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Wie speichert das adaptive Immunsystem Informationen?

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Ich bin ziemlich neugierig darauf:

  1. Wo und wie wird das Wissen gespeichert, dass sich das adaptive Immunsystem ansammelt?
  2. Was ist die "Speichergrößenbeschränkung" dieser Speichermethode, falls vorhanden?
  3. Warum kann dieses Wissen nicht zwischen Einzelpersonen übertragen werden, so wie wir Antivirus-Definitionen für Computer übertragen?

Eine genaue Antwort auf diese Frage gibt es wohl nicht, denn das adaptive Immunsystem ist, wie andere schon sagten, nicht wirklich mit einem Computer vergleichbar. Das heißt, hier sind einige Elemente, die Sie möglicherweise untersuchen möchten.

Frage 1: Der Hauptort der Informationsspeicherung des adaptiven Immunsystems ist eine spezielle DNA-Region in T- und B-Lymphozyten, die Immunglobuline, die Proteine, die diese Zellen verwenden, um fremde Organismen zu erkennen. Die in dieser speziellen DNA-Region gespeicherte Sequenz kann durch Hypermutations- und Rekombinationsmechanismen neu angeordnet werden. Dies geschieht früh im Leben von T- und B-Lymphozyten, so dass jede Zelle eine einzigartige DNA-Sequenz erhält. Die Zellen, die später zufällig Eindringlinge erkennen, vermehren sich im Rahmen der Immunantwort und überleben später als Gedächtniszellen, sodass ihre spezifischen DNA-Sequenzen erhalten bleiben. Wenn die gleiche Infektion später im Leben erneut auftritt, helfen diese Gedächtniszellen dem Immunsystem, schneller zu reagieren.

Frage 2: Die verwendete DNA-Region ist in der Größenordnung von 1 Million Basen lang, und es wurde geschätzt, dass das menschliche Immunsystem etwa 10^{11}$ verschiedene Immunglobuline erzeugen kann. Wie ich diese Zahlen in Bezug auf "Speichergröße" interpretieren soll, ist mir jedoch nicht klar. Einerseits entspricht 1 Million Basen 250 kByte (jede Nukleotidbase speichert 2 Bit); andererseits kann $10^{11}$ als Integer in 37 Bit gespeichert werden. Ich denke, es hängt davon ab, welchen Informationsstand Sie betrachten.

Frage 3: Es gibt keinen Mechanismus, um Informationen direkt zwischen Lymphozyten zu übertragen. Lymphozyten können ihre DNA nicht nach Belieben lesen und schreiben, und sie können nicht einfach Sequenzen voneinander kopieren. Ihre Vielfalt beruht vielmehr darauf, dass zuerst ihre Immunglobulin-kodierende DNA zufällig neu gemischt wird, gefolgt von der Auswahl der erfolgreichen Zellen – dies ist eine rohe, zufällige Suchmethode, wie die Evolution selbst. Außerdem interpretieren sich Lymphozyten von nicht verwandten Individuen im Allgemeinen als Eindringlinge, was eine Immunantwort verursacht. Es ist jedoch möglich, das "Gedächtnis" von Lymphozyten, die mit genetischen Techniken aus Blut extrahiert wurden, experimentell zu "bearbeiten". Dies wurde zum Beispiel kürzlich untersucht, um Krebspatienten eigene Lymphozyten zu "trainieren", um Krebszellen anzugreifen, in einigen Fällen mit bemerkenswert guten Ergebnissen.


Zu verstehen, wie Lymphknoten auf Infektionen reagieren, kann die Funktionsweise des Immunsystems neu definieren

DURHAM, N.C. – Forscher des Duke University Medical Center haben möglicherweise das Rätsel gelöst, warum Lymphknoten anschwellen, wenn der Körper Infektionen bekämpft. Ihre Ergebnisse könnten die Funktionsweise des Immunsystems neu definieren, sagten sie.

Ihre Forschung, die in der Dezember-Ausgabe 2003 von Nature Immunology veröffentlicht wurde, konzentrierte sich auf die Rolle von Mastzellen. Mastzellen sind Immunzellen, die typischerweise direkt unter der Haut sowie in der Darm- und Lungenschleimhaut zu finden sind und früher vor allem mit der Auslösung allergischer Reaktionen in Verbindung gebracht wurden. Die Duke-Forscher berichten, dass allergische Reaktionen nur eine Nebenwirkung der viel wichtigeren Rolle der Mastzellen als Regulator des körpereigenen Immunsystems sind.

"Mastzellen dienen als Kommandoposten für das Immunsystem bei Infektionen", sagte Soman Abraham, Ph.D., Professor für Pathologie, außerordentlicher Professor für Immunologie und leitender Autor des Artikels. "Weiße Blutkörperchen werden in diesen Knoten sequestriert und können nach ordnungsgemäßer Aktivierung gezielt infektiöse Erreger angreifen und den Wirt bei der Beseitigung unerwünschter Krankheitserreger unterstützen."

Abraham sagte, dass die Entdeckung, dass Mastzellen die Aktivierung und das Anschwellen von Knoten durch die Freisetzung spezifischer Signalmoleküle initiieren können, auf die mögliche Verwendung von Mastzellprodukten für die Entwicklung von Impfstoffen zur Steigerung der Immunantwort hindeutet.

"Mastzellen wurden wegen ihres Beitrags zu vielen Krankheiten wie Asthma, Arthritis, Morbus Crohn und Multipler Sklerose oft bösartig", sagte Abraham. "Unsere Forschung zeigt, dass Mastzellen eine wichtige Rolle bei der Immunüberwachung und Abwehr von Infektionserregern spielen."

