Das Kölner Exzellenzcluster CECAD Cologne ("Cluster of Excellence on Cellular Stress Responses in Aging-associated Diseases") hat in einer Untersuchung die Wirkung von Sauerstoff im menschlichen Blut untersucht. Zusammen mit Kieler Forscher haben die Wissenschaftler vom Kölner Institut für Medizinische Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene der Kölner Uniklinik festgestellt, dass ein bestimmtes Enzym ("NADPH-Oxidase") die Bildung radikaler Sauerstoffverbindungten ("ROS-reactive oxygen species") reaktiviert. Genau diese Substanz aber ruft im menschlichen Körper Zellschädigungen hervor, die Mikrobiologen nennen dieses Phänomen "oxidativen Stress". Dabei werden DANN, Lipde und Proteine (Grundbausteine der Zellen) regelrecht "verbrannt". Im Prozess der Alterung sorgen diese Prozesse dann für altertypische Erkrankungen. So bringen die Wissenschaftler die Oxidation von Lipoproteinen (transportieren unter anderem Cholesterin) mit der Entstehung von Artherosklerose, die Verbrennung von Erbsubstanz mit der Entstehung von Krebsgeschwüren in Verbindung.

Oxidativer Stress in den Zellen ist äußerst schädlich, ist sich der Leiter der Kölner Forschungsgruppe, Prof. Martin Krönke. Die Entstehung solcher ROS sind aber alltägliches Nebenprodukt der Atmungskette, sie entstehen in den Kraftwerken der Zellen, den Mitchondrien. Kommt es in diesen Kraftwerken zu altersbedingten Funktionsstörungen und der vermehrten Freisetzung der Radikale, beginnt sich der Prozess der Zellalterung zu beschleunigen. Wie so vieles im menschlichen Körpers sind die Wirkungen der ROS nicht nur negativ. So bilden bei Infektionen mit mikrobiellen Erregern zwei Arten der weißen Blutkörperchen, die Granulozyten und die Makrophagen, große Mengen Sauerstoffradikale. Hier haben sie die wichtige Funktion, die mikrobiellen Eindringlinge zu zerstören und so die Immunabwehr zu unterstützen. Die Bedeutung der ROS-Bildung für die immunologische Abwehr wird am Beispiel der seltenen Erbkrankheit chronische Granulomatose deutlich: Bei dieser Krankheit ist die Funktion der Granulozyten und Makrophagen gestört. Diese auch als Fresszellen bezeichneten weißen Blutkörperchen können ihren Beitrag zur Immunabwehr nicht erfüllen.

Krankheitserreger, speziell pathogene Bakterien und Pilze, breiten sich ohne ständige medikamentöse Behandlung daher weitgehend ungehindert im Körper der Betroffenen aus. Bei der chronischen Granulomatose ist das Enzym NADPH-Oxidase als Hautproduzent von ROS defekt und die Patienten leiden an einer erheblichen Abwehrschwäche bei mikrobiellen Infektionen da sie zuwenig ROS dafür bilden. ROS sind also wichtig, haben aber bei der Abwehr von mikrobiellen Erregern einen hohen Preis. Durch die exzessive ROS-Produktion von Immunzellen werden nicht nur die Erreger eliminiert, die hierbei gebildeten ROS richten auch einen Kollateralschaden an: Unvermeidbare Entzündungen. Bei den meisten Infektionen sind nicht die toxischen Eigenschaften des Erregers selbst, sondern vielmehr die reaktive ROS-Bildung und die Entzündungsreaktion unseres eigenen Immunsystems in Folge die klinisch bestimmenden Faktoren für Symptomatik und Krankheitsverlauf.

Eine entscheidende Rolle spielt das Enzym Riboflavinkinase. Nach Andocken des Entzündungsfaktors und immunologischen Botenstoffs Tumornekrosefaktor (TNF) an seine Erkennungsstruktur auf der Oberfläche von Zellen, dem TNF-Rezeptor, wird die Riboflavinkinase aktiviert und zwei weitere Reaktionen ausgelöst: Zum einen wird der TNF-Rezeptor physisch an die NADPH-Oxidase gekoppelt und zum zweiten wird damit die durch das genannte Enzym katalysierte Umwandlung von Riboflavin (Vitamin B2) zu Flavinmononukleotid und Flavinadenindinukleotid (FAD) in unmittelbare Nähe der NADPH-Oxidase gebracht. Durch die Anlagerung von FAD erhöht sich die Reaktionsbereitschaft der NADPH-Oxidase, wodurch Granulozyten und Makrophagen in die Lage versetzt werden, die benötigten großen Mengen von ROS für die Abwehr von Krankheitserregern freizusetzen. Diese neuen Beobachtungen wurden nun in der renommierten Zeitschrift Nature veröffentlicht und haben weiterreichende Bedeutung, erklärten die Medizinforscher. Die Entdeckung dieses Wirkzusammenhangs erscheint somit als viel versprechendes Konzept, welches die Kölner Wissenschaftler im Sonderforschungsbereich 670 "Zell-autonome Immunität" sowie im Excellence Cluster Cologne Cluster of Excellence on Cellular Stress Responses in Aging-associated Diseases (CECAD) zukünftig weiter verfolgen.