Biologie: 9. Klasse

Infektion und Abwehr

Bakterien und Viren als Krankheitserreger

Pathogene Bakterien

In unserer Umwelt leben viele verschiedene Bakterien (Eukaryoten). Die meisten davon bekommen wir nicht mit. Einige Bakterien leben sogar in einer Symbiose mit Menschen. Das bedeutet, dass Menschen in einer Wechselbeziehung zu ihnen stehen, durch die die Menschen und die Bakterien Vorteile ziehen können. So leben etwa zahlreiche Bakterien im Verdauungstrakt und helfen auf diese Weise beim Stoffwechsel.

Es gibt aber auch Bakterien, die sich auf andere Lebewesen negativ auswirken können. Lösen sie eine Krankheit aus, spricht man von pathogenen Bakterien. Viele dieser Bakterien können den Körper nur schädigen, wenn er bereits zuvor geschwächt und/oder die Abwehrreaktionen nur unzureichend verlaufen können. Die Gefährlichkeit kann sich auch dadurch ergeben, dass ein eigentlich harmloses Bakterium in einen anderen „Ort“ verbracht wird, etwa wenn Darmbakterien in die Harnröhre gelangen.

Viren

Viren sind im Gegensatz zu Bakterien keine Eukaryoten. Sie besitzen lediglich eine Erbinformation (DNA oder RNA), die von einer Hülle, dem Kapsid, umgeben ist. Aufgrund dieses im Prinzip einfachen Aufbaus sind Viren mit einer Größe von 10 bis 400 nm wesentlich kleiner als Bakterien und daher nur mit einem Elektronenmikroskop sichtbar.

Vermehrung von Viren

Viren sind nicht in der Lage, sich selbst zu vermehren. Sie benötigen dafür stets eine Wirtszelle.

Hierfür dockt das Virus zunächst an deren Membran an. Das Virus tritt nun in die Zelle ein und gibt sein Erbgut frei. Durch das Erbgut wird die Zelle dazu gebracht, die Virenbestandteile herzustellen. Ist eine hinreichend große Menge an Viren erzeugt worden, platzt die Zelle und die Viren können weitere Zellen infizieren. Diese Form der Vermehrung nennt man lytische Vermehrung.

Wird hingegen das Erbgut des Virus erst in die DNA der Wirtszelle eingebaut und die Vermehrung erst zu einem späteren Zeitpunkt gestartet, wird von einer lysogenen Vermehrung gesprochen.

Einteilung von Viren

Viren lassen sich durch verschiedene Aspekte unterscheiden:

• Je nach Wirt können etwa Tier-, Pflanzen- und Bakterienviren unterschieden werden.
• Auch die Kapside lassen eine Einteilung zu. Die Hülle besteht aus Proteinpartikeln. Sie sind entweder gleichartig oder in ihrer Anzahl stark begrenzt. Hierdurch können verschiedene Formen der Kapside auftreten.
• Schließlich unterscheiden sich Viren in ihrem Erbgut. Wie bereits angedeutet kann es als DNA und als RNA vorliegen. Zudem können die Erbinformationen als Doppelstrang („ds-“ für double strand) oder Einzelstrang („ss-“ für single strand) vorliegen. Somit gibt es vier verschiedene Genomtypen: dsDNA, ssDNA, dsRNA, ssRNA.

Ansteckung mit Bakterien und Viren

Mit Bakterien und Viren kann man sich auf verschiedenem Wege infizieren. So können etwa durch Zeckenbisse die Borreliose und FSME übertragen werden. Auch über Geschlechtsverkehr können Krankheitserreger verbreitet werden. Eine schnelle Verbreitung ist durch Tröpfchen- und Aerosolbildung möglich, wie es etwa bei Coronaviren der Fall ist.

Steckt sich jemand mit einem Erreger an, heißt das nicht, dass die Person sofort krank ist. Vielmehr geht einige Zeit vorüber, bis sich Krankheitssymptome zeigen. Dies nennt man Inkubationszeit. Sie kann dabei – abhängig vom Krankheitserreger – von wenigen Stunden bis Tagen hin zu mehreren Monaten oder Jahren dauern.

Das Immunsystem

Übersicht

Gegen Krankheitserreger schützt sich der Körper auf verschiedenen Wegen. Der erste Schutz bildet die unverletzte Haut; sie verhindert im Regelfall das Eindringen in den Körper. Gelangen die Erreger dennoch hinein, kann der Organismus mit einer unspezifischen und spezifischen Abwehr reagieren.

