Immunologie: Angeborene und erworbene Immunität, Impfung und Abwehrmechanismen

Immunologie

Immunität: Die Eigenschaft, gegen eine bestimmte Krankheit (meist überwindbar) unverwundbar zu sein. Die Immunologie ist spezifisch (z.B. Windpocken) und kann lebenslang sein (z.B. Typhus). Sie sollte nicht mit Krankheitsresistenz verwechselt werden. Die Immunologie ist die wissenschaftliche Studie der Immunität und des Immunsystems.

Arten der Immunität

Angeborene Immunität (vererbt):

• Art: Betrifft Individuen einer Spezies.
• Rasse: Betrifft nur bestimmte Gruppen oder Populationen einer Spezies.
• Individuell: Betrifft nur eine bestimmte Person.

Erworbene Immunität (im Laufe des Lebens):

• Natürlich (nicht künstlich induziert):
  • Aktiv erworben: Nach dem Durchmachen einer ansteckenden Krankheit.
  • Passiv erworben: Während der embryonalen Entwicklung durch mütterliche Antikörper in der Muttermilch.
• Künstlich (durch künstliche Mittel verursacht):
  • Aktiv: Durch die Verabreichung von Impfstoffen.
  • Passiv: Durch die Verabreichung von Serum.

Künstliche Immunität: Impfung

Der englische Arzt Edward Jenner stellte Ende des 18. Jahrhunderts fest, dass Menschen, die mit Kuhpocken infiziert waren, immun gegen Pocken waren. Der Impfstoff besteht aus der absichtlichen Exposition gegenüber einem abgetöteten oder abgeschwächten Toxin oder Pathogen. Es gibt Impfstoffe gegen viele Infektionskrankheiten wie Tuberkulose und Tetanus. Die Impfung bewirkt, dass das Immunsystem spezifische Antikörper bildet.

Serotherapie

Besteht aus der Injektion von spezifischen Antikörpern (Antiserum), die aus dem Serum eines Tieres gewonnen werden.

Unterschiede zwischen Impfung und Serotherapie

Impfung:

1. Das Immunsystem ist aktiv beteiligt.
2. Eine vorbeugende Maßnahme.
3. Gedächtniszellen sind beteiligt und bilden Antikörper gegen den Organismus selbst.
4. Ihre Wirkung ist langanhaltend.

Serotherapie:

1. Das Immunsystem ist nicht aktiv beteiligt.
2. Eine kurative Maßnahme.
3. Es werden keine körpereigenen Antikörper gebildet.
4. Die Wirkung ist vorübergehend.

Seren werden gegen Infektionskrankheiten wie Scharlach, Botulismus und Tetanus eingesetzt.

Abwehrmechanismen des Körpers

Primäre Abwehrbarrieren: Die Haut, Sekrete und alle Öffnungen des Körpers bilden die primären Abwehrbarrieren. Die Haut von Säugetieren ist eine unüberwindbare physikalische Barriere für Mikroorganismen. Die Verhornung, Dicke und Schuppung der Zellschichten tragen dazu bei. Schweiß bestimmt den pH-Wert. Die Bakterienflora der Haut verhindert die Ansiedlung und Entwicklung anderer Mikroben. Lysozym ist in der Lage, die Mureinschicht zu zerstören. Im Sperma ist Spermin enthalten. In der Schleimhaut der Atemwege werden Partikel durch Niesen und Schleim entfernt, der durch die Bewegung der Flimmerzellen und Husten abtransportiert wird.

Sekundäre Barrieren: Wenn Mikroben die primären Barrieren überwinden, werden phagozytäre Zellen aktiv. Weiße Blutkörperchen (Leukozyten) mit phagozytären Fähigkeiten sind Monozyten (Makrophagen) und Neutrophile.

Phagozyten: Monozyten wandern nach einigen Tagen in die Blutbahn, Lunge, Leber, Milz usw. und verwandeln sich in Makrophagen. Neutrophile Granulozyten sind Teil der Blutbahn, werden aber durch chemotaktische Signale in infiziertes Gewebe gelockt.

Entzündung

Eine sofortige Immunantwort, die keine vorherige Sensibilisierung erfordert. Sie wird durch die Phagozytose von Krankheitserregern ausgelöst. Betroffene Zellen setzen Substanzen (Entzündungsmediatoren) frei. Die Entzündung führt zu einer Ansammlung von Leukozyten, Vasodilatation, erhöhter Temperatur (Fieber) usw.

