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Die Helden der Immunabwehr

Zum „Tag der Immunologie“: Unsere Abwehrzellen im Porträt

von
28.04.2021
8 Minuten
In diesem Ultradünnschnitt durch einen Lymphozyten sind deutlich die Zellbestandteile zu erkennen.
Die MItochondrien sind blau, das endoplasmatische Retikulum violett und der Zellkern rot dargestellt.
Transmissions-Elektronenmikroskop, Vergrösserung   5000:1  (bei 15×12cm Bildgrösse)

Wer hätte gedacht, dass das Immunsystem einmal so im Fokus stehen würde, wie zurzeit. Kaum ein Tag vergeht, an dem nicht über Antikörper, Impfungen und Immunität berichtet wird.

Auch der internationale „Tag der Immunologie“ steht mit seinen Veranstaltungen in diesem Jahr ganz im Zeichen von Covid-19. Die „International Union of Immunological Societies“ etwa lädt zu einer Online-Veranstaltung ein, bei der unter anderem Anthony Fauci (National Institute of Allergy and Infectious Diseases/USA) und Özlem Türeci (Biontech/Mainz) sprechen werden.

Der „Tag der Immunologie“ wurde vor 14 Jahren zum ersten Mal ausgerufen, um auf die Bedeutung unserer Körperabwehr für die Gesundheit und die Wichtigkeit immunologischer Forschung aufmerksam zu machen.

Das Immunsystem, das es in seiner Komplexität mit dem Nervensystem auf sich nehmen kann, ist der Schlüssel für Gesundheit und Wohlbefinden. In jeder Sekunde unseres Lebens sorgen Milliarden verschiedener Abwehrzellen dafür, Eindringlinge unschädlich zu machen, Störungen zu beheben, Krebszellen zu beseitigen. Dabei gilt es, stets die Balance zu halten zwischen Angriff und Toleranz.

Das Miteinander im Immunsystem klappt meist so reibungslos, dass wir von den Aktivitäten nichts bemerken. Es gibt Ausnahmen und Überforderungen, wie sich jetzt zum Beispiel an schweren Covid-19 Erkrankungen oder den Langzeitfolgen von Covid-19 zeigt. An der Entstehung wie auch der Überwindung der Probleme hat die Immunabwehr ihren entscheidenden Anteil.

Wie funktioniert dieses komplizierte Miteinander? Welche verschiedenen Mitstreiter gibt es überhaupt und welche Aufgaben haben sie? Einige der Helden im Kurzporträt.

Die Feuerwehr: Neutrophile Granulozyten

Die meisten der 25.000 in einem Blutstropfen vorkommenden weißen Blutkörperchen sind Neutrophile. Als Feuerwehr sind sie die ersten, die am Unglücksort eintreffen, wenn hier lauernde Wächterzellen oder verletzte, infizierte Körperzellen Alarm schlagen.

Neutrophile beseitigen Eindringlinge auf drei verschiedene Arten: sie können Krankheitserreger „fressen“ (phagozytieren) und verdauen. Sie können antimikrobielle Stoffe ausschütten und sie können klebrige Netze auswerfen, in denen sich Störenfriede verfangen und zugrunde gehen. Wenn Neutrophile ihre Netze auswerfen, sterben sie. Die Netze bestehen aus ihrer eigenen fadenförmigen DNA dieser, die mit Abwehrmolekülen bestückt sind.

Wenn Neutrophile zu aktiv sind, können die aggressiven Substanzen, die sie zur Abwehr ausschütten, auch gesundes Körpergewebe schädigen. Wohl und Wehe liegen oft nah beinander. Wie Forscher der University of Texas in Houston vor ein paar Jahren herausfanden, sind Neutrophile auch die ersten, die bei einem Schlaganfall, der durch eine Hirnblutung verursacht wurde, zur Stelle sind und helfen, den Schaden zu begrenzen.

