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Biologie – Das Immunsystem
Immunsystem, System eines Organismus, das Krankheitserreger zerstört. Jeder vom Immunsystem als solcher erkannte Fremdkörper wird als Antigen bezeichnet. Die Aufgabe des Immunsystems ist außerordentlich komplex. Es muss eine große Anzahl von Reaktionen haben, um Tausende von Antigenen abzuwehren, die den Körper infizieren können. Die komplexen physiologischen Prozesse des Immunsystems sind nur teilweise geklärt und Gegenstand intensiver Forschung. Komponenten Das Immunsystem besteht aus sechs Hauptkomponenten: Drei davon sind verschiedene Zelltypen, die anderen drei sind wasserlösliche Proteine . Alle sechs Komponenten können im Blut nachgewiesen werden:
Granulozyten, Monozyten/Makrophagen und Lymphozyten. Granulozyten sind die größte Gruppe von nukleierten Zellen im Blut. Sie phagozytieren die Antigene (nehmen sie auf), besonders wenn sie bereits mit Immunglobulinen oder Proteinen des Komplementsystems im Blut eingehüllt sind (siehe unten: Proteine ). Nach der Aufnahme werden die Antigene sofort durch Granulozyten (Granulozyten sind eine Kategorie von weißen Blutkörperchen, die durch das Vorhandensein von Granulaten in ihrem Zytoplasma gekennzeichnet sind) Enzyme zerstört
.
Monozyten sind nur eine relativ kleine Gruppe der zahlreichen Arten von Blutzellen. Außerhalb der Blutbahn, al
so im Gewebe, verändern sie ihre Form und werden dann Makrophagen genannt. Wie Granulozyten
sind sie Phagozyten (Phagozyten sind Zellen, die den Körper schützen, indem sie schädliche Fremdpartikel, Bakterien und tote oder sterbende Zellen aufnehmen) exogene Substanzen, reagieren mit Immunglobulinen und ergänzen Proteine und enthalten zerstörerische Enzyme . Außerdem modifizieren sie die Antigene so, dass die Lymphozyten leichter auf die Eindringlinge reagieren können. Lymphozyten sind in vielerlei Hinsicht die wichtigsten Zellen des Immunsystems. Es gibt zwei Typen: B-Lymphozyten und T-Lymphozyten. B-Lymphozyten vermitteln humorale oder Serumimmunität. Sie und ihre Nachfolgezellen, die Plasmazellen (Plasmazellen, auch Plasma-B-Zellen, Plasmozyten, Plasmacyten oder Effektor-B-Zellen genannt, sind weiße Blutkörperchen, die große Mengen an Antikörpern absondern), produzieren Serumkomponenten, die Immunglobuline (siehe unten). T-Lymphozyten vermitteln die Zellimmunität. Sie greifen Antigene direkt an und zerstören sie. Gleichzeitig können sie die allgemeine Immunantwort stärken oder schwächen, indem sie andere Komponenten des Immunsystems beeinflussen. Sie produzieren auch eine große Anzahl von Zytokinen (siehe unten). T-Lymphozyten machen etwa 70 Prozent aller Lymphozyten aus. Wie B-Lymphozyten haben sie ein biochemisches Gedächtnis : Sie können Antigene erkennen, denen sie einmal ausgesetzt waren. Immunglobuline, Zytokine und Proteine des Komplementsystems. Tatsächlich produziert das Immunsystem Tausende von verschiedenen Immunglobulinen. Man nennt sie Antikörper. Für jedes Antigen wird der entsprechende Antikörper gebildet, der dann dafür sorgt, dass das Antigen, zu dem es gehört, zerstört wird.
Diese enorme Flexibilität und Vielfalt ist charakteristisch für das gesamte Immunsystem. Zytokine sind wasserlösliche Proteine, die die wichtigsten Regulatoren der Immunantwort sind.
