Jules Bordet: Die Wissenschaft hinter Komplementfixierung und Immunmechanismen (1919)

Nobel-Informationskarte

• Prämienjahr: 1919
• Fachgebiet: Physiologie oder Medizin
• Begründung für die Auszeichnung: Für seine Entdeckungen im Zusammenhang mit der Immunität.
• Geburt: 13. Juni 1870, Soignies, Belgien
• Tod: 6. April 1961, Brüssel, Belgien
• Nationalität: Belgier
• Institut Pasteur de Bruxelles

Leben und Bildung

Jules Jean Baptiste Vincent Bordet wurde am 13. Juni 1870 in Soignies, Belgien, geboren. Sein Vater, Charles-Henri Bordet, war Lehrer. Seine Mutter, Célestine Vandenabeele, stammte aus bescheidenen Verhältnissen. Der junge Jules, als er mit seiner Familie nach Brüssel zog, wurde von der lebendigen intellektuellen Atmosphäre der Stadt inspiriert. Bordet absolvierte seine Sekundarschulausbildung am Athénée Royal in Brüssel und zeigte schon früh ein starkes Interesse an den Naturwissenschaften.

Im Jahr 1886 immatrikulierte sich Bordet an der Medizinischen Fakultät der Freien Universität Brüssel (Université Libre de Bruxelles), wo er während seines Medizinstudiums ein besonderes Interesse an Mikrobiologie und Immunologie entwickelte. Er erhielt seinen medizinischen Abschluss im Alter von nur zwanzig Jahren im Jahr 1892. Mit einem Stipendium der belgischen Regierung ging er an das Pasteur-Institut in Paris, wo er dem Labor von Ilya Mechnikov beitrat. Zu dieser Zeit arbeitete Mechnikov intensiv an der Phagozytose-Theorie, die eine entscheidende Rolle für Bordets wissenschaftliche Ausbildung spielte.

Während seiner sieben Jahre am Pasteur-Institut (1894-1901) machte Bordet seine bedeutendsten Entdeckungen auf dem Gebiet der Immunologie. Diese Zeit in Paris prägte Bordets wissenschaftliche Identität. Obwohl er von Mechnikows zellulärer Immunitätstheorie beeinflusst war, konzentrierte sich Bordet in seinen Forschungen auf humorale (flüssigkeitsbasierte) Immunmechanismen. Diese Ausrichtung brachte Bordet in eine einzigartige Position zwischen der deutschen Schule von Ehrlich und der französischen Schule von Mechnikov.

Im Jahr 1901 kehrte Bordet nach Brüssel zurück und wurde zum Direktor des neu gegründeten Pasteur-Instituts in der Provinz Brabant ernannt. Dieses Institut wurde zum zentralen Schwerpunkt von Bordets wissenschaftlicher Tätigkeit für den Rest seines Lebens. Unter Bordets Leitung erlangte das Brüsseler Pasteur-Institut internationale Anerkennung als führendes Forschungszentrum. Im Jahr 1907 begann er auch, Bakteriologie als Professor an der Freien Universität Brüssel zu unterrichten.

Bordets Privatleben war in Einklang mit seiner wissenschaftlichen Karriere. Er heiratete 1899 Marthe Levoz und hatte mit ihr einen Sohn und zwei Töchter. Sein Sohn Paul Bordet wurde ebenfalls Mikrobiologe. Bordet war bescheiden, ruhig und fleißig; er führte ein Leben, das ganz der Wissenschaft gewidmet war und weit entfernt von Prunk und Protzen.

Wissenschaftliche Arbeit

Bordets wissenschaftliche Karriere konzentrierte sich auf die Erforschung der Mechanismen, durch die Blutseren Bakterien eliminieren. In den 1890er Jahren wurde die Immunologie von intensiven Debatten zwischen den Lagern der zellulären (Mechnikov) und humoralen (Ehrlich) Immunität erschüttert. Bordet leistete durch experimentelle Studien über humorale Immunmechanismen bedeutende Beiträge zu dieser Debatte.

Im Jahr 1895 entdeckte Bordet, dass die Serum-Bakteriolyse durch die Zusammenarbeit zweier getrennter Faktoren erfolgt. Die Fähigkeit des Immunsersums (Serum von sensibilisierten Tieren), Bakterien zu eliminieren, wurde als möglich gezeigt, nicht nur mit einem hitzebeständigen Bestandteil (Antikörper/Sensibilisator), sondern auch mit einem hitzeempfindlichen Bestandteil (Aleksin/Komplement) zusammen. Als das Serum auf 56 Grad Celsius erhitzt wurde, ging seine bakterizide Aktivität verloren; jedoch wurde diese Aktivität wiedererlangt, wenn frisches Normalserum hinzugefügt wurde. Diese Erkenntnis bewies, dass für die Bakteriolyse ein Zwei-Komponenten-System erforderlich ist.

