Immunsystem (von und altgriechisch sýstēma) bezeichnet in der Immunologie alle Moleküle und Zellen, die in einem Lebewesen an der Abwehr potenziell schädlicher Moleküle und Zellen (Immunreaktion) beteiligt sind. Die Immunabwehr ist ein komplexes System bei höher entwickelten Lebewesen, in dem verschiedene Organe, Zelltypen und Moleküle interagieren. Es verhindert bei Tieren und Pflanzen Gewebeschädigungen durch Pathogene (Krankheitserreger) und entfernt diese und auch körperfremde Substanzen aus deren Organismus; außerdem kann das Immunsystem krankhafte oder entartete Zellen wie z. B. Krebszellen zerstören.
mini|Übersicht über die drei Säulen des Immunsystems: Physikochemische Barrieren, wie die Beschaffenheit der Schleimhäute hindern Pathogene am Eindringen. Danger-associated molecular patterns (DAMPs) oder Pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) werden durch Bestandteile des angeborenen Immunsystems erkannt, wodurch die adaptive Immunantwort aktiviert wird.
Eigenschaften Das Immunsystem hat eine große Bedeutung für die körperliche Unversehrtheit von Lebewesen, denn praktisch alle Organismen sind ständig den Einflüssen der Umwelt ausgesetzt. Manche dieser Einflüsse stellen eine Bedrohung dar: wenn Pathogene eindringen, kann dies zu Funktionsstörungen und Infektionskrankheiten führen. Typische Pathogene sind Bakterien, Viren und Pilze sowie einzellige (z. B. Protozoen wie Plasmodien) oder mehrzellige Parasiten (z. B. Bandwürmer).
Auch Veränderungen im Inneren des Körpers können die Existenz eines Lebewesens bedrohen: wenn normale Körperzellen im Laufe der Zeit ihre gesunde Funktion verlieren, dann sterben sie meist ab und müssen abgebaut werden (Nekrose) oder bauen sich dabei selbst ab (Apoptose). In seltenen Fällen können sie auch krankhaft entarten und zur Entstehung von Krebs führen.
Alle Lebewesen verfügen daher über Abwehrmechanismen gegen Pathogene. Die ältesten Mechanismen sind die Resistenzfaktoren und die angeborene Immunabwehr. Diese entstanden bereits sehr früh in der Stammesgeschichte der Lebewesen und wurde seitdem weitgehend unverändert beibehalten. Zusätzlich entwickelten die Wirbeltiere eine adaptive Immunabwehr. Diese komplexe, anpassungsfähige Komponente des Immunsystems schützt Menschen und Tiere noch effektiver als die angeborene Immunantwort vor Infektionskrankheiten.
Die pflanzliche Immunantwort ist ein natürlicher Schutzmechanismus, dessen Wirkungsweise der angeborenen Immunantwort von Tieren entspricht. Da Pflanzen jedoch keine spezialisierten Immunzellen und keine durch Antikörper vermittelte adaptive Immunabwehr besitzen, müssen sie zur Abwehr von Pathogenen wie Bakterien, Nematoden, Pilze oder Viren auf andere Abwehrmechanismen zurückgreifen. Es kommen beispielsweise Saponine oder antimikrobielle Peptide zum Einsatz, die von den Pflanzen bereits vor einer Infektionen gebildet werden. Saponine zerstören z. B. die Plasmamembran von Pilzen. Andere Abwehrmaßnahmen leiten Pflanzen erst während einer Infektion ein.
Abwehrsysteme gibt es aber nicht nur bei diesen Eukaryoten, sondern auch bei Prokaryoten (CRISPR und SPARTABalwina Koopal, Ana Potocnik, Sumanth K. Mutte, Cristian Aparicio-Maldonado, Simon Lindhoud, Jacques J.M. Vervoort, Stan J. J. Brouns, Daan C. Swarts: Short prokaryotic Argonaute systems trigger cell death upon detection of invading DNA. In: Cell, 4. April 2022; doi:10.1016/j.cell.2022.03.012. Dazu:Entirely New Immune System Discovered in Bacteria. Auf: SciTechDaily vom 15. April 2022. Quelle: Wageningen University. bei Bakterien und Archaeen gegen Viren und Plasmide) und sogar bei Riesenviren (MIMIVIRE bei den Mimiviridae gegen Virophagen).
