Das Immunsystem: Wie dein Körper Krankheitserreger bekämpft und sich merkt

Ein Körper unter ständiger Bewachung

Mit jedem Atemzug, jedem Bissen und jedem Gegenstand, den du berührst, kommst du mit Mikroben in Kontakt. Die meisten sind harmlos, viele sogar nützlich, doch manche sind Krankheitserreger: Viren, Bakterien, Pilze und Parasiten, die Krankheiten auslösen können. Dass wir nicht ständig krank sind, verdanken wir dem Immunsystem, einem Netzwerk aus Organen, Zellen und Molekülen, das den Körper vor Krankheiten schützt.

Die Aufgaben des Immunsystems sind erstaunlich vielfältig. Es muss Eindringlinge erkennen, die so unterschiedlich sind wie ein winziges Virus und ein parasitischer Wurm, der um ein Vielfaches größer ist als eine menschliche Zelle. Es kümmert sich auch um körpereigene Zellen, wenn sie zu Krebszellen werden, und um Fremdkörper wie einen Holzsplitter. Vor allem aber muss es all das vom gesunden Gewebe des eigenen Körpers unterscheiden, damit es angreift, was gefährlich ist, und den Rest in Ruhe lässt.

Beim Menschen und bei vielen anderen Tieren besteht das Immunsystem aus zwei großen Teilen. Das angeborene Immunsystem reagiert schnell mit einer vorgefertigten Antwort auf ganze Gruppen von Bedrohungen. Das adaptive (erworbene) Immunsystem braucht länger, um in Gang zu kommen, liefert aber eine maßgeschneiderte Antwort auf jeden einzelnen Eindringling und merkt sich Erreger, denen es schon einmal begegnet ist. Beide nutzen spezialisierte Zellen und Moleküle und arbeiten ständig zusammen.

Die erste Verteidigungslinie: Barrieren

Der einfachste Weg, eine Infektion zu verhindern, besteht darin, Keime gar nicht erst hereinzulassen. Der Körper ist von physikalischen, chemischen und biologischen Barrieren umgeben, die genau das tun.

• Die Haut ist eine robuste, wasserdichte Mauer. Ihre äußere Schicht besteht aus abgestorbenen Zellen, die ständig abgestoßen werden und Mikroben mitnehmen, und ihre Oberfläche ist leicht sauer, was viele Bakterien nicht mögen.
• Schleimhäute kleiden Nase, Mund, Atemwege und Darm aus. Klebriger Schleim fängt Partikel ein, und in den Atemwegen schieben winzige haarähnliche Strukturen, die Flimmerhärchen (Zilien), ihn nach oben, damit er verschluckt oder abgehustet werden kann.
• Chemische Abwehrmittel sind etwa die starke Säure im Magen, die viele verschluckte Mikroben abtötet, und Enzyme wie Lysozym in Tränen und Speichel, die die Wände mancher Bakterien zersetzen können.
• Freundliche Mikroben auf der Haut und im Darm belegen Platz und Nährstoffe und erschweren es schädlichen Arten, sich anzusiedeln.

Auch Reflexe wie Husten und Niesen und sogar die Spülwirkung des Urins helfen, unerwünschte Besucher loszuwerden. Gelangt ein Erreger dennoch an diesen Barrieren vorbei, etwa durch eine Schnittwunde, übernimmt die nächste Verteidigungslinie.

Angeborene Immunität: schnell und einsatzbereit

Das angeborene Immunsystem ist das schnelle Eingreifteam des Körpers. Es ist von Geburt an vorhanden, wird innerhalb von Minuten bis Stunden aktiv und reagiert jedes Mal ziemlich gleich, wenn es auf eine bestimmte Art von Bedrohung trifft.

Gefahr erkennen

Zellen des angeborenen Immunsystems tragen Rezeptoren, die molekulare Muster erkennen, die großen Gruppen von Mikroben gemeinsam sind, in unseren eigenen Zellen aber fehlen, zum Beispiel Bestandteile bakterieller Zellwände oder bestimmte Formen viralen Erbguts. Die bekanntesten dieser Sensoren sind die Toll-like-Rezeptoren. Zellen können außerdem Signale wahrnehmen, die beschädigte oder sterbende Körperzellen aussenden; das warnt sie, dass etwas nicht stimmt, noch bevor ein Keim identifiziert ist.

