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Immunologie
Die Immunchemie untersucht die Struktur von Antigenen, Antikörpern und die chemischen Grundlagen der Immunreaktionen. Die Immungenetik untersucht die genetische …
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Grundlagen und Bedeutung
Die Immunologie oder Immunbiologie ist die Lehre von den biologischen und biochemischen Grundlagen der körperlichen Abwehr. Sie untersucht, wie der Körper Krankheitserreger wie Bakterien, Viren und Pilze sowie andere körperfremde Stoffe, etwa biologische Toxine und Umweltgifte, erkennt und inaktiviert. Auch Störungen und Fehlfunktionen dieser Abwehr gehören zum Fachgebiet. Das Immunsystem besteht aus miteinander verbundenen Zellen und Molekülen; ihre Reaktionen werden als Immunantwort bezeichnet. Für die Medizin ist die Immunologie wichtig, weil das Immunsystem an Verständnis, Prävention, Diagnostik und Therapie vieler Krankheiten beteiligt ist.
Zu den Teilgebieten gehören die Immunchemie, die Antigene, Antikörper und chemische Grundlagen untersucht, die Immungenetik sowie die Immunpathologie und klinische Immunologie. Antigene sind Strukturen, die von Antikörpern oder anderen Teilen des Immunsystems erkannt werden. Antikörper sind spezifische Proteine der Immunabwehr.
Wichtige Entwicklungslinien
Frühe Hinweise auf Immunität stammen aus dem Jahr 430 vor Christus: Thukydides beobachtete während der Attischen Seuche, dass nur bereits genesene Menschen Erkrankte versorgen sollten. In China wurde um 100 vor Christus die gezielte Übertragung von Pockenmaterial zur Vorbeugung bekannt. Dieses Verfahren hieß Variolation und verbreitete sich seit dem 15. Jahrhundert in China, Indien und der Türkei.
Edward Jenner entwickelte daraus die Vakzination. Am 14. Mai 1796 impfte er den achtjährigen James Phipps mit Material aus einer Kuhpockenpustel. Anschließend blieb der Junge trotz Pocken-Variolation ohne Pockensymptome. Die Vakzination war sicherer als die Variolation, verursachte keine typischen Pockennarben und stellte kein Ansteckungsrisiko dar.
1885 entwickelte Louis Pasteur einen Impfstoff gegen Tollwut und behandelte damit Joseph Meister. Robert Koch hatte zuvor den Tuberkuloseerreger und die Tuberkulin-Reaktion entdeckt. 1888 wurde das Diphtherie-Toxin beschrieben; Emil Adolf von Behring und Shibasaburo Kitasato wiesen Antitoxine nach. Jules Baptiste Vincent Bordet erkannte 1898 eine hitzeempfindliche Serumkomponente, die später von Paul Ehrlich als Komplement bezeichnet wurde.
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts standen sich Humoralimmunologen und Zellularimmunologen gegenüber. Die einen betonten Antitoxine im Blutserum, die anderen die Wirkung weißer Blutkörperchen. Um 1940 setzte sich die Erkenntnis durch, dass beide Bereiche zur Immunantwort beitragen. Spätere Meilensteine waren die Entdeckung des AB0-Blutgruppensystems, der Allergie, der Antikörper als Proteine sowie der B- und T-Lymphozyten. Um 1960 begann die moderne Immunologie mit der Aufklärung von Antikörperstruktur, MHC- und HLA-Komplex, Zellfunktionen und Klon-Selektionstheorie. 1975 wurden monoklonale Antikörper entwickelt.
Forschungsgegenstand und Teilgebiete
Das Immunsystem der Säugetiere umfasst Moleküle und Zellen, die körperfremde Strukturen erkennen und inaktivieren. Zusammen mit den zuständigen Organen und Lymphgefäßen bildet es das lymphatische System; auch der Blutkreislauf ist für die Immunantwort entscheidend.
Das angeborene Immunsystem reagiert ohne vorherigen Kontakt. Dazu gehören neutrophile Granulozyten, Makrophagen und natürliche Killerzellen (NK-Zellen). Das adaptive Immunsystem entwickelt dagegen nach einem erstmaligen Kontakt eine spezifische Reaktion. Seine wichtigsten Zellen sind B-Lymphozyten und T-Lymphozyten. Die zelluläre Immunologie untersucht diese Zellen und ihre Reaktionen.
