Immunantwort-Ablauf ordnen — spezifische Abwehr

Aufgabenstellung

Ein Grippevirus gelangt über die Atemwege in den Körper und infiziert Zellen der Bronchialschleimhaut.

• (a) Beschreiben Sie die unspezifische (angeborene) Immunantwort, die als erste Verteidigungslinie reagiert. Nennen Sie drei beteiligte Mechanismen. (3 BE)
• (b) Erläutern Sie den Ablauf der spezifischen (adaptiven) Immunantwort in der richtigen Reihenfolge. Unterscheiden Sie dabei die humorale und die zelluläre Immunantwort und benennen Sie die jeweils beteiligten Zelltypen. (5 BE)
• (c) Erklären Sie, warum die spezifische Immunantwort bei einer Zweitinfektion mit demselben Virus deutlich schneller und stärker ausfällt als bei der Erstinfektion. (2 BE)

Lösungsweg

Schritt 1: Unspezifische (angeborene) Immunantwort (a)

Die unspezifische Immunantwort reagiert innerhalb von Minuten bis Stunden und richtet sich unterschiedslos gegen alle Erreger. Drei beteiligte Mechanismen:

1. Physikalisch-chemische Barrieren: Die Schleimhäute der Atemwege bilden eine mechanische Barriere. Schleim (Mukus) fängt Erreger ab, Flimmerhärchen (Zilien) transportieren sie nach außen. Das Enzym Lysozym in Nasensekret und Tränenflüssigkeit zerstört Bakterienzellwände.

2. Phagozytose durch Fresszellen: Makrophagen und neutrophile Granulozyten erkennen allgemeine Oberflächenstrukturen von Krankheitserregern (PAMPs — Pathogen-Associated Molecular Patterns) über Mustererkennungsrezeptoren (z. B. Toll-like-Rezeptoren). Sie nehmen die Erreger durch Phagozytose auf und verdauen sie in Lysosomen. Makrophagen fungieren gleichzeitig als antigenpräsentierende Zellen (APCs): Sie präsentieren Bruchstücke des Erregers (Antigene) auf ihrer Oberfläche über MHC-II-Moleküle — dies ist die Schnittstelle zur spezifischen Immunantwort.

3. Entzündungsreaktion: Geschädigte Zellen und Mastzellen setzen Entzündungsmediatoren frei (Histamin, Prostaglandine, Zytokine). Dies führt zu Gefäßerweiterung (Rötung, Wärme), erhöhter Gefäßpermeabilität (Schwellung) und Anlockung weiterer Immunzellen (Chemotaxis). Fieber als systemische Entzündungsreaktion hemmt die Virusvermehrung und beschleunigt die Immunantwort.

Schritt 2: Spezifische (adaptive) Immunantwort (b)

Die spezifische Immunantwort wird durch die Antigenpräsentation der Makrophagen aktiviert und benötigt 4–7 Tage für die volle Wirksamkeit.

Phase 1 — Antigenerkennung und T-Helfer-Zell-Aktivierung: Eine T-Helferzelle ($\text{T}_\text{H}$-Zelle, CD4⁺) erkennt mit ihrem spezifischen T-Zell-Rezeptor das Antigen, das von einer antigenpräsentierenden Zelle (Makrophage, dendritische Zelle) auf einem MHC-II-Molekül präsentiert wird. Die aktivierte T-Helferzelle beginnt sich zu teilen und schüttet Zytokine (v. a. Interleukin-2) aus, die sowohl die humorale als auch die zelluläre Immunantwort stimulieren.

Phase 2a — Humorale Immunantwort (Antikörper):

• Eine B-Zelle, deren B-Zell-Rezeptor das passende Antigen bindet, wird durch die Zytokine der T-Helferzelle aktiviert.
• Die aktivierte B-Zelle teilt sich (klonale Expansion) und differenziert zu Plasmazellen und Gedächtnis-B-Zellen.
• Plasmazellen produzieren große Mengen Antikörper (Immunglobuline), die ins Blut und in die Gewebsflüssigkeit abgegeben werden.
• Antikörper binden spezifisch an die Oberflächenantigene der Viren (Neutralisation), markieren sie für die Phagozytose (Opsonierung) und aktivieren das Komplementsystem (Lyse).

Phase 2b — Zelluläre Immunantwort (Killerzellen):

• Zytotoxische T-Zellen ($\text{T}_\text{C}$-Zellen, CD8⁺) erkennen Antigene, die von virusinfizierten Körperzellen auf MHC-I-Molekülen präsentiert werden.
• Aktivierte T-Killerzellen töten die infizierten Zellen gezielt ab, indem sie Perforine (Poren in der Zellmembran) und Granzyme (Apoptose-induzierende Enzyme) freisetzen.
• Dies ist entscheidend, da Viren sich innerhalb von Zellen vermehren und dort für Antikörper nicht erreichbar sind. Die zelluläre Immunantwort beseitigt die „Virusfabriken”.

Phase 3 — Abklingen und Gedächtnisbildung: Nach Beseitigung des Erregers sterben die meisten Effektor-Zellen ab (Apoptose). Zurück bleiben Gedächtniszellen (Memory-T-Zellen und Memory-B-Zellen), die jahrelang oder lebenslang im Körper überleben.

Schritt 3: Immunologisches Gedächtnis — Sekundärantwort (c)

Bei einer Zweitinfektion mit demselben Erreger ist die spezifische Immunantwort deutlich schneller und stärker (Sekundärantwort vs. Primärantwort):

Schneller: Während bei der Primärantwort erst die passenden B- und T-Zellen durch klonale Selektion gefunden und vermehrt werden müssen (4–7 Tage), sind bei der Sekundärantwort bereits Gedächtniszellen vorhanden, die das Antigen sofort erkennen. Die Aktivierung erfolgt innerhalb von 1–2 Tagen.

Stärker: Die Gedächtniszellen haben bereits die klonale Selektion durchlaufen und liegen in höherer Zahl vor als naive Lymphozyten. Die Antikörperproduktion ist um den Faktor 10–100 höher, und die produzierten Antikörper haben durch Affinitätsreifung eine höhere Bindungsstärke (Affinität) zum Antigen. Die Sekundärantwort ist so effektiv, dass der Erreger oft eliminiert wird, bevor Symptome auftreten — die Person bemerkt die Infektion nicht.

$\boxed{\text{Sekundärantwort: schnellere Aktivierung (1–2 Tage), höhere Antikörpermenge, bessere Antikörperqualität}}$

Ergebnis

Phase	Komponente	Beteiligte Zellen
Unspezifisch	Barrieren, Phagozytose, Entzündung	Makrophagen, Granulozyten, Mastzellen
Spezifisch — humoral	Antikörperproduktion	B-Zellen → Plasmazellen + Memory-B-Zellen
Spezifisch — zellulär	Abtöten infizierter Zellen	Zytotoxische T-Zellen (CD8⁺)
Gedächtnis	Sekundärantwort	Memory-B- und Memory-T-Zellen