Die Abwehrsysteme im Einzelnen: Natürliche Barrieren

Wie soeben dargelegt bildet die Haut einen ersten Schutz vor Infektionen. Dabei greift der Körper selbst auch auf Bakterien zurück, die mit ihm eine Symbiose eingehen. Durch die Bakterien bildet sich eine Art „Schutzfilm“.

Daneben werden andere mögliche Eintrittspforten durch eine vergleichbare Standortflora geschützt^{[1]Nautilus 9, S. 103.}. Das ist etwa beim Darm und der Vagina der Fall.

Bei anderen Schleimhäuten lassen sich bestimmte Enzyme finden, die Bakterienzellwände zerstören können, die so genannten Lysozymen.

Die Abwehrsysteme im Einzelnen: Lymphatische Systeme

Das lymphatische System steht in einem engen Zusammenhang mit dem Blut. Es steht dadurch mit dem Gewebe im Kontakt und ermöglicht über die Gewebeflüssigkeit (die Lymphe) einen Austausch von Zellen und Proteinen.

Zentrale Bestandteile des lymphatischen Systems sind neben dem Lymphknoten und den Lymphgefäßen etwa das Knochenmark, die Milz, die Mandeln, Teile des Dünndarms und des Appendix (der Wurmfortsatz des Blinddarms).

Die Lymphknoten sind quasi Filterstationen, die Erreger, Zellteile und sonstige Fremdkörper entfernen. Im Knochenmark finden sich Stammzellen. Aus ihnen können ständig neue Immunzellen hergestellt werden. Diese weißen Blutkörperchen (die Leukocyten) lassen sich in zwei Gruppen einteilen: Auf der einen Seite stehen die Makrophagen und Granulocyten, die die unspezifische Abwehr bilden; auf der anderen Seite befinden sich die Lymphocyten, die die spezifische Abwehr bilden.

Die Abwehrsysteme im Einzelnen: Das unspezifische Immunsystem

Ein weiteres Schutzsystem ist das unspezifische Immunsystem. Es existiert bereits im Säuglingsalter und wird daher auch als angeborenes Immunsystem bezeichnet. Es reagiert auf Fremdkörper. Dabei ist die Reaktion zwar recht schnell, aber teilweise nicht sehr effektiv.

Granulocyten

Zum unspezifischen Immunsystem gehören die Granulocyten. Sie bilden etwa 70 % der Leukocyten und sind kleine Fresszellen. Durch Enzyme sind sie in der Lage, Bakterien zu töten und zu zersetzen. Einige Bakterien (z. B. Streptokokken) können aber wiederum die Granulocyten angreifen. Dadurch werden die zersetzenden Enzyme freigesetzt und andere Leukocyten sowie das Gewebe können geschädigt werden.

Makrophagen

Makrophagen sind große Fresszellen des unspezifischen Immunsystems. Sie können sich teilen und vielkernige Riesenzellen bilden. Sie entsorgen nicht nur Fremdkörper, sondern auch gealterte und abgestorbene Zellen.

Makrophagen haben zudem die Fähigkeit der Präsentation: Dabei werden Teile der gefressenen Fremdkörper mit einem MHC-II-Molekülkomplex an der Zelloberfläche angezeigt, sodass die spezifische Abwehr überprüfen kann, ob insoweit eine Abwehrantwort vorhanden ist.

Killerzellen

Ist eine Körperzelle bereits infiziert worden, ändert sie dadurch ihre Oberflächenstruktur. Das erkennen die Killerzellen. Sie sorgen für eine Zerstörung dieser und verdächtiger Zellen, indem sie das Selbstzerstörungsprogramm der Zelle (die so genannte Apoptose) starten.

Cytokine

Leukocyten setzen zum Erzeugen, Teilen, Reifen und Aktivieren anderer Leukocyten Botenstoffe frei. Diese nennt man Cytokine oder Interleukine. Bisher sind 32 verschiedene Cytokine bekannt. Sie können auch zu Entzündungen, Fieber und Schüttelfrost führen.

Komplementsystem

Schließlich gibt es noch das Komplementsystem, das seinem Namen entsprechend die übrige unspezifische Abwehr ergänzt. Es besteht aus in Blut und Lymphe zirkulierenden Proteinen. Kommen die Proteine in die Nähe eines Bakteriums, kann es dessen Oberfläche beschädigen oder sich auf dessen Oberfläche absetzen, um so Fresszellen anzulocken.

Die Abwehrsysteme im Einzelnen: Das spezifische Immunsystem

Im Gegensatz zum unspezifischen Immunsystem ist das spezifische Immunsystem nicht vom Säuglingsalter an vorhanden. Es wird vielmehr erst im Laufe des Lebens erworben, weshalb es auch adaptives Immunsystem genannt wird. Es reagiert auf eine bestimmte Gefahr mit einer bestimmten Abwehr. Dadurch ist zwar sehr zielgenau und effektiv, aber gleichzeitig recht langsam.

