Fledermäuse tragen einige der gefährlichsten Viren, die der Wissenschaft bekannt sind – und werden dennoch selbst nur selten ernsthaft krank.
Diese auffällige Lücke beschäftigt Biologinnen und Biologen seit Jahren. Eine neue Entdeckung liefert nun einen möglichen Hinweis.
Glattnasen-Fledermäuse, die grösste Fledermausfamilie, stellen Antikörper auf eine Weise her, wie es bei keinem anderen Säugetier beobachtet wurde. Sie verfügen über zwei getrennte Sätze jener Gene, die diese infektionsbekämpfenden Proteine erzeugen.
Ein Immunsystem wie kein anderes
Geleitet wurde die Studie von Hannah Frank, ausserordentliche Professorin für Ökologie und Evolutionsbiologie an der Tulane University.
Die genetischen Auswertungen fanden in Laboren der Stanford University statt. Auch Forschende der Centers for Disease Control and Prevention (CDC) waren an dem Projekt beteiligt.
„We’ve never seen anything like this in a mammal before,“ sagte Frank.
„This completely changes our understanding of how mammalian immune systems can be organized and raises exciting new questions about why bats have been so evolutionarily successful and how they respond to viruses.“
Zwei Antikörper-Gensätze
Antikörper sind Y-förmige Proteine. Jeder Antikörper besteht aus zwei schweren Ketten und zwei leichteren Ketten, die an Eindringlinge binden.
Beim Menschen und bei allen anderen bislang bekannten Säugetieren wird ein einzelner Gensatz genutzt, um diese schweren Ketten zu bilden. Glattnasen-Fledermäuse besitzen dagegen zwei Gensätze – und zwar auf zwei unterschiedlichen Chromosomen.
Untersucht wurde die Grosse Braune Fledermaus, eine häufige Art in Nordamerika. Einer ihrer beiden Gensätze umfasst 33 Antikörper-Gene, der andere 99.
Je mehr Ausgangsgene vorhanden sind, desto mehr mögliche Antikörper kann das Immunsystem daraus ableiten. Diese zusätzliche Vielfalt könnte dabei helfen, auf ein breiteres Spektrum an Keimen zu reagieren.
Worin sich die beiden Kopien unterscheiden
Die beiden Gensätze erfüllen nicht dieselbe Aufgabe. Jeder formt Antikörper nach einem eigenen Muster.
Ein Gensatz „feilt“ besonders stark an seinen Antikörpern: Diese verändern sich durch Mutationen und werden so lange verbessert, bis sie sehr eng an ein einzelnes Ziel passen.
Der andere Gensatz startet zwar mit deutlich mehr Genen, verändert sie jedoch weniger. Er neigt dazu, eher breit wirkende Antikörper zu erzeugen, die viele Ziele nur lockerer erkennen.
Gemeinsam könnten die beiden Systeme zwei Bedürfnisse gleichzeitig abdecken: sehr scharfe, spezifische Antikörper aus dem einen Gensatz und eine weite, flexible Abdeckung aus dem anderen.
Ein Antikörper pro Zelle
Zwei Gensätze werfen eine naheliegende Frage auf: Versucht eine einzelne Immunzelle der Fledermaus, beide zugleich zu nutzen?
Offenbar nicht. Jede Zelle legt sich weiterhin auf eine schwere Kette fest – ähnlich wie es auch bei unseren eigenen Zellen der Fall ist.
Das Team beobachtete, dass in der Regel einer der beiden Gensätze zuerst umgebaut (neu arrangiert) wird. Erst wenn dieser Versuch scheitert, greift die Zelle auf den zweiten Gensatz zurück.
Diese Reihenfolge sorgt dafür, dass jeder Antikörper „sauber“ bleibt und zuverlässig funktioniert. Zugleich macht sie deutlich, dass die beiden Gensätze nicht einfach nur gegenseitige Ersatzkopien sind.
