Hai-Angriffe im Dienst der Gesundheit

Neue Forschungsarbeiten an primitiven Schutzproteinen im Immunsystem von Haien könnten zu vielfältigeren Medikamenten gegen Krankheiten wie Krebs oder gefährliche bakterielle Infektionen führen. Auch neuartige Diagnostiksysteme könnten entstehen, die so haltbar sind, dass sie problemlos das Labor verlassen können. Dieser Forschungsbereich ist insbesondere seit den Anthrax-Attacken des Jahres 2001 in den USA sehr aktiv.

Eine Studie, die im vergangenen Monat in der Online-Ausgabe des Wissenschaftsblattes Science veröffentlicht wurde, zeigt, wie einfach das Immunabwehrsystem von Haien aufgebaut ist. Die Arbeit wurde vom Scripps Institute im kalifornischen La Jolia und der University of Maryland in Baltimore durchgeführt.

Die Studie stammt von Ian Wilson, einem Struktur-Biologen am Scripps Institute, und Martin Flajnik, einem Immunologen an der University of Maryland. Es ist das erste Mal, dass die genaue Struktur eines Nicht-Säugetier-Antikörpers abgebildet werden konnte. Flajnik entdeckte die so genannten "IgNAR"-Antikörper bei Haien bereits 1995. Ähnlich wie Antikörper bei Menschen, Mäusen und anderen Säugetieren erkennen diese Antikörper spezifische fremde Moleküle und binden sich an sie - beispielsweise an die von angreifenden Bakterien oder Viren. Allerdings sind die Hai-Antikörper ungefähr halb so komplex und sehr viel flexibler als die typischerweise in Säugetieren vorkommenden, ergab die Studie.

In Wilsons Labor wurden Kristalle eines IgNAR-Antikörpers aus einem Hai gezüchtet, indem er an das Protein eines Hühnereis gebunden wurde. Röntgenaufnahmen dieser Kristalle wurden dazu benutzt, um ein sehr hoch aufgelöstes Modell der Struktur des Antikörpers zu erzeugen. Während normale Antikörper Molekül-Ansammlungen enthalten, die sich "schwere Ketten" und "leichte Ketten" nennen, bestehen IgNAR-Antikörper aus nur einer einzelnen schweren Kette. Die geringe Größe der Moleküle und ihre einzigartige Struktur machten sie "wahrscheinlich unzerstörbar", sagt Flajnik.

"Aus Sicht der Evolutionsforschung ist es ein wichtiger Beitrag, um verstehen zu können, wie Antikörper mit nur einer schweren Kette funktionieren", sagt Gary Litman, ein Immunologe an der University of South Florida. "Ich sehe da auch ein deutliches Potenzial im Bereich des Bioengineering." Die Einfachheit und geringe Größe des IgNAR-Antikörpers könne es wesentlich erleichtern kleine Antikörper-Fragmente für die Nutzung in Medikamenten zu entwickeln. "Es gibt sehr viele therapeutische Antikörper auf dem Markt oder sie stehen kurz vor der Einführung", sagt Litman. Verschiedene aktuelle Krebs-Medikamente bestünden beispielsweise aus Antikörpern, die sich gegen Tumor-Proteine richteten. "Das Geschäft mit der Antikörper-Herstellung boomt", ergänzt Wilson, "dies könnte ein weiteres Beispiel für eine Antikörper-Vorlage sein, die bei solchen Vorhaben genutzt werden könnte."

Flajnik ist zuversichtlich, dass IgNAR-Antikörper an sich bereits nützlich sein könnten - bei der Diagnostik sowie in der Medikamentenherstellung. Ihre Robustheit macht sie besonders gut im freien Gelände einsatzfähig, beispielsweise um Krankheiten oder Bioterror-Gefahren außerhalb des Labors zu entdecken. "Andere Antikörper haben eine kurze Halbwertzeit, wenn man sie für die Erkennung einsetzt", sagt er, "diese hier sollten eine lange Zeit halten".

Diese Eigenschaft könnte auch bei Medikamenten nützlich sein: Viele Protein-Therapeutika bauen sich im Körper schnell ab und müssen deshalb recht häufig verabreicht werden. Außerdem entdeckte das Forscherteam in den untersuchten IgNAR-Antikörpern eine Furche mit zwei Höckern darauf. Diese Höcker können sich in das fremde Protein, das der Antikörper angreift, begeben und eventuelle katalytische Aktivitäten unterbinden. "Normale Antikörper können das nicht so gut", sagt Flajnik. Er glaubt, dass die IgNAR-Antikörper effektiver sind, wenn es darum geht, fremde Proteine anzugreifen - beispielsweise Giftstoffe aus eindringenden Bakterien.

Wenn diese Voraussagen stimmen, könnten diese primitiven Antikörper so wehrhaft sein wie das Tier, von dem sie stammen. Das könnte dazu führen, dass Forscher Hai-Angriffe entwickeln, denen sich Menschen ausgesprochen gerne aussetzen. (sma)