Der Zoologe Ilja Metschnikow, Charkiw und der Beginn der modernen Immunologie

Eigentlich sollte vor zwei Jahren ein Fest stattfinden in Charkiw, der zweitgrößten Stadt der Ukraine. Doch wegen der Corona-Pandemie mussten die Feierlichkeiten zum 175. Geburtstag des Zoologen Ilja Metschnikow in seiner Heimat ausfallen. Nun gelangt das bedeutende Wissenschaftszentrum der Ukraine mit seinen 42 Hochschulen und Universitäten aus einem anderen Anlasse in den Blick der Weltöffentlichkeit. Nach dem kriegerischen Angriff der russischen Armee gibt es seit dem 24. Februar 2022 heftige Kämpfe um Charkiw. Auch Universitätsgebäude sind beschädigt. Menschen, darunter viele Studierende aus dem Ausland suchen Schutz in Bunkern und U-Bahn-Stationen. Nach Raketenangriffen gibt es Tote und Verletzte. Die Politikwissenschaftlerin Julia Bidenko von der Nationalen Wassyl-Karasin-Universität meint, die russische Armee wolle Charkiv, das nur etwa 40 Kilometer von der russischen Grenze entfernt liegt, nutzen, um von dort die Invasion der Ukraine auszuweiten.

Geburtsstunde der modernen Immunologie

Metschnikow gilt als einer der Begründer der modernen Immunologie. Für die Entdeckung der Phagozytose, der Fähigkeit von Abwehrzellen, eingedrungene Erreger oder Gifte zu umschließen, zu „fressen“ und zu zerstören, erhielt er im Jahr 1908 den Nobelpreis für Medizin.

Der Wissenschaftler wurde am 3. Mai 1845 auf einem Gut in Ivanka, einem kleinen Dorf bei Charkiw im Osten der heutigen Ukraine geboren. Seine Mutter Emilia, Tochter eines jüdischen Schriftstellers und Geschäftsmanns war wegen der Verfolgung der Juden im Zarenreich zum lutherischen Glauben übergetreten. Sein Vater, ehemals Offizier am Hof des Zaren, ließ sich wegen finanzieller Schwierigkeiten auf dem Land nieder, um Pferde zu züchten.

Als Ilja sechs Jahre alt war, zog die Familie in die Stadt nach Charkiw um. Im Gegensatz zu seinen vier Geschwistern interessierte sich Ilja schon früh für die Naturwissenschaften und verehrte Charles Darwin. Nach dem Ende der Schulzeit studierte er an der Universität Charkiw Zoologie. Eigentlich hatte er Arzt werden wollen, doch seine Mutter riet ab. Sie schätzte ihn als zu sensibel ein. Bereits 1864, Ilja war gerade erst 19 Jahre alt, hatte er das Studium beendet und begann zu reisen. Seine Forschungsreisen führten ihn nach Helgoland, an die Universitäten Gießen und München. In Gießen beobachtet er an winzigen Plattwürmern, die er zufällig in Blumentopferde entdeckt hatte, die intrazelluläre Verdauung. Diese Tiere haben keinen Darm, sondern zersetzen die aufgenommene Nahrung in einzelnen Zellen.

Iljas Interessen waren zunächst vielfältig. Er beschäftigte sich mit den Verdauungsprozessen von Band- und Rundwürmern, genauso wie mit der Froschniere und der Embryonalentwicklung von Tintenfischen. 1867 kehrte der Forscher zurück und wurde nur drei Jahre später zum Professor für Zoologie an der Universität Odessa (heute: Nationale Metschnikow-Universität Odessa) ernannt.

Lebenskrise nach Tod der Ehefrau

1873 durchlebte Ilja eine schwere Lebenskrise. Seine Frau Ludmilla, die schon bei der Hochzeit 1869 geschwächt war und auf einem Stuhl zu den Feierlichkeiten in die Kirche getragen werden musste, starb an Lungentuberkulose. Das Paar war zuvor häufig in den Süden gereist, nach Deutschland, die Schweiz, ans Mittelmeer, in der Hoffnung die Erkrankung kurieren zu können. Nach dem Tod seiner Frau wollte Ilja nicht mehr leben. Der Suizidversuch mit einer Überdosis Opium scheiterte.

