Wie prägen Anlage und Umwelt unsere Immunzellen?

27. Januar 2026

Wie prägen Anlage und Umwelt unsere Immunzellen?

27. Januar 2026

• Highlights
• Forscher des Salk Institute analysierten Immunzellen von 110 Personen und stellten fest, dass genetische Unterschiede und Lebenserfahrungen (Krankheit, Impfgeschichte, Umwelt) die Immunzellen unterschiedlich beeinflussen.
• Die Ergebnisse tragen dazu bei, zu erklären, warum Menschen unterschiedlich auf dieselben Infektionen und Behandlungen reagieren.
• Die Studie liefert eine Grundlage für personalisierte Medizin zur Vorbeugung von Krankheiten, zur Stärkung der Immunabwehr oder zur Behandlung von Infektionskrankheiten, Krebs und anderen Immunstörungen.

LA JOLLA – Die COVID-19-Pandemie hat uns eindrucksvoll vor Augen geführt, wie stark Symptome und Krankheitsverläufe bei Patienten mit derselben Infektion variieren können. Wie kann es sein, dass zwei Menschen, die vom selben Erreger infiziert sind, so unterschiedliche Reaktionen zeigen?

Letztendlich hängt dies im Wesentlichen von der Variabilität der Gene (den vererbten Genen) und den Lebenserfahrungen (Umwelteinflüsse, Infektionen und Impfungen) ab. Diese beiden Einflüsse prägen sich durch kleine molekulare Veränderungen, sogenannte epigenetische Veränderungen, in unsere Zellen ein und formen so die Zellidentität und -funktion, indem sie steuern, ob Gene „ein-“ oder „ausgeschaltet“ sind.

Forscher des Salk Institute präsentieren einen neuen epigenetischen Katalog, der die unterschiedlichen Auswirkungen genetischer Veranlagung und Lebenserfahrung auf verschiedene Arten von Immunzellen aufzeigt. Die neue zelltypspezifische Datenbank wurde veröffentlicht in Nature Genetics Die am 27. Januar 2026 erwartete Entwicklung trägt dazu bei, individuelle Unterschiede in der Immunantwort zu erklären und kann als Grundlage für effektivere und personalisierte Therapien dienen.

„Unsere Immunzellen tragen eine molekulare Aufzeichnung sowohl unserer Gene als auch unserer Lebenserfahrungen in sich, und diese beiden Faktoren prägen das Immunsystem auf sehr unterschiedliche Weise“, sagt der Hauptautor. Joseph Ecker, PhD, Professor, Inhaber des Lehrstuhls für Genetik am Salk International Council und Forscher am Howard Hughes Medical Institute. „Diese Arbeit zeigt, dass Infektionen und Umwelteinflüsse dauerhafte epigenetische Spuren hinterlassen, die das Verhalten von Immunzellen beeinflussen. Indem wir diese Effekte Zelle für Zelle aufschlüsseln, können wir beginnen, genetische und epigenetische Risikofaktoren mit den spezifischen Immunzellen in Verbindung zu bringen, in denen die Krankheit ihren Ursprung hat.“

Was ist das Epigenom?

Alle Zellen Ihres Körpers besitzen dieselbe DNA-Sequenz. Dennoch gibt es viele spezialisierte Zelltypen, die sich in Aussehen und Verhalten völlig unterscheiden. Diese Vielfalt beruht unter anderem auf einer Reihe kleiner Moleküle, den sogenannten epigenetischen Markern. Diese Marker markieren die DNA und signalisieren, welche Gene in der jeweiligen Zelle aktiviert oder deaktiviert werden sollen. Die vielen epigenetischen Veränderungen in jeder Zelle ergeben zusammen deren individuelles Genom. Epigenom.