Chemische Entzündungsmediatoren

• Histamin: Wird von Mastzellen freigesetzt. Verursacht Vasodilatation und erhöhte Kapillarpermeabilität.
• Opsonine: Substanzen, die die Phagozytose von Bakterien erleichtern. Sie bilden eine Brücke zwischen den Rezeptoren der Phagozyten und der bakteriellen Zellwand.
• Pyrogene: Fieberauslösende Substanzen. Wirken auf das Wärmeregulationszentrum im Hypothalamus. Zu den exogenen Pyrogenen gehören Endotoxine von gramnegativen Bakterien. Makrophagen setzen endogenes Interleukin-1 frei.
• Akute-Phase-Proteine: Serumproteine, die hauptsächlich in der Leber produziert werden und deren Konzentration als Reaktion auf eine Infektion steigt.
• Prostaglandine: Erzeugen Schmerzempfindungen durch die Stimulation von Nervenenden. Prostaglandine sind Botenstoffe, ebenso wie Histamin, Serotonin, Bradykinin und Leukotriene.
• Komplementsystem: Ein System aus etwa 20 Proteinen (Globuline), die die Immunantwort unterstützen. Sie binden an Antigen-Antikörper-Komplexe (manchmal direkt an Polysaccharide von Bakterien) und fördern die Lyse von Mikroorganismen. Die Komplementkaskade führt zur Bildung von Proteasen, die Poren in der Zellmembran des Mikroorganismus bilden. Das Komplementsystem ist auch an der Freisetzung von Histaminen durch Mastzellen beteiligt.
• Interferon: Kleine Proteine, die von T-Lymphozyten, Leukozyten und Fibroblasten produziert werden und die Virusreplikation stören. Es gibt drei Arten: α, β und γ. α und β werden von Leukozyten und Fibroblasten als Reaktion auf Viren produziert. γ wird von T-Lymphozyten und NK-Zellen als Reaktion auf fremde Antigene von Viren, Bakterien und Tumorzellen produziert.

Spezifische Abwehrmechanismen: Das Immunsystem

Immunsystem: Umfasst Zellen, Gewebe und Moleküle, die an Immunisierungsprozessen beteiligt sind. Jedes Molekül oder jeder „fremde“ Körper, der das Immunsystem aktiviert, ist ein Antigen. Antigene können Toxine oder Fremdstoffe (von Mikroben oder mehrzelligen Organismen produziert) sowie körpereigene Tumorkomponenten sein.

Reaktionen des Immunsystems

Gegen ein Antigen können zwei Arten von Reaktionen ausgelöst werden: zelluläre und humorale Reaktionen. Die beteiligten Lymphozyten bilden sich in den lymphatischen Organen, transformieren und reifen dort.

Lymphozyten

Blutzellen, die im Kindesalter entstehen und immunkompetente Zellen sind, da sie an der humoralen und zellulären Immunität beteiligt sind. Lymphozyten stammen von pluripotenten Stammzellen, die auch andere Leukozyten, Erythrozyten und Thrombozyten bilden können. Lymphozyten können im Knochenmark oder im Thymus reifen (B- und T-Zellen). Bei Erwachsenen befinden sich die Stammzellen des Knochenmarks in den roten Knochenmarkzellen.

Unterschiede zwischen T- und B-Lymphozyten

T-Lymphozyten:

• Entstehen im Thymus.
• Sind an der zellulären Immunität beteiligt.
• Ihre Membranrezeptoren erkennen kleine Antigenfragmente, die an Membranproteine (MHC) von normalen Zellen gebunden sind.
• Werden durch harte Röntgenstrahlung inaktiviert.

B-Lymphozyten:

• Entstehen bei Vögeln in der Bursa Fabricii und bei Säugetieren im roten Knochenmark.
• Sind an der humoralen Immunität beteiligt.
• Ihre Membranrezeptoren erkennen intakte Antigene.
• Werden sehr leicht durch Röntgenstrahlung inaktiviert.

Antigenpräsentierende Zellen (MHC)

Antigenpräsentierende Zellen sind Makrophagen im Blut, dendritische Zellen in lymphatischen Organen und Langerhans-Zellen in der Haut. Sie aktivieren T-Lymphozyten, indem sie ihnen Antigene in Verbindung mit MHC-Molekülen auf ihrer Membran präsentieren. Die Präsentation erfolgt in folgenden Schritten:

1. Aufnahme von Antigenen durch Endozytose.
2. Abbau von Antigenen durch Endozytose.
3. Präsentation einiger dieser Peptide in Verbindung mit MHC-Komplexen (Typ I, wenn die Antigene von Tumorzellen stammen; Typ II, wenn sie aus der Endozytose stammen).

