Sicherung von immunologischem Gedächtnis aus Körperspendern

Die Hygiene-Hypothese besagt, dass ein Rückgang von Infektionen während der letzten 60 Jahre direkt zu einer Zunahme von allergischen und Autoimmunerkrankungen in Industrieländern beigetragen hat. Insbesondere die Zunahme spezifischer immunbedingter Erkrankungen deutet darauf hin, dass sich die Etablierung des adaptiven Immunsystems von früheren Generationen unterscheidet und möglicherweise durch bestimmte Lebensstil- Änderungen wie z.B. den weit-verbreiteten Einsatz von Antibiotika als auch durch allgegenwärtige Hygienemaßnahmen beeinflusst wird. Epidemiologische Daten stützen diese Hypothese, und Tierexperimente zeigten, dass Autoimmunerkrankungen durch Infektionen mit bestimmten Krankheitserregern verhindert werden können. Die Hygiene-Hypothese impliziert auch, dass zukünftige Generationen nicht denselben Krankheitserregern ausgesetzt werden, die das Immunsystem früherer Generationen geprägt haben, weil diese in den letzten Dekaden verlorengegangen sind. Ein Merkmal des Immunsystems ist es, sich Exposition gegenüber bestimmten Krankheitserregern zu merken. Ein solches immunologisches Gedächtnis wird teilweise durch langlebige B- und T-Gedächtniszellen vermittelt, die sich über Jahrzehnte in primären und sekundären lymphatischen Organen aufhalten können. Bei erneutem Kontakt mit einem ähnlichen Erreger werden diese Gedächtniszellen reaktiviert, was dem Organismus erlaubt, unter Verwendung des abgespeicherten immunologischen Wissens diesen Erreger effektiver zu bekämpfen. Können Gedächtnis-Immunzellen aus früheren Generationen isoliert werden, um verlorene Krankheitserreger retrospektiv zu identifizieren? Technologische Fortschritte ermöglichen die Bestimmung von molekularen Signaturen, die einzigartig für jede B- oder T-Zelle sind, und Aussagen über den Kontakt mit einem bestimmten Antigen zuzulassen. Interessanterweise werden derzeit auch verschiedene Computeransätze entwickelt, die es ermöglichen, sowohl die Antikörperidentität als auch die T-Zell-Rezeptorstruktur aus der DNA-Sequenz von B-bzw. T-Zellen abzuleiten und dadurch vorherzusagen, auf welches Antigen diese Moleküle gerichtet sind. Letzteres ist bemerkenswert, weil es die Identifizierung von spezifischen Antigenen ermöglichen würde, die das Immunsystem früherer Generationen trainiert haben könnten. Dieses Proof-of- Concept Projekt zielt darauf ab, das immunologische Gedächtnis früherer Generationen für zukünftige Nutzung zu erhalten. Dazu werden Gedächtnis-B-Zellen aus Milz und Knochenmark verstorbener Personen (Körperspender, > 70 Jahre) isoliert und kryo- konserviert mit dem Ziel, individuelle B-Zell Signaturen auszulesen und Antikörper- sekretierende B-Zellen abzuleiten, um Antikörpervielfalt gegen bekannte und unbekannte Antigene zu einem späteren Zeitpunkt testen zu können. Die Sicherstellung von individuellen Immunrepertoires von Personen, die ein hohes Alter erreicht haben, stellt ein einzigartiges, aber schwindendes, Zeitfenster dar, in dem immunologisches Gedächtnis aus den 1950er Jahren bis in die Gegenwart auslesbar wird. Immun-Gedächtnis Biobanking in Form von B- Zellen und DNA-Information könnte eine Ressource für zukünftige biomedizinische Anwendungen sein, welche die Entwicklung von Impfstoffen gegen ausgestorbene Krankheitserreger, die positive immun-modulatorische Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben, erlauben würde.