Zellen, die Eindringlinge fressen

Manche weißen Blutkörperchen sind Fresszellen (Phagozyten); der Name stammt von griechischen Wörtern für „fressende Zellen“. Sie umschließen Mikroben und Zelltrümmer und zerstören sie in ihrem Inneren. Neutrophile Granulozyten, die häufigste Art weißer Blutkörperchen im menschlichen Blut, eilen in großer Zahl zu infizierten Stellen. Makrophagen sind größer und langlebiger; sie räumen abgestorbene Zellen weg und senden chemische Signale, die weitere Verteidiger herbeirufen. Auch dendritische Zellen verschlucken Eindringlinge, ihre wichtigste Aufgabe ist es jedoch, Bruchstücke davon zu den Lymphknoten zu bringen und sie dort dem adaptiven Immunsystem zu zeigen.

Eine weitere angeborene Zelle, die natürliche Killerzelle (NK-Zelle), frisst keine Keime. Stattdessen überprüft sie die körpereigenen Zellen und zerstört jene, die abnormal aussehen, etwa virusinfizierte Zellen oder manche Tumorzellen.

Entzündung und Fieber

Wird Gewebe verletzt oder infiziert, schütten Immunzellen chemische Botenstoffe aus, die eine Entzündung auslösen. Die Blutgefäße weiten sich und werden durchlässiger, sodass mehr Blut, Flüssigkeit und Abwehrzellen den Ort erreichen. So entstehen die klassischen, seit der Antike bekannten Anzeichen: Rötung, Wärme, Schwellung und Schmerz. So unangenehm sie ist, eine Entzündung zeigt, dass die Abwehr arbeitet.

Einige dieser Botenstoffe wirken auch auf das Gehirn und erhöhen die Körpertemperatur, es kommt zu Fieber. Eine höhere Temperatur kann das Wachstum mancher Erreger bremsen und lässt bestimmte Immunreaktionen schneller ablaufen.

Das Komplementsystem

Im Blut befindet sich außerdem eine Gruppe von Proteinen, das Komplementsystem. Werden sie aktiviert, lösen sie eine Kettenreaktion aus: Sie überziehen Mikroben, damit Fresszellen sie leichter packen können, locken Immunzellen an und können sogar Löcher in die Membranen mancher Bakterien stanzen.

Adaptive Immunität: Der Körper lernt

Das adaptive Immunsystem macht die Immunität wirklich persönlich. Seine Hauptakteure sind weiße Blutkörperchen namens Lymphozyten, von denen es zwei Hauptarten gibt: B-Zellen und T-Zellen. Beide werden im Knochenmark gebildet. B-Zellen reifen dort heran, während T-Zellen in den Thymus wandern, ein kleines Organ in der Brust, um ihre Entwicklung abzuschließen; daher stammt das „T“.

Jeder Lymphozyt trägt Rezeptoren, die eine ganz bestimmte molekulare Form erkennen, ein sogenanntes Antigen. Weil die Gene für diese Rezeptoren während der Entwicklung jeder Zelle zerschnitten und neu zusammengesetzt werden, verfügt der Körper am Ende über eine riesige Vielfalt an Lymphozyten mit jeweils unterschiedlichem Rezeptor. Zusammen können sie eine ungeheure Bandbreite an Formen erkennen, auch solche, denen der Körper noch nie begegnet ist. Trifft ein Lymphozyt auf sein passendes Antigen, vermehrt er sich rasch zu einer Armee identischer Zellen, die alle dasselbe Ziel haben. Dieser Vorgang heißt klonale Selektion.

Lymphozyten zirkulieren durch das Blut und das Lymphsystem, ein Netz aus Gefäßen und Hunderten kleiner, bohnenförmiger Lymphknoten. Milz und Lymphknoten dienen als Treffpunkte, an denen Lymphozyten auf Antigene stoßen, die dendritische Zellen herbeibringen. Deshalb können die Lymphknoten am Hals bei Halsschmerzen anschwellen und druckempfindlich werden: Dort vermehren sich Immunzellen.

