Was wir aus Schulbüchern lernen können

Teil 4 – unser Immunsystem

 

Wir verstehen nun die Taktik der Viren, wie sie sich unseren Körper zunutze machen um sich zu vermehren. 

Jetzt ist es an der Zeit, sich mit unserem Abwehrsystem zu beschäftigen. Denn so kampflos wie es vielleicht ausgesehen hat, überlassen wir unsere Körperzellen natürlich nicht den Viren. Unser Körper hat ein sehr ausgeklügeltes Abwehrsystem, das wir nun ein bisschen näher betrachten wollen. 

Wir erinnern uns sicher an die Aussage aus früheren Schultagen, "die weißen Blutkörperchen sind die Gesundheitspolizei unseres Körpers". Das stimmt. Aber wir dürfen uns darunter keine Zellen vorstellen die ein weißes Mäntelchen anhaben, oder weiß gefärbt sind. Weiß deshalb, weil sie keinen roten Farbstoff innehaben, wie eben die roten Blutkörperchen. 

Unsere farblosen Blutzellen sind wahre Spezialisten:

Gebildet werden sie alle aus einer Stammzelle im Knochenmark. Daraus entwickeln sich sogenannte Vorläuferzellen. Aus einem Teil dieser Vorläuferzellen bilden sich Blutplättchen, Granulozyten, Mastzellen und Makrophagen - alles weiße Blutkörperchen, die alle ihre spezifischen Aufgaben haben:

• Die Blutplättchen wirken mit bei der Wundheilung;
• Die Granulozyten (davon gibt es mehrere spezialisierte Unterarten), das sind die berühmten Fresszellen. Sie nehmen z.B. den Antigen-Antikörper-Komplex (davon später) auf und spielen somit eine wichtige Rolle bei der Immunabwehr! Die Granulozyten haben prozentuell den größten Anteil unter den Leukozyten.
• Die Mastzellen enthalten Histamine und spielen bei allergischen Reaktionen eine Rolle.
• Die Makrophagen betreiben "Phagozytose", d.h. sie nehmen den Erreger beim Erstkontakt in sich auf und zerstören sie dadurch. Andererseit präsentieren sie Proteinbruchstücke des Erregers auf ihrer Oberfläche als Antigen. Erst dadurch wird die Immunabwehr in Gang gesetzt.

Der andere Teil der Vorläuferzellen erfährt die weitere Ausbildung entweder in der Thymusdrüse (T-Lymphozyten) oder sie bleiben im Knochenmark (B-Lymphozyten).

Wie die Grafik zeigt, werden aus den T-Lymphozyten Killerzellen und T-Helferzellen.

• Die Killerzellen eliminieren virenbefallene Zellen. 
• Die T-Helferzellen erkennen die präsentierten Antigene und aktivieren die B-Zellen, . . .
  
• aus den aktivierten B-Lymphozyten entwickeln sich Plasmazellen und Gedächtniszellen. 

Hier das Ganze nochmals in einer Grafik sehr vereinfacht
dargestellt:

blaue Pfeile = primäre, rote Pfeile = sekundäre Immunantwort

 

 

Das Wichtigste nochmals zusammengefasst:

• Beim Erstkontakt wird der Erreger von Magrophagen aufgenommen und Teile davon (Proteine) auf der Oberfläche der Makrophage als Antigen präsentiert.

• Daraufhin werden die T-Lamphozyten aktiviert, die einerseits Killerzellen bilden, die bereits infizierte Zellen eliminieren, andererseits aktivieren sie wiederum die B-Lymphozyten, die wiederum einerseits für Zweitkontakte Gedächtniszellen bilden, andererseits sich zu Plasmazellen umbilden, die wiederum die Antikörper bilden.

• Nun setzen sich die Antikörper auf die präsentierten Antigene und bilden den Antigen-Antikörper-Komplex, der von den Granulozyten vernichtet wird (s.o.)

• Außderdem gibt es jetzt freie Antikörper, die an passende Teile der Viren andocken und sie so blockieren und unschädlich machen.

Bei einem Zweikontakt wird die Phase der Oberflächenpräsentation übersprungen. Die Gedächtniszellen erkennen sofort die Proteinsequenz der Viren und geben die Information an die B-Lymphozyten weiter, um mit der Antikörperbildung zu beginnen.

 

 

Wesentlich ist, dass Antigen und Antikörper, bzw. der an die Zelle andockende Virusteil ein Protein ist. Wir brauchen also Virusproteine, die die Abwehrreaktion in Gang setzen.

 

Im letzten Teil dieser Serie, werde ich mich dann mit der Impfung bzw. den Impfungen, auseinander setzen. 

Quellen:

Christine-Eva BIEGL: Begegnungen mit der Natur 6 

Vera KADELC und Kai DÖRDELMANN: Natura 6 

Titelbild: Klinikum-Esslingen.de

 

 

 

Was wir aus Schulbüchern lernen können:

Teil 3 – der Retrovirus:

 

Was wir bisher wissen: 

• Ein DNA-Virus bringt seine DNA mit, die in der Wirtszelle vervielfältigt wird und zur Herstellung der Virusbauteile dient.

• Die DNA ist eine „Matrize“ für die Herstellung der RNA.
  

• Die RNA wird als 1. Schritt bei der Biosynthese erzeugt und ist verantwortlich für die Herstellung der Proteine.  

