Das faszinierende Immunsystem

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1 erstellt von der Japanischen Gesellschaft für Immunology (JSI) illustriert von Tomoko Ishikawa ins Englische übersetzt von Anjali Patel und veröffentlicht mit Hilfe des Europäischen Verbundes der Immunologischen Gesselschaften (EFIS) ins Deutsche übersetzt in einem Kooperationsprojekt zwischen Immunologen an der Universität Erlangen und Oberstufenschülern am Marie-Therese-Gymnasium Erlangen und veröffentlicht mit Hilfe der Deutschen Gesellschaft für Immunologie (DGfI) Das faszinierende Immunsystem Wie es deinen Körper schützt! Das faszinierende Immunsystem

2 Das faszinierende Immunsystem Wie es deinen Körper schützt! zusammengestellt von der Japanischen Gesellschaft für Immunologie (JSI) illustriert von Tomoko Ishikawa übersetzt ins Deutsche unter der Schirmherrschaft der Deutschen Gesellschaft für Immunologie (DGfI)

3 Herausgeber: Japanische Gesellschaft für Immunologie und (in alphabetischer Reihenfolge) Hiroshi Kawamoto Sachiko Miyake Masayuki Miyasaka Toshiaki Ohteki Noriko Sorimachi Yousuke Takahama Shinsuke Taki Forschungszentrum für Allergie und Immunologie, RIKEN Nationales Institut für Neurowissenschaften, Nationales Zentrum für Neurologie und Psychiatrie Graduiertenschule der Medizin an der Universität von Osaka Medizinisches Forschungsinstitut, Tokio Medizinische und Zahnmedizinische Universität Forschungsinstitut, Internationales Medizinisches Zentrum von Japan Institut für genomische Forschung an der Universität von Tokushima Graduiertenschule der Medizin an der Universität von Shinshu Titel der Originalarbeit in japanischer Sprache: Name der Gesellschaft: Inhaber des Urheberrechts: Illustrator: eingebunden von: KARADA WO MAMORU MENEKI NO FUSHIGI YODOSHA Co., Ltd. Japanische Gesellschaft für Immunologie Tomoko Ishikawa Takashi Ono Yaruyaru Ya Honpo Übersetzung in englische Sprache: Anjali Patel Dieses Buch wurde mit aller Sorgfalt geschrieben. Dennoch übernehmen Herausgeber, Autoren und Editoren keine Garantie für die Fehlerfreiheit der enthaltenen Informationen. Leser werden angehalten zu bedenken, dass Aussagen, Daten, Abbildungen und wissenschaftliche Details versehentliche Fehler enthalten können. Bibliografische Information veröffentlicht durch Die Deutsche Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek führt diese Publikation in der Deutsche National bibliografie; ausführliche bibliografische Informationen sind verfügbar im Internet unter: Alle Rechte vorbehalten (einschließlich der Übersetzungsrechte in weitere Sprachen). Jegliche Kopie, in welcher Form auch immer, einschließlich Fotodruck, Diafilm und anderer Medien, sowie die Übernahme und Übersetzung in Maschinenschrift und Digitalisierung ist ohne schriftliche Einverständnisnahme seitens EFIS oder der Japanischen Gesellschaft für Immunologie untersagt. Es ist davon auszugehen, dass registrierte Eigennamen, eingetragene Handelsmarken, etc., die in diesem Buch verwendet wurden, auch wenn diese nicht ausdrücklich als solche gekennzeichnet sind, rechtlich geschützt sind. Gedruckt in der Bundesrepublik Deutschland Gedruckt auf umweltverträglichem Papier Schriftsatz: Dr. rer. nat. Rebecca Winkelmann Druck und Bindung: Pelz Verlag, Freiburg 2011 Deutsche Gesellschaft für Immunologie (DGfI) ISBN:

4 Die genehmigte Übersetzung der englischsprachigen Version in die deutsche Sprache war ein Gemeinschaftsprojekt folgender Personen und Einrichtungen Schüler des Wissenschafts-Seminars "Immunologie" am Marie-Therese-Gymnasium, Erlangen: Ann-Kathrin Baßler Kathleen Bremer Colin Diederichs Max Himmler Alexander Jäck Benjamin Krugman Marius Kuschma Sophia Mardin Tanja Rziha Kerstin Sterna Martin Strowik Shawna von Hacht Lilli Wolf Hannah Zenker Doktoranden des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützten Doktorandenkollegs GK 592 und der B-Zellforschergruppe 832 am Universitätsklinikum und der Universität, Erlangen: Anne Bärenwaldt Sebastian Brachs Andreas Brandl Sebastian Dütting Agnes Giniewski Xandra Grünz Julia Jellusova Ingrid Obermeier Martina Porstner Sandra Schreiber Selina Sitte Christine Staab Stefanie Thiele Rebecca Winkelmann Übernahme des Lektorats: Heinrich Heidbüchel, Schulamtsdirektor a.d. Wissenschaftliche Überarbeitung und Erstellung der Endfassung: Marie-Therese-Gymnasium Erlangen OStR. Wolfgang Beck Abteilung für Molekulare Immunologie, Medizinische Klinik III Nikolaus-Fiebiger-Zentrum Universität Erlangen-Nürnberg Erlangen Prof. Dr. rer. nat. Hans-Martin Jäck Dipl. Mol. Med. Martina Porstner Dr. rer. nat. Wolfgang Schuh Dr. rer. nat. Rebecca Winkelmann 2011 Deutsche Gesellschaft für Immunologie (DGfI)

