Erworbene Immunität Übersicht
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Basiswissen | Skripte ◮ Immunbiologie | Erworbene Immunität Skript Erworbene Immunität Übersicht 1 Einleitung 1 2 Bestandteile der erworbenen Immunität 1 2.1 Primäre Immunantwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Sekundäre Immunantwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 3 Impfungen 6 4 Auch die erworbene Immunität ist nicht perfekt! 8 © Karlsruhe 2014 | SchulLV www.BioLV.net Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. Basiswissen | Skripte ◮ Immunbiologie | Erworbene Immunität Skript 1 Einleitung Langsam wird es Herbst und das Wetter immer stürmischer und ungemütlicher. Als du eines Morgens zur Schule läufst, hast du in der Eile deinen Schal vergessen und schon ist es passiert: Am nächsten Tag läuft deine Nase, du musst niesen und husten und fühlst dich richtig krank. Was ist hier passiert? Durch die Kälte dieses Herbsttages wurde dein Immunsystem geschwächt. Es konnten KrankheitserAbbildung 1: Erkältung Fotolia.com – Subbotina Anna reger in deinen Körper eindringen, du hast dir eine Erkältung eingefangen. Aber was bedeutet das überhaupt? Warum wirst du krank und was geht in deinem Körper vor? In diesem Skript lernst du, wie dein Immunsystem auf eine Infektion reagiert und was in deinem Körper passiert, wenn du wieder gesund wirst. 2 Bestandteile der erworbenen Immunität Die erworbene Immunität ist die zweite „Waffe“ des Körpers gegen Krankheitserreger. Im Gegensatz zur angeborenen Immunität ist die erworbene Immunität jedoch nicht die ganze Zeit aktiv, sondern wird durch eine Infektion mit einem Krankheitserreger erst aktiviert, wie es bei einer Erkältung der Fall ist. Läuft eine Immunantwort des erworbenen Immunsystems in deinem Körper ab, hast du meist Krankheitssymptome, z.B. Schnupfen oder Husten. Diese zeigen an, dass in deinem Körper das erworbene Immunsystem aktiv ist. Wie dabei die einzelnen Symptome einer Krankheit ausgelöst werden und was möglicherweise sogar ihren Nutzen in der Bekämpfung der Infektion darstellt, ist wissenschaftlich noch nicht vollständig geklärt. Die erworbene Immunität hat gegenüber der angeborenen Immunität einen gewichtigen Vorteil: Sie erkennt im Gegensatz zur angeborenen Immunität nicht nur die charakteristischen Grundstrukturen vieler Krankheitserreger, sondern kann auch spezifisch auf neue, ihr unbekannte Krankheitserreger reagieren. Ist eine Infektion beseitigt, wird die erfolgreiche Reaktion auf diesen spezifischen Krankheitserreger abgespeichert. Infiziert sich der Körper nun erneut mit dem Erreger, reagiert die erworbene Immunität sehr schnell auf die abgespeicherte Weise. Das erworbene Immunsystem lernt bei jeder Infektion dazu. Deswegen wird die erworbene Immunität in zwei Unterkapitel aufgeteilt: Bei der primären Immunantwort wird das Immunsystem mit einem noch unbekannten Krankheitserreger konfrontiert und muss dementsprechend reagieren. Bei der sekundären Immunantwort kommt es zu einer Wiederansteckung mit dem gleichen Erreger, bei dem die abgespeicherten Vorgänge wieder aufgerufen werden. Die erworbene Immunität wird auch spezifische Abwehr oder Immunität genannt. © Karlsruhe 2014 | SchulLV Seite 1/8 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net Basiswissen | Skripte ◮ Immunbiologie | Erworbene Immunität Skript 2.1 Primäre Immunantwort Bei der primären Immunantwort infiziert sich der Organismus mit einem ihm noch unbekannten