Das menschliche Immunsystem besteht aus zwei Komponenten, die es vor eindringenden Krankheitserregern schützen. Die erste Verteidigungslinie ist das angeborene Immunsystem, eine schnell wirkende Reaktion, die sofort ausgelöst wird, wenn ein Krankheitserreger in den Körper eindringt. Die angeborene Immunantwort reagiert unabhängig vom Erreger gleich und greift den Erreger in den ersten Tagen an, bis die adaptive Immunantwort ihren Angriff beginnen kann.

Das adaptive Immunsystem ist speziell auf den befallenen Erreger zugeschnitten. Sobald das Immunsystem einen Eindringling identifiziert, rekrutieren entwässernde Lymphknoten innerhalb von 24 Stunden infektionsbekämpfende T-Zellen. Während der nächsten Woche oder so vermehren sich die T-Zellen und veranlassen die B-Zellen, Antikörper zu produzieren, die für den Eindringling spezifisch sind. Die Folge sind geschwollene Lymphknoten, die das erste erkennbare Zeichen dafür sind, dass das adaptive Immunsystem aktiv ist.

Frühere Studien von Abraham zeigten, dass Mastzellen das angeborene Immunsystem des Körpers auslösen, indem sie ein Molekül namens Tumornekrosefaktor (TNF) freisetzen und infektionsbeseitigende Zellen namens Neutrophile rekrutieren. Die Rolle der Mastzellen im adaptiven Immunsystem blieb jedoch unbekannt.

Um die Rolle von Mastzellen im adaptiven Immunsystem zu untersuchen, untersuchten die Duke-Forscher die Lymphknoten von Mäusen mit einem Mangel an Mastzellen. Als die Wissenschaftler Bakterien in die Tiere einführten, schwellen ihre Lymphknoten nicht an. Als den Mäusen jedoch Mastzellen injiziert wurden, schwollen ihre Knoten an. Darüber hinaus induzierte die spezifische Aktivierung von Mastzellen in der Haut einen schnellen Anstieg von TNF in den Lymphknoten und die Rekrutierung von T-Zellen.

„Wir zeigen, dass die Mastzellen sowohl am angeborenen als auch am adaptiven Immunsystem entscheidend beteiligt sind“, sagte Abraham. „Beide werden mit der Freisetzung von TNF durch die Mastzellen ausgelöst. Das angeborene Immunsystem greift durch TNF und Neutrophile zuerst den Erreger an, aber innerhalb von Stunden hat TNF die Lymphknoten erreicht und das adaptive Immunsystem aktiviert. Zellen rekrutiert und ein gezielter Angriff auf den Erreger beginnt. Innerhalb weniger Tage produziert der Körper Antikörper und wehrt sich.“

Die Beteiligung von Mastzellen an der adaptiven Reaktion ist eine große Veränderung im Verständnis des Immunsystems und seiner Funktion, sagte Salvatore Pizzo, M.D., Ph.D., Vorsitzender der Abteilung für Pathologie und Mitglied des Forschungsteams.

"Wenn Sie in zwei Jahren ein Lehrbuch in die Hand nehmen, das zeigt, wie das Immunsystem funktioniert und wie ein Knoten auf einen Infektionserreger reagiert, werden Sie einen ganz neuen Weg sehen", sagte Pizzo. „Mastzellen sind viel mehr als nur schlechte Akteure, die Ihnen Übelkeit bereiten, wenn Sie schädlichen Agenten ausgesetzt sind. Sie sind tatsächlich wichtige Akteure, die Ihnen helfen, mit diesen schädlichen Agenten umzugehen.“

"Mit einem klareren Verständnis des adaptiven Immunsystems und der Rolle von Mastzellen ergibt sich die Chance für neue Therapeutika, die den Krankheitsschutz verbessern könnten", sagte Abraham.

„Vor allem bei Allergien und Asthma ist bekannt, dass Mastzellen an Immundysfunktionen beteiligt sind“, sagte er. "Aber ihre wahre physiologische Rolle löst sowohl das angeborene als auch das adaptive Immunsystem aus. Zukünftige Forschung muss sich auf diese Rolle konzentrieren. Wir müssen den Prozess weiter analysieren und einen Teil davon anpassen, um die Immunität und den Krankheitsschutz zu verbessern."

Die National Institutes of Health und die Sandler Foundation for Asthma Research finanzierten die Forschung. Co-Autoren des Papiers sind James B. McLachlan Justin P. Hart, Ph.D. Christopher P. Shelburne, Ph.D. Herman F. Staats, Ph.D. und Michael D. Gunn, M.D., alle vom Duke University Medical Center.

Geschichte Quelle:

Materialien zur Verfügung gestellt von Medizinisches Zentrum der Duke University. Hinweis: Der Inhalt kann hinsichtlich Stil und Länge bearbeitet werden.


153 Jahre nach der Entdeckung der dendritischen Zellen des Immunsystems entdecken Wissenschaftler eine neue Untergruppe

Künstlerische Darstellung der Oberfläche einer menschlichen dendritischen Zelle mit flächigen Prozessen, die sich auf die Membranoberfläche zurückfalten. Kredit: Nationale Gesundheitsinstitute (NIH)

Wenn Krankheitserreger eindringen oder Tumorzellen auftauchen, wird das Immunsystem durch Gefahrensignale gewarnt, die ein wichtiges Bataillon von Ersthelfern herbeirufen, die unbesungenen Helden des Immunsystems – eine Population von seesternförmigen Wächtern, die dendritische Zellen genannt werden.

Ohne sie wäre die Koordination der Immunantwort langsamer und weniger gut organisiert. Doch selbst angesichts dieser unverzichtbaren Rolle hat es bis heute gedauert, bis man herausgefunden hat, dass eine Teilpopulation dieser Zellen nicht zugrunde geht, nachdem sie ihre Hauptaufgabe im Immunsystem erfüllt hat.

