Immunologie: Eine Einfürung

253 Pages·1991·9.824 MB·German

by  Basiro Davey (auth.)

Basiro Davey
Immunologie
Eine Einführung
aus dem Englischen übersetzt und bearbeitet
von Ernst Burkel
Mit Übungsaufgaben und Lösungen zum Selbststudium
Springer Basel AG
Die Originalausgabe erschien 1989 unter dem Titel »Immunology - A Foundation
Text« bei Open University Press, Milton Keynes.
© 1989 The Open University
This edition is published by arrangement with Open University Press, Milton
Keynes.
CIP-Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Davey, Basiro:
Immunologie: eine Einführung / Basiro Davey. Aus dem Engl. übers.
und bearb. von Ernst Burkel.
Einheitssacht.: Immunology <dt.)
ISBN 978-3-0348-5210-4 ISBN 978-3-0348-5209-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-0348-5209-8
NE: Burkel, Ernst [Bearb.)
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die »Verwerrungsgesellschaft Wort«, München, wahrgenommen.
© 1991 Springer Basel AG
Ursprünglich erschienen bei Birkhäuser Verlag Basel 1991
ISBN 978-3-0348-5210-4
INHALTSVERZEICHNIS
1 Die Grundzüge der Infektionsabwehr
9
1.1 Der Einfluß der Infektionserkrankungen . . . . . . . . . . . 9
1.2 Die Immunantwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10
1.2.1 Angeborenes und adaptives Immunsystem . . . . . . .. II
1.2.2 Das Potential der Immunantwort ............. 15
Zusammenfassung des ersten Kapitels ............. " 16
2 Die angeborene Immunabwehr . . . . . . ..
18
2.1 Physikalische und chemische Barrieren für eine Infektion.. 18
2.2 Leukozyten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19
2.2.1 Phagozytäre weiße Zellen . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20
2.2.2 Zytotoxische weiße Zellen ................. 23
2.2.3 Die Rolle der Leukozyten bei Entzündungen . . . . . .. 24
2.3 Extrazelluläre chemische Abwehrmechanismen ....... 25
2.3.1 Lysozym ........................... 25
2.3.2 Interferone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 25
2.3.3 Akute Phase-Proteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26
2.3.4 Das Komplement-System. . . . . . . . . . . . . . . . .. 26
2.4 Die akute Entzündungsreaktion . . . . . . . . . . . . . . .. 26
Zusammenfassung des zweiten Kapitels . . . . . . . . . . . . .. 28
3 Die Zellen des adaptiven
Immunsystems ......................
30
3.1 Die kleinen Lymphozyten ................... 30
3.1.1 Antigenspezifität und klonale Selektion. . . . . . . . .. 31
3.1.2 Klonale Expansion und immunologisches Gedächtnis.. 32
3.1.3 Die zwei Familien der kleinen Lymphozyten . . . . . .. 35
3.2 Die B-Zellen und ihre Funktionen. . . . . . . . . . . . . .. 36
3.2.1 Die Antigen-Identifikation der B-Zellen. . . . . . . . .. 36
3.2.2 Die Aktivierung der B-Zellen . . . . . . . . . . . . . . .. 38
3.2.3 Die Antikörper-Antwort. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39
3.2.4 Die Aktivitäten der sezernierten Antikörper. . . . . . .. 40
3.3 Die T -Zellen und ihre Funktionen . . . . . . . . . . . . . .. 42
3.3.1 Die Untergruppen der T-Zellen .............. 42
3.3.2 Der T-Zell-Antigenrezeptor und der MHC