Krankheitserreger. Da dieser durch die Schutzmechanismen der angeborenen Immunität nicht erkannt wird, aktiviert sich die erworbene Immunität. Im Folgenden wird dir der Ablauf der primären Immunantwort anhand Abbildung 2 erklärt. Außerdem sind in den folgenden Kästen die wichtigsten Begriffe zum Verständnis der primären Immunantwort erklärt. Unter dem Begriff zellulär fasst man alle immunbiologischen Vorgänge zusammen, die durch Zellen hervorgerufen werden oder an Zellmembranen geschehen. Unter dem Begriff humoral fasst man alle immunbiologischen Vorgänge zusammen, die im Blut, genauer im Blutplasma, stattfinden und von Proteinen hervorgerufen werden. Ein Antigen ist ein Stoff, an den Antikörper binden können. Diese Bindung stellt die Erkennung des Antigens als Fremdstoff dar. Ein Antikörper ist ein Protein auf der Zellmembran spezialisierter Zellen, das Antigene erkennt und daran binden kann (Abbildung 3). Lymphozyten sind eine Art weißer Blutkörperchen (= Leukozyten). Lymphozyten können wiederum in zwei Gruppen unterteilt werden: Die B-Lymphozyten (= B-Zellen), die im Knochenmark gebildet werden und die T-Lymphozyten (= T-Zellen), die im Thymus, einem Körperorgan, gebildet werden. ◮ Erkennungsphase (Abbildung 2: gelb hinterlegter Kasten) In der Erkennungsphase wird das Antigen des Krankheitserregers als fremd erkannt. Die Makrophagen (= Fresszellen) beginnen ihre Arbeit. Sie nehmen den Erreger auf (=Phagozytose) und lagern die Antigene des Erregers an ihrer Membranoberfläche an (= antigenpräsentierend). Ebenso können auch B-Lymphozyten und T-Lymphozyten, bestimmte Arten weißer Blutkörperchen, die Erreger ebenfalls aufnehmen und die Antigene auf ihrer Oberfläche präsentieren (nicht in Abbildung 2). ◮ Differenzierungsphase (Abbildung 2: gelb hinterlegter Kasten) T-Zellen besitzen auf ihrer Zelloberfläche Antikörper mit variablen Bereichen, an denen Antigene andocken können. Es werden viele verschiedene T-Zellen gebildet, die sich in diesen variablen Bereichen ihrer Antikörper unterscheiden. Von diesen vielen verschiedenen T-Zellen wird diejenige, deren variabler Bereich des Antikörpers an die antigenen Determinanten (= Paratope; den Andockstellen des Antigens) des Antigens binden kann, für den Prozess benötigt. Sie sind die passenden Lymphozyten, die an die antigenpräsentierenden Makrophagen und damit an das Antigen des Erregers andocken können. Sie werden somit vervielfacht und differenzieren sich in T-Killerzellen, T-Helferzellen, T-Gedächtniszellen und T-Unterdrückerzellen aus. T-Killerzellen: Diese Zellen lagern sich an die Membran einer mit dem Erreger infizier- ten Zelle an. Sie können dort an die Determinanten des Antigens andocken, die von den infizierten Zellen an deren Oberfläche präsentiert werden. Nach dem erfolgreichen Binden der T-Killerzelle an die infizierte Körperzelle wird von der Killerzelle Perforin (= ein Protein) ausgeschüttet, das die Zellmembran der infizierten Zelle auslöst und so die infizierten Zelle zerstört. Man spricht von der zellulären Immunantwort. T-Helferzellen: Sie haben zwei Aufgaben. Einerseits aktivieren sie die Vervielfachung und Herstellung der T-Killerzellen, T-Gedächtniszellen und der T-Unterdrückerzellen. © Karlsruhe 2014 | SchulLV Seite 2/8 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net Basiswissen | Skripte ◮ Immunbiologie | Erworbene Immunität Skript Andererseits aktivieren sie auch die B-Lymphozyten (= B-Zellen), die die Antigene des Erregers