Kann sich die Blutgruppe eines Menschen ändern? Kann in Zukunft jede Blutgruppe in die „universelle“ Blutgruppe O umgewandelt werden?丨Weltblutspendetag

Der 14. Juni ist Weltblutspendetag. Von den Straßen der Stadt bis in abgelegene Dörfer, von jungen Studenten bis zu älteren Menschen bringen unzählige Blutspender mit ihrem Handeln die große Liebe zur Menschheit zum Ausdruck. Ihre guten Taten retteten nicht nur zahllose sterbende Leben, sondern bauten auch eine solide Verteidigungslinie für die soziale Gesundheit auf.

Derzeit ist der Mensch nicht in der Lage, Blut zu produzieren und das dringend benötigte Blut ist weiterhin auf Spenden anderer angewiesen. Bei einer Bluttransfusion kann eine falsche Blutgruppe jedoch tödlich sein. Manchmal kann es trotz ausreichender Blutversorgung in der Blutbank zu einem Mangel kommen, weil die Blutgruppen nicht übereinstimmen.

Kürzlich gelang es Wissenschaftlern der Technischen Universität Dänemark, Blut der Gruppen A und B mithilfe eines bakteriellen Enzyms im Darm in Blut der Gruppe O umzuwandeln. Dieser Durchbruch dürfte das Problem des Blutmangels lindern.

Schematische Darstellung des Erythrozyten-Identifizierungssystems (Bildquelle: AI-Synthese)

Wenn wir eine Bluttransfusion erhalten und die Blutgruppe nicht mit unserer übereinstimmt, erkennt das Immunsystem fremde Antigene und produziert Antikörper zum Angriff, was zu einer schweren Immunreaktion führt.

Daher kann durch die Übereinstimmung der Blutgruppen sichergestellt werden, dass die roten Blutkörperchen Sauerstoff problemlos übertragen können, ohne vom Immunsystem abgestoßen zu werden. Das Verständnis der Beziehung zwischen Blutgruppen und Antigenen hilft dabei, Bluttransfusionen und Organtransplantationen sicher durchzuführen.

Ist die Blutgruppe 0 wirklich allmächtig?

Blut der Gruppe 0 wird oft als „universelle Blutgruppe“ bezeichnet, da die roten Blutkörperchen der Gruppe 0 auf ihrer Oberfläche keine Antigene der Gruppen A oder B aufweisen und daher bei Empfängern anderer Blutgruppen wahrscheinlich keine Immunreaktion hervorrufen. Sie sind mit den meisten anderen Blutgruppen kompatibel, sodass sich Blut der Gruppe 0 besonders gut für Bluttransfusionen in Notfallsituationen eignet. Diese Verträglichkeit gilt jedoch in erster Linie für Transfusionen von roten Blutkörperchen, nicht von Plasma.

Rote Blutkörperchen der Gruppe O sind vielseitig einsetzbar, Plasma der Gruppe O hingegen nicht . Plasma der Blutgruppe 0 enthält Anti-A- und Anti-B-Antikörper, die rote Blutkörperchen angreifen, die entweder A- oder B-Antigene enthalten. Daher muss bei der Plasmatransfusion die Blutgruppe des Empfängers übereinstimmen, um Immunreaktionen und Komplikationen zu vermeiden.

Rote Blutkörperchen im Blut (Bildquelle: AI-Synthese)

Neben dem ABO-Blutgruppensystem gibt es auch das Rh-Blutgruppensystem.

Der Rhesusfaktor wurde erstmals 1940 von Karl Landsteiner und Alexander Wiener in den roten Blutkörperchen von Rhesusaffen entdeckt, daher der Name Rhesusfaktor. Später wurde dieses Antigen auch im menschlichen Blut gefunden. Die Klassifizierung basiert auf dem Vorhandensein oder Fehlen eines bestimmten Proteins (Rh-Faktor genannt) auf der Membran der roten Blutkörperchen. Der Rh-Faktor wird auch RhD-Antigen genannt. Wenn dieses Antigen auf den roten Blutkörperchen vorhanden ist, spricht man von Rh-positiv (Rh+); Wenn dieses Antigen nicht vorhanden ist, spricht man von Rh-negativ (Rh-).

Blut der Gruppe O Rh-negativ gilt als das „universellste“, da es weder Antigene der Gruppen A oder B noch Rh-Antigene enthält. Diese Blutgruppe ist in Notfallsituationen besonders wichtig, da sie selten eine Immunreaktion hervorruft.

Allerdings ist Rh-negatives Blut der Blutgruppe 0 weltweit relativ knapp, sodass in nicht dringenden Situationen Bluttransfusionen mit der passenden Blutgruppe weiterhin Vorrang haben, um eine rationelle Nutzung der Ressourcen zu gewährleisten.

