Fledermäuse beherbergen zahlreiche Viren, die bei anderen Säugetieren schwere Erkrankungen auslösen, und bleiben dabei selbst meist gesund. Eine Genomanalyse liefert nun einen bisher übersehenen Baustein für die Erklärung dieses Rätsels. Bei der artenreichsten Fledermausfamilie fanden sich zwei vollständig getrennte Gensysteme für die schweren Ketten von Antikörpern, eine Anordnung, die bei keinem anderen Säugetier bekannt ist. Beide Systeme arbeiten offenbar nach unterschiedlichen Prinzipien und ergänzen sich dabei.
Antikörper sind Y-förmige Eiweißmoleküle, mit denen das erworbene Immunsystem Krankheitserreger erkennt und markiert. Jedes dieser Moleküle besteht aus zwei schweren und zwei leichten Proteinketten, die zusammen die Bindungsstelle bilden. Damit ein Organismus auf praktisch jeden denkbaren Erreger reagieren kann, werden diese Ketten nicht fertig vererbt, sondern bei jeder heranreifenden Abwehrzelle neu zusammengesetzt. Dafür liegt im Erbgut ein Vorrat an Genabschnitten bereit, die nach dem Baukastenprinzip kombiniert werden. Bei Fledermäusen sowie bei allen anderen bislang untersuchten Säugetieren, vom Menschen über die Maus bis zum Wal, stammt dieser Baukasten für die schweren Ketten aus einem einzigen Genort auf einem einzigen Chromosom. Diese Regel galt als so verlässlich, dass sie kaum je überprüft wurde.
Ein Forschungsteam der Tulane University hat sie gemeinsam mit Kollegen der Stanford University und der amerikanischen Seuchenschutzbehörde dennoch getestet und dafür das Erbgut von Glattnasenfledermäusen durchsucht. Diese Familie umfasst mehr als 500 Arten und kommt auf allen Kontinenten außer der Antarktis vor, in Mitteleuropa gehören unter anderem Zwerg-, Wasser- und Abendsegler dazu. Ihre evolutionäre Erfolgsgeschichte ist seit Langem ein eigenes Forschungsthema. Untersucht wurde exemplarisch die in Nordamerika weit verbreitete Große Braune Fledermaus. Der Befund fiel deutlicher aus als erwartet: Statt eines einzigen Genorts für die schweren Ketten fanden sich zwei, auf zwei verschiedenen Chromosomen, beide funktionsfähig und beide in Gebrauch.
Auffällig ist nicht allein die Verdopplung, sondern die Arbeitsteilung dahinter. Der eine Genort enthält 33 Antikörpergene, der andere 99. Damit stehen insgesamt deutlich mehr Ausgangsbausteine zur Verfügung als bei anderen Säugetieren, was allein schon die Zahl möglicher Kombinationen erhöht. Entscheidend ist jedoch, dass beide Systeme ihre Produkte unterschiedlich weiterverarbeiten. Der kleinere Genort betreibt eine intensive Nachbearbeitung: Die entstehenden Antikörper werden gezielt mutiert und verfeinert, bis sie sehr genau auf ein bestimmtes Ziel passen. Der größere Genort startet dagegen mit weit mehr Vorlagen, verändert sie anschließend aber weniger stark, was zu einem breiten Repertoire von Antikörpern führt, die viele Ziele eher lose erkennen. Damit deckt das Tier zwei Anforderungen gleichzeitig ab, die sich sonst gegenseitig ausschließen.
Für ein Tier, das ständig mit einer großen Zahl unterschiedlicher Viren in Kontakt kommt, ist diese Kombination bemerkenswert nützlich. Breit bindende Antikörper erlauben eine sofortige, wenn auch grobe Reaktion auf einen bislang unbekannten Erreger. Präzise Antikörper sorgen anschließend für die gezielte Bekämpfung. Denkbar ist, dass Fledermäuse damit Infektionen früh so weit eindämmen, dass es gar nicht erst zu jener überschießenden Entzündungsreaktion kommt, die bei vielen Virusinfektionen den eigentlichen Schaden verursacht. Bislang konzentrierte sich die Forschung fast ausschließlich auf die angeborene Immunabwehr dieser Tiere, etwa auf dauerhaft aktive Interferonsysteme. Die vorliegende Untersuchung lenkt den Blick erstmals auf die erworbene Abwehr und ist als Fachartikel in Science Advances vollständig zugänglich, einschließlich der Genomdaten.
