Immunsystem von Seepferdchen untersucht Wie Mann schwanger wird

Seepferdchen und -nadeln stellen eine bemerkenswerte Ausnahme in der Natur dar: Bei ihnen tragen die Männchen den Nachwuchs aus. Welche Rolle das Immunsystem bei der Evolution der männlichen Schwangerschaft gespielt hat, haben nun Forscher des Geomar Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung herausgefunden. Dies könnte das Verständnis natürlicher Immundefizite voranbringen.

Kiel – Die Entwicklung eines Embryos ist ein sehr komplizierter und teilweise bis heute rätselhafter Prozess. Denn im Embryo Erbinformation von beiden Elternteilen vorhanden, weshalb die so gebildeten Körperzellen eigentlich vom mütterlichen Immunsystem als fremd erkannt und abgestoßen werden sollten. Beim Menschen ist dieser Prozess mittlerweile gut verstanden, aber im Tierreich gibt es immer noch viele offene Fragen.

Ein internationales Team unter der Leitung des Geomar Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel hat nun eine besondere Art der Schwangerschaft untersucht: Die männliche Schwangerschaft bei zwölf Seenadel- und Seepferdchenarten. Bei einigen Arten tragen die Männchen die Eier nur am Bauch mit, bei anderen schützen sie diese durch Hautlappen oder sogar durch plazenta-ähnliche Systeme, welche die Nachkommen mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgen.

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Evolution der männlichen Schwangerschaft

Für ihre Studie haben die Forscher die Genome von Seenadeln und Seepferdchen verglichen. „So haben wir herausgefunden, dass im Laufe der Evolution der männlichen Schwangerschaft sich genau die Teile des Immunsystems stark verändert haben, die höchst relevant für die Unterscheidung von eigen und fremd sind“, erklärt Geomar-Forscherin Dr. Olivia Roth, Erstautorin der Publikation. „Überdies haben wir festgestellt, dass in der männlichen Schwangerschaft ähnliche Gene aktiviert sind, die auch bei der Schwangerschaft eines weiblichen Säugetiers essenzielle Funktionen erhalten. Es scheint also, dass bei einer Schwangerschaft, egal ob männlich oder weiblich, ähnliche molekulare Mechanismen genutzt werden und ähnliche Gene in ihrer Funktion für die Entwicklung einer Schwangerschaft verändert werden“, führt Roth aus.

Unterbundene Abstoßungsreaktion

Im Detail geht es in dieser Studie um Veränderung der Gene des so genannten Haupthistokompatibilitätskomplexes, auch als MHC (engl. Major Histocompatibility Complex) bezeichnet. Der MHC gilt als eine der wichtigsten Entwicklungen in der Evolution der Wirbeltiere. Man unterscheidet zwei Arten, den MHC I und den MHC II. Beide spielen auch beim Menschen beispielsweise bei Organtransplantationen und möglichen Abstoßungsreaktionen eine große Rolle.

Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, dass die untersuchten Organismen wie zum Beispiel auch dorschartige Fische den zweiten Typ, MHC II, verloren haben. Zusätzlich werden während der männlichen Schwangerschaft von Seenadeln und Seepferdchen, analog zu der bei Säugetieren, Gene des MHC I hinunterreguliert, die ebenfalls der Toleranz des Embryos dienen. „Das klingt für den Laien nicht dramatisch, wäre aber in Bezug auf ein Organ so, als hätte man eine neue Gruppe von Fischen gefunden, die ohne Leber überleben können“, sagt Prof. Dr. Thorsten Reusch, einer der Senior-Autoren der Studie. „Viele Lehrbücher der Immunologie müssen jetzt modifiziert werden.“

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Immundefizite dank Seepferdchen besser verstehen

Während man bei Dorschen bislang nicht weiß, warum sie den MHC II verloren haben, scheint es bei Seenadeln und Seepferdchen durchaus möglich, dass der Verlust von MHC II direkt mit der Entwicklung der einzigartigen männlichen Schwangerschaft assoziiert ist.

Interessanterweise sind die verlorenen Gene im Seenadel Immunsystem genau für jene Wege essenziell, die bei der Immunschwächekrankheit HIV attackiert werden. „Deshalb könnten Seenadeln, die auch ohne diese kritischen Immunsystem-Funktionen überleben, ein wichtiges Modellsystem für die Erforschung von natürlichen und krankheitsbedingten Immunsystemdefiziten werden“, sagt Roth.

Originalpublikation: Roth, O., M.H. Solbakken, O.K. Tørresen, T. Bayer, M. Matschiner, H.T. Baalsrud, S.N. Khang Hoff, M.S.O. Brieuc, D. Haase, R. Hanel, T.B.H. Reusch and S. Jentoft: Evolution of male pregnancy associated with remodeling of canonical vertebrate immunity in seahorses and pipefishes, PNAS 2020; DOI: 10.1073/pnas.1916251117

* Dr. A. Villwock, Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung, 24148 Kiel

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