Das Bild zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von aktivierten Immunzellen, die durch eine netzartige Struktur miteinander verbunden sind
Rasterelektronenmikroskopisches Bild von neutrophilen Granulozyten des Menschen die nach Aktivierung ihre „Netze“ ausgeworfen haben. Vergößerung: 2500 x

Dendritische Zellen starten die Abwehrreaktion

Reife dendritische Zellen kommen überall im Körper vor. Sie sitzen in der Haut, den Atemwegen, im Darm, den Lymphorganen. Als Wächterzellen spüren sie mit ihren langen Armen weit in das umliegende Gewebe hinein. Taucht ein Bakterium, ein Virus oder eine Krebszelle auf, schnappt sich die dendritische Zelle (DZ) den Störenfried und nimmt ihn in sich auf. Anschließend begibt sie sich auf die Reise zum nächsten Lymphknoten.

Währenddessen schüttet die DZ allerlei Signalstoffe aus, über die sie andere Immunzellen alarmiert. Im Lymphknoten angekommen, wandert die DZ in einen Bereich, in dem so genannte T-Zellen angesiedelt sind. Diese gehen sehr zielgerichtet gegen Krankheitserreger vor und können sich, wenn sie erst einmal aktiviert wurden, noch jahrelang erinnern und bei einem erneuten Kontakt rasch aktiv werden.

Im Lymphgewebe bindet die DZ mit ihren langen Verästelungen zahlreiche T-Zellen. Jemand hat ausgerechnet, dass eine DZ 100 bis 3000 T-Zellen aktivieren kann. Die Wächterzelle „umarmt“ eine T-Zelle, hält sie eine Weile und lässt sie dann wieder los. Unsichtbar für das elektronenmikroskopische Auge ist, was sich bei diesem engen Kontakt auf molekularer Ebene abspielt. Die DZ hat den Eindringling während ihrer Wanderung zum Lymphknoten verdaut und präsentiert Bruchstücke davon auf einer Art Teller an der Oberfläche ihrer Zellmembran. Die T-Zellen, die den geeigneten „Mund“ (Rezeptor) mitbringen, der an das Häppchen plus Teller binden kann, werden bei der Umarmung durch die DZ aktiviert. Die anderen T-Zellen, bei denen es nicht passt, versuchen ihr Glück bei der nächsten DZ, die den Lymphknoten besucht.

Wechselwirkung zwischen dendritischen Zellen und CD4-Helferzellen. Um den Anheftungsprozess zu untersuchen, wurden unreife und reife menschliche dendritische Zellen durch Zellsortierung isoliert und mit CD4-Helferzellen inkubiert.; Die T-Zellen lagern sich an die dendritischen Zellen an.; Alternativ:; Immunologische Abwehr: Eine T-Zelle wird für den Kampf gegen Krankheitserreger von einer dendritischen Zelle fit gemacht.
Immunologische Abwehr: Eine T-Zelle wird für den Kampf gegen Krankheitserreger von einer dendritischen Zelle fit gemacht.

Makrophagen sind Aufräumer und Aufbauer

Ihren Namen verdanken die „Riesenfresszellen“ ihrem Entdecker Ilya Metchnikoff, der 1908 zusammen mit Paul Ehrlich für seine grundlegenden immunologischen Forschungen mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde.

Makrophagen übernehmen im Körper eine Vielzahl an Funktionen. Zum einen fressen sie Bakterien, alte oder tote körpereigene Zellen und störende Partikel. Die Eindringlinge werden umschlungen, in die Fresszelle aufgenommen und dort mit aggressiven Molekülen attackiert und zerstört. Manche Erreger haben hier geschickte Ausweichstrategien entwickelt. Das Tuberkulose-Bakterium etwa kann in Makrophagen überleben und sich dort sogar vermehren. Auf diese Weise bleiben die Bakterien für die anderen Akteure der Abwehr unentdeckt.

