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Früherkennung von Veränderungen des Immunsystems bewahrt Astronauten und Patienten auf der Erde vor schmerzhafter Gürtelrose4 Early Detection of Immune Changes Prevents Painful Shingles in Astronauts and Earth-Bound Patients 4 Satish K. Mehta, Satish K. Ph.D., Mehta, Senior Ph.D., Scientist, Senior Enterprise Scientist, Advisory Enterprise Services Advisory Services Duane L. Pierson, Duane L. Ph.D., Pierson, Chief Ph.D., Microbiologist Chief Microbiologist C. Mark Ott, C. Mark Ph.D., Ott, Senior Ph.D., Microbiologist Senior Microbiologist Johnson Space NASA Center Johnson der Space NASA Center Die physiologischen, The physiological, emotionalen emotional und and psychologischen psychological Belastungen stress associated eines Raumflugs with spaceflight können can das result Immunsystem in schwächen decreased und ein Virus immunity reaktivieren, that reactivates das Gürtelrose the verursacht, virus that eine causes Krankheit, shingles, die mit a disease schmerzhaften punctuated Hautausschlägen by painful einhergeht. skin Die lesions. NASA NASA hat ein has Verfahren developed zur a Früherkennung technology that von can Veränderungen detect immune des Immunsystems changes early enough entwickelt, to so dass mit begin einer Behandlung treatment before begonnen painful werden lesions kann, appear bevor in sich astronauts die schmerzhaften and people Hautveränderungen here on Earth. This zeigen. early Das Verfahren detection eignet sich and für treatment Astronauten will genauso reduce wie the für duration Menschen of auf the der disease Erde. Durch and the die incidence Früherkennung of long-term und die zeitig einsetzende consequences. Behandlung verkürzt sich die Dauer der Erkrankung und es kommt seltener zu Langzeitfolgen. Bei Aufenthalten Spaceflight im alters Weltraum some verändern elements sich of the einige human Aspekte des menschlichen immune system: Immunsystems: innate immunity, Die unspezifische an early line Abwehr, of also der defense erste Schutzschild against infectious des Körpers agents, gegen and Krankheitserreger, specific sowie bestimmte components Bestandteile of cellular der immunity zellulären are Abwehr decreased sind in bei Astronauten astronauts. vermindert. Astronauts Zwar treten do not experience Infektionserkrankungen increased bei kurzen incidence Weltraumaufenthalten or severity of infectious weder disease in höherer during Zahl noch mit short-duration besonders schweren spaceflight, Verläufen but NASA auf. Doch scientists können are die Wissenschaftler concerned der NASA about Beeinträchtigungen how the immune des system Immunsystems will bei Langzeitmissionen function over im the Weltraum long stays nicht in ausschließen. space that may be required for exploration missions. Bei Gesunden ist es schwierig, geeignete Biomarker oder Indikatoren für den Zustand Selecting des one Immunsystems or more biomarkers zu finden. or Untersuchungen indicators of an Astronauten immunity haben in healthy aber individuals gezeigt, dass is difficult, Herpesviren but the für die Früherkennung herpes viruses von have Veränderungen become valuable des tools Immunsystems in early besonders detection geeignet of sind. changes Acht in Arten the immune von Herpesviren system, based können den menschlichen largely on Körper the astronaut besiedeln, studies. und praktisch Eight herpes jeder Mensch viruses trägt einen may oder reside mehrere in the dieser human Virentypen body, and in virtually sich. Herpesviren all of us verursachen are verschiedene infected by one Krankheiten, or more of das these Herpes-simplex-Virus viruses. Herpes (HSV) zum viruses Beispiel cause die bekannten diseases including „Fieberbläschen“, common das “fever Epstein- Barr-Virus blisters” (EBV) infektiöse (herpes Mononukleose simplex virus und or HSV), das Varicella-zoster- infectious Virus (VZV) mononucleosis Windpocken und (Epstein-Barr Gürtelrose. virus Bei immunsupprimierten or EBV) and Patienten chicken können pox Herpesviren and shingles mehrere (varicella Krebsarten zoster virus auslösen, or beispielsweise VZV). Karzinome, In immune-suppressed lymphoproliferative individuals, Erkrankungen herpes und andere. viruses may cause several types of cancer, such as carcinoma, lymphoproliferative disease and others. 4 Adapted from an original article that appeared in NASA Technology Innovation, Vol 15; 3, 2010; NP-2010-06-658-HQ. 4. Nach einem Originalartikel aus NASA Technology Innovation, Band 15; 3, 2010; NP-2010-06-658-HQ. 21 21 Caption and credit TBD VZV-infizierte VZV infected MeWo-Zellen: MeWo cells Zu showing erkennen typical sind die herpes- typischen, vom virus-induced Herpesvirus multinucleated induzierten, mehrkernigen giant cells. Riesenzellen. Cultures Die are Kulturen stained wurden with acrydine zum Nachweis orange von to RNA identify (rot) im RNA Zytoplasma (red) in the mit cytoplasm. Acridinorange (Image eingefärbt. credit: (Bild: NASA) NASA)