Mechanische und biochemische Barrieren Die mechanischen und biochemischen Barrieren und Abwehrmechanismen des Körpers sind die erste Verteidigungslinie gegen Krankheitserreger. Sie sorgen dafür, dass die Pathogene erst gar nicht in den Körper eindringen können oder ihn möglichst schnell wieder verlassen. <br/ > Sie sind nicht zur Immunantwort befähigt und daher auch kein Teil des Immunsystems.Vgl. Diethard Gemsa, Joachim Robert Kalden, Klaus Resch: Immunologie. Thieme 1991
Haut – äußere Schicht als Barriere, Talg, Schweiß und Normalflora als Wachstumsbremsen für pathogene Mikroorganismen Schleimhaut – Bindefunktion des Schleims Augen – Abtransportfunktion der Tränen, antimikrobielles Enzym Lysozym bekämpft Mikroorganismen Atemwege – Bindefunktion des Schleims, Abtransportfunktion der Flimmerhärchen Mundhöhle – antimikrobielles Enzym Lysozym im Speichel bekämpft Mikroorganismen Magen – Magensäure (die Salzsäure enthält) und Eiweiß abbauende Enzyme zerstören fast alle Bakterien und Mikroorganismen Darm – Infektabwehr durch anwesende Bakterien (Darmflora), Abtransportfunktion durch ständige Entleerung und das sogenannte darmassoziierte Immunsystem (Gut Associated Lymphoid Tissue, GALT) und antibakterielle Proteine Harntrakt – Abtransportfunktion durch ständige Harnausspülung sowie osmotische Effekte der hohen Harnstoffkonzentration. Blut-Hirn-Schranke – Schützt das Gehirn auch vor dem eigenen Immunsystem und noch engmaschiger vor Viren und Bakterien die bereits in den Körper eingedrungen sind.
Unspezifisches und spezifisches Immunsystem Es gibt zwei verschiedene Mechanismen des Immunsystems, zum einen die angeborene und daher erregerunspezifische Abwehr, zum anderen die erworbene erregerspezifische Abwehr.
Angeborene oder unspezifische Immunabwehr
Schon sehr früh in der Stammesgeschichte der Lebewesen entwickelte sich die unspezifische oder angeborene Immunabwehr (engl. innate immunity). Dazu zählen anatomische und physiologische Barrieren wie Epithelien, aber auch zellvermittelte Gegenwehr durch Phagozytose, sowie allgemein entzündliche Reaktionen und das Komplementsystem. Die angeborene Immunantwort findet innerhalb von Minuten statt, ist aber durch die Erbinformation lebenslang festgelegt.
Adaptive oder spezifische Immunabwehr Die adaptive oder spezifische Immunabwehr, früher auch als „erworbenes Immunsystem“ bezeichnet, entwickelte sich im Laufe der Stammesgeschichte der Wirbeltiere später als die angeborene Immunabwehr. Sie zeichnet sich durch eine hohe Anpassungsfähigkeit gegenüber neuen oder veränderten Pathogenen (Krankheitserregern) aus, benötigt dafür aber deutlich längere Reaktionszeiten – bis zu 14 Tagen. Nach der Anpassung an neue oder veränderte Pathogene sind die Zellen der adaptiven Immunabwehr in der Lage, spezifische Antigene der Angreifer zu erkennen, gezielt zelluläre Abwehrmechanismen gegen diese einzusetzen und speziell auf die Antigene der Angreifer zugeschnittene Antikörper zu bilden. Neben den antigenpräsentierenden Zellen (APC), wie z. B. den dendritischen Zellen, sind zwei Zellgruppen wesentliche Elemente der adaptiven Immunabwehr: zum einen die T-Lymphozyten, welche die adaptive Immunantwort sicherstellen und die B-Lymphozyten unterstützen, und zum anderen die B-Lymphozyten, welche die humorale Immunantwort sicherstellen und für jene Abwehrmaßnahmen sorgen, die sich über sezernierte Antikörper gegen Pathogene in den Körperflüssigkeiten () richten. Nach der Infektion bleiben spezifische Antikörper und Gedächtniszellen erhalten, um bei erneutem Kontakt mit dem Krankheitserreger binnen kurzer Zeit eine angemessene Abwehrreaktion zu ermöglichen.
Das adaptive Immunsystem ersetzt nicht das angeborene Immunsystem, sondern die verschiedenen Bestandteile des Immunsystems bedingen sich gegenseitig. Erst durch ein gut koordiniertes Zusammenspiel der angeborenen und adaptiven Immunabwehr wird die komplexe Immunreaktion des Körpers ermöglicht.
