Angeborene Immunantwort
Das angeborene Immunsystem verteidigt den Wirt vor Infektionen. Es umfasst Zellen, die Krankheitserreger (Keime) sofort erkennen und darauf reagieren. Die Antwort des angeborenen Immunsystems ist nicht spezifisch: Es reagiert auf alle Krankheitserreger, die es erkennt, auf die gleiche Weise.
Im Gegensatz zum adaptiven Immunsystem bietet das angeborene Immunsystem keine lang anhaltende Immunität gegen spezifische Infektionen.
Angeborene Immunsysteme bieten sofortige Abwehr gegen Infektionen und kommen in allen Pflanzen und Tieren vor. Das angeborene System ist die evolutionär ältere Verteidigungsstrategie. Es ist das Hauptimmunsystem, das in Pflanzen, Pilzen, Insekten und in primitiven mehrzelligen Organismen zu finden ist. Das System ist nicht anpassungsfähig und verändert sich im Laufe des Lebens eines Individuums nicht.
Das angeborene Immunsystem der Wirbeltiere:
Anatomische Barrieren
Das angeborene Immunsystem schließt die Haut mit ein. Die äußeren Schichten der Haut werden als "epithelial" bezeichnet. Epithelzellen bilden eine wachsartige physische Barriere, die die meisten Infektionserreger fernhält. Diese Zellen sind die erste Verteidigungslinie des angeborenen Immunsystems gegen eindringende Organismen.
Alte Hautzellen fallen ab, was dazu beiträgt, an der Haut haften gebliebene Bakterien zu entfernen.
Die Haut bildet nach innen die Auskleidung von Darm und Lunge. Im Darm oder in der Lunge hilft die Bewegung durch Peristaltik oder Flimmerhärchen bei der Entfernung von infektiösen Erregern. Außerdem fängt Schleim infektiöse Erreger ein. Im Darm kann die Darmflora pathogene Bakterien verhindern, indem sie toxische Substanzen absondert oder mit pathogenen Bakterien um Nährstoffe oder um die Anheftung an Zelloberflächen konkurriert.
Die Spülwirkung von Tränen und Speichel hilft, Infektionen der Augen und des Mundes zu verhindern.
Entzündung
Die Entzündung ist eine der ersten Reaktionen des Immunsystems auf Krankheitserreger oder Fremdsubstanzen, die die anatomischen Barrieren überwinden.
Die Entzündung wird durch chemische Faktoren stimuliert, die von den verletzten Zellen freigesetzt werden. Sie bildet eine physische Barriere gegen die Ausbreitung der Infektion und fördert die Heilung des geschädigten Gewebes nach Beseitigung der Krankheitserreger.
Chemische Faktoren, die während einer Entzündung entstehen, ziehen Fresszellen, insbesondere Neutrophile, an. Neutrophile lösen dann andere Teile des Immunsystems aus.
Komplement-System
Das Komplementsystem ist eine biochemische Kaskade des Immunsystems, die Antikörpern hilft, Krankheitserreger zu beseitigen oder sie für die Zerstörung durch andere Zellen zu markieren.
Die Kaskade besteht aus vielen Plasmaproteinen, die in der Leber gebildet werden. Die Proteine arbeiten zusammen:
- die Rekrutierung von Entzündungszellen auslösen.
- Krankheitserreger zur Vernichtung durch Beschichtung ihrer Oberfläche zu markieren.
- zerstören die Plasmamembran einer infizierten Zelle, was zur Zytolyse der infizierten Zelle und zum Tod des Erregers führt.
- den Körper von neutralisierten Antigen-Antikörper-Komplexen befreien.
Elemente der Komplementkaskade sind in vielen Nicht-Säugetierarten zu finden, darunter Pflanzen, Vögel, Fische und einige Arten wirbelloser Tiere.
Zellen der angeborenen Immunantwort
Alle weißen Blutkörperchen (WBK) werden als Leukozyten bezeichnet. Leukozyten unterscheiden sich von anderen Zellen des Körpers: Sie arbeiten wie unabhängige, einzellige Organismen. Sie können sich frei bewegen und Zelltrümmer, Fremdpartikel oder eindringende Mikroorganismen einfangen. Sie werden von blutbildenden Stammzellen im Knochenmark produziert.
Zu den angeborenen Leukozyten gehören: Natürliche Killerzellen, Mastzellen, Eosinophile, Basophile; und die phagozytischen Zellen einschließlich Makrophagen, Neutrophile und dendritische Zellen. Sie identifizieren und eliminieren Krankheitserreger, die eine Infektion verursachen.