Bordet nannte den wärmesensiblen Bestandteil Alexin (später von Ehrlich in Komplement umbenannt). Alexin war ein unspezifischer Faktor, der in allen normalen Seren vorkam. Der Antikörper hingegen war ein spezifischer Faktor, der als Reaktion auf die Immunantwort gebildet wurde. Die Bakteriolyse folgte einem Mechanismus, bei dem der Antikörper an das Bakterium bindet und sich dann das Komplement an diesen Antikörper-Bakterium-Komplex heftet und so die Zellen lysiert.

Im Jahr 1898 entdeckte Bordet, dass Hämolyse (der Abbau roter Blutkörperchen) denselben Mechanismus wie Bakteriolyse aufweist. Wenn fremde rote Blutkörperchen in ein Tier injiziert wurden, wurden Antikörper (Hämolysine) gebildet, die diese Zellen im Serum des Tieres abbauen. Wie bei der Bakteriolyse erforderte auch die Hämolyse sowohl das Vorhandensein eines Antikörpers als auch eines Komplements. Diese Beobachtung unterstrich die Allgemeingültigkeit der Immunmechanismen.

Die Entdeckung, die zum Nobelpreis führte

Die bedeutendste Entdeckung von Bordet war der Komplementbindungs-Test, den er 1901 gemeinsam mit seinem Kollegen Octave Gengou entwickelte. Dieser Test ermöglichte die indirekte Nachweismethode der Antikörper-Antigen-Reaktion durch eine serologische Methode und revolutionierte die Labor-Diagnose von Infektionskrankheiten.

Das Prinzip hinter dem Komplementbindungs-Test war folgendes: Wenn ein Antikörper und ein Antigen zusammenkamen, band das Komplement an diesen Komplex (wurde fixiert). Wenn eine Komplementbindung stattgefunden hatte, blieb kein freies Komplement in der Umgebung übrig. Diese Situation konnte mithilfe eines Indikatorsystems erkannt werden. Bordet und Gengou verwendeten sensibilisierte Schafsrote-Blutkörperchen als Indikatoren: Wenn freies Komplement vorhanden war, trat Hämolyse auf (positiver Kontrolltest), während bei gebundenem Komplement keine Hämolyse auftrat (negatives Ergebnis). Das Fehlen von Hämolyse zeigte an, dass die gewünschte Antikörper-Antigen-Reaktion stattgefunden hatte.

Dies war ein äußerst empfindliches und vielseitiges Diagnosewerkzeug. August von Wassermann wandte das Bordet-Gengou-Prinzip auf die Syphilidiagnose an und entwickelte 1906 den Wassermann-Test. Dieser Test wurde zur ersten zuverlässigen serologischen Diagnosemethode für Syphilis und blieb ein Standarddiagnosetest während eines großen Teils des zwanzigsten Jahrhunderts. Das Komplementfixationsprinzip wurde später auch auf die serologische Diagnose vieler anderer Infektionskrankheiten angewandt.

Eine weitere bedeutende Leistung von Bordet war die Isolierung des Keuchschnupfen-Bazillus (Bordetella pertussis). Im Jahr 1906 identifizierte er gemeinsam mit Gengou den Erreger der Pertussis und konnte ihn auf einem speziellen Nährboden (Bordet-Gengou-Agar) kultivieren. Diese Entdeckung legte den Grundstein für die Entwicklung eines Keuchschnupfen-Impfstoffs. Der Keuchschnupfen-Bazillus wird heute in die Gattung Bordetella eingeordnet und trägt zu Ehren von Bordet den wissenschaftlichen Namen Bordetella pertussis.

Bordet untersuchte auch Agglutinations- (Verklumpungs-) und Fällungsreaktionen detailliert. Er beschrieb die Mechanismen dieser serologischen Reaktionen und entwickelte ihre diagnostischen Anwendungen. Außerdem arbeitete er auf dem Gebiet der Blutgruppen-Serologie und leistete Beiträge zur Sicherheit von Transfusionen.

Während des Ersten Weltkriegs war Bordet gezwungen, im besetzten Belgien zu bleiben. Die Forschungsmöglichkeiten waren in dieser Zeit stark eingeschränkt, doch er setzte seine wissenschaftliche Arbeit soweit möglich fort. Nach dem Krieg schloss er sich wieder der internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft an und wurde für den Nobelpreis nominiert.

Der Preis und seine Folgen

Im Jahr 1919 wurde der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin an Jules Bordet für seine Entdeckungen auf dem Gebiet der Immunologie verliehen. Aufgrund der Verschiebung der Preisverleihung wegen des Ersten Weltkriegs erhielt Bordet den Preis jedoch erst bei der Zeremonie im Jahr 1920 in Stockholm. In seiner Nobelvorlesung erläuterte er den Entdeckungsprozess der Komplementfixierung und die Anwendungen immunologischer Mechanismen in der serologischen Diagnostik.