Noch eine Überraschung bei Fledermaus-Antikörpern
Damit Antikörper funktionieren, brauchen sie sowohl schwere als auch leichte Ketten. Auch bei den leichten Ketten überraschten die Fledermäuse die Forschenden.
Während die meisten Säugetiere zwei Typen leichter Ketten herstellen können, produziert die Grosse Braune Fledermaus nur einen.
Trotz nur eines Typs leichter Kette ging die Antikörper-Vielfalt bei der Fledermaus nicht verloren.
Ihre einzige Genfamilie für leichte Ketten umfasst mehr als 100 funktionelle Gene – mehr als die beiden Genfamilien für leichte Ketten beim Menschen zusammen.
Mit anderen Worten: Diese Fledermäuse haben einen Teil des Systems aufgegeben und den anderen dafür besonders reich ausgestattet. Ihr gesamter „Bauplan“ für Antikörper wirkt dadurch nicht nur verdoppelt, sondern grundlegend umgeschrieben.
Der lange Erfolg der Glattnasen-Fledermäuse
Dieses Muster beschränkt sich nicht auf eine einzige Art. Das Team prüfte die Genome von 26 verwandten Fledermausarten.
Fast alle zeigten dasselbe verdoppelte System. Die Daten sprechen für ein einmaliges Ereignis tief in der Vergangenheit dieser Familie.
Die Verdopplung passierte vermutlich nur ein einziges Mal bei einem gemeinsamen Vorfahren – vor Dutzenden Millionen Jahren. Seither haben sich Glattnasen-Fledermäuse zu mehr als 500 Arten entwickelt, auf allen Kontinenten ausser der Antarktis.
Dieser langfristige evolutionäre Erfolg steht seit Jahrzehnten im Fokus der Forschung. Das zweite Antikörpersystem könnte einer der Gründe dafür sein.
Was das für Viren bedeutet
Die Entdeckung löst das Rätsel nicht vollständig, warum Fledermäuse mit Viren so gut „leben“ können. Sie zeigt jedoch, dass ihre Immunsysteme Überraschungen bereithalten, die sich zu erforschen lohnen.
„We think this discovery is an important piece of the puzzle,“ sagte Frank.
„It doesn’t fully explain why bats are such effective viral reservoirs, but it reveals a level of immune variety we didn’t know existed and gives us an entirely new direction to explore.“
Bislang konzentrierte sich ein grosser Teil der Immunforschung bei Fledermäusen auf ihre angeborenen Abwehrmechanismen – also die schnelle, allgemeine Reaktion. Frank zufolge lenkt diese Studie den Blick stattdessen stärker auf die adaptive Seite, die Antikörper produziert.
Warum Fledermäuse für uns wichtig sind
Fledermäuse leisten weit mehr, als Viren in sich zu tragen. Sie bestäuben Pflanzen, verbreiten Samen und fressen enorme Mengen an Insekten, darunter auch Schädlinge.
Gleichzeitig sind sie natürliche Wirte vieler Keime, die auf andere Tiere überspringen können. Zu verstehen, wie Fledermäuse gesund bleiben, könnte der Wissenschaft helfen, solche Übersprünge besser im Blick zu behalten.
Die Ergebnisse deuten zudem an, dass frühere Antikörper-Studien bei Fledermäusen womöglich einen Teil des Gesamtbildes verpasst haben. Tests, die auf nur einen Antikörper-Typ zugeschnitten sind, könnten Reaktionen übersehen, die vom anderen Gensatz gesteuert werden.
Lernen von Wildtierarten
„We’ve learned an enormous amount about immunity by studying humans and laboratory mice,“ sagte Frank.
„But the natural world is far more varied than that. Every time we study a species that has evolved differently, we have the opportunity to discover something entirely new.“
Die Entdeckung legt nahe, dass Fledermäuse dabei helfen könnten, völlig neue Wege zu verstehen, wie Immunsysteme sich entwickeln und funktionieren – und damit neue Einsichten zu liefern, wie Tiere mit krankheitserregenden Viren koexistieren.
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