Wenn ein Menschenleben auf dem Spiel steht, können Bluttransfusionen Patientinnen und Patienten am Leben erhalten – allerdings nur, wenn die Blutgruppe der Spenderin oder des Spenders passt.
Eine neue Entdeckung von Forschenden aus Dänemark und Schweden könnte in solchen Notfällen helfen und zugleich die weltweiten Engpässe bei Blutkonserven entschärfen.
Das Team fand eine Enzymmischung, die von einer in unserem Darm vorkommenden Bakterienart gebildet wird. In Laborversuchen kann sie rote Blutkörperchen mit „bemerkenswert hoher Effizienz“ in die universelle Blutgruppe O umwandeln – und verbessert damit einen Ansatz, der vor 40 Jahren entstand.
Blutgruppen und die Nachfrage nach universellem Blut der Gruppe O
Wie nahezu alle Zellen im menschlichen Körper sind auch rote Blutkörperchen von einer Schicht einzigartiger Zuckerstrukturen überzogen. Diese unterscheiden sich von Mensch zu Mensch: Manche tragen Strukturen der Gruppe A, andere jene der Gruppe B. Einige besitzen sowohl A als auch B, während andere keine von beiden aufweisen; sie werden als Gruppe O eingestuft.
Immunsysteme, die Blut der Gruppen A oder B noch nie erkannt haben, greifen solche Zellen bei einer Transfusion sofort an und zerstören sie. Blut der Gruppe O wird dagegen von deutlich mehr Empfängerinnen und Empfängern vertragen.
Aufgrund dieser breiten Einsetzbarkeit sind die Vorräte an Blut der Gruppe O häufig schnell aufgebraucht. Das gilt besonders für medizinische Notfälle, in denen Ärztinnen und Ärzte unverzüglich handeln müssen, ohne die Blutgruppe der betroffenen Person zu kennen.
Die Umwandlung roter Blutkörperchen in die universelle Gruppe O ist keine neue Idee. Bereits 1982 entwickelten Forschende die Methode, nachdem sie ein aus Kaffeebohnen gewonnenes Enzym entdeckt hatten, das die Oberflächenzucker von Zellen der Gruppe B entfernen konnte.
Diese Enzymreaktion arbeitete jedoch sehr ineffizient, weshalb ein Einsatz im grossen Massstab nicht praktikabel war. Trotz vielversprechender erster klinischer Studien kamen zudem Sicherheitsbedenken auf. Aus unbekannten Gründen blieb Spenderblut bei Empfängerinnen und Empfängern mitunter unverträglich, obwohl den Spenderzellen fast alle Antigene entfernt worden waren.
Enzyme aus Darmbakterien für die Umwandlung von Blutgruppe A und B
Die Wissenschaft wandte sich daher erneut der Suche zu und entdeckte erst 2019 weitere Enzyme in Sammlungen von Darmbakterien.
Die Herausforderung besteht auch darin, dass es seit 2022 neben dem bekannten ABO-System und dem Rhesusfaktor mehr als 40 weitere Blutgruppensysteme gibt.
Selbst innerhalb der Blutgruppen A und B existieren Untergruppen. Bei ihnen unterscheiden sich Länge und Dichte der charakteristischen Moleküle, die aus den Membranen roter Blutkörperchen herausragen.
„Hier berichten wir über die Entdeckung bemerkenswert effizienter Enzyme, die nicht nur gegen A- und B-Antigene, sondern auch gegen deren Erweiterungen wirken“, schreiben die beiden Bioingenieure Mathias Jensen und Linn Stenfelt von der Technischen Universität Dänemark gemeinsam mit ihren schwedischen Kolleginnen und Kollegen in ihrer veröffentlichten Studie.
Aufbauend auf früheren Arbeiten anderer Forschungsgruppen wählten die Forschenden mehrere vielversprechende Enzyme des Darmbakteriums Akkermansia muciniphila aus. Damit behandelten sie rote Blutkörperchen verschiedener Spenderinnen und Spender sowie unterschiedlicher Untertypen von A und B.
Für eine mögliche klinische Anwendung ist besonders relevant, dass die Enzyme bei hohen Konzentrationen roter Blutkörperchen, bei Raumtemperatur und lediglich 30 Minuten lang inkubiert wurden. Damit verbessern sie die längeren Verarbeitungszeiten und weniger effizienten Bedingungen früherer Enzymkandidaten.
„Diese schonenden Bedingungen ohne Zusatzstoffe, beispielsweise Dextran, sind zusammen mit der ausgezeichneten Wirksamkeit der Enzyme wichtige Machbarkeitsparameter für klinische Anwendungen“, halten Jensen, Stenfelt und ihre Kolleginnen und Kollegen fest.
Entscheidend ist, dass die ausgewählten Enzyme nicht nur die kürzeren, klassischen A- und B-Antigene anderer Blutuntertypen entfernten. Sie beseitigten von den roten Blutkörperchen auch alle vier bekannten Erweiterungen der Antigene der Gruppen A und B.
Durch das Entfernen der langen Zuckererweiterungen sank die Unverträglichkeit behandelter Zellen der Gruppe B mit Plasmaproben auf weniger als 9 Prozent. Dort, wo Reaktionen dennoch auftraten, fielen sie zudem weniger schwer aus.
Nächste Schritte für universelles Spenderblut und Transplantationen
Weitere Untersuchungen sind nötig, um zu klären, warum ein kleiner Anteil scheinbar zuckerfreier roter Blutkörperchen weiterhin mit Plasmen der Gruppe O kreuzreagiert. Ausserdem muss die Umwandlung von Blutzellen der Gruppe A noch verbessert werden.
Indem die Forschenden Enzyme identifizierten, die eine grössere Vielfalt an A- und B-Antigenen entfernen, deckt ihre Studie nach eigenen Angaben „ein fehlendes Bindeglied“ bei der Herstellung universellen Bluts für Transfusionen und potenziell auch von Organen für Transplantationen auf.
Im Jahr 2022 nutzten Forschende eine ähnliche Strategie, jedoch mit anderen Enzymen, um gespendete Lungen der Blutgruppe A unter Laborbedingungen in die universelle Gruppe O umzuwandeln. Die neue Arbeit könnte diese Bemühungen so weit verbessern, dass die für Transplantationsstudien am Menschen erforderlichen Sicherheitsstandards erfüllt werden.
Auch im Labor gezüchtete rote Blutkörperchen werden derzeit in Studien am Menschen darauf geprüft, ob sie länger haltbar sind als gespendetes Blut. Sollte dies zutreffen, könnte der Bedarf an Blutkonserven sinken; zugleich könnten Komplikationen bei Patientinnen und Patienten verringert werden, die wiederholt Transfusionen benötigen.
Die Studie wurde in Nature Microbiology veröffentlicht.
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