Dendritische Zellen wurden 1868 entdeckt und damals missverstanden und fälschlicherweise als Mitglieder des Nervensystems kategorisiert. Aber Immunologen wissen jetzt, dass es verschiedene Arten dieser Zellen gibt, obwohl sie alle gleich aussehen und ungefähr die gleiche Aufgabe haben wie Wächter im Immunsystem – rund um die Uhr auf Patrouille, um infiltrierende Ursachen von Infektionen und Krankheiten zu jagen. Was eine Gruppe von einer anderen unterscheidet, haben Wissenschaftler in Deutschland gerade herausgefunden, ist ihre Reaktion auf bestimmte Signalmoleküle und wie lange sie im Gewebe und im Blut überleben.

Zunächst einmal ist die Form kein Zufall der Natur. Es ermöglicht diesen Zellen, ihre Hauptaufgabe zu erfüllen, bei der es um die Gewinnung mikroskopischer Proben – Antigene – von einem zur Zerstörung vorgesehenen Infiltrator geht. Dendritische Zellen verschlingen Schnipsel des Eindringlings und präsentieren diese Antigene buchstäblich den wichtigsten Kämpfern des Immunsystems.

Diese hochmobilen Zellen reisen zu Orten, an denen sich krankheitsabtötende Immunzellen befinden, um ihre Proben zu präsentieren und beispielsweise T-Zellen dem Feind zuzuführen, der auf sie wartet. Formal wird die Aktivität, die Probe T-Zellen zu präsentieren, als Antigen-Präsentation bezeichnet. Bei all der Arbeit, die damit verbunden ist, den Körper vor Gefahren zu warnen, ist eine große Gruppe von dendritischen Zellen so programmiert, dass sie nach einer gut erledigten Arbeit absterben.

In einer bahnbrechenden Studienreihe hat nun ein großes Forscherteam aus ganz Deutschland herausgefunden, warum eine einzigartige Population von dendritischen Zellen nach Antigenpräsentation nicht abstirbt. Die Subpopulation stimuliert weiterhin Teile des Immunsystems, um den Kampf gegen invasive Viren, Bakterien oder potenziell tödliche Tumorzellen zu unterstützen.

Der Befund wird wahrscheinlich als willkommene Nachricht in einer Welt angesehen, die von einem Pandemievirus und einer Reihe besorgniserregender Varianten heimgesucht wird. Alle haben Bedenken hinsichtlich der Langlebigkeit der durch COVID-19-Impfstoffe ausgelösten Immunität geschürt. Wie sich herausstellt, besteht eine weitere wichtige Rolle dendritischer Zellen darin, die Immunkräfte als Reaktion auf die Impfung zu mobilisieren.

Um die Bedeutung der neuen Forschung zu verstehen, ist es zunächst notwendig, von den neuen Erkenntnissen abzuweichen und sich stattdessen mit einer Einführung in die beiden Abteilungen des menschlichen Immunsystems zu befassen: das angeborene und das adaptive.

Um die Forschung vollständig zu verstehen, ist es auch wichtig für eine weitere kurze Lektion: Dendritische Zellen 101. Die neue Erkenntnis verspricht, laut Wissenschaftlern, die Definition der Zellen in Zukunft zu verändern.

Das angeborene Immunsystem besteht aus den großen Fressern, den sogenannten professionellen Fresszellen, die möglichst viel von einem eindringenden Feind verschlingen und in harmlosen Müll zerkauen. Dieser Teil des Immunsystems setzt auch einen Tsunami von Zytokinen und anderen Entzündungsmolekülen frei. Die adaptive Immunität wird durch die großen Väter der Immunantwort verankert, hauptsächlich durch die verschiedenen Populationen von B- und T-Zellen.

Dendritische Zellen oder DCs, wie sie auch genannt werden, sind die Antigen-präsentierende Population, was einfach bedeutet, dass sie eine Probe eines Eindringlings verschlingen und rennen, um sie den krankheitsbekämpfenden Kriegern des adaptiven Immunsystems zu präsentieren. Dendritische Zellen haben jedoch eine größere Rolle: Sie aktivieren tatsächlich die adaptive Immunantwort. Als Mitglied des adaptiven Immunsystems dienen dendritische Zellen als Brücke zwischen dem angeborenen und dem adaptiven System.

Die Signalaktivität, die durch die entzündlichen Moleküle des angeborenen Immunsystems ausgelöst wird, stimuliert eine schnelle Reaktion der dendritischen Zellen, die bereits auf Patrouille sind – auf der Suche nach invasiven Problemen.

Trotz der Aufgabe, Schlüsselakteure des adaptiven Immunsystems, nämlich T-Zellen, zu aktivieren – und indirekt antikörperproduzierende B-Zellen auszulösen – sind Armeen von DCs unweigerlich dem Tode geweiht. Sobald ihre Hauptaufgaben der Antigenpräsentation und Stimulierung der adaptiven Reaktion erledigt sind, unterliegen die Zellen dem programmierten Zelltod, der Apoptose, die zu ihrem Untergang führt. Einfach ausgedrückt, hat die Natur dafür gesorgt, dass Armeen von dendritischen Zellen zugrunde gehen, sobald ihre Hauptaufgaben erfüllt sind. Frische Rekruten ersetzen die alten Zellen in einem Erneuerungsprozess, der im Knochenmark beginnt.

Drs. Lukas Hatscher und Diana Dudziak vom Labor für Dendritische Zellbiologie am Universitätsklinikum Erlangen, einer Abteilung der Friedrich-Alexander-Universität, leiteten das Team, das eine langlebige Untergruppe dendritischer Zellen entdeckte. Sie haben sie als konventionelle dendritische Zellen des menschlichen Typs 2 identifiziert.