Durchführung einer Operation an roten Blutkörperchen zur Änderung der Blutgruppe

Die ABO-Blutgruppe der roten Blutkörperchen hängt von der Struktur der Oligosaccharidketten auf ihrer Oberfläche ab. Oligosaccharidketten sind kurzkettige Kohlenhydratmoleküle, die aus mehreren Monosaccharidmolekülen bestehen, die durch glykosidische Bindungen verbunden sind. Sie bestehen meist aus 2 bis 10 Monosacchariden und liegen zwischen einfachen Monosacchariden und komplexen Polysacchariden. Rote Blutkörperchen der Gruppe O weisen weder A- noch B-Antigene auf, besitzen jedoch das H-Antigen. Das H-Antigen besteht aus einer Fucose, die an einen Oligosaccharidkettenvorläufer angehängt ist. Mit Ausnahme des äußerst seltenen Bombay-Typs haben fast alle Menschen das H-Antigen auf ihren roten Blutkörperchen.

Das A-Gen von Individuen vom Typ A kodiert N-Acetylgalactosamin-Transferase, ein Enzym, das ein N-Acetylgalactosamin an das Ende des H-Antigens anfügt und so das A-Antigen bildet. Das B-Gen von Individuen vom Typ B kodiert Galactosyltransferase, ein Enzym, das eine Galactose an das Ende des H-Antigens anfügt, um das B-Antigen zu bilden.

An diesem Punkt sind alle vielleicht etwas verwirrt. Bitte schauen Sie sich das Bild unten an. Vereinfacht ausgedrückt: Die roten Blutkörperchen der Blutgruppe A haben nur ein N-Acetylglucose-Molekül mehr als die roten Blutkörperchen der Blutgruppe 0. und die roten Blutkörperchen der Blutgruppe B haben nur ein Galaktosemolekül mehr als die roten Blutkörperchen der Blutgruppe 0.

Schematische Darstellung der roten Blutkörperchen vom Typ A/B/O (Bildquelle: vom Autor gezeichnet)

Gibt es also ein skalpellähnliches Werkzeug, mit dem man überschüssige N-Acetylglucose und Galactose aus den roten Blutkörperchen der Typen A/B entfernen kann?

Es existiert wirklich. Mithilfe einiger biologischer Enzyme können Sie Operationen an roten Blutkörperchen durchführen!

Schematische Darstellung der Durchführung einer Operation an roten Blutkörperchen mithilfe biologischer Enzyme (Bildquelle: vom Autor gezeichnet)

Die Blutgruppenumwandlung ist keine neue Technologie

Bereits in den 1950er und 1960er Jahren wurde in Studien festgestellt, dass Enzyme bestimmter Bakterien A- und B-Antigene von der Oberfläche roter Blutkörperchen entfernen können. Diese Erkenntnisse eröffneten den Wissenschaftlern die Möglichkeit, die Blutgruppe durch Enzyme zu verändern. Anfang der 1980er Jahre verwendeten Wissenschaftler des New York Blood Center in einem kleinen Versuch mit Freiwilligen ein Enzym aus Kaffeebohnen, um rote Blutkörperchen der Gruppe B in Blutkörperchen der Gruppe 0 umzuwandeln. Die Ergebnisse zeigten, dass diese umgewandelten roten Blutkörperchen des Typs O eine normale Aktivität aufwiesen und im Körper überlebten.

In den 1990er Jahren wurde die Forschung weiter ausgeweitet und die aufbereiteten roten Blutkörperchen des Typs B wurden gesunden Freiwilligen der Typen 0 und A übertragen, wobei es in den allermeisten Fällen zu keinen Nebenwirkungen kam.

Im Jahr 2000 transfundierten Wissenschaftler der Harvard Medical School dann 21 Patienten mit den Blutgruppen A oder 0 modifizierte rote Blutkörperchen der Gruppe O. Die Testergebnisse zeigten, dass der Hämoglobinspiegel der Testgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe normal war und auch die Überlebensdauer der roten Blutkörperchen normal war. Bereits zwei Wochen nach der Bluttransfusion stieg bei fünf Patienten der Anti-B-Titer an, d. h. die Konzentration der Antikörper gegen Erythrozyten-Antigene vom Typ B im Blut nahm zu, es wurden jedoch keine weiteren Nebenwirkungen beobachtet.

Ihnen ist vielleicht aufgefallen, dass sich die Wissenschaftler in frühen Studien hauptsächlich auf die Umwandlung roter Blutkörperchen des Typs B und nicht auf die Umwandlung roter Blutkörperchen des Typs A konzentrierten. Der Hauptgrund besteht darin, dass die Expression des A-Antigens auf roten Blutkörperchen komplizierter und nicht so einfach ist wie im obigen Diagramm.

Das A-Antigen besteht aus einer Reihe von Zuckermolekülen, die über N-Acetylgalactosamin (GalNAc) an die Oberfläche der roten Blutkörperchen gebunden sind. Rote Blutkörperchen vom Typ A verfügen nicht nur über A-Antigene, sondern auch über eine Vielzahl unterschiedlicher A-Subtypen. Die Strukturen dieser Subtypen sind komplex und vielfältig, was es für ein einzelnes Enzym schwierig macht, alle Arten von A-Antigenen effizient zu entfernen.

