Wie sich ein Superallergen formiert

3. Dezember 2015, 05:30
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Wissenschafter an der Fachhochschule Salzburg sind der Entstehung mutmaßlicher Superallergene auf der Spur. Schadstoffe könnten dabei eine wesentliche Rolle spielen

Salzburg – Exotisch ist der Stoff fürwahr nicht. Biochemiker haben ihm die schlichte Bezeichnung Bet v 1.0101 verpasst, und für die allermeisten Menschen würde dieses Protein völlig bedeutungslos sein, wäre da nicht ein gewisses Detail: Die Eiweißmoleküle sind das Hauptallergen in Birkenpollen. Jeden Frühling löst die Birkenblüte bei zigtausenden Personen Heuschnupfen und ähnliche Beschwerden aus. In den meisten Fällen ist Bet v 1.0101 der Hauptschuldige.

Allergien sind seit Jahrzehnten auf dem Vormarsch. Laut Schätzungen dürfte in westlichen Ländern inzwischen über ein Viertel der Bevölkerung betroffen sein. Tendenz weiterhin steigend. Über die Hintergründe dieser Entwicklung liefern sich Experten ausführliche Debatten. Warum reagiert das Immunsystem von immer mehr jungen und auch älteren Menschen allergisch auf etwas, was in unserer täglichen Umwelt seit Urzeiten vorhanden ist – wie eben Birkenpollen?

Hypothesen gibt es mehrere. Eine der interessantesten hat ein Übermaß an Hygiene als möglichen Auslöser im Visier. Demnach fehle es den Abwehrkräften vieler Kinder an Kontakt zu eher harmlosen Keimen. Das Immunsystem sei quasi unterfordert und neige deshalb zu Überreaktionen.

Belastungen durch Umweltgifte stehen ebenfalls im Verdacht, die Entwicklung von Allergien fördern zu können. Bei der Vielzahl verschiedener Substanzen ergibt sich so eine äußerst komplexe Gemengelage. Die biomedizinische Analytikerin Geja Oostingh von der Fachhochschule Salzburg ist des Rätsels Lösung womöglich einen guten Schritt nähergekommen. Zusammen mit Kollegen von Wiener, Innsbrucker und Salzburger Hochschulen untersucht die Expertin die Wechselwirkungen zwischen Allergenen und anderen Schadstoffen, zum Beispiel aus Luftverschmutzung.

Kleine Änderung, große Folge

Das Team legt dabei seinen Fokus auf die Nitrierung von Proteinen – die Anreicherung deren Bausteinen, Aminosäuren, mit Nitratgruppen. Solche Veränderungen mögen an sich klein sein, ihre Folgen jedoch scheinen weit zu reichen. Auch im Fall Bet v 1.0101. "Wir glauben, dass die Nitrierung aus dem Allergen ein Superallergen macht", sagt Oostingh. Die Details hat das Team im Rahmen einer faszinierenden Studie untersucht.

Im Labor produzierten die Forscher stark nitriertes Nitro-Bet v 1.0101. Anschließend setzten sie verschiedene Typen von Immunzellen aus dem Blut von Birkenpollenallergiepatienten diesem modifizierten Protein und, zum Vergleich, unbehandeltem Bet v 1.0101 aus. Die Ergebnisse zeigen deutlich unterschiedliche Auswirkungen. Zum einen führt Nitro-Bet v 1.0101 zu einer viel stärkeren Vermehrung von allergensensibilisierten T-Zellen als die natürliche Molekülvariante. Des Weiteren verringert das nitrierte Protein bei dendritischen Zellen offenbar die Produktion bestimmter Botenstoffe, die sogenannten TH1-Zytokine (vgl.: PLoS One, Bd. 9, e104520). Letztere senken das Risiko für die Entstehung allergischer Reaktionen.

Weitere Experimente zeigten zudem, dass Nitro-Bet v 1.0101 offenbar resistenter gegen den biochemischen Abbau durch zelleigene Enzyme ist. Es ließ sich auch nach 48 Stunden noch nachweisen, während das natürliche Protein bereits nach 24 Stunden gänzlich verschwunden war. Abgesehen davon neigen die nitrierten Moleküle zu Oligomerbildung. Sie tun sich zu zweit, dritt oder viert zusammen. Auch dies kann eine fehlgeleitete Immunantwort verstärken, sagt Oostingh.

Wie jedoch führt die Nitrierung zu den veränderten Eigenschaften? Strukturanalysen zufolge hängen sich die Nitratgruppen an ganz bestimmte Teile von Aminosäuren, die Tyrosinringe, und verursachen so Änderungen in der dreidimensionalen Gestalt von Bet v 1.0101. Dies beeinflusst seine Reaktionsfähigkeit mit anderen Substanzen, wie Oostingh erklärt. Der Mechanismus sei in der Biochemie schon länger bekannt. Gewisse Enzyme sind nur dann funktionsfähig, wenn sie in nitrierter Form vorliegen, betont die Forscherin.

Offenbar ist nicht nur das Birkenpollenallergen betroffen. In einer neueren Studie haben Oostingh und ihre Mitstreiter die Wirkung der Nitrierung unter anderem bei ß-Lactoglobulin, einem Bestandteil von Milcheiweiß, untersucht. Das modifizierte Protein löste in zuvor sensibilisierten Mäusen deutlich verstärkte allergische Symptome aus. Bei ebenfalls nitriertem Ovomucoid aus Hühnereiern ließ sich ein derartiger Effekt jedoch nicht beobachten (vgl.: PLoS One, Bd. 10, e0126279).

Dieselruß im Visier

In Bezug auf die möglichen Ursachen für das Auftreten von nitrierten Allergenen in der Umwelt wurden zunächst direkte Reaktionen mit Stickstoffoxiden aus Abgasen vermutet. Deutsche Forscher entdeckten bereits 2005 im normalen Straßenstaub viele bis zu einem gewissen Grad nitrierte Naturproteine. Die Konzentrationen dürften allerdings nicht ausreichen, meint Oostingh. Stattdessen fällt die Aufmerksamkeit nun auf Dieselruß-Partikel. Sie lösen im Lungengewebe chronische Entzündungsreaktionen aus. Als Teil dieser ziemlich unspezifischen Abwehrmaßnahmen setzen die Zellen stark oxidierende Substanzen frei, darunter auch Stickstoffoxide. Eigentlich dienen diese Kampfstoffe dazu, Bakterien und Viren das Leben schwerzumachen. Aber sie verändern eben auch Allergene.

"Bei der Entstehung von Atemwegsallergien dürfte die Nitrierung eine wichtige Rolle spielen", sagt Oostingh. Die Umwandlungen könnten aber auch im Magen-Darm-Trakt stattfinden und Nahrungsmittelallergene in ihrer Wirkung verstärken. Demnächst wollen die Forscher den entzündungsbedingten Nitrierungsprozess in Zellkulturen nachstellen und so weitere Einblicke in die komplexe Materie gewinnen. (Kurt de Swaaf, 3.12.2015)

  • Die Hintergründe von Allergien, etwa der auf Birkenpollen, sorgen in der Fachwelt nach wie vor für Debatten. Ein Übermaß an Hygiene könnte dafür ebenso verantwortlich sein wie die Belastung durch Umweltgifte.
    foto: ap / hermann j. knippertz

    Die Hintergründe von Allergien, etwa der auf Birkenpollen, sorgen in der Fachwelt nach wie vor für Debatten. Ein Übermaß an Hygiene könnte dafür ebenso verantwortlich sein wie die Belastung durch Umweltgifte.

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