B-Zellen und Antikörper

Aktivierte B-Zellen verwandeln sich in Plasmazellen, die große Mengen an Antikörpern freisetzen, Y-förmige Proteine, die im Blut und in anderen Körperflüssigkeiten schwimmen. Die Spitzen des Y passen zu einem bestimmten Antigen wie ein Schlüssel ins Schloss. Antikörper können verhindern, dass ein Virus in Zellen eindringt, Bakterien miteinander verklumpen, Giftstoffe neutralisieren und Eindringlinge markieren, damit Fresszellen und das Komplementsystem sie zerstören. Säugetiere besitzen fünf Hauptklassen von Antikörpern, IgG, IgA, IgM, IgD und IgE genannt, die jeweils für unterschiedliche Aufgaben und Orte im Körper geeignet sind.

T-Zellen

T-Zellen können frei schwimmende Antigene nicht erkennen. Stattdessen prüfen sie Proteinbruchstücke, die von besonderen Molekülen, dem Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC), auf der Oberfläche anderer Zellen präsentiert werden. T-Helferzellen wirken wie Koordinatoren: Sie senden Signale aus, die B-Zellen, Makrophagen und andere T-Zellen aktivieren. Zytotoxische T-Zellen sind die Killer: Sie spüren virusinfizierte Körperzellen oder manche Krebszellen auf und bringen sie dazu, sich selbst zu zerstören. Andere T-Zellen helfen, die Immunantwort zu beruhigen, sobald die Bedrohung vorüber ist.

Das immunologische Gedächtnis

Nachdem eine Infektion überstanden ist, stirbt der Großteil der vermehrten Lymphozyten ab, einige bleiben jedoch als langlebige Gedächtniszellen erhalten. Kehrt derselbe Erreger zurück, reagieren diese Zellen viel schneller und stärker als beim ersten Mal und vernichten ihn oft, bevor überhaupt Symptome auftreten. Deshalb bekommt man Krankheiten wie Windpocken meist nur einmal. Bei der ersten Begegnung mit einem Keim dauert es in der Regel Tage, bis eine vollständige adaptive Antwort steht; bei einer zweiten Begegnung geht es wesentlich schneller.

Impfungen: Training ohne Krankheit

Bei einer Impfung wird das immunologische Gedächtnis gezielt genutzt. Ein Impfstoff bringt das Immunsystem mit einer harmlosen Form oder einem Teil eines Erregers in Kontakt, etwa mit einem abgeschwächten oder abgetöteten Keim, einem einzelnen Protein oder der genetischen Bauanleitung für ein solches Protein. Der Körper bildet Gedächtniszellen, ohne die Krankheit durchmachen zu müssen.

Die Geschichte wird oft auf den englischen Arzt Edward Jenner zurückgeführt. Er zeigte 1796, dass Material aus Kuhpocken, einer milden Krankheit, einen Menschen vor den Pocken schützen konnte, einer der tödlichsten Krankheiten der Geschichte. Das Wort „Vakzine“ (Impfstoff) stammt vom lateinischen Wort für Kuh, vacca. Fast zwei Jahrhunderte später führte eine weltweite Impfkampagne dazu, dass die Weltgesundheitsorganisation die Pocken 1980 für ausgerottet erklärte; es war die erste Krankheit des Menschen, die ausgelöscht wurde.

Impfungen schützen auch Menschen, die nicht geimpft werden können, etwa sehr kleine Babys oder Menschen mit geschwächtem Immunsystem. Sind genug Menschen in einer Gemeinschaft immun, kann sich ein Erreger kaum noch ausbreiten; diesen Effekt nennt man Herdenimmunität.

Wenn das Immunsystem danebenliegt

Eine so mächtige Abwehr muss sorgfältig kontrolliert werden. Während der Entwicklung der Lymphozyten werden diejenigen, die stark auf körpereigene Moleküle reagieren, größtenteils entfernt oder abgeschaltet; diesen Vorgang nennt man Selbsttoleranz. Probleme entstehen, wenn das System zu stark, gegen das falsche Ziel oder zu schwach reagiert.