Unser Immunsystem erinnert sich daran, welche Krankheitserreger die durch Haut, Atemwege und Darmtrakt gebildeten Abwehrbarrieren überwunden haben. Dieses immunologische Gedächtnis wird durch den Kontakt mit Erregern in der Kindheit geprägt und durch spezielle Immunzellen (B-Zellen) vermittelt, welche spezifische Proteine (Antikörper) produzieren, welche eindringende Erreger neutralisieren - selbst noch Jahrzehnte nach dem ersten Kontakt. Bemerkenswerterweise ist die Exposition von Menschen gegenüber den meisten Krankheitserregern im letzten Jahrhundert deutlich zurückgegangen; dennoch wurde in vielen Ländern in den vergangenen Jahrzehnten ein Anstieg allergischer und autoimmuner Erkrankungen verzeichnet. Zur Erklärung dieses Phänomens besagt die sogenannte "Hygiene-Hypothese", dass eine Verringerung frühkindlicher Infektionen direkt zu einer Zunahme immunbedingter Erkrankungen im Erwachsenenalter beiträgt. Wenn dies zutrifft, sollten Menschen, die ihr Immunsystem vor langer Zeit trainiert haben, ein anderes immunologisches Gedächtnis besitzen als die meisten von Ihnen, die diese Projektbeschreibung lesen. In diesem Projekt haben wir einen Machbarkeits-Ansatz entwickelt, um das immunologische Gedächtnis von Personen zu sichern, die ihr Immunsystem vor den 1950er-Jahren trainiert haben. Wir haben auf dieses Gedächtnis zugegriffen, indem wir B-Zellen aus dem Knochenmark (KM) isolierten. Wichtig ist, dass das Knochenmark nicht nur der Ort ist, an dem alle Zellen unseres Blutsystems entstehen, sondern auch ein Ort, in den antikörper-produzierende Plasma-B-Zellen einwandern und auch über Jahrzehnte verbleiben. Der Hauptteil des Projekts bestand in der Entwicklung eines optimierten Extraktionsverfahrens, das es ermöglicht, aus Spendern gewonnene B-Zellkerne mit genetischer Information in Form von DNA oder RNA zu isolieren, obwohl diese genetische Information Tage nach dem Tod der Person gewonnen wurde. Unsere unveröffentlichten Daten zeigten, dass einzelne Spender nur sehr geringe Mengen an Plasma-B-Zellen (<1 % aller weißen Blutkörperchen) aufweisen. Moderne Amplifikationstechnologien ermöglichen jedoch den Zugang zu spezifischen Sequenzen in diesem Material, die ausreichen, um die molekulare Zusammensetzung individueller Antikörper zu bestimmen, die gegen jene Krankheitserreger gebildet wurden, welche der jeweilige Spender als erinnerungswürdig "einstufte". Obwohl die offizielle Projektförderung inzwischen ausgelaufen ist, sammeln wir weiterhin Material von einer repräsentativen Anzahl von Spender:innen. Anschließend wird das individuelle B-Zell-Rezeptor-Repertoire stellvertretend für die Diversität der antikörperproduzierenden Zellen bestimmt werden. Wir beabsichtigen, den Ansatz sowie die Ergebnisse der Studie zu veröffentlichen, sobald diese Daten vollständig vorliegen. Die Bewahrung individueller Immunrepertoires von Menschen, die ein hohes Alter erreicht haben, eröffnet ein einzigartiges, jedoch schwindendes Zeitfenster, um (bald verloren gehendes) Wissen über die Exposition gegenüber Krankheitserregern von den 1950er-Jahren bis heute zu gewinnen. Das Sichern dieses Wissens in Form von Sequenzinformationen könnte künftig eine Ressource für biomedizinische Anwendungen schaffen, einschließlich der Entwicklung von Impfstoffen gegen "ausgestorbene" Krankheitserreger, die möglicherweise positive immun-modulatorische Effekte auf die menschliche Gesundheit hatten.