T-Zellen und Antikörper – so funktioniert Immunität

Für die Immunität gegen Viren, Bakterien und andere schädliche Keime sind T-Zellen und Antikörper als Teile des Immunsystems verantwortlich. Erstmals mit SARS-Cov-2  und der manchmal auf Infektion folgenden Erkrankung Covid-19,  beschäftigen sich breite Schichten der Bevölkerung damit. Deshalb möchte ich hier versuchen die Funktionen und der Reaktionen des Immunsystems auf eine Infektion verständlich zu beschreiben.

Das Immunsystem bekämpft Eindringlinge, deshalb kann man es mit einer militärischen Struktur vergleichen. Aus den Reihen der T-Zellen kommt der Kommandostab, das Ergänzungskommando, die schweren Waffen und ein Teil des Meldewesens. Wir sehen, die T-Zellen können bereits eine vollständige Kampfeinheit bilden. Die Antikörper entsprechen dagegen den Schützen, die bei Bedarf erzeugt oder eingezogen werden.

Tritt eine Bedrohung auf, so tritt zunächst die stets kampfbereite Streitmacht von T-Zellen und zu deren Unterstützungseinheiten, die vor allem in den Schleimhäuten in Mund, Nase und Rachenraum vorhandenen Antikörper in Aktion, von denen es drei Sorten gibt, nämlich IgA, IgM und IgG. In aller Regel reicht diese Abwehr aus. Hilfreich sind auch die „Stacheldraht-Hindernisse“ in Form der Nasenhärchen, die Wassergräben der Tränenflüssigkeit und andere passive Abwehrmechanismen wie die Hautbarriere.

Diese Abwehr kann durchaus auch ausreichen um das oder die Coronaviren aber auch alle anderen Viren abzuwehren, solange sie nicht in größerer Zahl auftreten. Wir wissen von vielen Studien, dass mit Infizierten eng zusammenlebende Personen keineswegs sicher angesteckt werden. Auf Kreuzfahrtschiffen hat man festgestellt, dass bei in einer Kabine wohnenden Paaren häufig nur eines der beiden infiziert war.

Auch in Haushalten ist in Studien festgestellt worden, dass keine Ansteckung der wahrscheinlichere Fall ist. Wobei dies von der Zahl der übertragenen Viren abhängt. Es ist erst der Kampf des Immunsystems, der Symptome verursacht. Je mehr Viren im Körper produziert werden, umso heftiger der Kampf und umso stärker die Symptome. Wessen Körper mehr Viren produziert, kann auch mehr übertragen.

Ablauf der Infektion

Werden mehr Viren übertragen, zum Beispiel durch Einatmung von Tröpfchen einer sprechenden Person, so reicht unter Umständen die immer vorhandene oder angeborene Abwehr. Genügt das nicht, so bildet der Körper spezifische T-Zellen. Wie das funktioniert beschrieb eine Forschergruppe unter der Leitung von Carsten Geisler, Leiter der Abteilung für Internationale Gesundheit, Immunologie und Mikrobiologie an der Universität Kopenhagen, in dieser Studie.

Wenn eine T-Zelle einem fremden Erreger ausgesetzt wird, streckt sie einen als Vitamin-D-Rezeptor bekannten Signalgeber eine ‚Antenne‘ aus, mit dem sie nach Vitamin D sucht“, sagte Geisler. Wenn ein unzureichender Vitamin-D-Spiegel vorliegt, „werden sie nicht einmal anfangen, sich zu mobilisieren“. Und er stellte fest, dass „T-Zellen zu einer explosionsartigen Vermehrung fähig sind“.

Mehr über T-Zellen

Eine T-Zelle ist ein Typ von Lymphozyten. Die T-Zelle entsteht aus Stammzellen, die sich im Knochenmark befinden; die T-Zelle reift jedoch in der Thymusdrüse (daher der Name). T-Zellen lassen sich von anderen Lymphozyten durch das Vorhandensein eines T-Zell-Rezeptors auf der Zelloberfläche unterscheiden. In der Grafik oben ist zu sehen, wie ein Labor die verschiedenen Arten von T- und B-Zellen bestimmt.

Die T-Zellen produzieren dann unterschiedliche Typen, die verschiedene Funktionen übernehmen. Die bekanntesten sind die CD8+ T-Zellen, die Killerzellen. Sie sind in der Lage Viren oder andere Keime, aber auch Tumorzellen abzutöten. Ein starkes Immunsystem schützt nämlich auch vor Krebs (Medizin Nobelpreis 2018).