Zwei Jahre später heiratete der Zoologe die 17-jährige Olga, die später eine enge Mitarbeiterin von ihm wurde. An der Universität in Odessa wurde es immer ungemütlicher für Metschnikow. Er widmete sich intensiv der Arbeit mit den Studierenden und wollte die Lehre verbessern, was im konservativen Kollegium auf Unwillen stieß. „Das Attentat auf Zar Alexander II. im März 1881 führte zu einer massiven Einschränkung universitärer Unabhängigkeit durch den Staatsapparat, so dass Metschnikow als „Enfant terrible“ schließlich abdankte“, schreibt Anneli Newill. Der Forscher verließ Odessa, ging nach Messina auf Sizilien und erlebte dort um das Weihnachtsfest 1882 herum seinen persönlichen Heureka-Moment.

Die Entdeckung der Fresszellen

„Eines Tages, als die ganze Familie zum Zirkus aufgebrochen war, um sich dort außergewöhnliche Affen anzuschauen, blieb ich allein mit meinem Mikroskop zurück. Ich beobachte bewegliche Zellen in durchsichtigen Seesternlarven, als ich plötzlich einen Einfall hatte: Was, wenn solche mobilen Zellen den Organismus vor Eindringlingen schützen würden? (..) Ich lief aufgeregt im Raum auf und ab und ging ans Meer, um meine Gedanken zu ordnen. Ich sagte mir, wenn meine Vermutung zuträfe, müssten die beweglichen Zellen einen Splitter, der in den Körper der Seesternlarve eingeführt würde, die über kein Blutgefäß- oder Nervensystem verfügte, schnell umgeben – wie den Splitter, den sich ein Mann in den Finger gestochen hat. (..) In dieser Nacht war ich zu aufgeregt, um zu schlafen.“

Die Wohnung, in der die Metschnikows wohnten, hatte einen kleinen Garten, in dem die Erwachsenen für die Kinder der Schwägerin einen Mandarinenbaum als Ersatz für die Weihnachtstanne aufgestellt hatten. Ob es nun die Dornfortsätze dieses Mandarinenbaumes (wie man in einigen Quellen liest) oder Rosendornen (wie es in anderen Quellen steht) gewesen sind: Ilja pikste sie in die Haut der Larven hinein und am nächsten Morgen hatten die „Wanderzellen“ den Fremdkörper umzingelt und versuchten anscheinend, diesen abzubauen. Ilja wandelte sich über Nacht vom Zoologen zum Pathologen, wie er es selber beschrieb. Denn war nicht das, was er sah, vergleichbar mit den Zellen, die sich in einem Gewebe ansammelten, das wegen eingedrungener Mikroben entzündet war? Metschnikow erkannte sofort die Bedeutung seiner Beobachtung: „Das Experiment begründete die Phagozyten-Theorie, mit der ich mich die nächsten 25 Jahre meines Lebens beschäftigten sollte.“

Widerstand gegen die Phagozyten-Theorie

Der Begriff „Phagozytose“ (von griechisch „phagein“ für „fressen" und „cytos“ für „Höhlung“) prägte der Wiener Zoologe Carl Friedrich Claus, dem Metschnikoff von seinen Beobachtungen erzählte. Der nun knapp 40-jährige Forscher ging nach Odessa zurück und leitet dort für eine kurze Zeit das Institut für Immunologie. Erneute Spannungen zwangen ihn, den Standort ein weiteres Mal zu wechseln. Er landete schließlich im Pariser Institut von Louis Pasteur, wo er bis an sein Lebensende blieb.

"Pasteur empfing mich sehr erfreut und sprach sogleich über die mich besonders interessierende Frage, über den Kampf des Organismus gegen die Mikroben. `Während sich meine Mitarbeiter Ihrer Theorie gegenüber sehr skeptisch verhielten`, sagte er mir, `stand ich gleich auf Ihrer Seite, da ich seit langem über das Kampfschauspiel zwischen den verschiedenen mikroskopischen Wesen, das zu beobachten ich die Gelegenheit hatte, erstaunt war. Ich denke, dass Sie auf den richtigen Weg gelangt sind`“, zitiert Klaus Beneke von der Universität Kiel Metschnikow.

Nicht alle Wissenschaftler reagierten so positiv auf die Phagozytose-Theorie. Robert Koch oder Emil von Behring zeigten sich skeptisch. Doch Metschnikoff sammelte weitere Hinweise für die Richtigkeit seiner Idee. Auch in Wasserflöhen fand er mobile Zellen, die Pilzsporen umschließen und unschädlich machen konnten. Bei Fröschen phagozytierten Wanderzellen in seinen Experimenten Milzbrand-Erreger.