Laut CDC (Centers for Disease Control and Prevention, USA) erkranken jährlich eine Million Menschen in den USA an Gürtelrose, und bei 100.000 bis 200.000 dieser Patienten entwickelt sich eine postherpetische oder Post-Zoster- Neuralgie (PHN oder PZN), eine extrem schmerzhafte und in manchen Fällen zu schweren Einschränkungen führende Krankheit, die Monate oder Jahre andauern kann. Auch die anderen sieben Herpesviren können sich wie das Varicellazoster-Virus in verschiedenen Körpergeweben einnisten und lange inaktiv bleiben, werden aber bei einer Schwächung des Immunsystems wieder aktiv und lösen Krankheiten aus. Der häufigste Grund für ein nachlassendes Immunsystem ist das Alter, aber auch chronischer Stress beeinträchtigt das Immunsystem und erhöht das Risiko von Sekundärerkrankungen wie der vom Varicella-zoster-Virus verursachten Gürtelrose. Weitere Gründe für eine geschwächte Immunabwehr sind Chemotherapien, Organtransplantationen und Infektionen wie HIV (humanes Immundefizienz-Virus). Die Reaktivierung ruhender Viren gilt mittlerweile als wichtiger Indikator für klinisch relevante Veränderungen des Immunsystems. Studien an immunschwachen Patienten zeigen, dass diese das Epstein-Barr-Virus in ihrem Speichel in 90-mal höherer Konzentration ausscheiden als Gesunde. Astronauten tragen wie mindestens 95 Prozent aller Erwachsenen weltweit Herpesviren in sich. Lassen sich Herpesviren also in den Körperflüssigkeiten von Astronauten nachweisen, so ist dies ein wertvoller Biomarker für den Zustand ihres Immunsystems. Man geht davon aus, dass die beobachtete Schwächung des Immunsystems auf die verschiedenen Stressfaktoren zurückzuführen ist, die bei einem Weltraumaufenthalt auf die Astronauten einwirken. Forscher am Johnson Space Center der NASA haben herausgefunden, dass bei einem Weltraumaufenthalt vier Typen menschlicher Herpesviren reaktiviert werden und in den Körperflüssigkeiten in Erscheinung treten. Dass die Viren aus ihrem latenten Zustand erwachen und sich zu aktiven Infektionserregern entwickeln können, liegt an der reduzierten zellulären Abwehr. Die Viren vermehren sich und werden im Speichel, Urin oder Blut ausgeschieden. Durch eine Polymerasekettenreaktion (PCR) in virusspezifischen PCR-Assays kann man die gesuchten Viren nachweisen, quantifizieren und die virale DNA identifizieren. PCR-Assays sind hochempfindlich, hochspezifisch und ermöglichen die selektive Replikation viraler DNA- Sequenzen. Im Speichel von Astronauten gelang zum ersten Mal der Nachweis reaktivierter Varicella-zoster-Viren bei asymptomatischen Personen. Das von den Astronauten im Speichel ausgeschiedene Virus erwies sich als intakt und infektiös. Das heißt, es bildet eine Gefahr für nicht infizierte Personen. Die PCR-Technologie wurde auch zur Untersuchung einer durch Varicella-zoster-Viren verursachten Gürtelrose bei Patienten aus der Normalbevölkerung eingesetzt. In der Studie, an der Ärzte des University of Texas Health Science Center in Houston und NASA-Wissenschaftler des Johnson Space Center teilnahmen, ließ sich das Virus am Tag des Behandlungsbeginns im Speichel aller 54 Gürtelrosepatienten nachweisen. Durch eine antivirale Therapie gingen Schmerzen und Hautausschläge zurück, ebenso wie die Zahl der Viren. Die Studie ergab aber auch, dass sich die Virenlast der weniger stark belasteten Gürtelrosepatienten vor Behandlungsbeginn mit der Virenlast der stärker belasteten unter den gesunden Astronauten überschnitt. Das heißt, dass bei einer Weltraummission durchaus die Gefahr eines Gürtelroseausbruchs infolge reaktivierter Varicella-zoster-Viren besteht. Mithilfe des neuen Früherkennungsverfahrens konnte bei einem 21 Jahre alten Patienten rasch eine Gürtelrose diagnostiziert und eine Behandlung eingeleitet werden. Dank der schnellen Intervention traten bei dem Patienten keine Hautausschläge auf, und auch die Dauer der schmerzhaften akuten Krankheitsphase ließ sich verkürzen. In einer anderen NASA-Studie wurden mithilfe der PCR in allen 25 untersuchten Gürtelrosepatienten Varicella-zoster-Viren im Serum und in peripheren mononuklearen Blutzellen (PBMC) entdeckt. Damit konnte zum ersten Mal nachgewiesen werden, dass sich Gürtelrose üblicherweise in Form einer Virämie (Viren im Blut) manifestiert. Für PCR-Assays ist jedoch eine umfangreiche, komplexe und daher für Weltraumflüge ungeeignete Ausstattung erforderlich. 22
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