Hatscher, Dudziak und ihre Mitarbeiter analysierten diese dendritische Population und erhielten sie von einer Vielzahl von Stellen – Blut, Milz und Thymusdrüse. Die in der Forschung verwendeten organabgeleiteten DCs wurden aus gespendeten Organen erworben. Die Wissenschaftler verglichen ihre Aktivität mit konventionellen dentritischen Zellen vom Typ 1 des Menschen. Sie fanden heraus, dass die Langlebigkeit die Typ-2-Population von den zum Scheitern verurteilten Typ-1-Populationen unterscheidet.

Verstecken in Sichtweite

Die große Überraschung bei der Recherche war die Entdeckung, dass sich diese schwer fassbare Gruppe von DCs die ganze Zeit in Sichtweite versteckt hatte. Die Herausforderung für das deutsche Team bestand darin, herauszufinden, warum DCs vom Typ 2 aktiv bleiben, obwohl die DCs vom Typ 1 zum Sterben programmiert sind.

„Stattdessen traten diese Zellen in einen ‚hyperaktiven‘ Zustand ein, der die Stimulation bestimmter Untergruppen von T-Helferzellen verstärkte“, schreiben Hatscher und Dudziak in der Zeitschrift Wissenschaftliche Signalgebung, die die von ihnen entdeckte dendritische Zellpopulation beschreibt. "Die Ergebnisse legen nahe, dass konventionelle dendritische Zellen vom Typ 2 entscheidend für die Wirksamkeit von Impfstoffen und Immuntherapien sowie für die therapeutische Kontrolle von Entzündungen sein könnten."

Das deutsche Team bestätigte, dass Typ-2-DCs die Aktivität des Immunsystems steigern, indem sie auf Inflammasom-Signale reagieren. Chemisch gesehen sind Inflammasomen komplexe Polymere und Teil des angeborenen Immunsystems. Inflammasom-Signalisierung induziert Zytokine. Die DC-Antwort auf Inflammasomen tritt auch bei der Impfimmunität und der Fähigkeit des Körpers auf, Infektionen abzuwehren, fanden Hatscher und Dudziak heraus.

Dendritische Zellen vom Typ 1 neigen dazu, einen regulierten Zelltod zu durchlaufen, nachdem Inflammasomen aktiviert wurden. Die Ermittler fanden jedoch heraus, dass der automatische Tod für Typ-2-DCs nicht unvermeidlich war, die nach der Aktivierung des Inflammasoms nicht erlagen. Typ-2-DCs überlebten nicht nur, sondern setzten ihre Rolle als Brücke zwischen dem angeborenen und dem adaptiven Immunsystem fort. Die Forscher vermuten, dass diese Zellen Hauptziele für Ansätze zur Behandlung von Entzündungskrankheiten oder zur Verstärkung der Wirkung von Impfstoffen und Adjuvanzien sein könnten.

„Wenn konventionelle dendritische Zellen vom Typ 2 mit Liganden stimuliert wurden, die das Inflammasom schwach aktivierten, traten die DCs nicht in den [programmierten Zelltod] ein, sondern sezernierten stattdessen die Interleukin-12-Familie von Zytokinen [IL-12] und Interleukin-1β [IL-1β ]. Diese Zytokine induzierten prominente T-Helfer-Typ-1-Zellen und T-Helfer-17-Antworten“, schrieben die Wissenschaftler.

Die Entdeckung, wie einige dendritische Zellen überleben und andere zum Absterben programmiert sind, wurde von einem großen Team von Immunbiologen gemacht, das mehr als ein Dutzend führender Forschungszentren in ganz Deutschland repräsentierte. Die Forscher beschrieben den Signalweg, der diese Zellen alarmiert, und definierten die biologische Rolle der dendritischen Subpopulation. Wissenschaftler haben in ihrer Forschung bewiesen, dass sich konventionelle dendritische Zellen vom Typ 2 von den Typ-1-Zellen unterscheiden. „Wir fanden heraus, dass die konventionelle Untergruppe der dendritischen Zellen vom Typ 2 die wichtigste Untergruppe der menschlichen DC ist“, schlossen die Forscher.

Dendritische Zellen fungieren im Allgemeinen als Wächter, indem sie Gewebe überwachen. Sie können beispielsweise Infektionen im Körper erkennen, indem sie „Gefahrensignale“ im Zusammenhang mit eingedrungenen Krankheitserregern lokalisieren. Dendritische Zellen unabhängig vom Typ Null auf PAMPS – Pathogen-assoziierte molekulare Muster – die von Mikroorganismen abgeleitet werden. Eine der berüchtigtsten PAMPs ist eine potenziell tödliche bakterielle Komponente, die als Lipopolysaccharid oder LPS bekannt ist und an der äußeren Zellwand gramnegativer Bakterien vorkommt. Dendritika erhalten Antigene aus der tödlichen invasiven Quelle – und der Angriff des adaptiven Immunsystems auf den Infiltrator beginnt.

Während die Ergebnisse von Hatscher, Dudziak und ihren Kollegen Wissenschaftler weltweit dazu veranlassen könnten, eine umfassendere Rolle dieser Bestandteile des Immunsystems zu bedenken, ist jetzt klar, dass Deutschland seit 153 Jahren an der Spitze der dendritischen Zellforschung steht.

Der deutsche Pathologe Paul Langerhans beschrieb bereits während seines Medizinstudiums als erster DCs in Hautzellen. Obwohl er sie fälschlicherweise als Nervenzellen definiert hat, wird ihm zugeschrieben, dass er auf diese fleißige Zellpopulation aufmerksam gemacht hat. (Langerhans ist auch berühmt für seine Forschungen an der Bauchspeicheldrüse. Nach ihm ist ein insulinproduzierender Zellhaufen in der Bauchspeicheldrüse benannt: die Langerhans-Inseln).

Hatscher und Dudziak berichten unterdessen, dass ihre Entdeckung aus dem 21. "Diese Ergebnisse definieren nicht nur die menschliche Subpopulation konventioneller dendritischer Typ-2-Zellen als Hauptziel für die Behandlung von inflammasomabhängigen entzündlichen Erkrankungen, sondern können auch neue Ansätze für die Entwicklung von Adjuvans und Impfstoffen aufzeigen."