Wie die dendritischen Zellen sind auch die Makrophagen Teil der angeborenen Immunabwehr, die sofort loslegen kann, wenn ein Erreger versucht, den Körper zu erobern. Dabei erkennt die Fresszelle an recht groben äußeren Merkmalen (zum Beispiel ungewöhnlichen Zuckerresten oder fremden RNA- oder DNA-Molekülen), dass etwas nicht stimmt und eingegriffen werden muss. Auch Makrophagen sitzen wie die dendritischen Zellen an der Schnittstelle zur lernfähigen, erworbenen Immunabwehr. Auch sie aktivieren zum Beispiel die T-Zellen, indem sie die fremden Antigene auf Ihrer Oberfläche präsentieren und stimulierende Botenstoffe ausschütten.

Gewebemakrophagen sind nicht nur Abräumer. Wenn das Unheil erst einmal vorübergezogen ist, helfen sie auch beim Wiederaufbau. Sie regen zum Beispiel die Erneuerung von zerstörtem Gewebe an. Nach einem Herzinfarkt etwa sammeln sich Makrophagen an den versehrten Blutgefäßen und Muskelzellen und helfen mit, dass der Blutfluss wieder in Gang kommt.

Elektronenmikroskopische Aufnahme einer Fresszelle/Makrophage, die versucht ein spiralförmiges Bakterium abzuwehren.
Makrophage im Kontakt zu Borrelien, spiralförmige Bakterien, die die Lyme-Borreliose verursachen.

Mikroglia – vorsichtiges Agieren im Gehirn

Mikroglia sind die Makrophagen des Gehirns. Sie „arbeiten“ in einem Bereich des Körpers, der äußerst störanfällig ist. Jede Aktion muss daher sorgsam ausgeführt werden. Die Schwelle, damit eine Immunantwort im Gehirn überhaupt in Gang kommt, ist hoch.

Die langlebigen Mikrogliazellen – ihre Vorläufer sind bereits zum Zeitpunkt der kindlichen Gehirnentwicklung eingewandert – tasten mit ihren länglichen Zellfortsätzen permanent die Umgebung ab. Die kleinen Zellarme bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 1,5 µm in der Minute, während der Zellkörper zunächst fest an einem Ort stationiert ist. Auf diese Weise scannen sämtliche Mikrogliazellen das Gehirngewebe innerhalb weniger Stunden einmal durch.

Sollte eine von ihnen bei diesem Tasten auf etwas Unerwünschtes stoßen, wie Zellschrott oder Bakterien, wird sie aktiviert und kriecht in Richtung „Tatort“. Auf ihrem Weg dorthin setzt sie Botenstoffe frei, die andere Abwehrzellen aktivieren und anlocken.

Mikroglia beseitigen nicht nur Krankheitserreger, die es trotz Blut-Hirn-Schranke bis ins Gehirn geschafft haben. Sie schütten außerdem Nervenwachstumsfaktoren aus und haben Einfluss auf die Verbindungen zwischen Nervenzellen, auf die Synapsen. Das ist während der Hirnentwicklung wichtig. Aber auch bei allen Vorgängen im Gehirn, die, wie etwa Lernen und Erinnern, Umbauten im Nervennetz erfordern. Ohne Mikroglia keine Neuroplastizität.

Mikroglia werden nur tätig, wenn sie durch eine mehrfach abgesicherte Signalkaskade aktiviert wurden. Ist der gesamte Organismus als Folge einer starken Infektion von Entzündungsstoffen überschwemmt, verändert das auch die Funktion der Mikroglia im Gehirn. Fehlerhaft funktionierende Mikroglia sind möglicherweise an der Entstehung von Alzheimer, Multipler Sklerose oder auch Schizophrenie beteiligt.

Mikroskopische Aufnahme sternförmiger Immunzellen des Gehirns; Mikrogliazellen sind hier grün angefärbt.
Mikroglia schützen das Gehirn vor Krankheitserregern und verlangsamen neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer.

