Bakterien, Viren, Immunbio

Immunbiologie II VORSSA 2009/CK 1. Bakterien und Infektionskrankheiten Der Begriff Infektion stammt aus dem Lateinischen (inficere) und bedeutet soviel wie „etwas Schädliches hineintun“. Gemeint ist damit, dass kleinste Mikroorganismen (Bakterien, Viren, Pilze und Parasiten) eindringen, sich ansiedeln und schnell vermehren. Nur die wenigsten Infektionen führen zu einer erkennbaren Erkrankung. Es muss eine Krankheitsbereitschaft (Disposition) des betroffenen Menschen vorhanden sein. Erst bei Vorliegen von Symptomen sprechen wir von einer Infektionskrankheit. 1.1. Geschichte der Infektionskrankheiten Infektionskrankheiten sind seit vielen Jahrtausenden bekannt, doch erst in den letzten hundert Jahren begann man zu erkennen, dass sie durch winzig kleine, unsichtbare Keime hervorgerufen werden. Im Mittelalter entvölkerten Seuchen ganze Landstriche. Die Pest raffte um 1350 ein Viertel der damals in Europa lebenden Bevölkerung dahin. Als Ursache vermutete man einen krankmachenden und sehr ansteckenden Stoff in der Luft. Die Vertreter der Kirchen verkündeten die Pest als Strafe Gottes. In der hippokratischen Medizin stellte man sich noch vor, dass Infektionen durch „Veränderungen“ in der Luft hervorgerufen würden. Die sogenannte Miasmenlehre (miasma = übelriechende Luft) fand vor allem in der Architektur der Krankenhäuser in den letzten Jahrhunderten ihre Bedeutung. Typisch waren grosse, hohe Säle mit riesigen Fenstern, durch die die „schlechte Luft“ der Krankheit entweichen sollte. In den grossen, nach Geschlechtern getrennten Krankensälen lagen oft bis zu fünfzig Menschen mit den unterschiedlichsten Erkrankungen. In der chirurgischen Abteilung wurden im sogenannten Operationstheater vor Studenten und lernenden Ärzten häufig Amputationen bei vollem Bewusstsein des Patienten durchgeführt. Viele der Patienten, die zwar die Operation überlebten, starben danach an Hunger, Austrocknung oder einer Infektion. Ursache hierfür waren die untragbaren hygienischen Verhältnisse der damaligen Operationssäle und Krankenzimmer. Verbandsmaterial aus alter Leinenwäsche wurde ungewaschen auf die Wunden gelegt. Der Operateur trug gewöhnlich einen alten Strassenanzug. Stark blutende Wunden wurden mit Schwämmen gereinigt, die zwischen den Operationen lediglich mit kaltem Wasser ausgespült wurden. Man hatte sich an den fäulnisartigen Gestank der Krankensäle gewöhnt, ebenso an die Wundeiterungen. Der Gestank galt als „guter chirurgischer Geruch“, der Eiter als „löblicher Eiter“. Von der eigentlichen Ursache, den mikrobiellen Krankheitserregern, wusste man zu jener Zeit noch nichts. Ignaz Semmelweis (1818‐1865) fand heraus, dass die Frauen vom Kreisssaal vor allem durch die ungewaschenen Hände der Ärzte, die auch Autopsien vornahmen, infiziert wurden. Semmelweis führte die Händedesinfektion mit Chlorkalklösung ein. Durch die Entdeckung, dass seine Kollegen am Tod vieler Wöchnerinnen schuld waren, hatte er die Ehre der Universität befleckt. Er starb jung und ohne Anerkennung. Heute wird er weltweit als „Retter der Mütter“ gefeiert. Der Chemiker und Biologe Louis Pasteur (1822‐1895) wies nach, dass niedrige Lebewesen (Bakterien) niemals selbst entstehen, sondern von aussen (z.B. durch die Luft) in keimfreie Stoffe gelangen und dort als Gärungserreger wirken. Aufgrund dieser Feststellung schuf Pasteur die Grundlage der heutigen Bakteriologie und Sterilisationstechnik (Pasteurisierung, 1865). Pasteurs Lehren wurden von Josef Lister (1827‐1912) erfolgreich in der Chirurgie umgesetzt. Er beschrieb 1867 erstmals den antiseptischen Wundverband mit Karbol. Die Wundinfektionen wurden so von 38 auf 8% gesenkt. Robert Koch (18431910) entdeckte 1882 den Tuberkelbazillus und war an der Entdeckung des Typhusbazillus beteiligt. Seine Entdeckungen zerstörten die mittelalterlichen Hypothesen der Miasmenlehre. Koch gilt als hauptsächlicher Begründer der Bakteriologie. 1.2. Bau der Bakterien Bakterien sind 1/1000mm kleine einzellige Lebewesen – die meisten sind so klein, dass sie man sie selbst mit einem guten Lichtmikroskop nicht mehr sehen kann. Eine feste, recht dicke Zellwand gibt der Bakterienzelle Halt und ihre charakteristische Form. Es gibt stäbchenförmige, kugelige, spiralförmige, bewimperte und Immunbiologie II VORSSA 2009/CK unbewimperte Arten. Manche Bakterienarten sind von einer Schleimhülle umgeben, die zusätzlichen Schutz bietet. Allen Bakterien gemeinsam ist, dass sie keinen Zellkern haben, ihre Erbsubstanz liegt frei im Zytoplasma. Bakterien ernähren sich wie wir von energiereichen Stoffen. Sind die Nahrungsbedingungen günstig, sind sie in der Lage sich 3x pro Stunde zu teilen. Bakterien kommen also überall dort in grosser Zahl vor, wo sie Nahrung finden. Gewisse Bakterien sind gefürchtete Krankheitserreger, die meisten sind als Bewohner unseres Körpers jedoch harmlos oder sogar sehr nützlich: Darmbakterien (Darmflora) wirken bei der Verdauung mit, indem sie die für uns unverdauliche Zellulose teilweise abbauen. Einige Bakterienarten scheiden als Stoffwechsel‐Endprodukt Säure aus. Im Fall der Hautbakterien führt dies dazu, dass der Schweiss nach einiger Zeit einen unangenehm säuerlichen Geruch annimmt. Pilze und die meisten Bakterien, darunter Krankheitserreger und Fäulnisbakterien, ertragen keine saure Umgebung. Diese Tatsache nutzt der menschliche Körper aus. Durch die Speiseröhre könnten Bakterien in den Körper gelangen – diese führt aber direkt in den Magen, welcher starke Salzsäure bildet und Eindringlinge abtötet. Noch raffinierter sind die Vorgänge in der weiblichen Scheide. Die Schleimhautzellen der Scheide produzieren Glykogen. Da sie immer wieder abgelöst werden, fallen viele energiereiche abgestorbene Zellen an. Diese dienen Milchsäurebakterien als Nahrung. Die Milchsäure, welche von den Bakterien ausgeschieden wird, tötet eindringende Krankheitserreger ab. Die Umwandlung von Kohlenhydraten zu Säuren durch Bakterien wird auch bei der Herstellung vieler Nahrungsmittel ausgenützt. Durch die von Milchsäurebakterien ausgeschiedene Säure verklumpt Milcheiweiss zu Joghurt oder Käse. Aus Apfelsaft machen Bakterien Apfelessig. Infektionskrankheiten, welche durch Bakterien ausgelöst werden sind z.B. Diarrhoe (Durchfall), Typhus, Diphterie, Keuchhusten, Scharlach oder Tetanus (Wundstarrkrampf). 1.3. Aufgaben 1.3.1. Studiere die Abbildung rechts: an welchen Körperstellen ist die Keimdichte am höchsten? Immunbiologie II 1.3.2.
1.3.3.
1.3.4.