MHC-Komplex: Eine Gruppe von Genen, die Glykoproteine auf der Zelloberfläche kodieren. MHC-Moleküle weisen einen hohen Grad an Polymorphismus auf, befinden sich auf Chromosom 6 und bestehen aus etwa 20 verschiedenen Genen mit jeweils 8-10 Allelen. Beim Menschen werden MHC-Proteine als HLA-Proteine bezeichnet. Die Rolle der MHC-Glykoproteine besteht darin, Antigene T-Zellen zu präsentieren und die individuellen Merkmale des Immunsystems zu bestimmen.

Rotes Knochenmark: Bei Erwachsenen befinden sich hier die Stammzellen, die Vorläufer der Lymphozyten sind. B-Zellen reifen im Knochenmark oder wandern in den Thymus und werden zu T-Lymphozyten.

Thymus: Ein Organ, das bei Erwachsenen verkümmert und hauptsächlich für die Entwicklung von T-Lymphozyten verantwortlich ist.

Milz: Filtert das Blut und entfernt fehlerhafte Erythrozyten und Leukozyten. Sie enthält Bereiche, die reich an B- und T-Lymphozyten sind.

Antigene

Jede Substanz, die eine Immunantwort auslösen kann. Makromoleküle sind in der Regel von anderen Spezies oder Individuen derselben Spezies. Antigene können auch Moleküle des eigenen Organismus sein. Der spezifische Bereich eines Antigens, der an einen Zellmembranrezeptor oder Antikörper bindet, wird als Determinante bezeichnet. Je nach Anzahl spricht man von einwertigen oder mehrwertigen Antigenen.

Antikörper

Antikörper haben eine Y-förmige Struktur. Sie bestehen aus vier Polypeptidketten: zwei schweren Ketten (H) und zwei leichten Ketten (L), die durch Disulfidbrücken verbunden sind. Jede Kette hat eine variable und eine konstante Domäne. Die konstante Domäne kann an Zellmembranrezeptoren oder das Komplementsystem binden. Die hypervariablen Regionen sind für die Antigenbindung zuständig. Die Hinge-Region ist flexibel. Antikörper können von Zellen abgesondert werden oder an die Plasmamembran von T-Zellen gebunden sein.

Lymphozyten und die klonale Selektion

• Positive Selektion: T-Zellen, deren Rezeptoren nicht mit MHC-Molekülen interagieren, werden eliminiert.
• Negative Selektion: T-Zellen, deren Rezeptoren mit körpereigenen Antigenen interagieren, werden eliminiert.

Nur T-Zellen, deren Rezeptoren mit MHC-Molekülen, aber nicht mit körpereigenen Antigenen interagieren, überleben.

Reaktionen, die durch die Antigen-Antikörper-Bindung ausgelöst werden

Nicht-kovalente Bindungen zwischen Antigen und Antikörper bilden den Antigen-Antikörper-Komplex. Ein einzelnes Antigen kann mehrere Determinanten aufweisen und mehrere Antikörper binden. Die Bindung löst eine Reihe von Reaktionen aus:

• Agglutinationsreaktionen: Wenn inkompatible Blutgruppen zusammengebracht werden.
• Präzipitationsreaktionen: Wenn lösliche Antigene multifunktional sind.
• Neutralisationsreaktionen: Antikörper binden an Oberflächen von Krankheitserregern und verhindern, dass sie Zellen infizieren. Wird häufig bei Viren eingesetzt.
• Opsonisierungsreaktionen: Antikörper binden an Membranantigene und markieren Krankheitserreger für die Phagozytose.

Autoimmunität

Produktion von Antikörpern gegen körpereigene Moleküle (Autoantigene). Ursachen können die Freisetzung von Proteinen (Augengewebe, Gehirn, Samenzellen) in die Blutbahn sein, die normalerweise nicht mit dem Immunsystem in Kontakt kommen. Autoaktive Lymphozyten (die im Thymus entfernt werden sollten) können ebenfalls eine Rolle spielen. Molekulare Mimikry durch Bakterien und Viren kann ebenfalls eine Ursache sein.