(Major-Histokompatibilitäts-Komplex) . . . . . . . . .. 45
3.3.3 Die Aufgabe der MHC-Restriktion ............ 46
3.3.4 Die Aufbereitung und die Präsentation der Antigene .. 47
3.3.5 Zytokine und Lymphokine . . . . . . . . . . . . . . . .. 48
3.4 Die Reise der T -und B-Zellen durch den Körper . . . . . .. 51
Zusammenfassung des dritten Kapitels .............. 55
4 Die Moleküle des adaptiven
Immunsystems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
57
4.1 Die Rolle der Moleküle bei der Antigen-Erkennung . . . .. 57
4.1.1 Ein wenig Historie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 57
4.2 Das Antikörpermolekül . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59
4.2.1 Konstante und variable Regionen . . . . . . . . . . . .. 62
4.2.2 Die Antigenbindungsstelle . . . . . . . . . . . . . . . .. 64
4.2.3 Die Antikörper-Klassen und ihre Funktionen. . . . . .. 67
4.2.4 Antikörper sind auch Antigene! ............. 72
4.3 Die Immunglobulingene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.3.1 Wie die Vielfalt der Antikörper zustande kommt . 74
4.3.2 Der Klassenwechsel der Immunglobuline. 81
4.4 Der Major-Histokompatibilitäts-Komplex . 83
4.4.1 Die MHC-I-Moleküle . . . . 84
4.4.2 Die MHC-II-Moleküle . . . 86
4.4.3 Die MHC-Gene ... . . . . 87
4.5 Der T-Zell-Antigenrezeptor . . 90
4.5.1 Die Struktur des Rezeptors . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.5.2 Die TcR-Gene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.5.3 Die Wechselwirkung mit dem Antigen und dem
MHC-Molekül . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.6 Die Familie der Immunglobulin-Supergene. . . . . 94
Zusammenfassung des vierten Kapitels . . . . . . . . . . . . .. 95
5 Kooperation und» Flucht« .
98
5.1 Die Zusammenarbeit zwischen angeborener und adaptiver
Abwehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.1.1 Die Arbeitsteilung in der Immunantwort . . . . . . . .. 99
5.2 »Fluchtstrategien« - wie sich die Pathogene der Abwehr
entziehen .................. 101
5.2.1 Die »Fluchtstrategien« der Bakterien 102
5.2.2 Die »Fluchtstrategien« der Viren. . . 103
5.2.3 Die »Fluchtstrategien« der Parasiten 104
Zusammenfassung des fünften Kapitels 10 5
6 Antigene. . . . . . . . . . . . . .
106
6.1 Allgemeine Charakteristika der Antigene. 106
6.1.1 Die Größe ...... . . . . . . . 106
6.1.2 Die Struktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
6.1.3 »Fremdheit« . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
6.1.4 Die Charakteristik der Aminosäurereste :
Ladung und Hydrophobie .......... 109
6.1.5 Flexibilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
6.2 Die Wechselwirkung zwischen Antigen und Antikörper 110
6.2.1 Die Bestimmung der Affinität . . . . . . . . . . .. 11 0
6.2.2 Avidität . . . . . . . . . . . . . 113
6.2.3 Kreuzreagierende Antigene . . 115
6.3 Die Epitope der B-und T -Zellen 117
6.4 Allo-und xenogene Antigene . 119
6.4.1 Die Blutgruppenantigene . . . 119
6.4.2 Gewebsspezifische Antigene . 122
6.4.3 Differenzierungs-und embryonale Antigene 122
Zusammenfassung des sechsten Kapitels ., 123
7 Anwendungen der Antigen-
Identifikation ............
