einsetzen. Die Fähigkeit, verschiedene Erreger erkennen und unschädlich machen zu können, ist dabei entscheidend: „Bei einem Patienten mit akuter Sepsis, einer Blutvergiftung durch Bakterien, ist eine rasche Behandlung erforderlich", erklärt Wardemann.

In ersten Untersuchungen haben sich die Klebsiella-Antikörper bereits als wirksam erwiesen: „Bei Mäusen waren die Antikörper in der Lage, verschiedene Untergruppen von Klebsiella zu neutralisieren und die Tiere zu schützen", berichtet Wardemann. „Als nächstes sind weitere Tests notwendig, um den klinischen Nutzen der Antikörper auch bei Menschen zu zeigen."

Quelle: Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ)

Publikation: Hedda Wardemann et al.; Cross-specificity of protective human antibodies against Klebsiella pneumoniae LPS O-antigen; Nature Immunology, 2018; DOI: 10.1038/s41590-018-0106-2