COVID-19-Immunologie 101 für Nicht-Immunologen von Dr. Akiko Iwasaki (Englisch)

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Hallo. Ich bin Professor Akiko Iwasaki, Immunologin. Ich höre oft Fragen wie: „Was ist der Unterschied zwischen Antikörpern und Immunität?“. Mit Unterstützung von BioRender habe ich „Immunologie 101“ zusammengestellt, ein Tutorial für Nicht-Immunologen.

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Das Immunsystem schützt den Wirtsorganismus vor eindringenden Krankheitserregern wie Viren, Bakterien, Pilzen und Parasiten. Dazu nutzt das Immunsystem zwei Ebenen: die angeborene und die adaptive Immunität. Die angeborene Immunität reagiert innerhalb von Minuten nach der Infektion, um den Erreger zu beseitigen. Dies ist eine unspezifische, kurzfristige Lösung. Parallel dazu lösen angeborene Immunzellen die Aktivierung des adaptiven Immunsystems aus. Dies dauert ein bis zwei Wochen, aber sobald es etabliert ist, bietet die adaptive Immunität dem Wirt einen langfristigen, erregerspezifischen Schutz.

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Gehen wir etwas tiefer ins Detail. Die angeborene Immunität beginnt mit der Erkennung mikrobieller Erreger durch Sensoren, die ungewöhnliche Moleküle oder Aktivitäten identifizieren – ein Prozess, der als Mustererkennung bekannt ist. Sobald mikrobielle Muster von diesen Sensoren erkannt werden, lösen sie durch die Ausschüttung von Zytokinen und Interferonen sofort Alarm aus. Zytokine und Interferone binden an ihre Rezeptoren auf umliegenden Zellen, um Schutz gegen weitere Invasionen aufzubauen. Sie leiten zudem den Zelltod infizierter Zellen ein, um die weitere Ausbreitung des Virus zu stoppen.

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Schließlich lösen Interferon-Zytokine eine weitere Signalkette aus, die weiße Blutkörperchen zum Infektionsort lockt, um die Eindringlinge einzukesseln und zu bekämpfen.

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Wenn Zytokine jedoch ungebremst freigesetzt werden, können sie die Zellen, die auf diese Zytokine reagieren, schädigen und die Organfunktion lahmlegen. Dies nennt man einen Zytokinsturm, der schwere Krankheitsverläufe, einschließlich COVID-19, vermittelt. Bei einer SARS-CoV-2-Infektion infiziert und vermehrt sich das Virus in den Lungenepithelzellen. Das Virus wird von Makrophagen durch Mustererkennungsrezeptoren entdeckt, was die Ausschüttung von Interferonen und Zytokinen auslöst. Dieses Virus scheint jedoch gegenüber den antiviralen Wirkungen der Interferone unempfindlich zu sein. Stattdessen locken die Zytokine weitere weiße Blutkörperchen an, die das Gewebe überfluten und einen Zytokinsturm erzeugen, bei dem viele Zellen zur Ausschüttung einer Vielzahl unterschiedlicher Zytokine beitragen.

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Einige dieser Zytokine fördern Fibrinablagerungen und schädigen die Blutgefäße, sodass Flüssigkeit in die Lungenbläschen austritt, was zu Atemversagen führt. Viren blockieren die Sekretion und Funktion von Zytokinen und Interferonen, um sich durch die Umgehung des angeborenen Abwehrsystems des Wirts zu vermehren und auszubreiten. Wenn dies geschieht, aktiviert der Körper die zweite Ebene des Immunsystems: die adaptive Immunantwort. Die T- und B-Lymphozyten, die Hauptakteure des adaptiven Immunsystems, müssen von dendritischen Zellen geschult werden. Dendritische Zellen sind spezialisierte weiße Blutkörperchen, die das Gewebe auf potenzielle Krankheitserreger untersuchen.

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Sobald dendritische Zellen Krankheitserreger über ihre Mustererkennungsrezeptoren entdecken, schütten sie nicht nur Zytokine aus, sondern signalisieren auch, dass sie zu den benachbarten Lymphknoten wandern müssen. Naive, ungeschulte T- und B-Zellen, die sich in den Lymphknoten befinden, interagieren dort mit den dendritischen Zellen.