5 Vorwort zur deutschen Übersetzung Das faszinierende Immunsystem Wie es deinen Körper schützt! Antikörper, Allergie, B-Zelle aber auch AIDS und Krebs alles Begriffe, die du bestimmt schon einmal gehört oder gelesen hast. Wenn du dich mit dem Immunsystem des Menschen näher befasst, dann wirst du ganz häufig über diese und andere Fachwörter stolpern. Dieses Buch soll dir nun eine Hilfe sein, all diese Fachwörter zu verstehen und einordnen zu können und es soll dir vor allem dabei helfen, das ganze Immunsystem kennen zu lernen. Dieses Buch wurde ursprünglich 2008 von der Japanischen Gesellschaft für Immunologie erstellt und 2009 von Dr. Anjali Patel ins Englische übersetzt. Das Vorwort zur englischen Fassung von 2009 beendet Prof. Dr. Stefan H. E. Kaufmann, der Altpräsident der Europäischen Gesellschaft für Immunologie, mit der Aufforderung, das Buch in noch viele weitere Sprachen zu übersetzen. Eine Gruppe von jungen Immunologen und Gymnasiasten aus Erlangen hat es sich dann zur Aufgabe gemacht, die Übersetzung ins Deutsche zu übernehmen. Unter der Schirmherrschaft der Deutschen Gesellschaft für Immunologie ist in einem Gemeinschaftsprojekt der Doktoranden des Graduiertenkollegs 592 und der B-Zellforschergruppe 832 an der Universität Erlangen-Nürnberg und der Schüler des Wissenschaftsseminars am Marie-Therese-Gymnasium Erlangen dieses Werk für dich übersetzt und überarbeitet worden. Die Schüler haben sich viel Mühe gegeben, die komplizierten Zusammenhänge verständlich zu erklären und wünschen dir bei deiner Entdeckungsreise durch unser Immunsystem viele Aha -Erlebnisse. Das faszinierende Immunsystem ein Buch, das hoffentlich auch dich davon überzeugt, dass dein Körper etwas ganz Besonderes besitzt, nämlich das Immunsystem. Es schützt uns alle jeden Tag vor Krankheiten und Keimen. Wir hoffen, das Buch gefällt dir und wir freuen uns über deine Tipps, um es künftig noch verständlicher für dich und andere Kinder zu machen! Erlangen, Juni 2011 Wolfgang Beck Marie-Therese-Gymnasium, Erlangen Hans-Martin Jäck, Martina Porstner, Wolfgang Schuh, Rebecca Winkelmann Abteilung für Molekulare Immunologie, Universität Erlangen-Nürnberg

6 Inhalt Vorwörter Teil I Alles über das Immunsystem 1 Die Grundlagen des Immunsystems Welche Aufgaben hat das Immunsystem? Warum bekommt man manche Krankheiten nicht zweimal? Wo befindet sich das Immunsystem im Körper? Die vielen unterschiedlichen Zelltypen des Immunsystems Drei Wege, einen Krankheitserreger zu beseitigen Wie das Immunsystem arbeitet Wie das Immunsystem verschiedenartige Krankheitserreger unterscheidet 24 Wie es die verschiedenen Erreger erkennt Wie erinnert sich das Immunsystem an Erreger, die es schon einmal gesehen hat Wo Zellen des Immunsystems entstehen und wo sie ihre Arbeit verrichten Wo entstehen Immunzellen? Wo arbeiten Immunzellen und wie gelangen sie dort hin? Wie Immunzellen ihren Weg durch den Körper finden Wie Immunzellen sich gegenseitig helfen können Wie das Immunsystem sich selbst reguliert Warum das Immunsystem nicht den Körper oder die Nahrung angreift.. 42