Je nachdem, ob sie von Lymphozyten oder Monozyten ausgeschieden werden, nennt man sie Lymphokine (Lymphokine sind eine Untergruppe von Zytokinen, die von einer Art von Immunzelle produziert werden, die als Lymphozyten bezeichnet wird) oder Monozine. Zytokine (Zytokine sind eine breite und lose Kategorie von kleinen Proteinen, die für die Zellsignalisierung wichtig sind) können eine Vielzahl von Reaktionen im Immunsystem auslösen: Einige verstärken eine bereits begonnene Abwehrreaktion, andere bewirken eine Zellteilung, während andere eine bereits begonnene Immunantwort unterdrücken. Wie andere Systeme im Körper muss auch das Immunsystem fein reguliert werden, damit es bei Bedarf aktiv wird, aber keine krankhafte Überreaktion stattfindet. Die Proteine des Komplementkomplexes interagieren miteinander und mit den Immunglobulinen, so dass eine entsprechende Immunreaktion stattfindet. Sobald ein Antikörper an ein Antigen gekoppelt ist, binden die Komplementproteine an diesen Komplex. Dies erleichtert die Phagozytose (in der Zellbiologie ist die Phagozytose der Prozess , bei dem eine Zelle – oft ein Phagozyt oder ein Protist – ein festes Teilchen zu einem inneren Kompartiment, das als Phagosom bezeichnet wird – durch die Immunzellen transportiert. Die sechs oben beschriebenen Systemkomponenten arbeiten bei der Immunreaktion zusammen. Viele Stadien der Immunreaktion sind wissenschaftlich belegt. Andere werden noch recherchiert und Aussagen sind dementsprechend spekulativ. In einem typischen Fall geschieht folgendes: Wenn ein Antigen, z.B. ein Bakterium, die erste Abwehrbarriere des Körpers (z.B. die Haut ) überwunden hat, trifft es zuerst Granulozyten und Monozyten (Monozyten sind eine Art weiße Blutkörperchen oder Leukozyten). Das Komplementsystem ist ein Teil des Immunsystems, das die Fähigkeit von Antikörpern und phagozytischen Zellen, Mikroben und geschädigte Zellen aus dem Organismus zu entfernen, fördert die Entzündung und greift die Plasmamembran des Erregers an. Lymphozyten und Makrophagen erscheinen dann an der Invasionsstelle und stärken die Immunreaktion. Spezifischere und wirksamere Antikörper werden gebildet und bilden ein biologisches Gedächtnis , das später auch das Antigen erkennt. Auch der nächste Lymphknoten (ein Lymphknoten oder eine Lymphdrüse, ist ein eiförmiges oder nierenförmiges Organ des Lymphsystems und des adaptiven Immunsystems, das im ganzen Körper weit verbreitet ist) wird wahrscheinlich in seiner Abwehrreaktion gestärkt (siehe Lymphsystem (das Lymphsystem ist Teil des Kreislaufsystems und ein wichtiger Teil des Immunsystems), mit einem Netzwerk von Lymphgefäßen, die eine klare Flüssigkeit namens Lymphe in Richtung Herz tragen) ) sowie weiter entfernte Lymphozytenbereiche (Ein Lymphozyt ist einer der Subtypen der weißen Blutkörperchen im Immunsystem eines Wirbeltieres) Bildung wie Milz (Die Milz ist ein Organ, das in praktisch allen Wirbeltieren vorkommt) und Knochenmark. Wenn die Immunantwort erfolgreich war, hat das Immunsystem die Bakterien (Bakterien bilden eine große Domäne prokaryontischer Mikroorganismen) überwältigt für eine gewisse Zeit nach der Infektion, und die Krankheit ist unter Kontrolle. Dann kommen Mechanismen ins Spiel, die die Abwehrreaktion wieder abschalten. Zytokine sind von besonderer Bedeutung. (Wenn sich das Immunsystem auf diese Weise nicht selbst kontrolliert, entstehen andere Immunerkrankungen. Ist das Antigen auf diese Weise abgeschaltet, ist das Immunsystem optimal auf eine weitere Invasion desselben Erregers vorbereitet (In der Biologie ist ein Erreger im ältesten und weitesten Sinne alles, was Krankheiten hervorrufen kann; der Begriff kam in den 1880er Jahren zum Einsatz). Von vollständiger Immunität spricht man, wenn das Immunsystem in der Lage ist, das Antigen abzuschalten (in der Immunologie ist ein Antigen ein Molekül, das in der Lage ist, eine Immunantwort des Wirtsorganismus auszulösen, manchmal können Antigene aber auch Teil des Wirts selbst sein) bevor die Krankheit ausbricht.