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Regulatorische T-Zellen (Treg) als Friedensstifter

Alle T-Zellen werden im Thymus ausgebildet, einer faustgroßen Drüse, die hinter dem Brustbein liegt. Doch danach scheiden sich ihre Wege. Eine Gruppe der T-Zellen kann virusinfizierte Körperzellen abtöten. Eine andere B-Zellen aktivieren, die dann Antikörper bilden. Die „regulatorischen T-Zellen“, kurz „Treg“, sind eine dritte Gruppe und mit einem etwas anderen Set an Merkmalen und Eigenschaften ausgestattet als ihre zellulären Geschwister. Treg aktivieren nicht, sie stoßen keine Immunreaktion an, sondern machen das Gegenteil: sie unterdrücken die Aktivität anderer T-Zellen, hemmen deren Vermehrung und die Ausschüttung aktivierender Botenstoffe. Treg sind die Friedensstifter der Körperabwehr. Sie verhindern, dass ihre Kollegen im Übereifer eigene Zellen angreifen. Sie sind wichtig, wenn es nach einem Infekt und der erfolgreichen Bekämpfung von Viren oder Bakterien an der Zeit ist, die Immunabwehr wieder herunterzufahren.

Treten Autoimmunerkrankungen oder Allergien auf, liegt die Ursache auch an den Tregs, denen es dann nicht gelingt, sich mit ihren Appellen zur Selbsttoleranz durchzusetzen.

Elektronenmikroskopische Aufnahme einer regulatorischen T-Zelle, die hier rot angefärbt ist, in Kontakt mit einer anderen Abwehrzelle (blau).
Eine regulatorische T-Zellen (hier rot) hemmt andere Immunzellen in ihrer Aktivität.

B-Zellen – Massenproduktion von schützenden Antikörpern

Vor der Geburt entwickeln sich diese Immunzellen in der Leber des Embryos, danach liefert das Knochenmark ständig Nachschub an neuen B-Zellen.

Reife B-Zellen zirkulieren von einem lymphatischen Organ zum anderen, Lymphknoten, Milz, Lymphfollikel im Darm. Jede B-Zelle ist mit einer einzigartigen Sorte von Erkennungsschlüsseln ausgestattet. Trifft sie irgendwann einmal in ihrem Leben auf das Schloss, in den die Schlüssel passen – zum Beispiel ein molekulares Bruchstück (Antigen) eines Virus – wird die B-Zelle aktiviert. Damit sie sich in eine Plasmazelle umwandelt, die die Erkennungsschlüssel, die Antikörper, massenhaft produziert, ist sie auf Unterstützung von T-Zellen angewiesen.

B-Zellen können unterschiedliche Arten von Antikörpern herstellen, die auf unterschiedliche Einsatzorte und Zeitpunkte während einer Infektion spezialisiert sind. IgM etwa wird zu Beginn einer Antikörperantwort hergestellt. Ein IgM-Molekül besteht aus fünf einzelnen Antikörpern, die über eine Art molekulare Klammer miteinander verbunden sind und daher insgesamt 10 Antigenbindungsstellen haben. IgA-Moleküle tauchen in verschiedenen Körpersekreten auf, Speichel, Nasensekret, Schleim in den Atemwegen, Muttermilch. Sie verwehren Viren und Bakterien den Eintritt bereits auf den Schleimhäuten.

Aus aktivierten B-Zellen können Gedächtniszellen entstehen, die mitunter lebenslang im Knochenmark überdauern und bei einem erneuten Kontakt zum Erreger rasch aktiv werden.

Zwei aktivierte B-Zellen und dem Mikroskop.
Aktivierte B-Zellen können sich in Plasmazellen umwandeln, die große Mengen an Antikörpern herstellen können.
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Dr. Ulrike Gebhardt

Dr. Ulrike Gebhardt

Ulrike Gebhardt ist Biologin, freie Journalistin und Buchautorin. Sie arbeitet unter anderem für die „Neue Zürcher Zeitung“ und „spektrum.de“. Anfang 2019 erschien ihr Buch „Gesundheit zwischen Fasten und Fülle“.


IMMUN

Milliarden von Immunzellen liegen auf der Lauer, um unseren Körper vor äußeren und inneren Bedrohungen zu schützen. Ohne unsere Immunabwehr können wir nicht überleben. Dieses unglaublich vernetzte Schutzsystem beeinflusst alle anderen Körperfunktionen und Organe, das Gehirn, die Fortpflanzung, die Verdauung, den Schlaf.

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