Mit der Annahme Fresszellen im Organismus seien die einzige Verteidigungsstrategie vor Krankheitserregern, lag er allerdings falsch. Als Fresszellen fungieren im Rahmen einer Immunantwort, wie man inzwischen weiß, verschiedene Zelltypen. Es gibt die „großen Fresser“, die Makrophagen, die „kleinen Fresser“, die Mikrophagen oder neutrophilen Granulozyten und die dendritischen Zellen. Alle drei Zellsorten werden früh während der Immunantwort aktiv und aktivieren den zweiten Arm, das adaptive Immunsystem, das spezialisierte Abwehrmoleküle (Antikörper) und Zellen (T-Zellen) nutzt, um die Eindringlinge gezielt anzugreifen und außerdem ein immunologisches Gedächtnis ausbilden kann.

Phagozytose schützt den Körper vor Erregern und sorgt für inneres Gleichgewicht

Die Phagozytose ist ein eleganter, aber auch komplizierter Vorgang, der im Körper nicht nur bei der Immunabwehr eine Rolle spielt. Fibroblasten, Epithel- und Endothelzellen können ebenfalls phagozytieren. Sie verdauen alte und abgestorbene Zellen oder Reste davon. WissenschaftlerInnen nennen diesen Prozess heute Autophagie. Schon Metschnikoff, der sich am Ende seiner Laufbahn unter anderem mit Alterungsprozessen und deren Verlangsamung durch fermentierte Milchprodukte beschäftigte, erkannte die Phagozytose als ein wichtiges Werkzeug, um ein gesundes Gleichgewicht im Körper zu erhalten – einem Körper, in dem Zellen permanent absterben und neu gebildet werden.

Der Bakteriologe Emile Roux, Direktor des Pasteur-Instituts, hielt anlässlich des 70ten Geburtstages seines Kollegen eine überschwängliche Rede. „In Paris, ebenso wie in Petrograd und auch Odessa wurden Sie zum Haupt der Schule und zündeten in diesem Institut ein wissenschaftliches Feuer an, das sein Licht weithin ausbreitet. Ihr Laboratorium ist das lebendigste in unserem Haus und diejenigen, die hier zu arbeiten wünschen, strömen in Mengen herbei. In ihm wird jedes aktuelle Ereignis der Mikrobiologie erörtert; hierher kommt man, um einen interessanten Versuch anzuschauen; hier sucht der Forscher den Gedanken, der ihn aus der Schwierigkeit herausführen könnte, in die er sich verstrickt hat. Gerade an Sie wendet man sich mit der Bitte, eine eben erst festgestellte Erscheinung zu überprüfen."

Metschnikow war ein Unikum. Fotos, die während seiner Zeit am Pasteur-Institut entstanden, zeigen einen älteren Mann, mit langem, wildem Haar und wuchtigem Bart. Es wird erzählt, er hätte stets einen Schirm bei sich getragen, die Taschen vollgestopft mit wissenschaftlichen Publikationen und immer denselben Hut auf dem Kopf, der ihm gelegentlich als Sitzunterlage diente. Ein erfülltes Forscherleben, das einige persönliche Tiefen durchlebt und vielleicht deswegen eine so große Ausstrahlung hatte, endete am 16. Juli 1916. Metschnikow starb infolge eines Herzinfarktes. Vor allem seit Ausbruch des Ersten Weltkrieges, hatte er immer wieder an Herzattacken gelitten.

Quellen:

• Arthur Silverstein „A history of immunology“, Academic Press 1989
• Nobel Lecture Metschnikow, Dezember 1908
• Klaus Beneke „Ilja Metschnikow – Begründer der Theorie der zellulären Immunität“, 1998
• https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1908/mechnikov/biographical/
• Siamon Gordon „Remembering Metchnikoff in the time of COVID‐19“, 2021
• Carlos Rosales „Phagocytosis: A Fundamental Process in Immunity“, 2017
• Giuseppe Teti et al. „The Phagocyte, Metchnikoff, and the Foundation of Immunology“, 2016
• Simon Gordon „Elie Metchnikoff, the Man and the Myth“, 2016