VORSSA 2009/CK Innerhalb von 30 Minuten können sich die meisten Bakterien durch Querteilung vermehren. Um Mitternacht fängt eine Fäulnis‐Bakterie in einem Stück Torte an sich zu teilen. Wie viele Bakterien sind es um 16 Uhr, wenn das Stück Torte verspeist wird? Skizziere die Vermehrungskurve in das Schema: Die Vermehrung geht in Wirklichkeit nicht immer so weiter, sondern sie wird durch verschiedene Faktoren gebremst. Welches könnten solche Faktoren sein? Wie sieht die Vermehrungskurve in diesem Fall aus? Kennst du weitere Bakterien, welche uns als Nützlinge dienen? 1.4. Arzneimittel gegen Bakterien Bakterien lassen sich von blossem Augen sichtbar machen, wenn man sie auf einem Nährboden wachsen lässt. Es bilden sich Bakterienkolonien. Durch Zufall wurde 1928 ein Stoff gefunden, welcher Bakterien an der Vermehrung hindert. Der Schimmelpilz Penicillinum notatum setzt einen Hemmstoff frei (Penicillin), welcher Bakterien an der Zellteilung hindert. Damit war das erste Antibiotikum gefunden, um durch Bakterien ausgelöste Krankheiten zu bekämpfen. Der Erfolg hielt allerdings nicht lange an, weil immer mehr Bakterienstämme auftraten, die gegen Penicillin resistent waren. Heute werden oftmals Gemische verschiedener Antibiotika eingesetzt, um wirksam gegen Bakterien vorzugehen. Antibiotika haben aber auch Nebenwirkungen, weil sie beispielsweise die Darmflora zerstören oder bei manchen Menschen Allergien auslösen. Definition: Ein Antibiotikum ist ein von Organismen gebildeter Stoff, der Mikroorganismen abtötet oder an der Vermehrung hindert. 1.4.1. Die Abbildung zeigt eine Nährschale mit in Penicillin getränkten Papierstückchen. Erkläre. Wie würde die Schale aussehen, wenn die Bakterien resistent gegen Penicillin wären? 1.4.2. Welche Nachteile hat eine Behandlung mit Antibiotika für den Menschen? Immunbiologie II VORSSA 2009/CK 2. Viren Viren sind winzig klein (ca. 0,1 µm) und unter dem Lichtmikroskop nicht erkennbar. Viren bestehen nur aus einer Eiweisshülle welche ihre Erbsubstanz umgibt. Gibt man Viren in eine Nährlösung, so vermehren sie sich im Gegensatz zu den Bakterien nicht. Viren haben keinen eigenen Stoffwechsel, keine eigene Fortpflanzung, keine eigene Bewegung und kein Wachstum. Sie besitzen keinen zellulären Aufbau und sind aufgrund dieser Eigenschaften keine echten Lebewesen. 2.1. Vermehrung von Viren Gelangt ein Virus in eine lebende Zelle, so bewirkt es, dass der Stoffwechsel dieser Zelle auf die Bedürfnisse des Virus umgestellt wird. Man nennt die befallene Zelle Wirtszelle, weil sie den eingedrungenen Erreger mit allem notwendigen Material versorgen muss. Das Virus befällt eine gesunde Wirtszelle. Das Erbgut des Virus wird in die Wirtszelle eingeschleust und programmiert die Wirtszelle auf ihre Bedürfnisse um: die Wirtszelle produziert in vielfacher Ausfertigung die Eiweißstoffe für die Virushülle und das Erbgut des Virus. Diese Virusbausteine lagern sich in der Wirtszelle zu zahlreichen neuen, vollständigen Viren zusammen. Die Wirtszelle platzt, die neuen Viren werden freigesetzt und können sofort neue Zellen befallen. Vom Befall der Wirtszelle bis zur Freisetzung neuer Viren vergehen manchmal nur 30 Minuten. Infektionskrankheiten, welche durch Viren ausgelöst werden sind z.B. Röteln, Mumps, Kinderlähmung, Windocken, Masern, Gelbfieber oder Tollwut. Immunbiologie II VORSSA 2009/CK 2.3. Aufgaben 2.3.1. Sind Antibiotika wirksam gegen Viren? Begründung? 2.3.2. Viele Leute lassen sich im Winter gegen Grippe impfen, doch nicht bei allen wirkt die Impfung. Was könnte der Grund dafür sein? 2.3.3. Weshalb können zwischen Ansteckung und Ausbruch einer Krankheit mehrere Tage vergehen? 