Welche Strategien stecken hinter unserer Gesundheit? Immunbiologische Grundlagen für Neugierige.
Der menschliche Organismus wird für die Dauer seines Lebens mit den unterschiedlichsten Krankheitserregern konfrontiert. Das Immunsystem bietet einen wirksamen Schutz gegen zahlreiche körperfremde Stoffe, indem es die Fähigkeit besitzt zwischen „eigen“ und „fremd“ zu unterscheiden und im gegebenen Fall die Zerstörung der fremden Einheiten einzuleiten. Das Immunsystem zeichnet sich durch Spezifität, Diversität sowie durch Anpassungsfähigkeit und Gedächtnis aus und kann in Mechanismen der natürlichen sowie der spezifischen Abwehr unterteilt werden.
Der Begriff Immunsystem
Welche Details und Mechanismen sich hinter dem Grundbegriff Immunsystem verbergen, mag für viele eher abstrakt und schwer zu beschreiben sein. Und das, obwohl uns die Konsumgüterindustrie und damit auch die Werbewirtschaft seit Jahren intensiv mit dem Begriff konfrontiert.
Das Immunsystem kann als komplexes Zusammenspiel verschiedener Strategien bezeichnet werden, die alle im Dienste der Erhaltung der Individualstruktur stehen. Mit einfachen Worten: Das Immunsystem ist in der Lage körpereigene und fremde Strukturen voneinander zu unterscheiden. Um die Abwehr von Krankheitserregern sowie die Eliminierung entarteter Körperzellen sicherzustellen, hat sich im Laufe der Evolution ein vielschichtiges System funktioneller Einheiten entwickelt, die auf äußerst intelligente Weise ineinander greifen.
Wogegen kämpft das Immunsystem?
Sämtliche von Antikörpern gebundene, biologische Stoffe (Zucker, Lipide, Nucleinsäuren oder Proteine) werden in der Immunbiologie als Antigene bezeichnet. Dies können Teile oder auch Giftstoffe (Toxine) von Viren, Bakterien, Pilzen, Würmern oder anderen Parasiten sein, im Falle von Allergien auch harmlose Substanzen, wie zum Beispiel Blütenpollen, die vom Immunsystem irrtümlicherweise als bedrohlich identifiziert werden. In erster Linie richtet sich das Abwehrsystem des Körpers jedoch gegen Krankheitserreger (Pathogene) sowie gegen Körperzellen, die fehlerhaft gebaut sind (z.B. Krebszellen) und häufig veränderte Strukturen an ihrer Zelloberfläche aufweisen. Normalerweise sind nur große Moleküle (Makromoleküle) in der Lage die Zellen des spezifischen Immunsystems (Lymphozyten), also B- und T-Zellen, zu aktivieren. In seltenen Fällen richtet sich die Immunabwehr gegen körpereigene Strukturen und es kommt zur Ausbildung von Autoimmunerkrankungen, wie zum Beispiel rheumatoider Arthritis oder multipler Sklerose.
Die angeborene Immunität
Der Begriff der natürlichen oder angeborenen Immunität fasst jene Abwehrmechanismen zusammen, die bereits vor dem Zusammentreffen mit den infektiösen Partikeln oder fremden Makromolekülen vorhanden sind. Man bezeichnet diese Art der Immunreaktion auch als unspezifisch, da sich die ausgelöste Reaktion nicht spezifisch gegen fremde Erreger richtet, sondern primär durch evolutionsbiologisch sehr alte (hochkonservierte) Merkmale aktiviert wird. Dies betrifft häufig Merkmale auf Zelloberflächen, die mittels eines Repertoires von vererbten Erkennungsrezeptoren (zum Beispiel Toll und Toll-like Rezeptoren) aufgespürt werden. Dabei stehen drei Grundstrategien zur Verfügung:
- Die Erkennung von molekularen Substanzen die im eigenen Organismus nicht vorkommen (englisch: missing self, fehlendes Selbst)
- Die Erkennung mikrobieller Strukturen oder von Mikroorganismen ausgeschiedene Stoffe, wie zum Beispiel Toxine (englisch: microbial nonself, mikrobielles Nicht-Selbst)
- Die Erkennung von geschädigten molekularen Strukturen jeglicher Art in Zellen oder Geweben des eigenen Organismus (englisch: altered self, verändertes Selbst)
Charakteristisch für den durch die natürliche Immunität vermittelten Schutz ist eine sehr schnelle Reaktionszeit nach dem Eindringen eines Pathogens. Auf diese Art werden viele Erreger nachhaltig und oft unbemerkt eliminiert. Andernfalls wird die Infektion bis zum Angriff der spezifischen Immunantwort (siehe unten) in Schach gehalten. Die Abwehrrzellen der natürlichen Immunität sind vor allem Makrophagen, neutrophile Granulozyten, dendritische Zellen und natürliche Killerzellen. Eine Reihe von löslichen Mediatorproteinen und Botenstoffen ermöglicht eine genaue Regulation der Entzündungsreaktion und übt einen wichtigen Einfluss auf die nachfolgende spezifische Immunantwort aus.