MHC-I-Moleküle und Antigene

Körperzellen besitzen auf ihrer Oberfläche die so genannten MHC-I-Moleküle. Sie variieren zwischen Menschen und zeigen Abläufe im Zellinneren an. Lymphocyten können die MHC-I-Moleküle abtasten und so überprüfen, ob es sich um eine körpereigene Zelle handelt und ob sie ordnungsgemäß funktioniert.

Wird durch einen Fremdkörper eine Antwort des spezifischen Immunsystems ausgelöst, nennt man es Antigen. Das können verschiedene Stoffe sein (z. B. Proteine, Nukleinsäuren). Sie müssen aber eine Mindestgröße haben, um erkannt werden zu können.

B- und T-Lymphocyten

Das spezifische Immunsystem besteht hauptsächlich aus zwei Komponenten, den B- und T-Lymphocyten. Sie haben ihren Namen von ihrem Reifungsort: Während B-Lymphocyten im Knochenmark reifen (von englisch „bone marrow“), reifen T-Lymphocyten im Thymus.

Um sicherzustellen, dass Lymphocyten nicht Körperzellen angreifen, wird zunächst eine Vielzahl an Lymphocyten, die sich in ihren Rezeptoren unterscheiden, hergestellt. Diejenigen Lymphocyten, die sich an Körperzellen binden können, werden abgetötet. Die übrigen Lymphocyten können sich dagegen vermehren und werden „gespeichert“. So können bei einem möglichen Vorfall verschiedene Varianten eines Lymphocyts am Fremdkörper ausprobiert werden. Passt ein Lymphocyt zum Antigen, kann sich jener weiter vermehren.

B-Lymphocyten

Wird ein B-Lymphocyt zu einer vermehrten Teilung angeregt, bildet sich ein Teil zu Plasmazellen weiter. Sie stellen den Antigenrezeptor in löslicher Form her und geben ihn ab. Diese Moleküle nennt man Antikörper. Von ihnen kann eine B-Plasmazelle pro Sekunde über 2.000 Exemplare herstellen. Bis zu dieser Antwort können indes 10–17 Tage vergehen. Der andere Teil der B-Lymphocyten produziert B-Gedächtniszellen, die für eine schnelle Reaktion bevorratet werden.

Die Antikörper haben eine Y-Form. Durch diese können die Antikörper die Rezeptoren blockieren oder die Antigene „verklumpen“: Zudem können sie das Komplementärsystem aktivieren.

T-Lymphocyten

T-Lymphocyten erkennen Zellen, die ein verändertes MHC-I-Molekül besitzen. Es lassen sich T-Helferzellen, T-Killerzellen und T-Gedächtniszellen unterscheiden.

T-Helferzellen haben besondere Oberflächenmoleküle (CD4), die auf MHC-II-Moleküle fokussiert sind. Sie sind somit auf die Präsentation der Makrophagen angewiesen. Dadurch werden die T-Killerzellen und die B-Lymphocyten aktiviert.

Die T-Killerzellen sind dagegen auf das MHC-I-Molekül ausgerichtet. Erkennen sie an der Zelloberfläche ein Antigen, werden sie aktiviert. Setzen T-Helferzellen noch das Interleukin-2 frei, zerstört die T-Killerzelle die infizierte Zelle mit dem Enzym Perforin.

T-Gedächtniszellen werden aus T-Helferzellen und T-Killerzellen gebildet. Sie werden für einen späteren Angriff gespeichert.

Immunologisches Gedächtnis

Wie angedeutet benötigt das spezifische Immunsystem relativ lange Zeit, bis es eine Antwort auf ein bis dahin unbekanntes Antigen gefunden hat. Wird der Fremdkörper aber erfolgreich bekämpft (primäre Immunantwort), reagiert das spezifische Immunsystem durch die vorhandenen B- und T-Gedächtniszellen wesentlich schneller; dies nennt man sekundäre Immunantwort.

Dies gilt auch, obwohl zwischenzeitlich die Antikörperanzahl stark zurückgegangen ist. Bei einer erneuten Infektion kann die Immunantwort sogar so schnell erfolgen, dass keine Krankheitssymptome auftreten. In diesem Fall ist der Mensch immun.