Autoimmunerkrankungen

Multiple Sklerose: Gehirn und Rückenmark. Lupus erythematodes: Verschiedene Gewebe, DNA, Thrombozyten. Psoriasis: Haut. Basedow-Krankheit: Schilddrüse. Addison-Krankheit: Nebenniere. Perniziöse Anämie: Zellen der Magenschleimhaut. Autoimmunhämolytische Anämie: Erythrozyten. Rheumatoide Arthritis: Bindegewebe. Juveniler Diabetes: Zellen der Bauchspeicheldrüse.

Allergien

Überempfindlichkeitsreaktionen auf harmlose oder weniger gefährliche Antigene (Pollen, Sporen, Proteine, Nahrungsmittel usw.). Die übermäßige Überempfindlichkeit (Anaphylaxie) kann zu sofortigen oder verzögerten Reaktionen führen.

Sofortige Überempfindlichkeit: Beim ersten Kontakt treten keine Symptome auf, aber es kommt zu Veränderungen: Makrophagen nehmen Allergene auf und präsentieren sie auf MHC-Molekülen. T-Lymphozyten erkennen sie und setzen Interleukin-4 frei. Dieses Zytokin bewirkt, dass B-Zellen zu Plasmazellen reifen, die IgE-Antikörper produzieren. Diese Antikörper binden an spezifische Rezeptoren auf Mastzellen und Basophilen. Beim zweiten Kontakt binden die Allergene direkt an die IgE-Antikörper auf den Mastzellen und Basophilen, wodurch allergische Mediatoren freigesetzt werden.

Verzögerte Überempfindlichkeit: Die Symptome treten Stunden oder Tage nach der zweiten Exposition gegenüber dem Allergen auf. In diesem Fall setzen T-Zellen Interleukine und Interferon-γ frei, die Monozyten und Neutrophile aktivieren. Diese bilden Granulome und setzen hydrolytische Enzyme frei, die das umliegende Gewebe zerstören können.

Rekombinante DNA

Erfordert die Verwendung von Restriktionsenzymen, die als molekulare Scheren fungieren. Diese Enzyme werden aus Bakterien isoliert und erkennen spezifische DNA-Sequenzen.

Granulozyten und Agranulozyten

Granulozyten: Basophile (zirkulierend), Mastzellen (nicht zirkulierend), Eosinophile (zirkulierend), Neutrophile (zirkulierend), NK-Zellen (zirkulierend). Agranulozyten: Monozyten (zirkulierend), Makrophagen (nicht zirkulierend), Plasmazellen (nicht zirkulierend), B- und T-Lymphozyten.

T.10

37. D) Eine mikrobielle Krankheit betrifft viele Teile der Erde. 38.: e) Alle oben genannten. 39. D) Die Art der Proteine sind Endotoxine. 40. B) Antibiotika. 41. A) Umfasst Proteine der Gruppe der Globuline. 42. e) Alle oben genannten. 43. a) Die zelluläre Immunität ist. 44. Produziert von B-Zellen. 45. e) Das rote Knochenmark. 46. c) Malaria. 47. c) Sind thermostabil. 48. e) Verletzungen der Haut. 49. d) Cholera und Amöbenruhr. 50. b) Die künstliche aktive. 51. b) Binden Peptidantigene an MHC-Proteine der Plasmamembran. 52. D) Opsonisierungsreaktion.

T.11

23. D) Auf der Oberfläche der Membran aller Zellen. 24. C) Die mit Interferon γ. 25. C) Verwendung ionisierender Strahlung zur lokalen Behandlung von Krebs. 26. c) Überempfindlichkeit. 27. b) Bezogen auf die Myelinscheide der Axone von Neuronen. 28. c) Autoantigene. 29. a) Substanzen, die von T-Zellen produziert werden. 30. d) Mikroorganismen können sie produzieren, wie das AIDS-Virus. 31. d) Das Virus kann von der Mutter über die Plazenta auf das infizierte Kind übertragen werden. 32. d) Ist. 33. Gekennzeichnet durch verschiedene Erkrankungen wie das Kaposi-Sarkom, Kachexie und HIV-Enzephalopathie, opportunistische Infektionen und Lymphome. 34. e) Verhindern die Vermehrung von HIV. 35. d) Gewonnen aus geklonten Zellen, Hybridomen. 36. d) Wenn Spender und Empfänger dieselbe Person sind, spricht man von Autotransplantaten.