Andere Krankheiten hingegen betreffen eher die Fehlfunktion des sonst intakten Immunsystems. Ein unvollständiges Immunsystem ist entweder angeboren oder erworben (Primärdefekt), oder es wird durch eine Krankheit wie Krebs verursacht (Sekundärdefekt). Auch die Behandlung anderer Krankheiten (z.B. Krebs ) kann zu einer Schwächung oder gar zum Versagen des Immunsystems führen. Die meisten primären Schäden am Immunsystem sind vererbt und reichen von harmlosen Störungen bis hin zu lebensbedrohlichen Defekten. B-Lymphozytenversagen und fehlende Antikörper sind relativ häufig (ein Fall von 500 Personen). Dies führt zu wiederholten Infektionen (vor allem mit Bakterien ). Dieser Situation kann durch monatliche Dosen von Gammaglobulinen (Gammaglobuline sind eine Klasse von Globulinen, identifiziert durch ihre Position nach der Serumprotein-Elektrophorese), die viele Antikörper enthalten (Ein Antikörper, auch Immunglobulin genannt, ist ein großes, Y-förmiges Protein, das hauptsächlich von Plasmazellen produziert wird und vom Immunsystem verwendet wird, um Krankheitserreger wie Bakterien und Viren zu neutralisieren). Ein Ausfall der T-Lymphozyten und der damit verbundenen zellulären Immunität (zellvermittelte Immunität ist eine Immunantwort, die keine Antikörper, sondern die Aktivierung von Phagozyten, antigenspezifische zytotoxische T-Lymphozyten und die Freisetzung verschiedener Zytokine als Reaktion auf ein Antigen beinhaltet) ist deutlich seltener. Meist verursacht durch Viren (Ein Virus ist ein kleiner Infektionserreger, der sich nur in den lebenden Zellen anderer Organismen vermehrt) oder Pilzinfektionen, sind diese Krankheiten schwer zu behandeln. Ein sehr schwerer Defekt des Immunsystems ist das Versagen beider Systeme, der B- und T-Lymphozyten. Hier hilft nur eine radikale Therapie, die Knochenmarktransplantation (hämatopoetische Stammzelltransplantation ist die Transplantation von multipotenten hämatopoetischen Stammzellen, meist aus Knochenmark, peripherem Blut oder Nabelschnurblut). Unter den erworbenen primären Immunschwächen (primäre Immundefekte sind Störungen, bei denen ein Teil des körpereigenen Immunsystems fehlt oder nicht normal funktioniert), spielt AIDS in jüngster Zeit eine wichtige Rolle. Sekundäre erworbene Immundefekte werden entweder durch toxische Medikamente (z.B. in der Krebsbehandlung) oder durch Unterernährung verursacht (Unterernährung oder Unterernährung ist ein Zustand, der sich aus einer Ernährung ergibt, bei der Nährstoffe entweder nicht ausreichen oder zu viel sind, so dass die Ernährung gesundheitliche Probleme verursacht). Sie können aber auch eine direkte Folge anderer Krankheiten (z.B. Krebs ) sein; ihr Schweregrad reicht von harmlos bis schwerwiegend. Diese Immundefekte (Immunschwäche ist ein Zustand, in dem die Fähigkeit des Immunsystems, Infektionskrankheiten und Krebs zu bekämpfen, beeinträchtigt oder gar nicht vorhanden ist) können die B-Zellen (B-Zellen, auch B-Lymphozyten genannt) betreffen, sind eine Art von weißen Blutkörperchen des Lymphozyten-Subtyps) und/oder T-Zellen (A-T-Zellen, oder T-Lymphozyten, sind eine Art von Lymphozyten, die eine zentrale Rolle bei der zellvermittelten Immunität spielen) Systeme und werden am besten durch Beseitigung der Ursache der Erkrankung behandelt. Die Fehlfunktion des Immunsystems, oft als Autoimmunerkrankung bezeichnet, ist wahrscheinlich auf einen Defekt im Selbstregulierungsmechanismus des Systems zurückzuführen. In dieser Situation kann das System gesunde Zellen und lösliche Substanzen zerstören oder verletzen, was zu klinisch erkennbaren Krankheiten führen kann.