• Die RNA wird im Zellkern hergestellt, ihr Wirkungsbereich ist aber außerhalb des Zellkerns, im Zellplasma. Die Richtung ist also vom Zellkern hinaus ins Zellplasma bzw. von der DNA zur RNA.
  

• Für fast alle Reaktionen in unserem Körper sind Helfer (Enzyme) notwendig. Diese Enzyme sind, wie wir bereits wissen, Eiweiße, die ebenfalls bei der Proteinsynthese hergestellt werden.

 

Und nun zum Retrovirus:

                           

 

Auch der Retrovirus besteht aus einer Lipidhülle mit eingelagerten Proteinen. Gut erkennbar sind die abstehenden Glykoproteine (Spikes), die zur Andockung an die Wirtszelle dienen. Dazwischen sitzen die MHC-Proteine. Diese MHC-Proteine sind für die Immunantwort unseres Körpers entscheidend! (Davon später, aber bitte merken!)

Schauen wir tiefer hinein, finden wir das Virus-Capsid mit dem Virus-Genom. Zum Unterschied von dem DNA-Virus, liegt beim Retrovirus das Genom als RNA vor. Diese RNA liegt als Einfachstrang, aber zweifach (diploid) vor. Außerdem sehen wir auf der obigen Zeichnung einen roten Punkt, der ein Enzym darstellt, nämlich die reverse Transkriptase.

Sehen wir uns nun den Vermehrungszyklus am Beispiel eines HI-Virus an:

 1. Das Virus dockt an die Wirtszelle an, die Virushülle verschmilzt mit der Zellmembrane. Dabei spielen die Glykoproteine (gp...) eine wichtige Rolle, die ein passendes Gegenstück auf der jeweiligen Wirtszelle suchen. So kommt es auch, dass es die Viren meist auf ganz spezifische Wirtszellen abgesehen haben. Anschließend öffnet sich das Virus-Capsid und die Virus-RNA wird eingeschleust. 

2. Da ja das Virus sich nicht selbst reproduzieren kann und dazu die Wirtszelle misbraucht, muss zuerst die mitgebrachte RNA in eine DNA umgeschrieben werden. Dafür ein Enzym benötigt, die reverse Transkriptase. Und schlau wie das Virus ist, bringt es diese im Gepäck gleich mit. Wir erinnern uns an den roten Punkt?

Achtung: Der Vorgang der Transkriptase (RNA->DNA) läuft relativ ungenau ab. Dabei können leicht "Abschreib- bzw. Umschreibfehler" passieren, die eine Mutation ergeben. So kann es auch zu neuen Varianten kommen.

3.Dieser Einfach-DNA-Strang wird dupliziert (der Vorgang heißt Replikation) und . . .

4. . . .anschließend in den Zellkern der Wirtszelle eingeschleust und in das Wirtsgenom eingebaut.

5. Erst jetzt kann wieder eine RNA hergestellt werden die dazu befähigt ist, neue Virus-Proteine zu synthetisieren.

6. Diese neue RNA verlässt wieder den Zellkern, um an den Ribosomen im Zellplasma die einzelnen Virusbestandteile herzustellen. 

7. Anschließend werden die einzelnen Bauteile zu einem neuen Virus zusammengefügt. Die Anleitung dazu ist ebenfalls auf der mitgebrachten RNA sequenziert.

8. Nun sind die "jungen" Viren fertig und verlassen die Wirtszelle um neue Zellen zu befallen.

Ergänzend muss noch hinzugefügt werden, dass es hier zwar zu einer Einschleußung in das Wirtsgenom kommt, aber "nur" in die einer Körperzelle, nicht aber in das Genom von Geschlechtszellen!! Diese Geschlechtszellen (Ei- und Spermazelle) haben einen ganz anderen Werdegang und kommen mit diesen Viren nicht in Kontakt.

Abschließend möchte ich noch einige Beispiele für Viren nennen. Daraus ist auch ersichtlich, dass die Viren auf bestimmte Körperzellen spezialisiert sind:

Virusvertreter:                   Genom:                Krankheiten:

Papovaviren                        DNA                Warzen, Gebärmutterhalskrebs

Herpesviren                        DNA                   Fieberblasen

Hepatitis-B-Virus                DNA                   Hepatitis B

Hepatitis-A-Virus                RNA                    Hepatitis A

Masern-Virus                      RNA                    Masern

Mumps-Virus                      RNA                    Mumps

Retroviren:

HTLV                                  RNA                    Leukemie

HIV                                     RNA                    AIDS

SARS-CoV2                         RNA                    Covid

Warum unterscheidet man RNA- und Retro-Viren? Weil die Retroviren ihren RNA-Strang in zweifacher Ausführung (s.o.) mitbringen.

  

Quellen:

Titelbild = 3D-Grafik des Sars-CoV-2-Vdirus aus Wikipedia

dunkelblau = Virushülle; hellblau = Spikeglykoprotein; rot = Envelope-(E)-Protein; 

grün = Membrane-M-Protein; Orange = Glucose (Zucker) 

 

Grafik Retrovirus: https://de.wikipedia.org/wiki/Retroviren

 

Vermehrungszyklus aus: Christine-Eva BIEGL, Begegnungen mit der Natur 8

 

weitere Quellen:

https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/biologie-abitur/artikel/retroviren

T.A. BROWN, Moderne Genetik, 2. Auflage