Das spezifische Immunsystem im Überblick

Vorbeugung und Behandlung – Impfungen und Therapien

Infektionskrankheiten können tödlich verlaufen. Durch Fortschritte in der Medizin ist allerdings der Anteil von Infektionskrankheiten an Todesfällen erheblich gesunken. So sterben in Industrieländern lediglich etwa 1 % der Menschen an Infektionskrankheiten. Im globalen Süden, in dem die medizinische Versorgung weniger gut ausgebaut ist, sterben dagegen noch etwa 40 % an Infektionskrankheiten^{[3]Nautilus, S. 112}.

Impfungen

Impfungen (Vakzine) haben erheblich zum besseren Schutz vor Infektionskrankheiten beigetragen. Sie lassen sich in eine aktive und eine passive Immunisierung einteilen.

Aktive Immunisierung

Bei der aktiven Immunisierung (auch Schutzimpfung genannt) werden zum Schutz eines bestimmten Erregers abgeschwächte oder ähnliche Erreger geimpft. Hierdurch wird die Immunreaktion ausgelöst, durch die wiederum Gedächtniszellen gebildet werden. Diese können sodann bei einem Kontakt mit dem bestimmten Erreger schnell reagieren. Der Schutz kann – ggf. mit erforderlichen Auffrischungsimpfungen – über Jahre anhalten.

Lebend- und Totimpfstoffe

Bei einem Lebendimpfstoff werden abgeschwächte Keime gegeben. Sie sind zwar grundsätzlich noch vermehrungsfähig, bei der Körpertemperatur des Menschen aber inaktiv. Sie sind dadurch an sich nicht gefährlich. Ein Beispiel hierfür ist der MMR-Impfstoff (Impfstoff gegen Masern, Mumps und Röteln).

Ein Totimpfstoff besteht dagegen aus einzelnen Proteinen, Teilen einer DNA bzw. RNA oder abgetöteten bzw. abgeschwächten, nicht replikationsfähigen Erregern. Hierzu gehören beispielsweise die Impfungen gegen die Grippe (Influenza) und gegen das Coronavirus SARS-CoV-2.

Lebendimpfstoffe sind im Vergleich zu Totimpfstoffen in der Regel wirksamer. Allerdings können immungeschwächte Personen (z. B. Schwangere) nicht immer mit Lebendimpfstoffen geimpft werden. Sie sind dann auf die Totimpfstoffe angewiesen.

Zusatzstoffe

Impfstoffe werden häufig mit Zusatzstoffen versetzt, die verschiedene Zwecke erfüllen. So finden sich etwa Zusätze, die für eine Stabilisierung des Impfstoffs oder eine bessere Lagerfähigkeit sorgen.

Vakzine reichen teilweise alleine nicht aus, um die gewünschte Wirksamkeit zu erreichen. Gerade bei immungeschwächten Personen könnte ein Impfstoff so keinen ausreichend hohen Schutz bieten. Zur Wirksteigerung werden daher bei manchen Impfstoffen ein Adjuvans hinzugegeben.

Die Zusatzstoffe sind an sich in der Regel nicht gefährlich. Allerdings kann es bei einer mehrmaligen Gabe eines Zusatzstoffes zu einer allergischen Reaktion kommen.

Erfolge der Impfungen

Durch eine konsequent hohe Impfquote konnten einige Krankheiten fast komplett ausgerottet werden, z. B. bei Polio oder Masern. Hierdurch nahm die Krankheitslast erheblich ab. In der öffentlichen Wahrnehmung kann dies allerdings dazu führen, dass eine Impfung nicht mehr erforderlich ist. Dies bedingt wiederum z. B. lokale Ausbrüche einer Krankheit, etwa der Masern.

Impfstoffentwicklung

Impfstoffe werden in drei Phasen entwickelt.

In der Phase I wird ein Impfstoff nur einer kleinen Gruppe an gesunden Menschen gegeben. Hier soll die grundsätzliche Sicherheit und Verträglichkeit überprüft werden.

In Phase II wird die Versuchsgruppe auf mehrere hundert Personen vergrößert. Ziel ist hier die Untersuchung der Immunantwort und der Schutzwirkung sowie die Optimierung der Dosis^{[4]Leopoldina}.

In Phase III wird der Impfstoff schließlich an tausenden Versuchspersonen getestet. Hier muss der Impfstoff einen signifikanten Nachweis der Wirksamkeit erbringen.

Grundsätzlich finden die drei Phasen nacheinander statt. In Ausnahmefällen (wie etwa in der Corona-Pandemie geschehen) können aber die klinischen Prüfungsphasen kombiniert werden^{[5]infektionsschutz.de}.

Nach Durchlauf aller drei Phasen kann die Zulassung des Impfstoffs beantragt werden. Nach der Zulassung wird weiterhin überwacht, ob Nebenwirkungen auftreten oder weitere Erkenntnisse zur Wirksamkeit gewonnen werden können.