auf ihrer Oberfläche tragen. Damit wird die humorale Immunantwort aktiviert. T-Gedächtniszellen (Abbildung 2: unter Kasten): Die T-Gedächtniszellen bilden sich nach erfolgreichem Ablaufen der Immunantwort und speichern die Form des passenden Antikörpers ab. So kann bei erneuter Infizierung mit dem Antigen eine schnelle, zweite Immunantwort erfolgen. T-Unterdrückerzellen (nicht in Abbildung 2): Wenn die Konzentration der Antige- ne aufgrund der erfolgreichen humoralen Immunantwort abnimmt, beginnt die Abschaltphase. Die T-Unterdrückerzellen reduzieren die Vermehrung der T-Lymphozyten. So werden die T-Killerzellen, T-Helferzellen, T-Gedächtniszellen und auch die T-Unterdrückerzellen weniger gebildet und die Immunantwort klingt aus. © Karlsruhe 2014 | SchulLV Seite 3/8 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net Basiswissen | Skripte ◮ Immunbiologie | Erworbene Immunität Skript primäre Immunantwort Erreger en Ein dri ng zellulär en en ring Eind humoral ng dri Ein Antigen Makrophage Antigenpräsentierend infizierte Körperzelle Antigenpräsentierend g run ie tiv Ak Ak tiv i er un Antikörper g B-Lymphocyt AntikörperProduktion T-Helferzellen mit verschiedenen Antikörpern T-Killerzellen Erreger AntigenAntikörperReaktion Antigen-Antikörper-Reaktion im Blutplasma, Ausfällung der Erreger und Verdauung der Erreger durch die Makrophagen Ausschüttung von Perforin und Zerstörung der infizierten Körperzelle B-Gedächtniszelle T-Gedächtniszelle Ausdifferenzierung von Gedächtniszellen für sekundäre Immunantwort Abbildung 2: Der Ablauf der primären Immunantwort (vereinfacht) Die humorale Immunantwort ist die direkte Bekämpfung der Antigene. Durch die THelferzellen wird die Vermehrung und Differenzierung der B-Lymphozyten angeregt. Sie differenzieren sich zu B-Lymphozyten und B-Gedächtniszellen, die die passenden Antikörper für den Krankheitserreger bilden. In einer Antigen-Antikörper-Reaktion (Abbildung 3) präzipitieren Antigene und Antikörper im Blutplasma aus, so werden die Antigene und damit die Erreger aus dem Blutplasma entfernt. Die verklumpten Antigen-Antikörper-Komplexe werden dann von den Makrophagen verdaut. Der Erreger wurde zerstört und die primäre Immunantwort ist erfolgreich abgelaufen. © Karlsruhe 2014 | SchulLV Seite 4/8 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net Basiswissen | Skripte ◮ Immunbiologie | Erworbene Immunität Skript Antigenbindungsstelle Antigenbindungsstelle V Disulfidbrücke V V V Krankheitserreger Krankheitserreger K K leichte Kette K K Antigen Antigen V: variable Region k: konstante Region Paratop = Antigene Determinante Antigen-Antikörper-Reaktion schwere Ketten Aufbau eines Antikörpers Aufbau eines Erregers Abbildung 3: Die Antigen-Antikörper-Reaktion 2.2 Sekundäre Immunantwort Wird der Körper ein zweites Mal von dem Krankheitserreger infiziert, läuft die sekundäre Immunantwort ab. Sie reagiert schneller und intensiver als die primäre Immunantwort, da auf zuvor gespeicherte Reaktionsmechanismen zurückgegriffen werden kann. Die in der Wirkungsphase der primären Immunantwort entstandenen Gedächtniszellen speichern auf ihrer Oberfläche die antigenen Determinanten ab, die für die Synthetisierung der passenden T-Lymphozyten und B-Lymphozyten benötigt werden. Das nennt man das Immungedächtnis. Bei einer sekundären Immunantwort, d.h. wenn der Körper erneut von dem gleichen Erreger infiziert wird, werden diese Gedächtniszellen aktiviert und die passenden Lymphozyten können