Im Gegensatz zum genetischen Code ist das Epigenom weitaus flexibler – manche epigenetische Unterschiede werden stark durch vererbte genetische Variationen beeinflusst, während andere im Laufe des Lebens durch Erfahrung erworben werden. Auch Immunzellen unterliegen diesen Einflüssen, doch war bisher unklar, ob diese beiden Arten epigenetischer Veränderungen – vererbte versus erfahrungsbedingte – Immunzellen in gleicher Weise beeinflussen.

„Die Debatte um Anlage und Umwelt ist eine seit Langem geführte Diskussion in Biologie und Gesellschaft“, sagt Wenliang Wang, PhD, Wissenschaftler in Eckers Labor und einer der Erstautoren der Studie. „Letztendlich beeinflussen uns sowohl genetische Veranlagung als auch Umweltfaktoren, und wir wollten genau herausfinden, wie sich das in unseren Immunzellen manifestiert und unsere Gesundheit beeinflusst.“

 

Wie beeinflussen Ihre Lebenserfahrungen Ihre Immunzellen?

Um zu bestimmen, wie Anlage und Umwelt das Epigenom von Immunzellen beeinflussen, musste das Team des Salk Institute eine Vielzahl von Proben untersuchen. Durch die Sammlung und Analyse von Blutproben von 110 Personen konnten die Forscher die Auswirkungen verschiedener genetischer Profile und Lebenserfahrungen beobachten, darunter Grippe, HIV-1-, MRSA-, MSSA- und SARS-CoV-2-Infektionen, Anthrax-Impfung und die Exposition gegenüber Organophosphat-Pestiziden.

Die Forscher verglichen anschließend die epigenetischen Profile von vier wichtigen Immunzelltypen: T- und B-Zellen, die für ihr Langzeitgedächtnis an vergangene Infektionen bekannt sind, sowie Monozyten und natürliche Killerzellen, die breiter und schneller reagieren. Aus diesen zahlreichen Proben und Zellen erstellte das Team einen Katalog aller epigenetischen Marker. differentiell methylierte Regionen (DMRs), in jedem Zelltyp.  

„Wir haben festgestellt, dass krankheitsassoziierte genetische Varianten häufig durch die Veränderung der DNA-Methylierung in spezifischen Immunzelltypen wirken“, sagt Wubin Ding, PhD, Postdoktorand in Eckers Labor und einer der Erstautoren. „Durch die Kartierung dieser Zusammenhänge können wir beginnen, genauer zu bestimmen, welche Zellen und molekularen Signalwege von Krankheitsrisikogenen betroffen sein könnten, was potenziell neue Wege für gezieltere Therapien eröffnet.“

Wichtig ist, dass die Forscher unterscheiden konnten, welche epigenetischen Veränderungen genetisch bedingt sind (gDMRs) und welche auf Lebenserfahrungen beruhen (eDMRs). Es zeigte sich, dass gDMRs und eDMRs in unterschiedlichen Bereichen des Epigenoms gehäuft auftreten: gDMRs finden sich in der Nähe stabilerer Genregionen – insbesondere in langlebigen T- und B-Zellen –, während eDMRs vorwiegend in flexiblen regulatorischen Regionen vorkommen, die spezifische Immunreaktionen auslösen.

Anhand der variablen gDMR- und eDMR-Positionen deuten die Daten darauf hin, dass die genetische Vererbung stabilere, langfristige Immunprogramme prägt, während Lebenserfahrungen vorwiegend dynamische, kontextspezifische Immunreaktionen beeinflussen. Weitere Forschung ist erforderlich, um den genauen Einfluss von Anlage- und Umweltfaktoren auf die Immunleistung zu klären.