Teil 2: Angeborene vs. adaptive Immunität

Die höchste Klassifizierung innerhalb des Immunsystems liegt zwischen der angeborenen Immunantwort und der adaptiven Immunantwort. Diese werden in den nächsten beiden Teilen genauer besprochen. Im Allgemeinen besteht die angeborene Immunantwort aus Körperkomponenten, die nicht selektiv Zielkrankheiten und fremde Krankheitserreger, während die adaptive Immunantwort selektiv zu bestimmten Krankheiten. Sie werden mit Ihrer angeborenen Immunantwort geboren, die einsatzbereit ist – das angeborene Immunsystem kann auf fremde Krankheitserreger in einer Zeitskala von Sekunden bis Stunden reagieren. Im Gegensatz dazu dauert die adaptive Immunantwort viel länger: auf der Zeitskala von Tagen.

Diese beiden Klassifikationen lassen sich noch weiter in ihre Bestandteile unterteilen, die in den Teilen 3 und 4 diskutiert werden.


3. Darm-assoziiertes lymphatisches Gewebe

Die Mehrheit der Immunzellen im menschlichen Körper befindet sich im Darm-assoziierten Lymphgewebe (GALT), was die Bedeutung dieses Immungewebes für die Erhaltung der Gesundheit des Wirts widerspiegelt. Bei der Nahrungsaufnahme setzen wir uns einer nahezu konstanten und massiven Antigenstimulation aus, und unser Immunsystem muss in der Lage sein, eine starke und schützende Immunität gegen invasive Krankheitserreger bereitzustellen, während es Nahrungsproteine ​​und kommensale Bakterien toleriert. Um dies zu erreichen, enthält das GALT eine Vielzahl von sensorischen und Effektor-Immunfunktionen. Dendritische Zellen und M-Zellen nehmen Proben des Darminhalts, während Plasma-B-Zellen innerhalb der Lamina propria IgA produzieren, das Schutz vor pathogenen Organismen bietet. Spezialisierte Immunregionen, bekannt als Peyer’s-Pflaster, die reich an Immunzellen sind, ermöglichen die Kommunikation zwischen den im GALT ansässigen Immunzellen, die Weitergabe von Signalen an das breitere systemische Immunsystem und die Rekrutierung oder den Ausfluss von Immunzellen [11].

Im Darmlumen selbst liefert das menschliche Darmmikrobiom Antigene und Signale mit dem Potenzial, mit residenten und systemischen Immunzellen zu interagieren. Die Zusammensetzung des Darmmikrobioms ändert sich im Laufe des Lebens als Reaktion auf Nahrungsbestandteile und Umweltfaktoren wie Antibiotika-Exposition. Ernährungsinterventionen, die auf das Darmmikrobiom abzielen, umfassen Probiotika und Präbiotika. Probiotika sind definiert als ȁlebende Mikroorganismen, die, wenn sie in ausreichenden Mengen verzehrt werden, dem Wirt einen gesundheitlichen Nutzen verleihen” [12], während Präbiotika 𠇊 Substrat sind, das selektiv von Wirtsmikroorganismen verwertet wird und einen gesundheitlichen Nutzen bringt” [ 13], neigen dazu, unverdauliche Oligosaccharide wie Fructo-Oligosaccharide und Galacto-Oligosaccharide zu sein. Die Bereitstellung einer pflanzlichen Ernährung kann die Vielfalt der Nährstoffe, die das Darmmikrobiom erreichen, verbessern, wobei die Unverdaulichkeit der Pflanzenzellwände es Peptiden und Lipiden ermöglicht, die ansonsten im oberen Verdauungstrakt absorbiert worden wären, das Mikrobiom zu erreichen [14]. Es kann Umstände geben, unter denen Immunzellen des GALT in direkten Kontakt mit Nährstoffen oder Darmmikrobiota kommen, wie z. Solche Veränderungen der Darmpermeabilität können durch den Mikronährstoffstatus wie den von Vitamin D beeinflusst werden [16].

Eine Reihe von Nährstoffen und diätetischen Interventionen haben gezeigt, dass sie die Messung der Darmgesundheit verbessern oder Darmentzündungen reduzieren können. Es wurde gezeigt, dass Proteinhydrolysate in Tiermodellen die Barrierefunktion und die IgA-Produktion verbessern und daher möglicherweise Anwendungen für die Aufnahme in hypoallergene Säuglingsnahrung und klinische Ernährung bei Patienten mit Erkrankungen wie entzündlichen Darmerkrankungen haben [17]. Tiermodelle für Darmentzündungen haben festgestellt, dass die Bereitstellung probiotischer Bakterien die Entzündung reduzieren kann, mit einer Verringerung der proinflammatorischen Th1- und Th17-Zytokine wie IL-17 und IFN-γ und einer erhöhten Produktion des entzündungsauflösenden Zytokins IL-10 [18]. Präbiotika können zusätzlich zu ihrer Rolle als Substrate für den bakteriellen Stoffwechsel auch die Barrierefunktion verbessern [19]. Santiago-Lopez et al. haben die Wirkung von fermentierter Milch an einem Mäusemodell für entzündliche Darmerkrankungen untersucht [18] und eine Verringerung der Serum-IL-17 und IFN-γ nach Verzehr von fermentierter Milch im Vergleich zur Kontrollgruppe nachgewiesen.


Können Sie AIDS erklären und wie es das Immunsystem beeinflusst? Wie wird HIV zu AIDS?