Passive Immunisierung

Die passive Immunisierung (auch Heilimpfung genannt) wird nicht wie die Schutzimpfung vorbeugend angewandt, sondern in einem frühen Stadium einer Erkrankung. Hierbei werden Antikörper gegen Antigene zugeführt. Die Antikörper wurden zuvor aus infizierten Tieren (z. B. Pferden) oder aus dem Blut bereits erkrankter Menschen gewonnen.

Durch die Gabe der Antikörper kann das Risiko einer schweren Erkrankung oder gar des Todes vermindern. So kann etwa eine sehr frühe Heilimpfung das Sterberisiko der (fast) immer tödlich verlaufenden Tollwut erheblich reduzieren.

Da bei der passiven Immunisierung fremde Antikörper geimpft werden, bildet der Körper auch gegen diese Antikörper und Gedächtniszellen aus. Werden mehrmals Antikörper, die von derselben Tierart gewonnen worden sind, gegeben, kann es daher zu allergischen Schocks kommen. Um dies zu vermeiden, kann gegebenenfalls eine andere Therapiemöglichkeit gewählt werden.

Therapiemöglichkeit: Antibiotika

Antibiotika wirken gegen Bakterien, nicht gegen Viren

Unter Antibiotika versteht man Substanzen, die grundsätzlich in der Lage sind, Bakterien abzutöten oder ihre Vermehrung zu hemmen, ohne dabei die Zellen von Menschen oder anderen Tieren zu schädigen.

Dies bedeutet allerdings nicht, dass sie ohne Nebenwirkungen sind. Aus diesem Grund dürfen Antibiotika nicht ohne ärztliche Aufsicht eingenommen werden.

Antibiotika können verschiedene Punkte eines Bakteriums angreifen, etwa die Schleimhülle (z. B. durch Sulfonamid), die Zellwand (z. B. durch Penicillin) oder das Chromosom (z. B. durch Streptomycin).

Gegen Viren wirken Antibiotika allerdings nicht. Bei einem viralen Infekt können Antibiotika daher allenfalls ergänzend genommen werden, um eine Folgeinfektion mit Bakterien zu behandeln.

Entdeckung des ersten Antibiotikums

Das erste Antibiotikum wurde vom schottischen Biologen Alexander Fleming (1881–1955) durch Zufall im Jahr 1928 entdeckt: Er züchtete auf einem Nährboden Bakterienkulturen heran. Einen Nährboden vergaß er dabei und wollte ihn nach einiger Zeit wegen Schimmelbefalls wegwerfen. Fleming stellte aber fest, dass sich um den Schimmelpilz (Penicillium notatum) ein bakterienfreier Hof gebildet hatte. In den 1940er Jahren gelang es den Biologen Florey und Chain das Antibiotikum Penicillin konzentriert zu gewinnen.

Multiresistente Keime

Bakterien können sich sehr rasch vermehren. Unter optimalen Bedingungen verdoppeln sie sich durch Zellteilung etwa alle 20 Minuten. Bei jeder Zellteilung besteht dabei die Wahrscheinlichkeit einer zufälligen Änderung des Erbguts, einer sogenannten Mutation. Hierdurch können Bakterien, die gegen ein Antibiotikum unempfindlich sind, auftreten. Sie sind resistent.

Bei einer Behandlung mit einem Antibiotikum sterben die nicht resistenten Bakterien ab. Die resistenten Bakterien überleben jedoch und können sich nun stärker vermehren. Zudem können sie die Resistenzen an andere Bakterien weitergeben.

Hat ein Bakterium gegen mehrere (bis hin zu allen) Antibiotika eine Resistenz ausgebildet, spricht man von multiresistenten Keimen. Hierdurch besteht die Gefahr, dass Krankheiten nicht mehr ausreichend behandelt werden können. Diese Gefahr wird durch den sehr starken Medikamenteneinsatz in der Viehzucht und beim Menschen nochmals verstärkt.

Fehlfunktionen des Körpers

HIV und Aids

„HIV“ steht für „Human immunodeficiency Virus“ oder „menschliches Immunschwächevirus“. Durch dieses Virus wird Aids („acquired immune defiency syndrome“ oder „erworbenes Immunschwächesyndrom“) ausgelöst. In Deutschland lebten 2021 etwa 90.800 HIV-Infizierte, wobei die Anzahl der Neuinfektionen derzeit am Sinken ist^{[6]Epidemiologisches Bulletin des RKI vom 24.11.2022, S. 7.}.

Ist eine Person mit HIV infiziert, finden sich die HI-Viren in allen Körperflüssigkeiten, etwa im Blut, der Lymphe, im Sperma, in der Scheidenflüssigkeit, im Speichel sowie in der Muttermilch.

