Zellbiologie: In der Kammer des Todes

Lästige Eindringlinge müssen bekämpft werden. Am besten, man sperrt sie erst mal ein. Wenn dann noch todbringende Instrumente in das Gefängnis eingeschleust werden, steht dem sicheren Untergang der Invasoren nichts mehr entgegen.

Andreas Jahn

Biologie ist die Wissenschaft vom Leben – und vom Sterben. Hat sich doch so manche biologische Existenz darauf spezialisiert, auf Kosten anderer zu leben. Da sich natürlich niemand gerne ausbeuten lässt, haben alle Lebensformen Mechanismen entwickelt, um sich gegen bösartige Angreifer zur Wehr zu setzen.

Dieser ständige Kampf findet schon auf kleinster Ebene statt. So versuchen beispielsweise Bakterien der Gattung Salmonella – zu denen auch der Typhuserreger gehört – in die Darmepithelzellen einzudringen, sobald sie über die Nahrung in den Darm ihres Opfers gelangt sind. Teilweise erobern sie sogar Makrophagen, also jene Zellen des Blutes, die eigentlich als schnelle Eingreiftruppe solche Eindringlinge bekämpfen sollte.

Die Zelle versucht natürlich sich dagegen zu wehren. Zunächst werden die Eindringlinge isoliert, indem sie von Membransäckchen, den Phagosomen (phagein, griech.: fressen), aufgenommen werden. Hier geschieht den Bakterien jedoch noch nichts, da den Phagosomen die nötigen Werkzeuge fehlen.

Die bekommen sie von einem weiteren Zellorganelltyp: den Lysosomen (lysis, griech.: Auflösung). Einfach gesagt handelt es sich hierbei um Membranvesikel, vollgepackt mit Enzymen, welche Makromoleküle wie Proteine, Polysaccharide, Fette und Nukleinsäuren abbauen. Lysosomen haben somit zwei Funktionen: Als "Magen" verdauen sie Makromoleküle und als "Mülleimer" entsorgen sie Zellabfallstoffe.

Beide, Phagosom und Lysosom, verschmelzen nun zu einer todbringenden Kammer: dem Phagolysosom. Damit diese Verschmelzung jedoch reibungslos funktioniert, braucht die Zelle ein bestimmtes Protein, wie Deepannita Roy von der Yale-Universität zusammen mit ihren Kollegen jetzt herausgefunden hat.

Salmonella enterica | Grün markierte Bakterien von Salmonella enterica sind in einen Makrophagen einer Maus eingedrungen, der das Protein Syt VII fehlt. Blau markiert ist der Zellkern des Makrophagen.

Als bakteriellen Angreifer wählten die Forscher Salmonella enterica, den Erreger von Mäusetyphus; Opfer waren Makrophagen aus Mausembryonen. Hierbei standen den Wissenschaftlern zwei Stämme zur Verfügung: der eine konnte das Protein Synaptotagmin VII (Syt VII) produzieren, beim zweiten Stamm war das entsprechende Gen deaktiviert. Die Forscher hatten Synaptotagmine nicht ohne Grund im Verdacht, bei der Bakterienvernichtung eine wichtige Rolle zu spielen, sind diese integralen Membranbestandteile doch an der Fusion von Zellmembranen beteiligt.

In der Tat: Im Gegensatz zu Makrophagen vom Wildtyp mit funktionsfähigem Syt VII, welche die bakteriellen Erreger erfolgreich vernichten konnten, versagten die Mangelmutanten. Die Salmonellen wurden zwar von den Phagocyten wie vorgesehen gefressen, die Fusion mit Lysosomen fand jedoch nicht statt. Die Bakterien waren somit in der Todeskammer zwar eingesperrt, die todbringenden Enzyme konnten sie jedoch nicht erreichen.