Mastzellen
Mastzellen sind eine Art von angeborenen Immunzellen im Bindegewebe und in den Schleimhäuten. Sie stehen in engem Zusammenhang mit der Abwehr von Krankheitserregern und der Wundheilung. Häufig werden sie auch mit Allergien und Anaphylaxie in Verbindung gebracht. Wenn sie aktiviert werden, geben Mastzellen rasch charakteristische Granula, die reich an Histamin und Heparin sowie an verschiedenen hormonellen Mediatoren und chemotaktischen Zytokinen sind, an die Umwelt ab. Histamin weitet die Blutgefässe und verursacht Entzündungszeichen und rekrutiert Neutrophile und Makrophagen.
Phagozyten
Das Wort "Phagozyt" bedeutet wörtlich "Esszelle". Dabei handelt es sich um Immunzellen, die Fresszellen, d.h. Phagozytose, Krankheitserreger oder Partikel verschlingen. Um einen Partikel oder Krankheitserreger zu verschlingen, dehnt eine Phagozyte Teile ihrer Plasmamembran aus und wickelt die Membran um den Partikel, bis dieser umhüllt ist (d.h. der Partikel befindet sich nun im Inneren der Zelle). Einmal in der Zelle, befindet sich der eindringende Erreger in einem Endosom, das mit einem Lysosom verschmilzt. Das Lysosom enthält Enzyme und Säuren, die das Partikel oder den Organismus abtöten und verdauen. Phagozyten patrouillieren im Allgemeinen im Körper auf der Suche nach Krankheitserregern, sind aber auch in der Lage, auf eine Gruppe hochspezialisierter molekularer Signale zu reagieren, die von anderen Zellen produziert werden und Zytokine genannt werden. Zu den phagozytischen Zellen des Immunsystems gehören Makrophagen], Neutrophile und dendritische Zellen.
Die Phagozytose der wirtseigenen Zellen ist als Teil der regelmäßigen Gewebeentwicklung und -erhaltung üblich. Wenn Wirtszellen absterben, entfernen phagozytäre Zellen diese von der betroffenen Stelle. Indem abgestorbene Zellen entfernt werden, ist die Phagozytose ein wichtiger Teil des Heilungsprozesses.
Makrophagen
Makrophagen sind große phagozytäre Leukozyten. Sie können sich durch die Zellmembran von Kapillargefäßen bewegen und zwischen Zellen wandern, um eindringende Krankheitserreger zu jagen. Makrophagen sind die effizientesten Phagozyten und können eine beträchtliche Anzahl von Bakterien oder anderen Zellen oder Mikroben phagozytieren. Die Bindung bakterieller Moleküle an Rezeptoren auf der Oberfläche eines Makrophagen veranlasst ihn, die Bakterien zu verschlingen und zu zerstören. Krankheitserreger stimulieren den Makrophagen auch zur Produktion von Chemokinen, die andere Zellen an den Ort der Infektion rufen.
Neutrophile
Neutrophile und zwei weitere Zelltypen (Eosinophile und Basophile) werden als Granulozyten (weil sie Granula in ihrem Zytoplasma haben) oder polymorphonukleare Zellen (PMN) wegen ihrer ausgeprägten gelappten Kerne bezeichnet.
Neutrophile Granulate enthalten eine Vielzahl von toxischen Substanzen, die Bakterien und Pilze abtöten oder deren Wachstum hemmen. Die Hauptprodukte der Neutrophilen sind starke Oxidationsmittel. Dazu gehören Wasserstoffperoxid, freie Sauerstoffradikale und Hypochlorit. Neutrophile sind mit 50 bis 60% der insgesamt zirkulierenden Leukozyten die am häufigsten vorkommende Art von Phagozyten. Sie sind in der Regel die ersten Zellen, die an den Ort einer Infektion gelangen. Das Knochenmark eines normalen gesunden Erwachsenen produziert mehr als 100 Milliarden Neutrophile pro Tag, und bei einer akuten Entzündung mehr als zehnmal so viele pro Tag.
Dendritische Zellen
Dendritische Zellen (DC) sind phagozytäre Zellen, die in Geweben vorhanden sind, die in Kontakt mit der äußeren Umgebung stehen, hauptsächlich mit der Haut (wo sie oft Langerhans-Zellen genannt werden) und der inneren Schleimhaut von Nase, Lunge, Magen und Darm. Dendritische Zellen sind sehr wichtig für den Prozess der Antigenpräsentation und dienen als Bindeglied zwischen dem angeborenen und dem adaptiven Immunsystem.