Das erworbene Immunschwächesyndrom (AIDS) wurde erstmals Anfang der 1980er Jahre erkannt. AIDS wird durch das Humane Immunschwächevirus (HIV) verursacht und wird durch den Austausch von Körperflüssigkeiten (sexuelle Begegnungen, gemeinsame Nadeln, Bluttransfusionen) übertragen. Jüngste Forschungen legen nahe, dass das Virus von einer westafrikanischen Unterart des Schimpansen auf den Menschen "übergesprungen" ist (Pan troglodytes troglodytes) mit Unterbrechungen vor Jahrzehnten oder sogar Jahrhunderten. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) schätzt, dass weltweit Millionen Menschen mit HIV infiziert sind und dass es sich um die verheerendste Epidemie seit der Grippepandemie von 1918 handelt. Es gibt einige Vorhersagen, dass HIV erst Mitte des nächsten Jahrhunderts unter Kontrolle sein wird und dass es in den nächsten 100 Jahren die Entwicklungsländer verwüsten könnte.

HIV ist ein einzigartiges menschliches RNA-Virus, das Zellen des Immunsystems infizieren kann. Insbesondere zielt HIV auf T-Helferzellen (CD4-Zellen) ab, was schließlich zum Tod der Zelle führt. CD4-Zellen sind wichtige Akteure bei der Regulierung der Immunantwort auf eindringende Mikroorganismen. Bei einem unbehandelten Menschen werden täglich 10 bis 100 Milliarden neue Viren produziert. Diese massive Virusreplikation führt über einen Zeitraum von mehreren Jahren bis zu einem Jahrzehnt zu einem fortschreitenden Verlust von CD4-Zellen. Und die Zerstörung von CD4-Zellen macht einen Patienten anfällig für ungewöhnliche opportunistische Infektionen (OIs), die bei gesunden Menschen selten auftreten. Die meisten Patienten, die an AIDS sterben, erliegen einer oder mehreren OIs.

AIDS bezeichnet die späteren Stadien der Krankheit und wird erst diagnostiziert, wenn der Patient eine signifikante OI entwickelt hat oder die CD4-Zellzahl im Blutkreislauf unter 200 fällt (normal sind 500 bis 1.000 Zellen pro Milliliter). Daher bedeutet eine HIV-Infektion nicht unbedingt AIDS, aber alle Patienten mit AIDS haben eine HIV-Infektion.

Bis 1996 verlief die HIV-Infektion bei der überwiegenden Mehrheit der Infizierten tödlich. Mit den jüngsten Fortschritten beim Verständnis des Lebenszyklus von Viren, wie und wo das Virus das Immunsystem schädigt, und der Wirkung neuer Medikamente hat sich jedoch der Verlauf von AIDS bei vielen Patienten in den Industrieländern dramatisch verändert. Tatsächlich geht es den Patienten so gut, dass der Begriff AIDS seine Nützlichkeit überlebt haben könnte.

Kombinationen von Medikamenten wie Nukleosid-Reverse-Transkriptase-Inhibitoren und Protease-Inhibitoren können helfen, die Virusreplikation zu kontrollieren, die Immunfunktion wiederherzustellen und die Gesundheit zu erhalten. Wir haben gesehen, wie Patienten buchstäblich auf dem Sterbebett in eine Vollzeitbeschäftigung zurückkehren. Die schlechte Nachricht ist, dass die Langzeittoxizität praktisch aller dieser Medikamente zunehmend erkannt wurde, da Patienten diese Medikamente über einen längeren Zeitraum einnehmen. Darüber hinaus müssen die Patienten die Kombination (allgemein als HAART bezeichnet, für eine hochaktive antiretrovirale Therapie) genau nach Vorschrift einnehmen. Wenn das Regime nicht perfekt eingehalten wird, kann HIV schnell gegen das Medikament resistent werden. Und sobald eine erste Kombination fehlschlägt, ist es weniger wahrscheinlich, dass eine zweite, andere Kombination wirksam ist. Die gute Nachricht ist, dass neuere Medikamente gegen resistente Virusstämme und neuere Behandlungsansätze auf dem Weg sind. Es ist auch wichtig zu beachten, dass die HIV-Forschung zu Fortschritten bei der Behandlung anderer Virusinfektionen sowie von Krebs, Stoffwechselerkrankungen (Diabetes, hoher Cholesterinspiegel) und anderen Erkrankungen des Immunsystems führen kann.

Zu den wichtigsten Anforderungen für die Zukunft gehören ein wirksamer präventiver Impfstoff, neue Medikamente, ein besseres Verständnis der langfristigen Nebenwirkungen der derzeitigen Medikamente und eine verbesserte Gesundheitsversorgung der Menschen in den Entwicklungsländern. Der vielleicht wichtigste kurzfristige Bedarf sind wirksame Präventionsstrategien. AIDS ist eine vermeidbare Infektion Eine bessere Prävention wird die enorme Belastung der Menschen durch die HIV-Infektion weltweit erheblich verringern.


Lymphsystem

Lymphe, die wässrige Flüssigkeit, die Gewebe und Organe umspült, enthält schützende weiße Blutkörperchen, aber keine Erythrozyten (rote Blutkörperchen). Die Lymphe bewegt sich im Körper durch das Lymphsystem, das aus Gefäßen, Lymphkanälen, Lymphdrüsen und Organen wie Mandeln, Polypen, Thymus und Milz besteht. Obwohl das Immunsystem durch zirkulierende Zellen im ganzen Körper gekennzeichnet ist, finden die Regulierung, Reifung und Kommunikation von Immunfaktoren an bestimmten Stellen statt, die als Lymphknoten bekannt sind.

Das Blut zirkuliert Immunzellen, Proteine ​​und andere Faktoren durch den Körper. Ungefähr 0,1 Prozent aller Zellen im Blut sind Leukozyten, zu denen Monozyten (die Vorläufer von Makrophagen) und Lymphozyten gehören. Die meisten Blutkörperchen sind rote Blutkörperchen. Zellen des Immunsystems können zwischen den unterschiedlichen Lymph- und Blutkreislaufsystemen, die durch Zwischenräume getrennt sind, durch einen als Extravasation bezeichneten Prozess (durchdringen in das umgebende Gewebe) wandern.