Nach Erhalt des Nobelpreises setzte Bordet seine Arbeit am Pasteur-Institut in Brüssel fort. Er forschte über Bakteriophagen (Viren, die Bakterien infizieren) und untersuchte die Mechanismen der Bakteriophagenlyse. Diese Studien trugen zur Entwicklung der Virologie und Molekularbiologie bei. Darüber hinaus erforschte er die Mechanismen der Blutgerinnung.

In der internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft renommiert, hielt Bordet Ehrendoktortitel und Mitgliedschaften aus vielen Ländern. Er leitete das Brüsseler Pasteur-Institut bis 1940. Trotz seines hohen Alters während des Zweiten Weltkriegs blieb er in Belgien und versuchte, die Aktivitäten des Instituts fortzusetzen.

Jules Bordet starb am 6. April 1961 im Alter von neunzig Jahren in Brüssel. Nach einem langen und produktiven Leben ging er in die Geschichte ein als einer der Begründer der Immunologie und Serologie.

Vermächtnis und Einfluss heute

Das wissenschaftliche Vermächtnis von Jules Bordet lebt in den Grundlagen der modernen Immunologie und klinischen Mikrobiologie weiter. Das Komplementsystem gilt als einer der wichtigsten Bestandteile der angeborenen Immunität. Die klassischen, alternativen und Lectin-Komplementpfade spielen kritische Rollen bei der Verteidigung gegen Infektionen, Entzündungen und Gewebeschäden. Die Beziehung zwischen Komplementdefiziten und Autoimmunerkrankungen sowie wiederkehrenden Infektionen ist ein wichtiges Thema der aktuellen Forschung.

Der Komplementbindungs-Test war das Hauptinstrument für die serologische Diagnose während des größten Teils des zwanzigsten Jahrhunderts. Er wurde zur Diagnose von Syphilis, Grippe, Masern und vielen anderen Infektionskrankheiten eingesetzt. Obwohl moderne diagnostische Methoden (ELISA, PCR, schnelle Antigentests) den Komplementbindungstest weitgehend ersetzt haben, bleibt Bordets Prinzip der Antikörper-Antigen-Interaktion die Grundlage aller serologischen Diagnosemethoden.

Die Isolierung von Bordetella pertussis führte zur Entwicklung von Keuchhustenimpfstoffen. Heute ist der DTaP-Impfstoff (Diphtherie-Tollwut-Keuchhusten) ein Grundbestandteil der Kinderimpfprogramme weltweit. Dank der Impfprogramme konnte Keuchhusten in entwickelten Ländern weitgehend eingedämmt werden.

Komplement-gerichtete Therapien sind eines der aufstrebenden Gebiete der modernen Medizin. Medikamente wie Eculizumab, ein monoklonaler Antikörper gegen Komplement, werden zur Behandlung von paroxysmaler nächtlicher Hämoglobinurie und atypischer hämolytisch-urämischer Syndrom eingesetzt.

Weniger bekannte Fakten

• Obwohl Bordet im Labor von Mechnikov am Pasteur-Institut arbeitete, richtete er seine Forschung auf die humorale Immunität aus. Dies zeigt, dass er einen unabhängigen Weg von Mechnikovs Ansatz der zellulären Immunität verfolgte.
• Das Prinzip der Komplementfixierung von Bordet wurde von Wassermann für die Diagnose der Syphilis adaptiert und wurde eines der am häufigsten verwendeten serologischen Tests des zwanzigsten Jahrhunderts.
• Der Keuchhusten-Bazillus wird zu Ehren von Bordet in der Gattung Bordetella klassifiziert – ein Beispiel dafür, wie der Name eines Wissenschaftlers in der mikrobiologischen Taxonomie verewigt wird.
• Bordet erhielt seinen Nobelpreis ein Jahr später aufgrund des Ersten Weltkriegs. Er hatte die Kriegsjahre in Belgien verbracht, das von Deutschland besetzt war.
• Bordet erreichte das hohe Alter von neunzig Jahren und zählt damit zu den langlebigsten Nobelpreisträgern für Medizin. Bis kurz vor seinem Tod nahm er weiterhin aktiv am wissenschaftlichen Geschehen teil.
• Es gab eine Debatte zwischen Bordet und Ehrlich über die Terminologie des Komplements. Bordet bevorzugte den Begriff „Alexin“, während Ehrlich „Komplement“ vorschlug; letztendlich setzte sich Ehrlichs Begriff durch.
• Auch Paul Bordet, der Sohn von Bordet, arbeitete als Mikrobiologe und war am Brüsseler Pasteur-Institut tätig, das sein Vater gegründet hatte.