Die erworbene Immunität
Die spezifische oder adaptive Immunabwehr fasst jene Abwehrmechanismen zusammen, die erst durch den direkten Kontakt mit dem Erreger stimuliert werden und hochspezifisch gegen dessen Strukturen gerichtet sind. Zusätzlich verfügen die Effektorzellen der spezifischen Immunität über eine Gedächtnisfunktion, die es ihnen ermöglicht bei erneutem Eindringen und Erkennen einer bereits bekannten Struktur wesentlich schneller und gezielter zurückzuschlagen.
Neben den B- und T-Lymphozyten auf der zellulären Ebene, stellen die Antikörper den löslichen Anteil der spezifischen Immunantwort dar. Im Normalfall setzt eine spürbare Abwehrreaktion von B- und T-Zellen erst zwischen vier und sieben Tage nach dem Eintritt des Pathogens in den Körper ein. So lange brauchen die B-Zellen um vom Entzündungsgeschehen zu erfahren und im Falle eines passenden Rezeptors zu Antikörper-produzierenden Plasmazellen heranzureifen. Den Antikörpern fällt eine Schlüsselfunktion in der Steuerung des Abwehrkampfes zu. Sie machen eine Reihe von Abwehrzellen auf die fremden Strukturen aufmerksam und verstärken den Angriff anderer löslicher Mediatoren. T-Zellen sind darauf angewiesen die relevanten Strukturen auf der Oberfläche anderer Abwehrzellen (meist Zellen der natürlichen Immunantwort), sogenannter Antigen-präsentierender Zellen, präsentiert zu bekommen. Die Erkennung zwischen dem Rezeptor und dem dazu passenden Bereich der fremden Struktur verläuft dabei stets nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Sobald eine passende Struktur gefunden ist, wird die T-Zelle aktiviert und beginnt sich zu teilen.
Merkmale einer Immunantwort
Um die Strategien und Mechanismen des menschlichen Abwehrsystems besser zu verstehen, hilft es, sich über die fundamentalen Gemeinsamkeiten von Immunreaktionen klar zu werden:
- Spezifität: Eine Immunantwort läuft immer antigenspezifisch ab. Die fremden Strukturen oder Einzelteile werden als Determinanten oder Epitope bezeichnet. In jedem menschlichen Organismus liegt eine unglaubliche Vielzahl verschiedener Erkennungsmuster vor (siehe nächster Punkt) und wartet darauf, das passende Gegenstück zu finden.
- Diversität: Das Reservoir an ruhenden Lymphozyten, die jeweils unterschiedliche antigene Epitope erkennen können, ist mit ungefähr 10 hoch 9 unglaublich groß und bei jedem Menschen ein bisschen verschieden. Die Unterschiede liegen dabei stets in den Antigen-Bindungsstellen.
- Gedächtnis: Bei einem zweiten (erneuten) Kontakt mit einem Antigen erfolgt eine verstärkte, schnellere und qualitativ von der Primärantwort unterschiedliche (sekundäre) Immunreaktion. Gedächtniszellen leben länger und können auf niedrigere Antigen-Konzentrationen reagieren.
- Selbstbeschränkung: Eine Immunantwort kommt irgendwann wieder zum Stillstand, weil das Antigen eliminiert wurde (und damit der nötige Stimulus fehlt), weil Lymphozyten meist nur kurz aktiviert sind und die Antigen-Stimulation zugleich einen Feed-back-Kontroll-Mechanismus in Gang setzt.
- Unterscheidung zwischen Eigen und Fremd: Im Normalfall werden eigene Strukturen vom Immunsystem toleriert. Dieses notwendige Ausbleiben einer Immunantwort beim Erkennen eigener Strukturen muss von den Lymphozyten erlernt werden. Im Laufe ihrer Entwicklung kommen sie mit Eigen-Antigen in Kontakt. Jene Zellen, die in körpereigenen Strukturen ihr passendes Gegenstück haben, gehen daraufhin zugrunde. Da diese Lymphozyten im Zustand funktioneller Unreife auf die körpereigenen Antigene treffen, werden fatale Folgen verhindert. Fehler und Abweichungen bei der Induktion von Eigentoleranz führen zu Immunantworten gegen eigene Strukturen und damit zur Ausbildung von Autoimmunerkrankungen.