2.3.4. Welches sind die wichtigsten Unterschiede zwischen Bakterien und Viren? Bakterien Viren Sprache die Bazille, das Bakterium (Bazillen = stäbchenförmige Bakterien) das Virus eigener Stoffwechsel? Vermehrung Virus = „Gift“, giftiger Saft Beschreibung Aufbau Grösse Antibiotika Krankheiten 3. Der Körper wehrt sich Der Körper wehrt sich stets gegen Eindringlinge und Belastungen jeglicher Art: Viren, Bakterien, Pilze, Feinstaub, in den Tropen sind oft Einzeller für Infektionskrankheiten verantwortlich. Diese Erreger dringen über die Atemwege, mit der Nahrung, über Wunden oder über die Geschlechtsorgane in den Körper ein, oder sie können auch unsere Körperoberfläche besiedeln. Wenn Erreger in den Körper gelangen, wird sofort eine Reihe von Abwehrmechanismen in Gang gesetzt. Diese Abwehr ist angeboren und läuft ohne unser aktives Zutun von alleine ab. Hierzu stehendem Körper ein unspezifisches und ein spezifisches Abwehrsystem zur Verfügung. Immunbiologie II 3.1. Das unspezifische Abwehrsystem Die weissen Blutzellen (Leukocyten) sind dafür zuständig, eingedrungene Krankheitserreger zu vernichten, bevor sie sich explosionsartig im Körper vermehren. Es gibt sie in verschiedenen Formen und mit unterschiedlichen Aufgaben. Gemeinsam ist allen weissen Blutzellen, dass sie körperfremde Zellen bekämpfen. Die Riesenfresszellen, eine Gruppe der Leukocyten, bewegen sich zwischen allen Zellen des Körpers und nehmen Fremdstoffe in ihr Zellplasma auf, das sie verdauen. Die Fremdkörper tragen auf ihrer Oberfläche bestimmte Substanzen, die Antigene (vgl. Blutgruppen). An ihnen erkennen die Leukocyten, dass sie körperfremd sind. Da dieses Abwehrsystem auf alle körperfremden Stoffe reagiert, nennt man es unspezifisch. 3.2. Aufgaben 3.2.1. Auf der rechten Seite siehst du den Ablauf einer Entzündungsreaktion: beschreibe diesen Vorgang und erkläre, warum eine Entzündung eine wichtige Reaktion auf eine Verletzung ist. 3.2.2. Der Körper hat natürliche Schutzmechanismen und Abwehrreaktionen gegen diese Eindringlinge: welche Schutzeinrichtungen des Körpers kennst du (vgl. Abbildung)? VORSSA 2009/CK Immunbiologie II VORSSA 2009/CK 3.3. Das spezifische Abwehrsystem Ist die Anzahl der Krankheitserreger durch die unspezifische Abwehr über einen längeren Zeitraum nicht verringert worden, folgen spezifische Abwehrreaktionen des Körpers. Diese Reaktionen richten sich gezielt und effektiv auf bestimmte Krankheitserreger, die im Blut vermehrt vorkommen. Gelangen z.B. Grippeviren in die Schleimhäute der Atemwege, geben die befallenen Zellen Substanzen ins Blut ab, welche die Riesenfresszellen alarmieren. Diese umschlingen und verdauen die Fremdkörper (unspezifisch). Dabei werden Antigene der Fremdkörper in die Oberfläche der Reisenfresszellen eingebaut und den T‐
Helferzellen präsentiert. Diese werden hierdurch angelockt und anhand der Antigene informiert, welche Fremdkörper eingedrungen sind. Die T‐Helferzellen aktivieren und informieren die Plasmazellen, welche sofort gegen die eingedrungenen Grippeviren spezifische Stoffe, die Antikörper entwickeln. An beiden Endpunkten der Y‐förmigen Arme sind spezifische Formen, die nach dem Schlüssel‐Schloss‐Prinzip genau auf die Antigene der Krankheitserreger passen. Pro Stunde können in jeder Plasmazelle Millionen von Antikörpern produziert werden. Treffen die Antikörper auf das Antigen der Grippeviren, so setzen sie sich an der Oberfläche fest und verbinden dadurch immer zwei Viren. Dies führt zu einer Verklumpung der Viren, welche von den Fresszellen aufgenommen und verdaut werden. Bis dieser Teil des Abwehrsystems voll wirksam ist, vergehen einige Tage. Sind die Grippeviren jedoch bereits in ihre Wirtszelle eingedrungen, so sind die Antikörper im Blut unwirksam. In diesen Wirtszellen vermehren sich die Viren ungehindert. Von den T‐Helferzellen werden auch die Killerzellen informiert und aktiviert. Sie erkennen die befallenen Wirtszellen an den Antigenen der Viren und zerstören sie. Dabei werden auch die in den Zellen vorhandenen Grippeviren vernichtet. Gleichzeitig werden bei den Plasma‐ und Killerzellen spezifische Gedächtniszellen gebildet, die über Jahre im Körper erhalten bleiben. Bei einem Zweitkontakt der Gedächtniszellen mit dem spezifischen Antigen desselben Typs von Grippeviren erfolgt eine schnellere und stärkere Vermehrung der spezifischen Killerzellen oder Plasmazellen, als bei einem Erstkontakt. Der Körper ist nach der Erstinfektion gegen diesen Typ von Grippeviren immun geworden. 3.3.1. Uebertrage die wichtigsten Informationen aus dem Text in die Abbildung und gib durch Pfeile die Wirkrichtung an.