Die humorale Immunologie befasst sich mit proteinbasierten Abwehrvorgängen. Dazu gehören das Komplementsystem des angeborenen Immunsystems und Antikörper des adaptiven Immunsystems. Zytokine sind hormonähnliche Proteine, die die Kommunikation und Regulation von Immunzellen steuern. Die Immunchemie untersucht Antigene und Antikörper, die Immungenetik die genetische Variabilität und die Bildung von Antikörpern, T-Zell-Rezeptoren und antigenpräsentierenden Komplexen.
Die Invertebratenimmunologie untersucht wirbellose Tiere. Ihnen fehlt ein adaptives Immunsystem; ihre Abwehr beruht überwiegend auf unspezifischen Vorgängen, antimikrobiellen Faktoren, mechanischen Barrieren und phagozytierenden Zellen. Der Vergleich dient dem Verständnis der Evolution und hat Bedeutung für Ökotoxikologie, Schädlingsbekämpfung, Hygiene und biomedizinische Forschung.
Störungen und klinische Bedeutung
Das Immunsystem kann Infektionen durch Bakterien, Viren, Protozoen und Pilze abwehren. Versagt die Abwehr, können Infektionen chronisch werden. Eine schwere, über die Blutbahn im ganzen Körper verbreitete Infektion heißt Sepsis und verläuft oft tödlich.
Bei Autoimmunerkrankungen richtet sich die Immunantwort gegen körpereigene Strukturen. Beispiele sind Diabetes mellitus Typ 1, Hashimoto-Thyreoiditis, Myasthenia gravis, Morbus Basedow und Rheumatoide Arthritis. Allergien sind überschießende Reaktionen auf eigentlich harmlose körperfremde Stoffe, sogenannte Allergene. Nach der Sensibilisierung kann jeder erneute Kontakt eine starke Reaktion auslösen. Bei Zöliakie besteht eine Mischform aus Allergie und Autoimmunerkrankung.
Eine Immuninsuffizienz bezeichnet eine unzureichende Immunabwehr. AIDS wird durch das HI-Virus verursacht; schwere angeborene kombinierte Immundefekte heißen SCID. Immunschwächen erhöhen außerdem das Risiko bestimmter Krebserkrankungen. Die Tumorimmunologie untersucht die Erkennung und Bekämpfung entarteter Zellen. Bei Transplantationen kann das Immunsystem fremde Organe abstoßen; umgekehrt kann eine Graft-versus-Host-Reaktion auftreten. Immunsuppressiva unterdrücken solche Reaktionen. Auch Implantate können chronische Entzündungen auslösen; ihre immunologische Verträglichkeit ist Teil ihrer Biokompatibilität.
Therapeutische Anwendungen und Diagnostik
Impfungen geben Antigene, damit das Immunsystem eine schützende Immunantwort entwickelt. Bei der Hyposensibilisierung oder Spezifischen Immuntherapie (SIT) werden Antigene wiederholt und in steigender Dosis verabreicht, um Immuntoleranz zu erreichen. Immunsuppression unterdrückt unerwünschte Abwehrreaktionen, besonders nach Transplantationen. Immunstimulation verstärkt die Immunantwort, häufig durch Zytokine. Therapeutische Antikörper werden biotechnologisch hergestellt und blockieren gezielt krankheitsrelevante Proteine, Rezeptoren, Zytokine oder Hormone. Antiseren enthalten gereinigte tierische Antikörper gegen Giftstoffe und ermöglichen eine passive Immunisierung, etwa bei Verdacht auf Tollwut.
Immunassays weisen mithilfe der spezifischen Antigen-Antikörper-Reaktion Strukturen qualitativ oder quantitativ nach. Sie dienen unter anderem dem Nachweis von Krankheitserregern, Biomarkern, Antikörpern, Schwangerschaft, Giftstoffen, Arzneistoffen, Allergenen und Dopingmitteln. Die Immunhistochemie färbt bestimmte Strukturen in Gewebe an. Durchflusszytometrie und Magnetic Cell Separation (MACS) nutzen Antikörper, um Zelloberflächen zu untersuchen und Zellgemische zu analysieren. Bei Transplantationen, Knochenmarkübertragungen und Blutspenden helfen Histokompatibilitätsmarker, Spender und Empfänger möglichst passend auszuwählen.