CD8+ T-Zellen sind außerdem in der Lage, kleine Signalproteine, so genannte Zytokine, zu nutzen um andere Zellen zu rekrutieren, wenn sie eine Immunantwort starten.

Eine andere Population von T-Zellen, die CD4+ T-Zellen, fungieren als „Helferzellen“. Sie bestimmen, ob und wie andere Teile des Immunsystems auf eine spezifische, wahrgenommene Bedrohung reagieren.

Helfer-T-Zellen nutzen auch Zytokin-Signale, um regulatorische B-Zellen direkt und andere Zellpopulationen indirekt zu beeinflussen. Die B-Zellen sind dann erst für die Produktion spezifischer Antikörper nötig. Diese einfachen „Schützen“ – um beim militärische Vergleich zu bleiben – werden aber erst produziert und eingesetzt, wenn sich der Kampf länger hinzieht. Sie haben sozusagen einen Schuss und werden mit dem neutralisierten Keim vernichtet.

Regulatorische T-Zellen sind eine weitere bestimmte Population dieser Zellen, die den kritischen Mechanismus der Toleranz bereitstellen, bei dem Immunzellen in der Lage sind, eindringende Zellen von körpereigenen zu unterscheiden – und damit Immunzellen daran hindern, eine unangemessene Reaktion gegen sich selbst zu starten (was per Definition eine „Autoimmun“-Reaktion wäre).

Aus diesem Grund werden diese regulatorischen T-Zellen auch „Suppressor“-T-Zellen genannt. Werden von dieser Zellart zu wenige produziert, dann wird die Aktivität der Killerzellen nicht gestoppt, es kommt bei Covid-19 zum so genannten Zytokinsturm und zu den schweren Verläufen und Todesfällen. Was fehlt sind ausreichende Spiegel von Vitamin D und man greift zu Cortison Präparaten um die Killerzellen an der Vermehrung zu hindern.

Typisch ist das auch bei allen Arten von Autoimmunerkrankungen, die folgerichtig praktisch nur durch höhere Gaben von Vitamin D gezähmt werden können, egal ob Psoriasis oder Diabetes Typ I.

Wichtig sind natürlich die Speicher T-Zellen, die das Gedächtnis für bestimmte Keime und Viren bilden. Davon gibt es mehrere unterschiedliche Arten. Eine Unterart der Speicher T-Zellen zirkuliert nicht im Blut, sondern sind stationär in verschiedenen Geweben zu finden.

Weniger bekannt sind Varianten von T-Zellen die in der Schleimhaut (Mucosa) zu finden sind, die aber eine wichtige erste Abwehrlinie darstellen.

Wie lange bleiben T-Zellen aktiv?

Die Antwort ist: lange, zum Teil sehr lange bis lebenslang. Bei Rekonvaleszenten des SARS Ausbruchs im Jahr 2003 hat man heuer, also nach 17 Jahren, bei allen noch spezifische T-Zellen gefunden, die auch auf SARS-Cov-2 reagieren.

Die Studie von Sette und Crotty  am La Jolla Institute of Immunology, Kalifornien, die sehr penibel die Dauerhaftigkeit von Immunantworten untersucht haben, berichtet, dass die CD4-T-Zell-Antworten auf größere Teile des Virus – mehr Epitope – reagieren als bei früheren Coronavirus-Infektionen. Die Ergebnisse waren sogar noch auffälliger für CD8 T-Zellen. Das wurde auch von anderen Studien über die Breite der CD4- und CD8-T-Zell-Reaktionen bei COVID-19-Rekonvaleszenten bestätigt.

Die Erhaltung einer spezifischen Immunabwehr kostet Energie und benötigt Aminosäuren, vor allem Methionin und Lysin, also Eiweiß. Deshalb bleiben über einen längeren Zeitraum nur die Speicher-T-Zellen erhalten, die aber sehr rasch in Aktion treten und sich explosionsartig vermehren, wie sich Professor Geisler ausgedrückt hat. Es werden dann wieder alle Unterarten produziert und wenn nötig auch Antikörper.