125
7.1 Herstellung von Antikörpern ...... 125
7.1.1 Die Herstellung polyklonaler Antiseren. . 126
7.1.2 Die Herstellung monoklonaler Antikörper 128
7.2 Die Reinigung von Antigenen mit der Immunaffinitäts-
chromatographie . . . . . . . . . . . 131
7.3 Die Präzipitation löslicher Antigene 132
7.3.1 Immundiffusionsmethoden . . . . . . . . . . . . . . 134
7.3.2 Immunelektrophoreseverfahren . . . . . . . . . . . . .. 135
7.4 Die Agglutination zellgebundener Antigene ......... 137
7.5 Immunmarkiemngs-Methoden . . . . . . . . . .. 139
7.5.1 Radioimmunassays ... . . . . . . . . . .. 140
7.5.2 Enzymimmunassays . . . . . . . . . . . . .. 143
7.5.3 Immunblotting . . . . . . . . . . . . . . 145
7.5.4 Immunhistochemie ..... . . . . . . 148
7.5.5 Die Verwendung markierter Antikörper bei der
Bestimmung lymphozytärer Funktionen. . . . . 148
7.6 Rosetten und Plaques. . . . . . . . . . . . . . . . . 150
7.7 Diagnostische und therapeutische ln-vjvo-Anwendungen
der Antikörper . . . . . . . . . . . 152
Zusammenfassung des siebten Kapitels . . . . . . . . . . . . 154
8 Die Reifung der adaptiven
Immunantwort ......... .
156
8.1 Die Immunkompetenz bei Embryos und neugeborenen
Säugetieren . . . . . . .. ......... 156
8.2 Die Reifung der B-Zellen . . . . . . . . . . . . . 158
8.3 Die Reifung der T -Zellen ............. 160
8.3.1 Der Erwerb der MHC-Restriktion . . . . . . . 162
8.3.2 Die Herstellung der T-Zell-Antigenrezeptoren 164
8.4 Immuntoleranz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
8.4.1 Die Entstehung der Selbst-Toleranz . . . . . . . . . 166
8.4.2 Möglichkeiten zur Erzeugung einer Immuntoleranz
beim Erwachsenen . . . . . . . . . . . . . . 168
8.4.3 Der Zusammenbruch der Selbst-Toleranz. 170
Zusammenfassung des achten Kapitels ...... 171
9 Die Regulation der Immunantwort .
173
9.1 Die Regulation durch Antigen-und Antikörper-
konzentration . . . . . . . . . . . . . . . . 173
9.2 Die Regulation durch die Rezeptor-Dichte . . . . 174
9.3 Regelkreise der Immunzellen ............. 175
9.3.1 Idiotypgesteuertes Regulationssystem . . . . . . . 177
9.4 Die genetische Steuemng der Immunreagibilität . . . 180
9.5 Die Regulation durch neuroendokrine Mechanismen 182
Zusammenfassung des neunten Kapitels. . . . . . . . . . 184
10 Immunerkrankungen . . . . . . . . . . . . . . . ..
185
10.1 Immunpathologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 185
10.2 Angeborene Immunschwäche . . . . . . . . . . . . . . 185
10.3 Die Induktion einer Immunsuppression . . . . . . . . 186
10.3.1 Ionisierende Bestrahlung und immunsuppressive
Medikamente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
10.3.2 Von Parasiten ausgehende Immunsuppression .. 188
10.3.3 HIV - das humane Immunschwächevirus . . . . . . .. 188
10.4 Krebs - Schwäche oder Oberaktivität des Immunsystems? 191
10.5 Gene und immunologische Hyperaktivität . 194
10.6 Hypersensitivitätsreaktionen . . . 196
10.6.1 Typ I: Sofortreaktion . . . . . . . . 196
10 .6.2 Typ II: zytotoxische Reaktion. . . 198
10.6.3 Typ III: Immunkomplexreaktion . 199
10.6.4 Typ IV: zellvermittelte Reaktion 200
10.7 Autoimmunerkrankungen . . . . . . 204
Zusammenfassung des zehnten Kapitels . 207
Verständnis fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
208
Antworten auf die Verständnis fragen . . . . ..
220
Literaturempfehlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 237
Danksagungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 239
Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 241
Kapitell
Die Grundzüge der Infektionsabwehr
Die Immunologie ist der Zweig der Naturwissenschaften, der sich mit der
Untersuchung der im Tierreich vorkommenden Immunsysteme befaßt.