Die Expression des A-Antigens auf roten Blutkörperchen ist relativ komplex (schematische Darstellung) (Bildquelle: AI-Synthese)

Klinische Anwendungsaussichten der Blutgruppenumstellung

Im Jahr 2022 gelang es Wissenschaftlern der Universität Cambridge, die Blutgruppe der Nieren dreier verstorbener Spender auf die Blutgruppe 0 umzustellen. Bei der Studie wurde ein Gerät namens „Perfusionsmaschine mit geregelter Temperatur“ eingesetzt, um gespendete Nieren mit Blut zu perfundieren, das bestimmte Enzyme enthielt, die Blutgruppenmarker aus der Auskleidung der Blutgefäße der Niere entfernten und die Nieren so in die allgemein anerkannte Blutgruppe 0 umwandelten. Dieses bahnbrechende Forschungsergebnis wird hoffentlich die Wartezeit für Patienten auf eine Nierentransplantation verkürzen und die Erfolgsrate von Transplantationen erhöhen.

In einem kürzlich in Nature Microbiology veröffentlichten Artikel berichteten Forscher der Technischen Universität Dänemark und der Universität Lund in Schweden über eine wichtige Entdeckung. Sie entdeckten eine Gruppe von Enzymen in Akkermansia muciniphila (AKK), einem Bakterium, das den Darm besiedelt (ein Prozess, bei dem sich Mikroorganismen in bestimmten Teilen des Wirtes ansiedeln und sich zu vermehren beginnen), die bekannte und bisher unbekannte Antigene in menschlichen roten Blutkörperchen umwandeln und das Blut so in Blut der Gruppe 0 verwandeln können.

Das Forschungsteam führte einen biochemischen Screening-Vorgang auf von Akkermansia muciniphila produzierte Enzyme durch, die in der Lage sind, Glykane im Schleim abzubauen. Sie entdeckten eine einzigartige Kombination von Enzymen, die rote Blutkörperchen vom Typ A und Typ B effizient in Blutkörperchen vom Typ O umwandeln können. Diese Enzyme sind auch gegen die kürzlich entdeckten erweiterten Typen von A- und B-Antigenen wirksam und reduzieren Fehlpaarungsreaktionen im Test, insbesondere bei umgeschalteten roten Blutkörperchen vom Typ B. Sogar für das A-Antigen und sein erweitertes Antigen auf der Oberfläche der roten Blutkörperchen mit relativ komplexen Strukturen ist die Entfernungseffizienz von AKK ziemlich hoch. Sie fanden heraus, dass nur 0,5 μM AmGH36A (ein AKK) erforderlich waren, um das A-Antigen von drei Spendern innerhalb von 30 Minuten vollständig umzuwandeln.

Man geht davon aus, dass diese Entdeckung zu einem potenziellen klinischen Instrument werden könnte, um die Versorgung mit universell verträglichem Blut zu erhöhen und einen neuen Weg zur Lösung des Widerspruchs zwischen Blutangebot und -nachfrage zu bieten.

Schematische Darstellung der Antigene der Blutgruppen A, B und O auf roten Blutkörperchen und Mucin (Bildquelle: Referenz 1)

Abschluss

Der Fortschritt der wissenschaftlichen Forschung ist spannend. Vielleicht können wir in Zukunft mithilfe der Technologie zur Blutgruppenkonvertierung das Problem der „voreingenommenen“ Blutversorgung wirksam lösen und eine ausgewogenere Verteilung der Blutressourcen erreichen. Allerdings sind Bioengineering-Technologien wie die Blutgruppentransformation roter Blutkörperchen und die durch Stammzellen induzierte Differenzierung roter Blutkörperchen hinsichtlich der Herstellungseffizienz, der Produktstabilität, der langfristigen Sicherheit und der wirtschaftlichen Kosten noch immer mit enormen Herausforderungen verbunden. Bis diese Technologien standardisiert und im großen Maßstab im klinischen Umfeld eingesetzt werden können, ist noch ein weiter Weg vor sich.

Obwohl die klinischen Anwendungsaussichten für künstlich verändertes Blut vielfältig sind, bergen sie auch viele Unsicherheiten und technische Schwierigkeiten. Derzeit ist die Blutversorgung noch überwiegend auf freiwillige Blutspenden und regelmäßige Blutspenden angewiesen. Regelmäßige Blutspenden können nicht nur den dringenden Bedarf an Blut decken, sondern durch wissenschaftliches Management und sinnvolle Zuteilung auch die Nutzungseffizienz der Blutressourcen verbessern.

Verweise

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[7]MacMillan, Serena, et al. „Enzymatische Umwandlung der Nieren der menschlichen Blutgruppe A in die universelle Blutgruppe O.“ Nature Communications 15.1 (2024): 2795.

Planung und Produktion

Produziert von Science Popularization China

Autor: Denovo-Team

Produzent: China Science Expo

Herausgeber: Wang Mengru

Korrekturgelesen von Xu Lailinlin