Wichtig ist eine nüchterne Einordnung. Der Nachweis zeigt eine bislang unbekannte genetische Ausstattung, er belegt aber nicht, dass genau diese Ausstattung die Virustoleranz verursacht. Beides zusammenzubringen erfordert Versuche, in denen die Antikörperantwort tatsächlich infizierter Tiere im Detail verfolgt wird. Zudem sind Fledermäuse keineswegs immun: Sie erkranken an Tollwut, und die durch einen Pilz ausgelöste Weißnasenkrankheit hat in Nordamerika ganze Populationen einbrechen lassen. Auch bleibt offen, ob die Verdopplung nur bei Glattnasenfledermäusen vorkommt oder ob andere Fledermausfamilien ähnliche Lösungen entwickelt haben. Die Untersuchung erfasste zunächst eine Familie, wenn auch die mit Abstand größte. Weitere Arten müssen entsprechend geprüft werden, bevor sich verallgemeinern lässt.
Interessant ist der Befund darüber hinaus für die Grundlagenforschung am Immunsystem allgemein. Wenn eine so fundamentale Anordnung wie der Aufbau des Antikörperbaukastens bei einer großen Säugetiergruppe abweicht, ist die bisherige Annahme einer festen Regel nicht mehr haltbar. Für die Entwicklung von Impfstoffen und Antikörpertherapien ist relevant, welche Bauprinzipien überhaupt möglich sind, denn sie liefern Vorlagen für technische Nachbildungen. Dass Tierarten mit ungewöhnlicher Lebensweise wiederholt zu unerwarteten Einsichten führen, zeigt sich auch anderswo, etwa bei Beobachtungen dazu, was ein Leben im Nahrungsüberfluss mit dem Körper von Königspinguinen anstellt.
Die Gruppe vereint ohnehin mehrere biologische Ausnahmen. Sie sind die einzigen Säugetiere mit aktivem Flugvermögen, viele Arten orientieren sich per Echoortung, und sie erreichen im Verhältnis zu ihrer Körpergröße ein außergewöhnlich hohes Alter. Der aktive Flug erfordert einen extrem hohen Stoffwechselumsatz und lässt die Körpertemperatur zeitweise auf Werte steigen, die bei anderen Säugetieren Fieber entsprächen. Eine verbreitete Hypothese lautet, dass die Anpassungen an diese Dauerbelastung zugleich das Immunsystem umgebaut haben. Die nun gefundene Verdopplung der Antikörpergene fügt sich in dieses Bild ein, ohne es zu beweisen. Sie zeigt jedenfalls, dass die Evolution bei dieser Gruppe an mehreren Stellen gleichzeitig von den gewohnten Bauplänen abgewichen ist.
Nicht zuletzt verändert der Befund auch die Perspektive auf ein oft einseitig geführtes Thema. Fledermäuse werden in der öffentlichen Wahrnehmung überwiegend als Virusreservoir behandelt, obwohl sie als Insektenvertilger und Bestäuber erhebliche ökologische Leistungen erbringen und in Mitteleuropa durchweg unter Schutz stehen. Dass gerade ihr Immunsystem Bauprinzipien enthält, die kein anderes Säugetier besitzt, macht sie eher zu einer Wissensquelle als zu einer Bedrohung. Wie viel sich aus konsequenter Beobachtung einzelner Tiergruppen gewinnen lässt, zeigt auch die Arbeit daran, wie sich die Struktur in der Lautkommunikation von Walen entschlüsseln lässt. In beiden Fällen liefert eine einzelne Tiergruppe Antworten auf sehr allgemeine Fragen.
Science Advances, Immunoglobulin Heavy Chain Locus Duplication in Bats; doi:10.1126/sciadv.aeb6714