Eine Allergie ist die Überreaktion des Immunsystems auf Fremdstoffe. Normalerweise erkennt das Immunsystem Zellen eines anderen Organismus als fremd und versucht diese abzutöten. Nach der Transplantation von z.B. eine Niere (Die Nieren sind zwei bohnenförmige Organe, die sich auf der linken und rechten Seite des Körpers bei Wirbeltieren befinden), Leber (Die Leber ist ein lebenswichtiges Organ von Wirbeltieren und einigen anderen Tieren) oder Knochenmark (Knochenmark ist das flexible Gewebe im Inneren der Knochen), die Aktivität des Immunsystems muss daher mit Medikamenten wie Cyclosporin (Ciclosporin, auch Cyclosporin und Cyclosporin genannt, ist ein immunsuppressives Medikament und Naturprodukt) unterdrückt werden. Während dieser Zeit befindet sich der Patient in einer kritischen Situation zwischen Abstoßung und hohem Infektionsrisiko. Krebspatienten zeigen eine erhöhte Infektionsrate, und Labortests von Zellen und Seren einiger dieser Patienten zeigen immunologische Abweichungen von der Norm. Umgekehrt sind Patienten mit primärer Immuninsuffizienz oder Immunsuppression (Immunsuppression ist eine Verminderung der Aktivierung oder Wirksamkeit des Immunsystems) Behandlung eher krebserregend als gesunde Patienten. Auch die Stärkung des Immunsystems bei Krebspatienten führt zu gewissen Erfolgen. Die Unterstützung des Immunsystems und die Weiterentwicklung immuntherapeutischer Maßnahmen haben zweifellos einen positiven Einfluss auf die Behandlung von Krebserkrankungen. Ein wesentlicher Aspekt dabei ist die Frage, wie sich die unglaubliche Vielfalt der Antworten entwickeln kann. Ein weiterer Aspekt ist die Frage nach dem Zusammenhang zwischen bestimmten Krankheiten und Störungen der Immunregulation. Darüber hinaus werden erhebliche Anstrengungen unternommen, die Immunantwort besser zu verstehen, um sie im Falle eines Immunsystems (Das Immunsystem ist ein Wirtsabwehrsystem mit vielen biologischen Strukturen und Prozessen innerhalb eines Organismus, das vor Krankheiten schützt), aber auch im Zusammenhang mit Organtransplantationen und Krebs zu manipulieren. Die wichtigsten Erfolge dieses Forschungszweiges sind die Identifizierung des Rezeptormoleküls, mit dessen Hilfe T-Zellen Antigene erkennen, und die Klonierung des Gens für den Interleukin-2-Rezeptor (Der Interleukin-2-Rezeptor ist ein heterotrimeres Protein, das auf der Oberfläche bestimmter Immunzellen, wie z.B. Lymphozyten, exprimiert wird und auf ein Zytokin namens IL-2 anspricht) in den 80er-Jahren .