Ansteckung

Mit HIV kann sich eine Person anstecken, wenn sie einer ausreichend großen Zahl an Viren ausgesetzt ist. Hierzu braucht es eine besondere Nähe.

Etwa 9 % der Infektionen in Deutschland werden etwa durch die Drogenszene verursacht. Hauptgrund hierbei ist die Mehrfachverwendung von Spritzen mehrerer Personen.

Ungefähr 90 % der Neu-Infektionen werden aber durch Geschlechtsverkehr verursacht. Eine Ansteckung kann dabei durch Oralverkehr, Vaginalverkehr oder Analverkehr erfolgen. Insbesondere beim Analverkehr besteht ein hohes Risiko, da hier die HI-Viren besonders schnell in das Blut aufgenommen werden können. Durch das konsequente Praktizieren von Safer Sex (d. h. durch das konsequente Verwenden von Kondomen und Lecktüchern) kann das Ansteckungsrisiko erheblich gesenkt werden. Das Infektionsrisiko kann aber dennoch nicht ausgeschlossen werden.

Krankheitsverlauf

Kommt eine Person mit einer ausreichend großen Anzahl an HI-Viren in Kontakt, kann sie sich infizieren.

Die HI-Viren können dabei in die T-Helferzellen eindringen. Sie docken dabei mit ihren Oberflächenproteinen an die CD4-Rezeptoren der T-Helferzellen an.

Nach dem Eintritt kann das Virus zunächst ruhen. Solange es das tut, kann das Immunsystem das HI-Virus nicht erkennen und bekämpfen.

Bei einer Vermehrung hingegen werden die T-Helferzellen getötet. Am Anfang hat die infizierte Person meist grippeähnliche Symptome (z. B. Abgeschlagenheit, Fieber). Dies nennt man akute Phase.

Nach Bildung entsprechender Antikörper nimmt die Virus-Anzahl wieder ab und die infizierte Person fühlt sich zunächst wieder gesund. Dies ist die Latenzzeit oder latente Phase. HI-Viren haben eine sehr hohe Mutationsrate. Hierdurch passen die vom Körper gebildeten Antikörper nicht mehr zur Oberfläche des Virus und es kann dem Immunsystem entgehen.

Wird die infizierte Person nicht medikamentös behandelt, kann in einem Zeitraum von wenigen Wochen bis zu mehreren Jahren die Virusanzahl aber wieder stark ansteigen. Die HI-Viren zerstören dabei immer mehr T-Helferzellen. Dadurch verliert das Immunsystem immer mehr seine Widerstandskraft, bis es selbst einfache Infektionen nicht mehr abhalten kann. Dies kann bis zum Tod der infizierten Person führen. Diese Phase ist das Aids.

Diagnose und Behandlung

HI-Viren lassen sich vor allem durch einen Antikörper-Test nachweisen. Allerdings sind erst einige Wochen nach einer Infektion so viele Antikörper vorhanden, dass ein solcher Test positiv ausfällt. In der Zwischenzeit können sich aber andere Personen mit HIV anstecken.

Aufgrund der hohen Mutationsrate des HIV waren die bisherigen Versuche einer Impfung erfolglos. Allerdings besteht die Möglichkeit, durch Medikamente die Latenzzeit erheblich zu verlängern und dadurch Aids zu verzögern, wenn nicht sogar auszuschließen. Hierfür ist aber eine strikte Medikamenteneinnahme, die die Lebensqualität einschränken kann, erforderlich.

Allergien, Autoimmunerkrankungen und Krebs

Allergien

Bei einer Allergie reagiert das Immunsystem auf einen eigentlichen harmlosen Stoff (das sogenannte Allergen) sehr heftig. Es gibt viele verschiedene Arten von Allergien. Am häufigsten sind der Heuschnupfen, die Hausstauballergie, Allergien gegen bestimmte Eiweißarten (wie etwa bei Neurodermitis und Asthma) sowie die Schmuckallergie (gegen Nickel). Der Grund einer Allergieausbildung sind bisher noch nicht geklärt.

Kommt das Immunsystem mit einem Allergen in Kontakt, wird es als Antigen erkannt. Hierdurch werden B-Gedächtniszellen und sogenannte IgE-Antikörper gebildet. Diese können wiederum an Mastzellen andocken.

Bei einem späteren Kontakt des Immunsystems mit dem Allergen können so selbst bei kleinen Mengen viele Antikörper ausgeschüttet werden. Ebenso setzen die Mastzellen große Mengen an Histamin frei. Dieser Entzündungsstoff führt zum Hautausschlag und zur Schwellung der Schleimhäute.