Erst in den Jahren 2005–2007 wurde das CRISPR-Cas-System in vielen Bakterien und Archaeen entdeckt. Es ist ein vollständiges adaptives Immunsystem gegen Viren und mobile DNA.S. Al-Attar, E. R. Westra u. a.: Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPRs): the hallmark of an ingenious antiviral defense mechanism in prokaryotes. In: Biological Chemistry. Band 392, Nummer 4, April 2011, S. 277–289. doi:10.1515/BC.2011.042. PMID 21294681. (Review).M. P. Terns, R. M. Terns: CRISPR-based adaptive immune systems. In: Current Opinion in Microbiology. Band 14, Nummer 3, Juni 2011, S. 321–327. doi:10.1016/j.mib.2011.03.005. PMID 21531607. . (Review).L. A. Marraffini, E. J. Sontheimer: CRISPR interference: RNA-directed adaptive immunity in bacteria and archaea. In: Nature Reviews Genetics. Band 11, Nummer 3, März 2010, S. 181–190, doi:10.1038/nrg2749, PMID 20125085, (Review).
Bestandteile Die Bestandteile des Immunsystems sind: Zellen, wie zum Beispiel Granulozyten, natürliche Killerzellen (NK-Zellen) oder T-Lymphozyten. Sie sind teilweise zu spezialisierten Organen (→ Lymphatisches System) zusammengefasst. Proteine, die als Botenstoffe oder zur Abwehr von Krankheitserregern dienen psychische Immunfaktoren.
Zelluläre Bestandteile mini|200px|Neutrophiler Granulozyt wandert aus dem Blutgefäß in das Gewebe ein, sezerniert proteolytische Enzyme, um interzelluläre Verbindungen zu lösen (zur Verbesserung seiner Beweglichkeit) und phagozytiert Bakterien
Die Zellen des Immunsystems zirkulieren in den Blutgefäßen und Lymphbahnen und kommen in den Geweben des Körpers vor. Dringt ein Krankheitserreger in den Körper ein, so können die Abwehrzellen ihn bekämpfen. Neutrophile Granulozyten, Monozyten/Makrophagen und dendritische Zellen können beispielsweise durch Aufnahme und Verdauung (Phagocytose) den Erreger selbst vernichten oder durch die Produktion von Immunmodulatoren und Zytokinen die Immunreaktion des Organismus steuern und andere Abwehrzellen zum Ort der Entzündung locken.
Granulozyten
Granulozyten (von ) machen den Großteil der weißen Blutkörperchen (Leukozyten) aus. Sie können die Blutbahn verlassen und ins Gewebe einwandern. Granulozyten haben in ihrem Zytoplasma zahlreiche Bläschen (Vesikel oder Granula genannt), die aggressive Stoffe enthalten, mit denen Krankheitserreger unschädlich gemacht werden können. Andere Stoffe (beispielsweise Histamin) spielen bei der Entzündungsreaktion und bei Allergien eine Rolle. Die unterschiedlichen Gruppen von Granulozyten werden nach ihrer Färbereaktion in der Giemsa-Färbung eingeteilt.
Die Neutrophilen Granulozyten (auch: Neutrophile) machen 40 bis 50 Prozent der zirkulierenden Leukozyten aus. Aktiviert durch Zytokine, die vom Ort der Infektion ausgesondert werden, wandern sie aus den Blutgefäßen in das betroffene Gewebe ein. Die Granula der Neutrophilen enthalten unter anderem saure Hydrolasen, Defensine (30 % des Inhalts), Myeloperoxidase und Proteasen, wie Elastase, Kollagenase, Neuraminidase und Cathepsin G. Dieser „Cocktail“ ermöglicht es den Neutrophilen, sich einen Weg durch das Gewebe zu bahnen und zu den Bakterien vorzudringen. Dort sind sie in der Lage, Krankheitserreger (beispielsweise Bakterien) unter anderem durch Phagozytose zu vernichten.
Eosinophile Granulozyten (auch: Eosinophile) machen etwa 3–5 Prozent der Zellen im Differentialblutbild aus. Ihren Namen beziehen sie vom Farbstoff Eosin, mit dem sie angefärbt werden können. Auch Eosinophile sind zur Chemotaxis befähigt, d. h., sie können sich in Richtung eines Entzündungsortes fortbewegen. Eosinophile enthalten in ihren Granula basische Proteine, zum Beispiel das Major Basic Protein, die sie nach Stimulation durch Antikörper der IgE-Klasse freisetzen. Eosinophile spielen eine wichtige Rolle bei der Parasitenabwehr; bei einem Befall mit Parasiten kommt es daher zu einer starken Vermehrung der Eosinophilen im Blut. Auch bei Allergien ist die Anzahl der Eosinophile im Blut erhöht, was darauf hinweist, dass die Eosinophilen auch bei dieser Erkrankung eine – wenig zuträgliche – Rolle spielen.