Denken Sie daran, dass Zellen des Immunsystems aus Stammzellen im Knochenmark stammen. Die B-Zell-Reifung findet im Knochenmark statt, während Vorläuferzellen aus dem Knochenmark wandern und sich im Thymus genannten Organ zu naiven T-Zellen entwickeln und reifen. Bei der Reifung zirkulieren T- und B-Lymphozyten zu verschiedenen Zielen. Im ganzen Körper verstreute Lymphknoten beherbergen große Populationen von T- und B-Zellen, dendritischen Zellen und Makrophagen. Die Lymphe sammelt Antigene, während sie aus dem Gewebe abfließt. Diese Antigene werden durch Lymphknoten gefiltert, bevor die Lymphe in den Kreislauf zurückgeführt wird. Antigen-präsentierende Zellen (APCs) in den Lymphknoten fangen Antigene ein und verarbeiten sie, um nahegelegene Lymphozyten über potenzielle Krankheitserreger zu informieren.

Abbildung (PageIndex<1>): Lymphsystem: (a) Lymphgefäße transportieren eine klare Flüssigkeit namens Lymphe durch den Körper. Die Flüssigkeit fließt durch (b) Lymphknoten, die die Lymphe filtern, die durch afferente Gefäße in den Knoten eintritt und durch efferente Gefäße verlässt. Lymphknoten sind mit Lymphozyten gefüllt, die infizierende Zellen reinigen.

Die Milz beherbergt B- und T-Zellen, Makrophagen, dendritische Zellen und NK-Zellen. Die Milz ist auch der Ort, an dem APCs, die Fremdpartikel im Blut gefangen haben, mit Lymphozyten kommunizieren können. Antikörper werden von aktivierten Plasmazellen in der Milz synthetisiert und sezerniert, die Fremdstoffe und mit Antikörpern komplexierte Krankheitserreger aus dem Blut filtern. Funktionell ist die Milz zum Blut wie die Lymphknoten zur Lymphe.

Abbildung (PageIndex<1>): Milz im Lymphsystem: Die Milz filtert das Blut immunologisch und ermöglicht die Kommunikation zwischen den Zellen entsprechend der angeborenen und adaptiven Immunantwort.


Angeborene Immunantworten

Die erste Verteidigungslinie Ihres Körpers gegen eindringende Krankheitserreger wie Viren ist das angeborene Immunsystem, das Haut- und andere Barrieren, Moleküle wie antivirale „Interferone“ und weiße Blutkörperchen umfasst.

Das angeborene System reagiert sofort, indem es seine Waffen an der Infektionsstelle einsetzt, was zu Entzündungen führen kann. Einige weiße Blutkörperchen fungieren als Wächter, um nach Eindringlingen Ausschau zu halten, und bestimmte Arten – wie Makrophagen und dendritische Zellen – fressen und verdauen Krankheitserreger durch Phagozytose.

Die Forschung legt nahe, dass die angeborene Immunantwort auf SARS-CoV-2 der seiner Cousins ​​​​ähnlich ist, den anderen Coronaviren SARS-CoV-1 und MERS-CoV (die das schwere akute respiratorische Syndrom und das Middle East Respiratory Syndrome verursachen).

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Wie seine Verwandten unterdrückt SARS-CoV-2 das Immunsystem, indem es die Wirkung von Immunzellen und Interferonmolekülen stört. Diese Fähigkeit zur Immunsuppression könnte erklären, warum Covid-19 eine so lange Inkubationszeit – bis zu zwei Wochen – im Vergleich zu Influenza (1-4 Tage) hat.

Immunsuppression erklärt wahrscheinlich, warum das Coronavirus in der Lage ist, das angeborene System zu verwüsten, zu viele weiße Blutkörperchen zu rekrutieren und übermäßige Entzündungen zu verursachen. Diese Entzündungsreaktion könnte dann wiederum zum „akuten Atemnotsyndrom“ führen, das in schweren Fällen einer Coronavirus-Erkrankung zu Kurzatmigkeit und Lungenverletzungen führt.


Eine Immunantwort wird im Allgemeinen in angeborene und adaptive Immunität unterteilt. Die angeborene Immunität tritt sofort ein, wenn zirkulierende angeborene Zellen ein Problem erkennen. Die adaptive Immunität tritt später auf, da sie auf der Koordination und Expansion spezifischer adaptiver Immunzellen beruht. Das Immungedächtnis folgt der adaptiven Reaktion, wenn reife adaptive Zellen, die hochspezifisch für das ursprüngliche Pathogen sind, für eine spätere Verwendung erhalten bleiben.

Granulozyten umfassen Basophile, Eosinophile und Neutrophile. Basophile und Eosinophile sind wichtig für die Wirtsabwehr gegen Parasiten. Sie sind auch an allergischen Reaktionen beteiligt. Neutrophile, die zahlreichste angeborene Immunzelle, patrouillieren nach Problemen, indem sie im Blutkreislauf zirkulieren. Sie können Bakterien phagozytieren oder aufnehmen und sie in speziellen Kompartimenten, den sogenannten Vesikeln, abbauen.


Wie speichert das adaptive Immunsystem Informationen? - Biologie

Das Immunsystem schützt den Körper vor eindringenden Krankheitserregern oder Krankheitserregern. Krankheitserreger und andere körperfremde Moleküle sind Antigene – Fremdmoleküle, die vom Immunsystem erkannt werden und eine Immunantwort stimulieren. Die meisten Infektionen durch Krankheitserreger treten in den Schleimhäuten unseres Körpers auf.