7 Teil II Alles über Krankheiten 1 Bekämpfung von Infektionskrankheiten Alles über Pathogene Welche Arten von Infektionskrankheiten gibt es? Was ist AIDS? Ist eine Ansteckung mit Vogelgrippe vermeidbar? Wie können Impfungen helfen? Autoimmunkrankheiten Was ist eine Autoimmunkrankheit? Welche Arten von Autoimmunkrankheiten gibt es? Gelenkrheumatismus und seine Behandlung Allergien sind ebenfalls Immunantworten Was ist eine Allergie? Sogar diese Stoffe können Allergien auslösen Wie Asthma entsteht Kann man Heuschnupfen heilen? Kann das Immunsystem zur Heilung von Krebs beitragen? Was ist Krebs? Wie das Immunsystem gegen Krebs vorgeht Behandlung von Krebs mit Hilfe einer Immuntherapie Nachwörter Stichwortverzeichnis

8 Teil I Alles über das Immunsystem

9 1.Die Grundlagen des Immunsystems Welche Aufgaben hat das Immunsystem? Kennst du das Immunsystem? Wo befindet es sich in deinem Körper? Was weißt du über seine Funktion? Auch wenn du gesund bist, sollte dich die Funktion dieses komplexen Systems interessieren. Es ist für ein Menschenleben von entscheidender Bedeutung. Aber was denkst du würde passieren, wenn du keines hättest? Ungefähr eines von hunderttausend Kindern wird ohne jegliche Immunität geboren. Diese Erkrankung wird als Schwere kombinierte Immunschwäche oder kurz SCID (steht für den englischen Ausdruck severe combined immunodeficiency) bezeichnet. Babys, die mit diesem Fehler geboren werden, sind nicht vor Krankheitserregern geschützt. Krankheitserreger (auch Pathogene genannt) sind Bakterien, Viren, Würmer und Pilze, die dich krank machen können. Säuglinge mit der Immunschwäche SCID leiden deshalb oft unter Infektionskrankheiten. 14 Schwere kombinierte Immunschwäche 100,000

10 Du hast sicher schon von AIDS gehört. AIDS (steht für den englischen Ausdruck Acquired Immune Deficiency Syndrome) ist eine erworbene Abwehrschwäche gegen alle Arten von Keimen. Diese Abwehrschwäche wird durch humane Immundefizienz-Viren (HIV) ausgelöst. Das HI-Virus/HIV zerstört Immunzellen. Dadurch wird das Immunsystem außer Kraft gesetzt und der Körper verliert die Fähigkeit, sich aus eigener Kraft gegen Keime zu wehren. In der Luft schwirren viele verschiedene Keime herum, die besonders gefährlich werden, sobald man an einer Immunschwäche leidet. Wenn du ohne jegliche Immunität geboren wurdest oder dein Immunsystem nicht mehr richtig funktioniert, bist du einer Vielzahl von Keimen ausgeliefert, vor denen dich dein Immunsystem normalerweise schützt. Das ist dir inzwischen sicher bewusst geworden! Man könnte meinen, dass das Immunsystem nicht besonders viel zu tun hat, aber tatsächlich beschützt es dich Tag und Nacht. 15

11 Teil II Alles über Krankheiten

12 1.Bekämpfung von Infektionskrankheiten Alles über Pathogene Infektionskrankheiten werden durch Mikroorganismen verursacht, die in den Körper eindringen und sich dort vermehren. Sie sind so klein ( mikro ), dass man sie mit dem bloßen Auge nicht sehen kann. Die Geschichte der Immunologie, die im 18. Jahrhundert mit der Entdeckung der aktiven Impfung durch Edward Jenner ( ) begann, ist ebenfalls die Geschichte vom Kampf gegen Infektionskrankheiten. Dank des weltweiten Einsatzes des von Edward Jenner entdeckten Impfstoffs wurden die Pocken ausgerottet. Und Dank der vielen hervorragenden Impfstoffe, die seitdem entwickelt wurden, sind wir vor einer Vielzahl von Infektionskrankheiten geschützt. Mikroorganismen, die Infektionskrankheiten verursachen, werden Pathogene oder auch Keime genannt. Pathogene umfassen sowohl Bakterien als auch Viren. Bakterien sind Einzeller und sind nur ein paar Mikrometer groß. (1 Mikrometer ist 1/1000 mm) Ein Virus hat 1/1000 der Größe eines Bakteriums mm mm mm Virus Zelle Bakterium Das ist winzig! Die Pockenkrankheit ist eine Infektionskrankheit, die durch das Pockenvirus verursacht wird. Bei dieser Krankheit bekommst du bis zu 40 C Fieber und auf deinem ganzen Körper bilden sich Pusteln und Blasen. Viele Menschen sind früher an dieser Krankheit gestorben, doch dank Edward Jenners Impfstoff hat seit 1977 keine einzige Person mehr diese Krankheit bekommen. Virus ist das lateinische Wort für Gift. Im alten Griechenland benutzte Hippokrates das Wort "Virus", um ein Gift zu bezeichnen, das eine Krankheit auslöst. 46

