Bürstenzellen kommen unter anderem auf den Schleimhäuten der Atemwege vor. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Abwehr von gefährlichen Erregern wie dem Krankenhauskeim Pseudomonas aeruginosa. Das haben Gabriela Krasteva-Christ, Professorin für Anatomie und Zellbiologie, und ihre Arbeitsgruppe erforscht. Für ihre 2025 veröffentlichten Erkenntnisse in „Nature Communications“ sind sie mit dem „Paper of the Year (POY) Award 2025“ der Anatomischen Gesellschaft ausgezeichnet worden.
Die Leiterin der Studie, Prof. Dr. med. vet. Gabriela Krasteva-Christ (rechts), mit Erstautorin Noran Abdel Wadood. Foto: privat
Frau Krasteva-Christi, Sie und Ihr Team beschäftigen sich seit fast zwei Jahrzehnten mit Bürstenzellen. Inwiefern hat Ihre Publikation mit Dr. Monika Hollenhorst, Dr. Mohamed Elhawy und Ihrer Doktorandin Noran Abdel-Wadood den Grundstein gelegt für neue Ansätze, um gefährlichen Erregern wie Pseudomonas aeruginosa zu Leibe zu rücken?
Gabriela Krasteva-Christ: Wir haben völlig neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie die Bürstenzellen in den Atemwegen eine spezifische Immunantwort gegen bakterielle Infektionen der Atemwege auf den Weg bringen. Bislang war nur bekannt, dass Bürstenzellen Acetylcholin freisetzen, einen Botenstoff, der die Reizübertragung an Nervenzellen auslöst. Registrieren die Bürstenzellen also einen Eindringling, dann sorgt das Acetylcholin dafür, dass das zentrale Nervensystem informiert wird. Der Körper reagiert mit einer sogenannten unspezifischen Immunantwort: Aus der Umgebung werden Immunzellen, beispielsweise neutrophile Granulozyten, an den Ort gelockt, die den Eindringling zwar sehr effektiv, jedoch nicht zielgerichtet angreifen.
Und wie haben Sie festgestellt, dass die Bürstenzellen weitere wichtige Reaktionen im Körper auslösen?
Dr. Mohamed Elhawy: Wir wissen, dass etwas später eine spezifische Immunantwort folgt, die einen Keim wie Pseudomonas aeruginosa sehr viel genauer angreift. Dass die Bürstenzellen dabei eine entscheidende Rolle spielen, war bislang aber unbekannt. Als erste Arbeitsgruppe weltweit haben wir eine native Bürstenzelle elektrophysiologisch mit der sogenannten Patch-Clamp-Technik untersucht. So konnten wir präzise messen, wie sich die elektrische Spannung und der Ionenstrom durch die Zellmembran verändern. Diese Veränderungen öffnen oder schließen bestimmte Kanäle in der Zellmembran, um Botenstoffe freizusetzen oder zurückzuhalten.
Was genau bedeutet das für die Auslösung einer spezifischen Immunantwort?
Noran Abdel-Wadood: Wir haben beobachtet, dass dabei Adenosintriphosphat, kurz ATP, ins Spiel kommt. Es dient üblicherweise als „Batterie“ des Körpers, indem es die Energie speichert und bereitstellt, die wir aus der Nahrung gewinnen. Wir konnten nun feststellen, dass die Bürstenzellen genau so viel ATP freisetzen, dass einerseits die unspezifische Immunantwort, also die ‚schnelle Eingreiftruppe‘, ausgelöst wird. Andererseits stimuliert das exakt bemessene ATP, dass dendritische Zellen aktiviert werden, die wiederum für die Initiierung einer spezifischen Immunantwort essenziell sind.
Und wie bringen die dendritischen Zellen die Immunantwort auf den Weg?
Dr. Monika Hollenhorst: Dendritische Zellen sind hochspezialisierte Zellen des Immunsystems. Sie „beißen“ quasi Teile des Erregers ab und bringen ihn zu den Lymphknoten, wo sie mit diesen erregertypischen Teilen weitere Immunzellen auf genau diesen Eindringling trainieren, so dass der Körper in der Folge den krankmachenden Keim sehr effektiv bekämpfen kann. Nachdem diese Immunantwort auf den Weg gebracht worden ist, stellen die Bürstenzellen die ATP-Freisetzung wieder ein. Die Reaktion schießt also nicht über, sondern sie geschieht ganz reguliert und zielgerichtet. Eine Entzündung vor Ort wird also zeitlich begrenzt und auch beendet.
Was bedeuten Ihre neuen Erkenntnisse für die Entwicklung zukünftiger Therapien?
Gabriela Krasteva-Christ: Die Erkenntnisse können dabei helfen, gefährliche Lungenentzündungen besser behandeln zu können, indem man zum Beispiel Stoffe sucht, die den Kanal namens Trpm5 aktivieren, der die Öffnung eines weiteren Kanals, Panx1, stimuliert, über den das ATP die Bürstenzelle verlässt. Wenn ein Medikament gezielt den ATP- und ACh-Ausstoß regulieren kann, kann so möglicherweise auch eine gefährliche Lungenentzündung eingedämmt werden. Doch die Entwicklung von Medikamenten ist langwierig – bis wir so weit sind, müssen noch viele weitere Studien folgen.
Die Anatomische Gesellschaft ist die offizielle wissenschaftliche Fachorganisation für Anatomie in Deutschland. Die Gesellschaft vergibt den „Paper of the Year (POY) Award“ für eine herausragende wissenschaftliche Publikation im Entscheidungsjahr unter maßgeblicher Beteiligung eines anatomischen Instituts. http://www.anatomische-gesellschaft.de