Diese Systeme, die zum Schutz der Tiere vor Infektionen durch schädliche
Mikroben und Parasiten entwickelt wurden, umfassen sowohl die einfa
chen biochemischen und zellulären Abwehrmechanismen der Wirbellosen
(wie etwa der Schwämme und Würmer) als auch die hochkomplexen Netz
werke aus Immun-Zellen und -Molekülen der Säuger und Vögel.
Das Ziel dieses Buches liegt darin, Ihnen ein grundlegendes Verständnis
der Abwehrvorgänge der Säugetiere - mit besonderer Hervorhebung des
menschlichen Immunsystems und dessen Wechselwirkung zu Gesundheit
und Krankheit - zu vermitteln. Die Immunologie ist ein sich rasant aus
weitender Forschungsbereich, der das öffentliche Interesse in den letzten
Jahren durch die Fortschritte der Impfstoffentwicklung und Organtrans
plantation, aber auch durch die Erkenntnis der verheerenden Folgen, des
Zusammenbruchs des Abwehrsystems als wahrscheinlicher Konsequenz
einer Infektion mit dem AIDS-Virus, auf sich gezogen hat. Die Immunolo
gie überlappt sich mit anderen biologischen Disziplinen wie Biochemie,
Zellbiologie, Genetik, Physiologie, Mikrobiologie und Parasitologie; sie
arbeitet mit aus diesen Fächern stammenden Konzepten und Methoden
und trägt durch ihre Forschungsergebnisse wiederum zur Weiterentwick
lung dieser Disziplinen bei. In diesem ersten Kapitel wollen wir Ihr Inter
esse an der Immunologie wecken und Ihnen einen Blick über das Terrain
verschaffen, das in den folgenden Kapiteln eingehender behandelt wird.
1.1 Der Einfluß der Infektionserkrankungen
Pflanzen und Tiere sind, von den einfachsten bis zu den höchst komplexen
Formen, anfällig gegenüber Schädigungen, die von einem riesigen Spek
trum infektiöser Mikroben und mehrzelliger Parasiten ausgehen. Zur Un
terscheidung von harmlosen oder nützlichen Typen benennt man Mikro
ben, die Krankheiten verursachen, als Pathogene. Unter diesen Begriff fal
len bestimmte Bakterien, Viren, Protozoen und Pilze. Manche multizellulä
ren Parasiten wie Zecken und Läuse leben zwar meist zum juckenden
Leidwesen ihrer Wirte auf deren Oberfläche, aber andere Vertreter dieser
Parasiten stellen durch den Befall innerer Organe eine weit größere Ge
sundheitsbedrohung dar. Ein von einem Pathogen oder Parasiten befalle
nes Tier wird als der Wirt dieses infektiösen Lebewesens bezeichnet. Pa
thogene und Parasiten verursachen beim Menschen Gesundheitsstörun
gen, die sowohl die relative Unannehmlichkeit einer Erkältungssymptoma
tik umfaßen als auch akute und gelegentlich tödliche Infektionen (z.B.
Cholera oder Grippe) und chronisch schwächende Verläufe. Letztere
kennzeichnen vor allem Parasitenerkrankungen wie Malaria, Schlafkrank
heit und Bilharziose.
Obwohl in modernen Industrieländern wie z.B. Großbritannien gegenwär
tig Ansteckungserkrankungen für weniger als zwei Prozent der Todesfälle
verantwortlich sind, machen eben die nicht-tödlichen Infektionsverläufe
einen beträchtlichen Anteil aller medizinischen Interventionen aus und
nehmen in der Hausarztpraxis vor allen anderen Krankheitskategorien die
erste Stelle der Konsultationsgründe ein. In vielen Ländern der dritten
9
Welt dagegen sind Pathogene und Parasiten zu 70-80 Prozent die Ursache
aller Todesfalle, die in die zig Millionen gehen und hauptsächlich Kinder
unter fünf Jahren betreffen. Allein an Durchfallserkrankungen sterben in
einem einzigen Jahr in Asien, Afrika und Lateinamerika 20 Millionen Kin
der. Weltweit leidet etwa eine Milliarde Menschen an parasitärem Wurm
befall und über 100 Millionen sind mit Malaria infiziert.
