Evolutionsbiologie: Kieler Forschungsteam löst Rätsel um Toll-Rezeptoren
Das Rätsel um die ursprüngliche Aufgabe der Toll-Rezeptoren ist gelöst. Seit über 25 Jahren untersuchen Forschende aus Medizin und Biologie die Toll-Rezeptoren der Zelle, die entweder zuerst der Immunabwehr oder der Entwicklungssteuerung dienten. Ein Forschungsteam der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) berichtet in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), dass die Toll-Rezeptoren im Verlauf der Evolution zuerst der Erkennung von Krankheitserregern und der Kontrolle der Besiedelung mit gutartigen Mikroben dienten und erfüllten damit eine immunbiologische Aufgabe. Die Ergebnisse sind auch bedeutsam für die Humanmedizin.
„Wir konnten mit unseren Untersuchungen an Nesseltieren (Cnidaria) zeigen, dass Toll-Rezeptoren bereits in einer sehr alten Tiergruppe für die Immunabwehr wichtig sind und dass Nesseltiere daher stellvertretend für den Menschen hinsichtlich Toll-Rezeptoren untersucht werden können“, sagt Professor Thomas Bosch, Direktor am Zoologischen Institut und Leiter der Studie. Toll-Rezeptoren kommen in allen Tieren und auch beim Menschen vor. Nesseltiere sind besonders gut für die Forschung geeignet, da man sie leicht in Aquarien halten, genetisch verändern und im Experiment untersuchen kann. Außerdem leben sie im Gegensatz zum Menschen nur mit wenigen verschiedenen Bakterien zusammen. Medizinisch interessante Fragen zu den Toll-Rezeptoren, die nicht direkt am Menschen untersucht werden können, kann man nun an Nesseltieren als Modellorganismen beforschen.
Wie bedeutsam Forschung an Toll-Rezeptoren ist, zeigen mehrere Nobelpreise zum Thema. 1985 wurden die Toll-Rezeptoren erstmals bei Forschungen an der Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) entdeckt und ihre essentielle Rolle in der Embryonalentwicklung des Insekts nachgewiesen. Geehrt wurde diese Entdeckung 1995 mit der Vergabe des Medizin-Nobelpreises an Christiane Nüsslein-Volhard, Edward Lewis und Eric Wieschaus. Die Toll-Rezeptoren gerieten erneut in den Fokus der Wissenschaft, als ihnen sowohl in der Fliege als auch in den evolutionär jüngeren Wirbeltieren entscheidende Funktionen in der Erkennung von Krankheitserregern zugeordnet werden konnten. Für diese Arbeiten wurde 2011 der Medizin-Nobelpreis an die Biologen Jules Hoffmann, Bruce Beutler und Ralph Steinmann vergeben.
Wissenschaftlich stellte sich nun die Frage, welche Funktion – Embryonalentwicklung oder Immunbiologie – im Laufe der Evolution zuerst entstand. Um diese Frage zu lösen, untersuchten Forschende des Instituts für Zoologie der CAU und des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie in Plön die Funktion von Toll-Rezeptoren in einer evolutionär besonders alten Tiergruppe, den mehr als 600 Millionen Jahre alten Nesseltieren. Die Forscherinnen und Forscher verglichen dabei unter anderem die Anfälligkeit von normalen und genetisch veränderten Nesseltieren gegenüber Krankheitserregern und ihre Besiedelung mit gutartigen Bakterien. Die Studien lieferten deutliche Hinweise, dass die Toll-Rezeptoren bereits bei Nesseltieren die immunologische Funktion aufweisen, während die entwicklungsbiologische Funktion ein Charakteristikum der stammesgeschichtlich jüngeren Insekten zu sein scheint.
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