schnell gebildet werden (Abbildung 4, gelber Kasten). Analog zur primären Immunantwort laufen jetzt humorale und zelluläre Immunantwort ab: Humorale Immunantwort: Von den B-Lymphozyten werden die passenden Antikör- per gebildet, die im Blutplasma mit den Antigenen der Erreger reagieren. In einer Antigen-Antikörper-Reaktion präzipitiert der Komplex und die Erreger werden aus dem Blut entfernt. Zelluläre Immunantwort: Die T-Zellen mit den passenden Antikörpern erkennen in- fizierte Zellen, die auf ihrer Oberfläche die Antigene des Erregers präsentieren. An diese Antigene binden die Antikörper der T-Zelle. Es wird Perforin ausgeschüttet. Die cyototoxischen Bestandteile des Perforins zerstören die infizierte Zelle. So werden alle Krankheitserreger im Körper unschädlich gemacht und die Infektion überwunden. © Karlsruhe 2014 | SchulLV Seite 5/8 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net Basiswissen | Skripte ◮ Immunbiologie | Erworbene Immunität Skript sekundäre Immunantwort ng ieru Aktiv ieru iv Akt ng Erreger zellulär humoral B-Gedächtniszelle T-Gedächtniszelle ung Bild B-Lymphocyt ung Bild AntikörperProduktion infizierte Körperzelle Antigenpräsentierend Erreger AntigenAntikörperReaktion T-Killerzellen Ausschüttung von Perforin und Zerstörung der infizierten Körperzelle Antigen-Antikörper-Reaktion im Blutplasma, Ausfällung der Erreger und Verdauung der Erreger durch die Makrophagen Abbildung 4: Der Ablauf der sekundären Immunantwort (vereinfacht) 3 Impfungen In deiner Kindheit hast du viele Impfungen erhalten und erinnerst dich vielleicht noch mit Schrecken daran: Die Angst vor der Spritze und der kurze Stich, der zu spüren war. Vielleicht hast du dich gefragt, wozu man sich solchen unangenehmen Schmerzen aussetzen soll. Dennoch sind Impfungen der wichtigste Schutz gegen unter Umständen lebensgefährliche Infektionen. Eine Impfung immunisiert den Körper gegen einen spezifischen Krankheitserreger. Kommst du nach einer Impfung mit diesem Erreger in Kontakt, hat dein Immunsystem gelernt, diesen Erreger in deinem Körper zu vernichten. Du erkrankst nicht und bist immun gegen die Krankheit. © Karlsruhe 2014 | SchulLV Seite 6/8 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net Basiswissen | Skripte ◮ Immunbiologie | Erworbene Immunität Skript Dieser hohe Nutzen der Impfung hat dazu geführt, dass es viele verschiedene Impfungen gibt, die für Menschen empfohlen werden und deswegen bereits in der Kindheit durchgeführt werden sollten. Je nach Alter oder Geschlecht des Kindes werden vom Kinderarzt beispielsweise Impfungen gegen Diptherie, Tetanus, Keuchhusten, Kinderlähmung, Masern, Mumps, Windpocken, Hepatitis oder HP-Viren verabAbbildung 5: Impfung wikipedia.org – James Gathany (public domain) reicht. Da heute ein Großteil der deutschen Bevölkerung gegen diese Krankheiten immunisiert ist, treten sie sehr selten aus und sind beinahe ausgerottet. Impfungen sind ein wirksames Mittel gegen gefährliche Infektionskrankheiten und helfen, Epidemien dieser Krankheiten zu verhindern. Wie genau funktioniert eine Impfung? Grund genug, sich das einmal genauer anzuschauen. Definition: Bei einer Impfung wird einem Menschen meist mittels Spritze ein Wirkstoff zugeführt, der gegen Erkrankungen durch Krankheitserreger (= Infektionen) schützen soll. Dabei macht man sich die Mechanismen der erworbenen Immunität zunutze. Je nach Art der Impfung geschieht das auf unterschiedliche Weise: ◮ Aktive Impfung Bei einer aktiven