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Wenn ihre Rezeptoren mit dem Antigen übereinstimmen, das von den dendritischen Zellen präsentiert wird, werden sie aktiviert, vermehren sich und werden zu sogenannten Effektor-Lymphozyten. Diese Effektor-Lymphozyten wandern zurück zum Infektionsort, töten infizierte Zellen direkt ab und blockieren die weitere Virusausbreitung durch die Sekretion spezifischer Antikörper. Diese spezialisierten weißen Blutkörperchen, die T- und B-Zellen, werden durch antigenpräsentierende Zellen zum Einsatz gerufen.

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Sobald sie das Zielgewebe erreichen, erkennen die zu Killerzellen ausgebildeten T-Zellen spezifische Virusfragmente auf der Oberfläche infizierter Zellen und zerstören diese, wodurch die Quelle der Virusproduktion eliminiert wird. Von B-Zellen sezernierte Antikörper binden an die Oberfläche des Virus und blockieren dessen Eintritt in die Wirtszellen. Diese werden als neutralisierende Antikörper bezeichnet. B-Zellen sondern auch nicht-neutralisierende Antikörper ab, die andere weiße Blutkörperchen, wie etwa natürliche Killerzellen, herbeirufen, um virusinfizierte Zellen abzutöten.

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Natürliche Killerzellen sind professionelle Killerzellen, benötigen jedoch die Anleitung durch Antikörper, um ihre Waffen gezielt gegen die infizierten Zellen einzusetzen. Das Faszinierende am adaptiven Immunsystem ist, dass sowohl T- als auch B-Zellen zu Gedächtniszellen werden und für lange Zeit einen Immunschutz bieten.

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Gedächtnis-T- und B-Zellen überleben jahrelang und sind in der Lage, bei einer erneuten Exposition wesentlich besser gegen denselben Erreger zu verteidigen als untrainierte Lymphozyten. Wenn Sie also ein zweites Mal auf dasselbe Virus treffen, werden Ihre Gedächtnis-B-Zellen schnell dazu angeregt, Antikörper in deutlich höherer Menge und Qualität zu produzieren. Ebenso bieten Gedächtnis-T-Zellen einen schnellen und robusten Schutz, insbesondere wenn sie sich am Ort des Viruseintritts befinden. Einige B-Zellen entwickeln sich zu Plasmazellen, die über Jahre hinweg große Mengen an Antikörpern absondern.

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Wenn Sie als Kind geimpft wurden, haben Sie wahrscheinlich auch Jahrzehnte später noch Antikörper gegen die Impfantigene. Antikörper binden sofort an den eindringenden Erreger und blockieren dessen weitere Ausbreitung.

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Serologische Tests bestimmen den Antikörperspiegel gegen verschiedene Erreger und sind ein guter Indikator für eine frühere Exposition gegenüber einem Erreger oder eine Impfung. Wie lange die Antikörper anhalten, hängt von der Art des Erregers ab: Masern-Antikörper halten jahrzehntelang, bei gewöhnlichen Erkältungs-Coronaviren sind es 1 bis 2 Jahre. Sie verfügen jedoch weiterhin über Gedächtnis-B- und T-Zellen, die bei einer zweiten Exposition die Produktion von Antikörpern und Killerzellen wieder ankurbeln können. Sie sind damit immer noch deutlich besser geschützt als bei einem Erstkontakt mit dem Erreger.

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Der sicherste und zuverlässigste Weg, Immunität zu erlangen, ist jedoch die Impfung. Impfstoffe sind darauf ausgelegt, eine robuste und langanhaltende Immunität auszulösen, die der durch eine natürliche Infektion erzielten Immunität überlegen ist. Dies ist der einzige sichere Weg, eine Herdenimmunität zu entwickeln. Herdenimmunität bezeichnet den Schutz, der auf Bevölkerungsebene erreicht wird, wenn genügend Menschen gegen einen bestimmten Erreger immun sind.

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Bei hochinfektiösen Viren wie SARS-CoV-2 muss ein Großteil der Bevölkerung immun sein, um einen schützenden Herdenimmunitätseffekt für diejenigen zu gewährleisten, die noch nicht geimpft sind. Es gibt über 100 Impfstoffkandidaten gegen SARS-CoV-2.

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Wir hoffen, dass einige davon eine dauerhafte und wirksame Immunität bieten, die sowohl durch Antikörper als auch durch T-Zellen vermittelt wird, um uns dabei zu helfen, die Ausbreitung von COVID-19 zu stoppen. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

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