Immunbiologie II 3.3.2. VORSSA 2009/CK Was sind Antigene? 3.3.3. Was sind Antikörper? 4. Aktive und passive Immunisierung Die aktive Immunisierung ist eine vorbeugende Massnahme gegen bakterielle oder virale Infektionskrankheiten. Hierbei wird ein Impfstoff in den Körper eingebracht, welcher im Körper die Bildung von spezifischen Antikörpern gegen Krankheitserreger oder deren Gifte (Toxine) auslöst und so zu einer langfristigen Immunität führt. Für einen Langzeitschutz (3 Jahre bis lebenslänglich) sind oft mehrere Impfungen nötig Bei der passiven Immunisierung werden die Abwehrstoffe (Antikörper) direkt von aussen zugeführt, wenn ein Kontakt mit Krankheitserregern stattgefunden hat. Die passive Impfung wirkt wirkt schnell, jedoch nur wenige Wochen lang, danach hat der Körper die Antikörper abgebaut. Immunbiologie II VORSSA 2009/CK 5. Verlauf einer Infektionskrankheit (Zusammenfassung) Prophylaxe Therapie Infektion Inkubation Erreger dringt in den Körper ein Krankheit (Symptome) sich
aktive Immunität Immunisierung
Antigene des Körpers lösen sofortige starke Immunabwehr aus Genesung Verschleppung Tod Erreger vernichtet einige Erreger überleben Immunsystem unterliegt keine /. geringe Symptome Prophylaxe Vernichtung des Erregers Passive Immunisierung 6. Was weisst du über AIDS? a. Was heisst AIDS? was HIV? b. Wie schwächt HIV das Immunsystem? c. Wie verläuft eine HIV – Infektion? d. Wie misst man den Zustand des Immunsystems? e. Wie wird AIDS übertragen? f. Ist AIDS heilbar? Körper reagiert, Immunsystem wird aktiviert Abwehr Erreger vermehrt Immunbiologie II VORSSA 2009/CK 7. Allergien Eine Allergie ist eine Ueberreaktion des Immunsystems auf bestimmte Stoffe der Umwelt (z.B. Pollen, Nahrungsmittel‐
bestandteile, Bestandteile von Kosmetika), die vom Körper als Antigene erkannt werden. Wenn ein Antigen eine Allergie auslöst, bezeichnet man das Antigen als Allergen. Beispiel Heusschnupfen: Bei einem Erstkontakt mit bestimmten Pollen bildet der Körper gegen dieses Fremdeiweiss (Antigen) spezifische Antikörper aus. Diese sammeln sich bevorzugt auf der Oberfläche der so genannten Mastzellen. Mastzellen befinden sich z.B. in den Schleimhäuten von Nase, Bronchien und Lunge und beinhalten in zahlreichen Bläschen einen Signalstoff, das Histamin. Durch die Bildung von Antikörpern ist der Körper sensibilisiert. Beim Zweitkontakt mit gleichartigen Pollen verknüpft das Pollenantigen je zwei spezifische Antikörper auf einer Mastzelle miteinander. Die Bläschen platzen in der Mastzelle auf und setzen blitzschnell Histamin frei. Histamin bewirkt eine Blutgefässerweiterung, macht die Gefässwände durchlässig und lässt die glatte Muskulatur kontrahieren. Die Schleimhäute schwellen an und sondern Schleim ab, die Augen röten sich und jucken: Heuschnupfen! 7.1. Wodurch unterscheidet sich eine allergische Reaktion von einer „normalen“ Immunreaktion nach dem Eindringen von Antigenen? 7.2. Allergische Reaktionen auf ein bestimmtes Allergen treten plötzlich auf. Muss der Betroffene zuvor Kontakt mit diesem Stoff gehabt haben? Begründe. 7.3. Besteht eine Sensibilität gegenüber einem Allergen, kommt es bei späterem Kontakt mit geringen Mengen dieses Allergens bereits zu Beschwerden. Bei häufigem Kontakt mit dem Allergen ist oft eine Verstärkung der Beschwerden zu beobachten. Begründe. 