Impfung wird dem gesunden Patient der Krankheitserreger meist mittels einer Spritze verabreicht. Damit dieser nicht am Erreger erkrankt, sind die Krankheitserreger geschwächt (= Lebendimpfstoffe) oder abgetötet und zum Teil in ihre Bestandteile zerlegt (= Totimpfstoffe). Die Erreger, die so in den Körper gelangen, lösen die primäre Immunantwort aus, ohne dass es zu Krankheitssymptomen kommt. Sie aktivieren das Immunsystem, sind aber nicht in der Lage, ihre charakteristische schädliche Wirkung im Körper auszuführen. Innerhalb der primären Immunantwort werden passende Antikörper produziert, mit denen die Erreger zerstört werden können. Im letzten Schritt der primären Immunantwort werden die passenden Antikörper mit den T- und B-Gedächtniszellen abgespeichert. Kommt der so immunisierte Mensch nun in Kontakt mit dem Erreger, werden die Antigene erkannt und es läuft sofort die sekundäre Immunantwort ab. Diese ist schneller und intensiver, so dass der Erreger zerstört werden kann, ohne dass es zu einer Infektionskrankheit kommt. ◮ Passive Impfung Bei einer passiven Impfung ist der Patient bereits an der Infektionskrankheit erkrankt. Hier ist eine aktive Impfung mit dem Erreger nicht mehr sinnvoll, da bereits die primäre Immunantwort abläuft. Stattdessen werden dem Patienten bei der passiven Impfung die passenden Antikörper gegen die Krankheitserreger verabreicht. Es wird der primären Immunantwort vorweggegriffen, die zuerst die Suche nach einem passenden Antikörper aktiviert. Durch die passive Impfung sind die passenden Antikörper schon vorher vorhanden und es kann schneller auf die Infektion reagiert werden. Die passive Impfung soll dem Immunsystem des erkrankten Patienten helfen, den Krankheitserreger zu zerstören. © Karlsruhe 2014 | SchulLV Seite 7/8 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net Basiswissen | Skripte ◮ Immunbiologie | Erworbene Immunität Skript 4 Auch die erworbene Immunität ist nicht perfekt! In diesem und dem letzten Skript „Angeborene Immunität“ hast du viele Mechanismen des Immunsystems kennengelernt, die den Menschen vor Krankheitserregern schützen. Warum werden wir trotzdem krank? Auch Krankheitserreger stehen unter dem Einfluss der Evolution und entwickeln durch Mutationen immer neue Antigenvariationen. Ein bekannter Krankheitserreger kann so für das Immunsystem unbekannt sein, da es die neuen Antigene nicht erkennt. Ein Beispiel dafür ist die Grippe, auch Influenza genannt: Die Grippeviren variieren so stark, dass jeder Mensch viele Male von ihnen infiziert werden kann. Eine Grippeimpfung, die die aktuellen Antigene enthält, wird jedes Jahr neu entwickelt und empfiehlt sich vor allem für Menschen mit einem geschwächten Immunsystem. Einige Krankheitserreger können sich „tarnen“, so dass sie vom Immunsystem nicht als Fremdstoff erkannt werden. Die erworbene Immunität wird nicht ausgelöst. Manche Erreger sind sogar in der Lage, Teile des Immunsystems aktiv anzugrei- fen und die Immunantwort so zu unterdrücken. Das HI-Virus, das AIDS auslöst, greift beispielsweise die T-Zellen an und infiziert sie. Dadurch sterben die T-Zellen ab und die primäre Immunantwort wird geschwächt. Als Folge davon sind HIV-Infizierte oft anfälliger für Infektionskrankheiten, die eine häufige Todesursache HIV-infizierter Menschen darstellen. © Karlsruhe 2014 | SchulLV Seite 8/8 Vervielfältigung nur innerhalb einer Lehrer-/Klassen- oder Schullizenz und mit Hinweis auf BioLV erlaubt. www.BioLV.net
