Alle Lebewesen – darunter Pflanzen, Tiere und Menschen – sind mit vielfältigen  Schutzmechanismen ausgestattet, um sich in der belebten Umwelt zu behaupten: Schon einfachste Organismen besitzen ein "natürliches" bzw. "angeborenes'' Immunsystem, das Viren, Bakterien, Pilze oder Parasiten bekämpft. Zur natürlichen Immunabwehr von Menschen und Tieren gehört beispielsweise auch die Haut – für die meisten Organismen ein undurchdringliches Hindernis. Auf Zellebene bilden u.a. Makrophagen, sogenannte Fresszellen, die vorderste Abwehrfront.

Zusätzlich zu dieser "Grundausstattung" verfügt die Gruppe der Wirbeltiere (Vertebrata) aber noch über eine zweite Verteidigungsinstanz: Das adaptive Immunsystem wird aktiv, wenn die natürlichen Abwehrmechanismen alleine dem Angreifer nicht gewachsen sind.

"Aus evolutionsbiologischer Sicht ist diese 'Aufgabenteilung' innerhalb der Immunabwehr bei den Wirbeltieren noch sehr jung: Das adaptive Immunsystem ist erst vor ungefähr 500 Millionen Jahren sehr plötzlich entstanden", sagt die Molekularbiologin Claudia Stocsits, die im Rahmen ihres Hertha-Firnberg-Stipendiums des FWF zum Ursprung des adaptiven Immunsystems forscht.

Lernfähiges Immunsystem
Die adaptive Immunabwehr hat – wie schon der Name sagt – einen entscheidenden Vorteil gegenüber der natürlichen: Sie ist lern- und anpassungsfähig und "merkt sich" die Strategien ihrer "Feinde". "Das adaptive Immunsystem ist jener Teil der Immunabwehr, der selektiv auf Infektionen reagieren und bereits bekannte Erreger mit gesteigerter Effizienz bekämpfen kann", erklärt Claudia Stocsits: "Dieses Prinzip macht sich zum Beispiel auch die Methode der Impfung zu Nutze."

Zwei Systeme – eine Verteidigung
Dagegen müssen sich die Wirbellosen (Invertebrata), zu denen z.B. Würmer oder Insekten zählen, angesichts pathogener "Eindringlinge" auf ihre angeborenen Schutzmechanismen verlassen, während frühe Vertreter der Wirbeltiere, sogenannte Kieferlose, schon einen Vorläufer des adaptiven Immunsystems besitzen. Knorpelfische wie Haie und Rochen sind hingegen bereits mit beiden Mechanismen innerhalb des Immunsystems ausgestattet.
"Man darf sich diese Varianten von Immunabwehr jedoch nicht als unabhängig oder voneinander getrennt vorstellen", sagt Stocsits: "Sie arbeiten zusammen."

Von Fisch bis Mensch: Gene im Vergleich
Im Firnberg-Projekt untersucht die junge Wissenschafterin durch den Vergleich von Genen, wie und warum sich das adaptive Immunsystem aus dem natürlichen heraus entwickelt hat, welche neuen Signaltransduktionswege dabei entstanden sind bzw. wie sich die Regulationsmechanismen "alter" Proteine an die neuen Aufgaben angepasst haben.

Dabei arbeitet Stocsits jedoch nicht im Labor, sondern theoretisch, d.h. am Computer: "Ich vergleiche – u.a. auf der Ebene von Transkriptionsfaktoren und nicht-proteinkodierender RNA – die Genome verschiedener Wirbeltiere, von Fischen bis hin zum Menschen", so die Stipendiatin: "Dabei werde ich auch einige ganz frühe Vertreter der Wirbeltiere diesbezüglich analysieren. Allerdings kommen nur jene Arten in Frage, von denen es bereits vollständig sequenzierte Genome gibt."

Wie aus dem Nichts heraus …
Davon verspricht sich die Nachwuchswissenschafterin, mehr über den evolutionären Übergang vom angeborenen zum adaptiven Immunsystem in Erfahrung zu bringen. "Mein Ziel ist es, die Evolution des Immunsystems besser zu verstehen", sagt Stocsits: "Dabei interessieren mich vor allem die Mechanismen der Emergenz – also wie sich ein derart komplexes und effizientes System quasi aus dem Nichts heraus neu entwickeln konnte."

Mag. Dr. Claudia Stocsits begann das dreijährige FWF-Projekt "Ursprung des Adaptiven Immunsystems", das sie am Institut für Theoretische Chemie der Fakultät für Chemie durchführt, im April 2008.