Angeborene Abwehrkräfte wirken sofort oder innerhalb von Stunden nach dem Auftreten eines Krankheitserregers im Körper. Die angeborene Abwehr ist unspezifisch – sie greift jedes Pathogen an. Angeborene Abwehrkräfte umfassen:

  • Haut, die die meisten Krankheitserreger vom Eindringen in den Körper abhält.
  • Zilien in den Schleimhäuten, die Krankheitserreger und Staub aus der Luft ausfegen.
  • Tränen, Nasensekret und Speichel, die bakterienzerstörende Enzyme enthalten.
  • Phagozytäre Zellen, genannt Neutrophile, Makrophagen und dendritische Zellen.

Phagozyten ( "phago-" = fressend, "cyte" = Zelle ) wandern in betroffene Bereiche und verschlingen Pathogene. Neutrophile und Makrophagen sind phagozytische weiße Blutkörperchen. Diese Migration der weißen Blutkörperchen verursacht die mit einer Infektion verbundene Rötung und Entzündung. Einige Zellen der angeborenen Immunität sind für die Regulierung unserer Immunantwort von besonderer Bedeutung. Diese Zellen, die als dendritische Zellen oder Langerhans-Zellen bezeichnet werden, können sich durch unseren Körper bewegen und sind besonders reich an unserer Haut und Schleimhäuten unseres Körpers, die Fremdmaterial ausgesetzt sind, einschließlich unseres Verdauungssystems, der Atemwege und des Sexualapparates. Wenn dendritische Zellen auf fremdes Material treffen, sind sie auch phagozytisch (fressen das Material), haben jedoch spezielle Rezeptoren, die es ihnen ermöglichen, harmlose und pathogene (krankheitserregende) Organismen zu unterscheiden. Diese Zellen tragen jedoch Pathogenfragmente zu den Lymphknoten, wo sie eine adaptive Immunantwort entweder verhindern oder stimulieren. Die Entscheidung, welche Reaktion ausgelöst wird, hängt vom Fremdmaterial ab (gefährliche Krankheitserreger verursachen eine dramatische Reaktion) und davon, ob Zellen Ihres eigenen Körpers "Gefahr"- oder Notsignale aussenden. Die Bedeutung der dendritischen Zellen besteht darin, dass sie Sie daran hindern können, gegen Ihr eigenes Gewebe, gegen Nahrung, die Sie zu sich nehmen, oder harmlose Materialien aus Ihrer Umgebung zu reagieren, oder sie können dem Rest Ihres Immunsystems anweisen, eine adaptive Immunantwort durchzuführen.

Adaptive Immunantwort

Wenn angeborene Immunzellen (dendritische Zellen) entscheiden, dass das Material gefährlich ist (Teil eines Virus oder Bakteriums), dann stimulieren sie eine spezialisierte Gruppe von weißen Blutkörperchen, wodurch CD4 + -Helfer-T-Zellen aktiviert werden. CD4 + bezieht sich auf ein Oberflächenprotein dieser Klasse von T-Zellen. Helfer-T-Zellen können eine andere Gruppe von weißen Blutkörperchen, die B-Zellen genannt werden, dazu anregen, Antikörper zu produzieren, die dieses spezifische Antigen binden und es immobilisieren, um eine Infektion zu verhindern. Antikörper sind nur für ein Antigen spezifisch. B-Zellen müssen mit Helfer-T-Zellen, anderen spezialisierten weißen Blutkörperchen, interagieren, um die Antikörperproduktion zu initiieren. Ein wichtiges Konzept besteht darin, dass nach der Aktivierung Gedächtniszellen produziert werden, die sicherstellen, dass bei erneuter Exposition gegenüber demselben Pathogen eine schnellere und stärkere Immunantwort erfolgen kann. Impfungen schützen deshalb nachhaltig vor Krankheiten. Gedächtnis-Helfer-T-Zellen werden als CD4+ CCR5+ bezeichnet, um zu bemerken, dass der Chemokin-Rezeptor (CCR5) auf der Oberfläche der Helfer-T-Zelle vorhanden ist. Diese Zellen wandern und verbleiben in den Schleimhäuten unseres Körpers.

Krankheitserreger (Viren oder Bakterien), die sich dem Antikörpernachweis entziehen, können in Zellen eindringen und diese infizieren. Die Oberfläche infizierter Zellen verändert sich, und diese Veränderung wird von T-Zellen erkannt. Zytotoxische T-Zellen töten infizierte Zellen und verhindern, dass diese Zellen mehr Krankheitserreger produzieren. Zytotoxische T-Zellen müssen mit Helfer-T-Zellen interagieren, um die Zerstörung infizierter Zellen zu regulieren. Denken Sie daran, dass die dendritischen Zellen CD4+-Helfer-T-Zellen aktivieren müssen, bevor unser Körper B-Zellen produzieren kann, die pathogenspezifische Antikörper oder zytotoxische T-Zellen sezernieren, um infizierte Zellen zu zerstören. )

Das Human Immunodeficiency Virus (HIV) greift spezifisch T-Helferzellen an. Ohne eine ausreichende Versorgung mit Helfer-T-Zellen kann das Immunsystem B-Zellen nicht signalisieren, Antikörper zu produzieren, oder zytotoxische T-Zellen, um infizierte Zellen abzutöten. Wenn HIV die Helfer-T-Zellpopulation kritisch dezimiert hat, kann der Körper keine spezifische Immunantwort mehr auslösen und wird anfällig für viele opportunistische Infektionen. Diese Immunschwäche wird mit dem Namen erworbenes Immunschwäche-Syndrom oder AIDS beschrieben. Recent work shows that the CD4 and CCR5 membrane proteins are targets for HIV infection. Thus, our memory cells are rapidly infected and destroyed in the mucus membranes of our tissues. We have only recently recognized that the memory cell destruction occurs in the first several days after HIV infection, suggesting that therapies should begin as soon as the infection is recognized.


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