„Unser Atlas der Immunzellen der menschlichen Bevölkerung wird auch eine hervorragende Ressource für zukünftige mechanistische Forschungen zu Infektions- und Erbkrankheiten sein, einschließlich Diagnose und Prognose“, sagt Manoj Hariharan, PhD, leitender Wissenschaftler in Eckers Labor und einer der Erstautoren. „Oftmals sind wir uns bei Erkrankungen nicht sofort über die Ursache oder den Schweregrad im Klaren – die von uns entwickelten epigenetischen Signaturen bieten einen Leitfaden zur Klassifizierung und Beurteilung dieser Situationen.“

Könnten wir die Epigenome von Immunzellen nutzen, um den Krankheitsverlauf von Patienten vorherzusagen?

Die Ergebnisse belegen den einzigartigen und bedeutenden Einfluss von Anlage und Umwelt auf die Identität von Immunzellen und die Leistungsfähigkeit des Immunsystems. Darüber hinaus bietet der Katalog einen vielversprechenden Ausgangspunkt für die Entwicklung neuer, personalisierter Behandlungspläne.

Ecker erklärt, dass dieser Katalog mit mehr Zeit und einer größeren Anzahl an Patientenproben als Vorlage dienen könnte, um vorherzusagen, wie jemand auf eine Infektion reagiert. Wenn beispielsweise genügend COVID-19-Patienten ihre Immunzellen zur Datenbank beitragen, könnten Forscher feststellen, dass alle Genesenen dieselbe eDMR aufweisen. Darauf aufbauend könnten Wissenschaftler ein Profil eines neuen COVID-19-Patienten erstellen, um festzustellen, ob er diese schützende eDMR bereits besitzt. Falls nicht, könnten sie die mit dieser eDMR verbundenen schützenden regulatorischen Mechanismen identifizieren und diese therapeutisch nutzen.

„Unsere Arbeit legt den Grundstein für die Entwicklung präziser Präventionsstrategien gegen Infektionskrankheiten“, sagt Wang. „Bei COVID-19, Grippe und vielen anderen Infektionen könnten wir eines Tages sogar vor der Ansteckung vorhersagen können, wie jemand auf eine Infektion reagiert, da die Kohorten und Modelle stetig wachsen. Stattdessen können wir einfach das Genom nutzen, um vorherzusagen, wie sich die Infektion auf das Epigenom auswirkt und wie diese epigenetischen Veränderungen die Symptome beeinflussen.“

Weitere Autoren und Finanzierung

Weitere Autoren sind Anna Bartlett, Cesar Barragan, Rosa Castanon, Vince Rothenberg, Haili Song, Joseph Nery, Jordan Altshul, Mia Kenworthy, Hanqing Liu, Wei Tian, ​​Jingtian Zhou, Qiurui Zeng und Huaming Chen von Salk; Andrew Aldridge, Lisa L. Satterwhite, Thomas W. Burke, Elizabeth A. Petzold und Vance G. Fowler Jr. von der Duke University; Bei Wei und William J. Greenleaf von der Stanford University; Irem B. Gündüz und Fabian Müller von der Universität des Saarlandes; Todd Norell und Timothy J. Broderick vom Florida Institute for Human and Machine Cognition; Micah T. McClain und Christopher W. Woods von der Duke University und dem Durham Veterans Affairs Medical Center; Xiling Shen vom Terasaki Institute for Biomedical Innovation; Parinya Panuwet und Dana B. Barr von der Emory University; Jennifer L. Beare, Anthony K. Smith und Rachel R. Spurbeck vom Battelle Memorial Institute; Sindhu Vangeti, Irene Ramos, German Nudelman und Stuart C. Sealfon von der Icahn School of Medicine at Mount Sinai; Flora Castellino vom US-Gesundheitsministerium; und Anna Maria Walley und Thomas Evans von Vaccitech plc.

Die Arbeit wurde unterstützt von der Defense Advanced Research Projects Agency (N6600119C4022) über das US Army Research Office (W911NF-19-2-0185), den National Institutes of Health (P50-HG007735, UM1-HG009442, UM1-HG009436, 1R01AI165671) und der National Science Foundation (1548562, 1540931, 2005632).

DOI: 10.1038/s41588-025-02479-6