• Allergien entstehen, wenn das Immunsystem auf harmlose Stoffe wie Pollen, Hausstaubmilben oder bestimmte Lebensmittel überreagiert. IgE-Antikörper veranlassen Zellen, Histamin und andere Stoffe freizusetzen, die Niesen, Juckreiz, Schwellungen oder in seltenen schweren Fällen eine gefährliche Reaktion namens Anaphylaxie verursachen.
• Autoimmunerkrankungen treten auf, wenn das Immunsystem körpereigenes Gewebe angreift. Bei Typ-1-Diabetes zum Beispiel zerstört es die insulinproduzierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse, bei rheumatoider Arthritis greift es die Gelenke an.
• Immundefekte liegen vor, wenn ein Teil des Immunsystems fehlt oder geschwächt ist. Manche Menschen werden damit geboren, andere erwerben sie im Laufe des Lebens. HIV zum Beispiel infiziert und zerstört T-Helferzellen; ohne Behandlung führt das zu AIDS, bei dem der Körper Infektionen nicht mehr gut abwehren kann.

Auch nach Organtransplantationen müssen Ärztinnen und Ärzte das Immunsystem steuern. Weil das neue Organ fremde MHC-Moleküle trägt, können die T-Zellen des Empfängers es angreifen; deshalb nehmen die Patienten Medikamente ein, die die Immunantwort dämpfen.

Überraschende Fakten zur Immunität

• Ein Seestern und ein Dorn. Der Zoologe Ilja Metschnikow entdeckte in den 1880er-Jahren die Phagozytose, indem er kleine Dornen in durchsichtige Seesternlarven stach und beobachtete, wie sich bewegliche Zellen um sie sammelten. Er teilte sich 1908 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin mit Paul Ehrlich, der Antikörper erforschte.
• Immunität beginnt vor der Geburt. Manche Antikörper (IgG) gelangen über die Plazenta von der Mutter zum Baby, und die Muttermilch liefert IgA-Antikörper, die den Darm des Babys schützen. Dieser geliehene Schutz hält nur in den ersten Lebensmonaten an.
• Der Thymus schrumpft mit dem Alter. Er ist in der Kindheit am aktivsten, wird nach der Pubertät allmählich kleiner und durch Fett ersetzt, doch Erwachsene behalten einen großen Vorrat an T-Zellen, die früher im Leben gebildet wurden.
• Sogar Bakterien haben ein Immunsystem. Viele Bakterien speichern Schnipsel viraler DNA und nutzen sie, um diese Viren bei einem erneuten Angriff zu erkennen und zu zerschneiden. Wissenschaftler machten aus diesem System namens CRISPR ein berühmtes Werkzeug zur Genbearbeitung.
• Nicht alle Wirbeltiere nutzen Antikörper. Kieferlose Fische wie Neunaugen besitzen ein adaptives Immunsystem, das auf einer völlig anderen Art von Rezeptor beruht; die Natur hat die adaptive Immunität also mehr als einmal erfunden.
• Krebs mit Immunität bekämpfen. Moderne Immuntherapien lösen die „Bremsen“ der T-Zellen, damit diese Tumoren angreifen können. James Allison und Tasuku Honjo erhielten 2018 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für Entdeckungen, die diese Behandlungen möglich machten.

Die Abwehr stark halten

Das Immunsystem arbeitet am besten, wenn der übrige Körper gesund ist. Ausreichend Schlaf, eine ausgewogene Ernährung mit genug Vitaminen und Mineralstoffen, regelmäßige Bewegung und die empfohlenen Impfungen unterstützen es. Einfache Gewohnheiten wie Händewaschen verringern außerdem die Zahl der Keime, mit denen sich das Immunsystem überhaupt auseinandersetzen muss.

Von der Säure im Magen bis zu Gedächtniszellen, die Jahrzehnte überdauern können: Das Immunsystem ist eine vielschichtige, ständig lernende Abwehr. Es erkennt eine nahezu unbegrenzte Vielfalt an Bedrohungen, erinnert sich an frühere Kämpfe und schafft es dennoch meistens, die körpereigenen Zellen in Ruhe zu lassen.