Basophile und Eosinophile
Basophile und Eosinophile sind mit den Neutrophilen verwandte Zellen (siehe oben). Wenn sie durch eine Erregerbegegnung aktiviert werden, sind Basophile, die Histamin freisetzen, wichtig für die Abwehr von Parasiten und spielen eine Rolle bei allergischen Reaktionen (wie z.B. Asthma). Wenn sie aktiviert werden, sezernieren Eosinophile eine Reihe von hochgiftigen Proteinen und freien Radikalen, die Bakterien und Parasiten abtöten. Die gleichen Chemikalien verursachen bei allergischen Reaktionen auch Gewebeschäden. Die Aktivierung und Toxinfreisetzung durch Eosinophile ist daher streng reguliert, um eine unangemessene Gewebezerstörung zu verhindern.
Natürliche Killerzellen
Natürliche Killerzellen, oder NK-Zellen, sind ein Teil des angeborenen Immunsystems, das eindringende Mikroben nicht direkt angreift. Stattdessen zerstören NK-Zellen kompromittierte Wirtszellen, wie z.B. Tumorzellen oder virusinfizierte Zellen. Sie erkennt solche Zellen an einem Zustand, der als "fehlendes Selbst" bezeichnet wird. Dieser Begriff beschreibt Zellen mit einem niedrigen Gehalt an einem Zelloberflächenmarker namens MHC I (Major Histocompatibility Complex). Dieser kann bei Virusinfektionen von Wirtszellen auftreten. Sie wurden als "natürliche Killer" bezeichnet, weil sie nicht aktiviert werden müssen, um Zellen abzutöten, die "missing self" sind.
Eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des normal zirkulierenden menschlichen Blutes. Zu sehen sind rote Blutkörperchen, mehrere knöcherne weiße Blutkörperchen einschließlich Lymphozyten, eine Monozyte, eine Neutrophile und viele kleine scheibenförmige Blutplättchen.
Eine Makrophage
Ein Neutrophiler
Ein Eosinophiler
Immunsysteme von Wirbellosen
Antimikrobielle Peptide
Antimikrobielle Peptide oder Wirtsabwehrpeptide sind Teil der angeborenen Immunantwort. Man findet sie in allen Klassen des Lebens. Diese Peptide sind potente Breitspektrum-Antibiotika. Sie töten sowohl gramnegative als auch grampositive Bakterien, Mykobakterien (einschliesslich Mycobacteriumtuberculosis), umhüllte Viren, Pilze und sogar transformierte oder Krebszellen.
Meeresfischquellen weisen hohe Gehalte an antimikrobiellen Verbindungen auf. Tests mit lebenden Fischen zeigten, dass Fischpeptide, die in Lebensmittel-/Futtermittelzutaten verwendet wurden, gut funktionierten.
Verschiedene Strukturen antimikrobieller Peptide
Fragen und Antworten
F: Was ist das angeborene Immunsystem?
A: Das angeborene Immunsystem ist ein Abwehrmechanismus, der den Wirt vor Infektionen schützt. Es umfasst Zellen, die Krankheitserreger (Keime) sofort erkennen und auf sie reagieren, ohne auf einen bestimmten Erreger spezialisiert zu sein.
F: Bietet das angeborene Immunsystem eine lang anhaltende Immunität gegen bestimmte Infektionen?
A: Nein, im Gegensatz zum adaptiven Immunsystem bietet das angeborene Immunsystem keine dauerhafte Immunität gegen bestimmte Infektionen.
F: Wo können wir das angeborene Immunsystem finden?
A: Das angeborene Immunsystem ist in allen pflanzlichen und tierischen Lebewesen sowie in primitiven mehrzelligen Organismen zu finden. Es ist auch in Pflanzen, Pilzen, Insekten und Wirbeltieren vorhanden.
F: Ist das angeborene Immunsystem anpassungsfähig?
A: Nein, es ist nicht anpassungsfähig und verändert sich im Laufe des Lebens eines Menschen nicht.
F: Wie schützt das angeborene Immunsystem vor Infektionen?
A: Das angeborene Immunsystem reagiert schnell auf Krankheitserreger, die es erkennt, indem es sie schnell abwehrt.
F: Wie alt ist diese Abwehrstrategie im Vergleich zu anderen Strategien?
A: Diese Abwehrstrategie ist evolutionär älter als andere Strategien zur Abwehr von Infektionen.
F: Welche Art von Organismus verlässt sich zum Schutz vor Infektionen hauptsächlich auf seine angeborene Immunität?
A: Primitive multizelluläre Organismen verlassen sich zum Schutz vor Infektionen hauptsächlich auf ihre angeborene Immunität.