In Extremfällen ist sogar ein lebensbedrohlicher anaphylaktischer Schock möglich. Hierbei weiten sich in Folge der Entzündungsreaktion die Blutgefäße so weit, dass der Blutdruck stark abfällt. Hier ist die unverzügliche Hilfe eines Notarztes mit einer Adrenalinspritze erforderlich.

Autoimmunerkrankungen

Bei einer Autoimmunerkrankung geht das Immunsystem gegen bestimmte körpereigene Zellen vor. Bislang sind Dutzende Autoimmunerkrankungen bekannt.

Die Ursachen sind hierbei nicht geklärt^{[8]Vgl. nautilus 9, S. 123.}. Möglich sind T-Lymphocyten, die Körperzellen erkennen, aber selbst nicht abgetötet werden und so die Körperzellen weiter angreifen können. Denkbar sind auch MHC-I-Moleküle mit einer bestimmten Struktur, die eine erhöhte Anfälligkeit haben. Neben Stress ist auch eine Mimikry denkbar: Hier haben Antigene eine erhebliche Ähnlichkeit mit Körperzellen. Nach der Bekämpfung des Antigens erkennen die weiterhin vorhandenen Gedächtniszellen die Körperzellen als Antigen und greifen sie an.

Beispiele für Autoimmunerkrankungen sind etwa Diabetes Typ I, Multiple Sklerose und die rheumatische Arthritis^{[9]Vgl. Bioskop 9, S. 105.}.

Beim Diabetes Typ I handelt es sich um eine Zuckerkrankheit. Das Immunsystem tötet dabei in der Bauchspeicheldrüse Zellen ab, die für die Insulinproduktion verantwortlich sind. Hierdurch kann der Körper die Blutzuckerkonzentration nicht richtig kontrollieren, wodurch langfristig große Schäden möglich sind.

Die Multiple Sklerose (MS) ist dadurch gekennzeichnet, dass T-Zellen Nervenzellen im Gehirn und im Rückenmark angreifen. Hierdurch kommt es dort zu Entzündungen und Nervenzellen werden abgetötet. Die Krankheit erfolgt dabei in Schüben. Nach jedem Schub wird die Bewegungskoordination weiter eingeschränkt und die betroffene Person bedarf immer mehr fremder Hilfe.

Die rheumatische Arthritis verläuft ebenfalls in Schüben. Hier wird das Bindegewebe an den Gelenken angegriffen. Folge davon sind Gewebeveränderungen und Deformationen der Gelenke.

Krebs

Krebs wird durch zufällige Mutationen der Zell-DNA hervorgerufen. Solche Mutationen treten zufällig auf, können aber durch bestimmte Einwirkungen begünstigt werden (z. B. bestimmte Chemikalien und Viren, Strahlung). Bei Frauen sind die häufigsten Krebsarten Brustkrebs, Darmkrebs und Gebärmutterkrebs, bei Männern Prostatakrebs, Lungenkrebs und Darmkrebs.

Im Regelfall werden die Mutationen erkannt und repariert. Dies gelingt allerdings nicht immer. Dies kann dazu führen, dass sich die Zelle unkontrolliert vermehrt. Die Zelle ist zu einer Tumorzelle geworden. Aufgrund der veränderten Oberflächenstruktur kann das Immunsystem die Tumorzellen erkennen und abtöten.

Wird die Tumorzelle nicht erkannt, kann eine Gewebewucherung entstehen. Dies nennt man Tumor. Es lassen sich zwei Arten von Tumoren unterscheiden:

Beim gutartigen Tumor wächst die Wucherung nur langsam und ist nach außen klar abgegrenzt. Sie beeinträchtigt das umliegende Gewebe nicht.

Ein bösartiger Tumor wächst hingegen wesentlich schneller. Er dringt dabei in das umliegende Gewebe ein und zerstört es in diesem Zuge. Lösen sich zudem Tumorzellen, können sie an anderer Stelle sog. Tochtertumore bilden. Dies sind Metastasen. Je stärker eine Metastasenbildung ausgeprägt ist, umso stärker sinkt die Heilungschance.

Organtransplantationen und Bluttransfusion

Unter einer Transplantation versteht man die Übertragung von Organen, Gewebe oder Zellen von einer Person (Spender) auf andere Menschen (Empfänger).

Bluttransfusion

Bereits relativ früh kam man auf die Idee, bei einem hohen Blutverlust das Blut des Empfängers durch fremdes Blut zu ersetzen. Hierbei kam es allerdings häufig zum Tod des Empfängers.