Die Hauptgründe für die starke Verbreitung von Infektionserkrankungen
in der dritten Welt liegen in den erbärmlichen Hygienesystemen und den
logischerweise dann auch verseuchten Trinkwasser- und Nahrungsvorrä
ten. Diese Effekte werden durch Mangelernährung und grassierende In
fektionen noch verschlimmert, was als Konsequenz die Verminderung der
körpereigenen Widerstandsfähigkeit gegenüber Krankheiten zur Folge hat.
Die Impfprogramme für verhütbare Infektionen wie Masern und Tuberku
lose sind oft lückenhaft und zudem unzureichend finanziert. Und für ver
schiedene Dritte-Welt-Krankheiten wie Malaria und Cholera existieren
noch heute keine wirksamen Vakzinen.
In den modernen Industrieländern, die durch eine gut ernährte Bevölke
rung, hygienisch einwandfreie Trinkwasser- und Nahrungsversorgung und
eine öffentlichen Gesundheitsvorsorge gekennzeichnet sind, hat man
eigentlich erwarten können, vor einem ungezügelten Ausbrechen tödlicher
Infektionen sicher zu sein. Aber die Ausbreitung von AIDS (Acquired Im
mune Deficiency Syndrome, dt.: Krankheitsbild der erworbenen Immun
schwäche) hat in den achtziger Jahren in der westlichen Hemisphäre diese
Erwartung unterminiert und die Bedeutung des Immunsystems für den
Schutz vor Infektionen in den Blickpunkt gerückt.
AIDS machte sich zum ersten Mal kenntlich, als augenscheinlich gesunde,
junge Erwachsene in Europa und den USA rasch verschiedenen, normaler
weise harmlosen Infektionen, für die es infolgedessen auch keine medizini
schen Heilmittel gab, erlagen. AIDS-Patienten leiden vor allem an Lun
genentzündungen, die von einem ungewöhnlichen Pilz verursacht werden,
an Durchfällen, die auf das Konto bestimmter Bakterienarten gehen, und
krebsartigen Wucherungen der Blutgefaße, für die ein Virus ursächlich
sein könnte. Es konnte nachgewiesen werden, daß die gesteigerte Anflillig
keit für diese »opportunistischen« Infektionen das Ergebnis eines Angriffs
eines früher unbekannten Virus auf das körpereigene Abwehrsystem ist.
Die Infektion mit dem sogenannten Human Immunodeficiency Virus (HIV)
kann zu einer Unterdrückung der normalen biochemischen und zellulären
Mechanismen der Immunantwort führen, die dann die Infizierten schutz
los gegenüber Pathogenen werden läßt, die sonst ohne Schwierigkeiten eli
miniert werden würden. In den Bevölkerungen der dritten Welt, die schon
durch Mangelernährung, Malaria und andere Infektionen geschwächt
sind, haben die Effekte des HIV auf das Abwehrsystem sogar noch verhee
rendere Konsequenzen als in den entwickelten Ländern. Jedoch wird die
von der HIV-Infektion ausgehende ernsthafte globale Bedrohung noch im
mer von der Bedrohung durch andere Infektions- und Parasitenerkrankun
gen in den Schatten gestellt.
1.2 Die Immunantwort
Sämtliche im Tierreich vorkommenden Immunsysteme reagieren auf die
Anwesenheit infektiöser Organismen in den Geweben eines Wirtstiers
durch eine gegen die Eindringlinge gerichtete Immunantwort. Eine fein ab
gestimmte Balance koordinert die Tätigkeiten von Zellen und Molekülen
zum Netzwerk der Immunantwort. Dadurch ist es möglich, die Mikroben,
10