Mikroorganismen und Immunsystem: Anwendungen und Grundlagen

Industrielle Anwendungen von Mikroorganismen

Mikroorganismen spielen eine entscheidende Rolle in verschiedenen industriellen Prozessen. Sie werden sorgfältig gemischt und mit Nährlösung versetzt, wobei Gase durch Ventile entweichen und Endprodukte der Fermentation gewonnen werden.

Fermentation und Biotechnologie

• Alkoholische Gärung: Beispiele hierfür sind die Herstellung von Wein oder die Gewinnung von Ethanol.
• Milchsäuregärung: Hierbei werden Stoffe wie Milchsäure gewonnen, die zur Behandlung von Anämie oder als Weichmacher eingesetzt werden können.
• Essigproduktion: Bestimmte Bakterien bauen Ethanol zu Essigsäure ab.

Produktion von Antibiotika

Antibiotika sind Substanzen, die von Mikroorganismen produziert werden und das Wachstum oder die Lebensfähigkeit anderer Lebewesen beeinflussen. Ein bekanntes Beispiel ist Penicillin, das die Synthese der Bakterienzellwand hemmt und die Proteinsynthese stört. In der industriellen Herstellung von Antibiotika liegt der Fokus auf der Steigerung der Leistungsfähigkeit der Stämme und der Verbesserung der Gewinnungsprozesse.

Gewinnung von Vitaminen und Enzymen

Mikroorganismen werden auch zur Produktion von Aminosäuren (AA) und Enzymen genutzt.

Biologische Schädlingsbekämpfung

Mikroorganismen werden gezielt eingesetzt, um schädliche Mikroorganismen oder Insekten in der Landwirtschaft zu bekämpfen. Sie können sowohl erwachsene Schädlinge als auch deren Larven kontrollieren, wodurch die Toxizität herkömmlicher Insektizide vermieden wird.

Abwasserreinigung

In Kläranlagen werden Mikroorganismen eingesetzt, um organische Substanzen im Abwasser zu oxidieren. Dieser Prozess kann anaerob oder in belüfteten Tanks erfolgen. Die Menge an organischer Substanz im Abwasser wird oft durch den Biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB) gemessen, der die Fähigkeit einer Wassermasse angibt, Sauerstoff zu verbrauchen.

Zelluläre und Molekulare Immunologie

Lymphozyten: Spezifische Immunantwort

Lymphozyten stammen aus dem Knochenmark und sind verantwortlich für die spezifische Erkennung von Pathogenen. Sie benötigen die Zusammenarbeit mit spezifischen Zellen, wie zum Beispiel Makrophagen, die als Antigen-präsentierende Zellen (APCs) fungieren.

Antigen-präsentierende Zellen (APCs)

APCs präsentieren Proteine, sogenannte Antigene, über den MHC-Komplex (Major Histocompatibility Complex). Man unterscheidet verschiedene Typen von Lymphozyten:

Typen von Lymphozyten

• B-Lymphozyten: Erkennen Antigene und entwickeln sich zu Plasmazellen, die für die Produktion spezifischer Antikörper verantwortlich sind.
• T-Lymphozyten: Reifen im Thymus und sind für die zelluläre Immunität zuständig. Innerhalb der T-Lymphozyten gibt es verschiedene Untergruppen:
  • Helfer-T-Zellen (TH1 & TH2):
    • TH1: Wirken auf Makrophagen und fördern zytotoxische T-Zellen.
    • TH2: Unterstützen B-Lymphozyten und deren Proliferation sowie Sekretion.
  • Zytotoxische T-Lymphozyten (CTL): Töten infizierte Zellen oder Krebszellen direkt ab.
  • Suppressor-T-Zellen: Produzieren unterdrückende Maßnahmen der Immunantwort.

Lymphatische Organe

Die lymphatischen Organe sind wesentliche Bestandteile des Immunsystems:

• Primäre lymphatische Organe: Hier werden Leukozyten produziert und differenziert. Dazu gehören das hämatopoetische Knochenmark und der Thymus.
• Sekundäre lymphatische Organe: Hier finden die Wechselwirkungen statt, die für die Aktivierung spezifischer Zellen erforderlich sind. Beispiele sind die Milz und das lymphatische Gewebe (z.B. Lymphknoten).

Moleküle der Immunantwort: Antikörper & Antigene

Antikörper (Immunglobuline)

Antikörper sind Proteine, die von Plasmazellen produziert werden und an Antigene binden, wodurch deren Wirkung blockiert wird. Sie sind entscheidend für die humorale Immunantwort, die in Körperflüssigkeiten stattfindet. Antikörper spielen eine Rolle bei bestimmten medizinischen Bedingungen wie Transfusionen, Allergien und Autoimmunerkrankungen. Die Antigen-Antikörper-Bindung zeichnet sich durch hohe Spezifität aus; sie kann Gifte und Mikroben neutralisieren, zur Agglutination führen, Komplexe bilden und Phagozyten zur Zerstörung anregen. Antikörpermoleküle sind Y-förmige, kugelförmige Glykoproteine, die als Immunglobuline bezeichnet werden.

Antigene

Antigene sind Moleküle, die spezifische Immunreaktionen hervorrufen. Fast alle Polysaccharide und Proteine können als Antigene wirken. Es ist wichtig zu beachten, dass nur ein kleiner Bereich des Antigens, das sogenannte Epitop, von den Immunzellen erkannt wird.