Die unterschiedlichen Blutgruppen

Erst im Jahre 1901 entdeckte nämlich Karl Landsteiner, dass es beim Menschen unterschiedliche Blutgruppen nach dem AB0-Blutgruppenschema gibt. Danach gibt es beim Menschen im Wesentlichen vier verschiedene Blutgruppen: A, B, AB, 0.

Die Blutgruppen unterscheiden sich dabei in der Oberfläche der roten Blutzellen. Sie haben je nach Gruppe kein, ein oder zwei Antigene. Mit dem jeweiligen Antigen korrespondiert wiederum im Blutserum ein Antikörper: Das Antigen A kommt mit dem Antikörper B, das Antigen B mit Antikörper A; die Blutgruppe AB hat keine Antikörper, während die Blutgruppe 0 beide Antikörpertypen besitzt.

Erhält der Blutspendenempfänger eine inkompatible Blutgruppe, verklumpt das Serum. Dadurch werden die Blutgefäße verstopft und der Empfänger kann daran versterben.

Der Rhesusfaktor

Neben diesen Antigenen gibt es auch noch weitere Antigene auf der Oberfläche der Erytrhocyten. Ein Beispiel hierfür ist der Rhesusfaktor, der als erstes bei Rhesusaffen entdeckt worden ist.

Liegt dieses Molekül auf der Oberfläche vor, ist die Person rhesuspositiv („RH+“). In Europa trifft dies auf etwa 85 % der Menschen zu. Fehlt hingegen dieses Molekül, ist die Person rhesusnegativ („RH–“).

Gewebe- und Organtransplantationen

Manche Menschen sind so schwer erkrankt, dass ihnen lediglich die Transplantation gesunden Gewebes oder gesunder Organe hilft.

Arten der Transplantation

Je nachdem, von wo das Spenderorgan stammt, lassen sich unterschiedliche Arten der Transplantation unterscheiden.

Bei der autologen Transplantation stammt das Transplantat vom selben Menschen. Bei der allogenen Spende stammt das Organ dagegen von einem anderen Menschen.

Schließlich gibt es noch die xenogene Transplantation. Hier kommt das Transplantat von einer anderen Tierart. So wurden etwa schon Herzen und Nieren von Schweinen erfolgreich beim Menschen eingesetzt.

Transplantation und Immunreaktion

Werden diese Teile des Spenders in den Empfänger transplantiert, handelt es sich um ein Fremdgewebe. Das Immunsystem erkennt dabei die auf der Zelloberfläche vorhandenen, abweichenden MHC-I-Moleküle.

Daher ist für eine Transplantation eine möglichst große Übereinstimmung des Spender- und des Empfängergewebes erforderlich. Dennoch ist es nach den meisten Transplantation erforderlich, dass der Empfänger lebenslang Medikamente zu sich nimmt, die die zelluläre Immunabwehr unterdrückt. Diese Medikamente nennt man Immunsuppressiva.

Diese Immunsuppressiva hemmen allerdings nicht nur die Abstoßung des Fremdgewebes, sondern auch die Killerzellen. Dies erhöht beim Empfänger das Krebsrisiko, insbesondere von Hautkrebs und Blutkrebs (Leukämie).

Der Bedarf an Spenderorganen

In Deutschland und in Europa gibt es einen wesentlich höheren Bedarf an Spenderorganen als an verfügbaren Organen.

Eine Organspende eines lebenden Menschen ist nur unter ganz bestimmten Umständen erlaubt.

Ansonsten kommt allein eine Spende nach dem Tod des Spenders in Betracht. Hierfür ist stets wenigstens der eindeutige Hirntod erforderlich. Dies bedeutet, dass alle Hirnfunktionen vollständig und irreversibel ausgefallen sind^{[10]Natura 9, S. 100 f.}.

Das Spenderorgan bzw. die Spenderorgane werden dabei nur entnommen, wenn hierfür das Einverständnis vorliegt. Hierbei gibt es im Wesentlichen zwei mögliche Ansätze:

Bei der Zustimmungslösung muss der Spender zu Lebzeiten sein Einverständnis mit der Organentnahme erteilt haben. In Deutschland gilt dabei die erweiterte Zustimmungslösung: Danach können die Angehörigen der Organentnahme zustimmen, wenn der Spender keine Entscheidung getroffen hat und dies dem mutmaßlichen Willen des möglichen Spenders entsprochen hätte.

Daneben gibt es auch die Widerspruchslösung. Hierbei wird unterstellt, dass das Einverständnis des Toten vorgelegen hat, wenn dieser nicht zuvor widersprochen hat. Ob in Deutschland diese Regelung gelten sollte, ist fortlaufend Teil der politischen Debatte.