Uralte Sensoren
Eine 3,8 Milliarden Jahre alte Quantenmaschine steuert unser Immunsystem: MHH-Forschungsteam findet uralten Mechanismus, der immer noch funktioniert.
Unser Immunsystem ist viel älter als wir denken. Lange bevor es Dinosaurier gab, hatten frühe Lebensformen eine leistungsfähige Abwehr entwickelt. So gibt es die angeborene Immunität bereits seit dem Kambrium – also seit der Zeit, als fast alle heutigen Tierstämme entstanden. Dieser uralte Mechanismus vererbte sich im Laufe der Evolution weiter und schützt uns auch heute noch vor Viren, Krebs und anderen Krankheiten.
Ein Forschungsteam der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) hat nun einen grundlegenden Mechanismus entdeckt, der die angeborene Immunantwort aktiviert. Er ist wahrscheinlich schon vor mehr als dreieinhalb Milliarden Jahren entstanden und existiert somit, seitdem es Leben auf der Erde gibt. Dieser Mechanismus aktiviert das Immunsystem durch quantenmechanische Phänomene.
Die Forschungsergebnisse des Teams von Prof. Dr. Roman Fedorov vom MHH-Institut für Biophysikalische Chemie können als Grundlage für die Entwicklung von Medikamenten gegen virale Infektionserkrankungen wie COVID-19, Autoimmunerkrankungen und Krebs dienen. Darüber hinaus belegen sie, dass Quantenphänomene in der Biologie eine wesentliche Rolle spielen. Sie wurden in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift ACS Omega der US-amerikanischen Fachgesellschaft American Chemical Society (ACS) veröffentlicht.
Proteine, die wie Rauchmelder funktionieren
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fokussierten sich auf eine Gruppe von sehr alten Proteinen, die in allen unseren Zellen vorkommen. Diese Oligoadenylat-Synthasen (OAS) funktionieren wie Rauchmelder: Sie erkennen eine Virusinfektion oder eine Schädigung des eigenen Gewebes und aktivieren dann die Immunabwehr. Diese molekularen Sensoren kommen beispielsweise in den Zellen der Nasenschleimhaut vor und sind dort an der ersten Abwehr von SARS-CoV2-Viren beteiligt.
Mit Hilfe von Methoden der Strukturbiologie, Biochemie und Quantenchemie entdeckte das Team, dass die Funktion dieser Proteine von ihrem sogenannten Metallzentrum gesteuert wird – eine Region des Proteins, in der Magnesium vorkommt. Die Forschenden stellten fest, dass quantenmechanische Prozesse im Metallzentrum dafür sorgen, dass OAS die Abwehrprozesse gegen Viren oder geschädigtes Gewebe auslösen. Die Ergebnisse belegen, wie viele weitere Forschungserkenntnisse jüngerer Zeit, dass Quantenphänomene in der Biologie eine wesentliche Rolle spielen.
Hochoptimierte Quantenmaschinen
Die Quantenmechanik beschreibt, wie die Natur auf ihrer tiefsten, grundlegendsten Ebene funktioniert – dort, wo die Regeln des Alltags nicht mehr gelten. In unserer vertrauten Welt verhalten sich Objekte vorhersehbar: Ein Ball folgt einer klaren Bahn, und ein Schalter ist entweder ein- oder ausgeschaltet. Doch in der Quantenwelt können sich Teilchen gleichzeitig wie Wellen und wie Teilchen verhalten, in mehreren Zuständen gleichzeitig existieren und erst dann ein bestimmtes Ergebnis „wählen“, wenn sie mit ihrer Umgebung interagieren. Quanteneffekte ermöglichen es der Materie, Aufgaben mit außergewöhnlicher Präzision und Effizienz auszuführen. „Wenn solche Prinzipien in biologischen Molekülen wirken – wie unsere Arbeit zeigt –, verwandeln sie Proteine in winzige, hochoptimierte ‚Quantenmaschinen‘, die komplexe Prozesse wie Immunreaktionen mit bemerkenswerter Genauigkeit steuern können“, sagt Professor Fedorov.
Uralte Immunbausteine steuern unser Leben
„Wir gehen davon aus, dass das Metallzentrum wahrscheinlich vor mehr als dreieinhalb Milliarden Jahren entstanden ist, also fast zu Beginn des Lebens – vielleicht auch schon vorher“, sagt Professor Fedorov. Dies stellten sie fest, weil es mit dem katalytischen Zentrum uralter Organismen nahezu identisch ist. Somit stützt sich unser Immunsystem auf eine Milliarden Jahre alte Quantenmaschine, die im Laufe der Evolution erhalten geblieben ist und uns auch heute noch aktiv schützt.
Aufbauend auf diese Forschungsergebnisse können nun Medikamente entwickelt werden, die OAS bei viralen Infektionen sowie bei Krebserkrankungen aktivieren, beziehungsweise bei Autoimmunerkrankungen hemmen. Dieser Prozess wird noch einige Jahre dauern.
SERVICE
Weitere Informationen erhalten Sie bei Professor Dr. Roman Fedorov, Fedorov.Roman@mh-hannover.de.
Originalpublikation:
Die Originalpublikation „The Enzymatic Mechanism of OAS: How Metal Ions and Quantum Effects Help Activate Innate Immunity“ („Der enzymatische Mechanismus von OAS: Wie Metallionen und Quanteneffekte zur Aktivierung der angeborenen Immunität beitragen“) finden Sie unter: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.5c13236
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