13 Bakterium Virus Außerhalb des Körpers Toxine Mukosa Innerhalb des Körpers Zelltod Krebs Auf welche Weise verursachen die Bakterien, die deinen Körper angreifen, eine Erkrankung? Bakterien produzieren Gifte (Toxine), die Zellen zerstören oder sie lahm legen. Außerdem sind in ihre Zellwand Strukturen eingebaut, die giftig wirken. Durch all diese Toxine können dann Fieber, Durchfall oder ein Abfallen des Blutdrucks verursacht werden. Bakterien haben also ein Arsenal an Giftstoffen und Waffen, die dir Schaden zufügen können. Viren sind noch 100 bis 1000mal kleiner als Bakterien und können eine Vielzahl von verschiedenen Zelltypen befallen. Sobald sie einmal in eine Zelle eingedrungen sind, beginnen sie sich dort zu vermehren. Eine Virusinfektion kann entweder die normale Funktion einer Zelle so entgleisen lassen, dass diese stirbt, oder aber sie kann die Zelle dazu bringen, sich unkontrolliert zu teilen, so dass sie zu einer Krebszelle wird. Einige Arten von Viren vermehren sich nach der Infektion einer Zelle langsam und verursachen somit eine anhaltende, sogenannte persistierende Infektion. Andere Viren wiederum warten mit ihrer Vermehrung und verharren in der infizierten Zelle; sie lösen eine sogenannte schlummernde (latente) Infektion aus. 47

14 Stichwortverzeichnis Stichwort Seite Erklärung Adhäsionsmolekül 33 Signalmoleküle zum Austausch von Botschaften, die auf der Oberfläche von Zellen gebunden sind. Adjuvans 70 Immunstimulatorische Substanz AIDS 11, 46 Erworbene Abwehrschwäche, die meistens tödlich endet; Auslösung durch HI-Virus/HIV. Allergen 58ff Substanzen wie Pollen oder Milben, auf die der Körper überempfindlich reagiert (Allergie). Allergie 58ff Reaktion von Immunzellen auf Substanzen, die normalerweise nicht gesundheitsschädigend sind; z.b. Pollen, Milben, Nahrungsmittel. Anaphylaktischer Schock 61 Plötzliche, extrem starke allergische Reaktion, die den ganzen Körper betrifft und lebensbedrohend sein kann. Antigen 23 Bruchstücke von Erregern, die von B- und T-Zellen über Antigenrezeptoren erkannt werden können. Anti-Histaminika 64 Medikamente gegen Heuschnupfen und andere allergische Reaktionen. Antikörper-produzierende Zelle 26 B-Zelle, die aktiviert wurde und nun Antikörper produziert und ins Blut abgibt. Antigenpräsentation 23 Präsentation von Erregerbruchstücken auf der Oberfläche dendritischer Zellen. Antigenrezeptoren 20ff, 24ff Werkzeuge auf der Oberfläche von B- und T-Zellen, mit denen Erreger erkannt und voneinander unterschieden werden. Antigenspezifität 20 Das Immunsystem kann zwischen verschiedenen Erregern unterscheiden; je eine Immunzelle erkennt nur ein ganz bestimmtes Antigen. Antikörper 17, 19 Waffen der B-Zellen, die durch den Körper zirkulieren. Sie markieren Pathogene, damit sie von Makrophagen als Mahlzeit erkannt werden. Antikörper-Therapie 71 Bei bestimmten Erkrankungen werden Antikörper als Medikament eingesetzt. Anti-Zytokin-Therapie 57 Blockiert die Wirkung von Zytokinen; wird z.b. beim Gelenkrheumatismus erfolgreich eingesetzt. Asthma 60 Allergische Reaktion der Atemwege. Atome 32 Kleinste chemische Einheit, in die man eine Substanz zerlegen kann. Autoimmunerkrankung/ Autoimmunität 52ff Krankheit, deren Ursache eine überschießende Reaktion des Immunsystems gegen körpereigenes Gewebe ist. Irrtümlicherweise erkennt das Immunsystem körpereigenes Gewebe als zu bekämpfenden Fremdkörper. Dadurch kommt es zu schweren Entzündungsreaktionen, die zu Schäden an den betroffenen Organen führen. Bakterien 10 Mikroskopisch kleine, meist einzellige Organismen, die oft krankheitserregend sind. B-Gedächtnis-Zelle 26 Erinnert sich an Erreger, die sie schon einmal getroffen hat und produziert innerhalb weniger Tage Antikörper von hoher Qualität. Blutstammzelle 29 = Hämatopoietische Stammzelle; Vorläufer der Blutzellen (weiße und rote Blutkörperchen) 81