Angeborene Immunität

Zum Thema Allergieprävention untersuchen wir seit mehreren Jahren die molekularen Mechanismen, mit denen aus Kuhställen isolierte Bakterien einen Schutz vor Asthma und allergischen Entzündungsreaktionen vermitteln. Wir konnten in verschiedenen Modellen zeigen, dass die protektive Wirkung der untersuchten Bakterien auf der Aktivierung unterschiedlicher zellulärer Signalwege beruht (Debarry et al. 2007, Debarry et al. 2010, Hagner et al. 2013, Stein et al., 2017). In diesem Zusammenhang scheint das Zusammenspiel der durch die Bakterien individuell hervorgerufenen Aktivierungsmuster von entscheidender Bedeutung zu sein, da immer deutlicher wird, dass eine erhöhte Diversität der mikrobiellen Exposition auch zu einem gesteigerten Schutz beiträgt. Ein zentrales Projekt untersucht daher, inwieweit synergistische bzw. solche Aktivierungsvorgänge, die erst durch das Zusammentreffen unterschiedliche Bakterienspezies ausgelöst werden, eine Erklärung für diese Diversitätsbefunde sein können.

Während Bakterien und ihre Stoffwechselprodukte (Metabolite) seit langer Zeit Gegenstand immunologischer Untersuchungen sind, ist die Erforschung des immuno-modulatorischen Potentials von Archaeen noch nicht sehr weit fortgeschritten. Obwohl Archaeen morphologisch sehr große Ähnlichkeit mit Bakterien haben, unterscheiden sie sich signifikant von diesen, beispielsweise in Bezug auf die biochemische Zusammensetzung ihrer Zellhülle. In den letzten Jahren konnte in Mikrobiomstudien gezeigt werden, dass verschiedene Archaeen-Spezies – nicht zuletzt aufgrund ihrer einzigartigen Stoffwechseleigenschaften – einen essentiellen Bestandteil der humanen Mikrobiota bilden. Wir konnten nachweisen, dass Archaeen spezifisch mit Komponenten des humanen Immunsystems interagieren und somit einen Einfluss auf die Immunhomöostase haben können (Bang et al. 2014, Bang et al. 2017, Vierbuchen et al. 2017). Daher erforschen wir in diesem Projekt nun die molekularen Grundlagen der Interaktion von Mukosa-assoziierten methanoarchaellen Stämmen (z.B. M. smithii und M. stadtmanae) mit humanen Immunzellen (insbesondere DCs) sowie Epithelzellen, um beteiligte Moleküle auf Seite der Archaeen und aktivierte Signalwege in humanen Immunzellen zu identifizieren.

Allergene kommen mit wenigen Ausnahmen in allen Stoffgruppen vor und sind in den unterschiedlichsten Organismen, wie etwa Pflanzen, Pilzen, Gliederfüßern oder Säugetieren präsent. Funktionell gehören sie den unterschiedlichsten Gruppen an; es gibt eine Vielzahl von Enzymen wie Proteasen, Carbohydrasen und Ribonukleasen aber auch Lipid- oder Eisentransportmoleküle und somit kommt ihnen oft auch eine regulatorische Bedeutung zu. Ein Schwerpunkt unserer Forschungsgruppe im Rahmen des „Deutschen Zentrums für Lungenforschung (DZL)“ befasst sich daher mit der Frage, inwiefern diese Allergene selbst durch Aktivierung des angeborenen Immunsystems zur Entstehung und Modulation von Allergien und Asthma beitragen. Weiterhin untersuchen wir im Rahmen des Flagship-Project Basic Science des DZL, inwiefern die Komplexbildung aus hydrophoben Allergenen und Lipiden einer Allergenquelle (z.B. Hausstaubmilbe und Erdnuss) die Immunantwort im Vergleich zum Allergen selbst ändert.

In den oben erwähnten Projekten arbeiten wir hauptsächlich im Humansystem und untersuchen Aktivierungsabläufe in dendritischen Zellen und dem Atemwegsepithel. Die Bedeutung des Atemwegsepithels hat in den letzten Jahren stark zugenommen, und viele Kommunikationswege zwischen Atemwegsepithel und dendritischen Zellen sind bisher nicht ausreichend verstanden. Diese Untersuchungen finden in zunehmend komplexer werdenden Zellkultursystemen (z.B. 3D Air-liquid interface Kokultur mit Atemwegsepithel und dendritischen Zellen) statt, wobei wir nicht nur die differentielle Genexpression und die Freisetzung von Mediatoren bestimmen wollen, sondern auch die direkten Wechselwirkungen zwischen den Zellen durch z.B. konfokale Mikroskopie darstellen möchten.