Auf der Seite der US-Behörde CDC liest sich das so:

„Der Körper behält einige wenige T-Lymphozyten, so genannte Gedächtniszellen, die schnell in Aktion treten, wenn der Körper erneut mit dem gleichen Virus konfrontiert wird.“

Und das sagt Alessandro Sette, Immunologe am am La Jolla Institute of Immunology:

Eine Infektion kann schnell genug beendet werden, so dass man nicht nur keine Symptome hat, sondern auch nicht infektiös ist.“

Das alles ist natürlich im Detail wesentlich komplizierter und es sind noch eine ganze Reihe von anderen Zellarten beteiligt.

Antikörper

Antikörper werden gerne mit Immunität gleichgesetzt. Das deshalb, da sie einfach und rasch bestimmbar sind und daher auch kostengünstig. Daher wird gerne nach ihnen gesucht, um die Durchsuchung einer Gruppe von Menscheln – etwa den Bewohnern von Ischgl – oder einer Region oder eines Landes zu bestimmen.

Antikörper, auch als Immunglobuline bezeichnet, sind Proteine (Eiweiße) aus der Klasse der Globuline. Die bekanntesten, nach denen derzeit meist gesucht wird, sind die Immunglobuline G, M und A (IgG, IgM und IgA). Daneben gibt es noch solche mit den Buchstaben D, E, W und Y.

Immunglobulin A (IgA) wird auf allen Schleimhäuten der Atemwege, der Augen, des Magen-Darm-Trakts, des Urogenitaltrakts sowie über spezielle Drüsen rund um die Brustwarze von Müttern erzeugt und schützt dort vor Pathogenen (auch das Neugeborene).

Die IgG Antikörperklasse wird erst in einer späten Abwehrphase, etwa 3 Wochen nach Infektion, gebildet und bleibt relativ lange erhalten. Der Nachweis zeigt eine durchgemachte Infektion oder eine Impfung an. Bei Infektionen, die nicht zu Symptomen führen, werden offenbar keine Antikörper gebildet, jedoch spezifische T-Zellen. Bei leichteren Symptomen ebenfalls keine oder nur wenige, mit zunehmender Schwere der Erkrankungen werden mehr gebildet, die auch länger erhalten bleiben.

Bei SARS Rekonvaleszenten hat man nach 3 Jahren noch welche gefunden, nach 6 Jahren waren sie bei niemanden mehr nachweisbar, T-Zellen aber auch noch nach 17 Jahren. Für drei Viren bleiben sie aber praktisch lebenslang erhalten, nämlich Masern, Mumps und Zoster.

Immunglobulin M (IgM) ist die Klasse von Antikörpern, die bei Erst-Kontakt mit Antigenen gebildet wird und zeigt die akute Infektionsphase einer Krankheit an, beispielsweise Anti-Masern-IgM, gegen das Masernvirus gerichtete Antikörper der IgM-Klasse als Zeichen einer frischen Infektion.

Antikörper wirken durch Neutralisierung und Markierung von Keimen, die dann von Macrophagen oder Killerzellen beseitigt werden.

Bei verschiedenen Virenarten kann es zur Bildung von so genannten „bindenden“ Antikörpern kommen, die aber schädlich sind, da sie Viren für die anderen Immunzellen unsichtbar machen und ihnen sogar den Befall von Zellen des Immunsystems ermöglichen. Diese Art kommt vor bei Dengue, HIV, Ebola und leider auch bei den Coronaviren. Sind sie vorhanden, kommt es zu schweren Erkrankungen und sogar Todesfällen. Eine Impfung kann speziell diesen Typ von Antikörpern erzeugen und bei einer Infektion mit dem „wilden“ Virus kommt es dann zu sehr schweren Erkrankungen mit hohen Anteilen an letalem Ausgang. Deshalb haben Tierärzte aufgehört Katzen gegen Coronaviren zu impfen, da dies sehr häufig aufgetreten ist.

Besonderheiten der Immunantwort bei Impfstoffen

Bei den Impfstoffen von Pfizer und Moderna hat man sowohl bindende als auch neutralisierende Antikörper und natürlich T-Zellen festgestellt. Moderna weist in seiner Eingabe um Zulassung die Zahlen der Antikörper aus. Dabei sind die bindenden nur in relativ geringer Zahl vorhanden, die neutralisierenden Antikörper stellen ein Vielfaches davon.

Die meisten aktuellen Impfstoffkandidaten konzentrieren sich auf das Spike-Protein als immunisierendes Antigen, aber die natürliche Infektion verursacht eine breite Epitopabdeckung durch T-Zellen. Mit den Impfstoffen wird dem Immunsystem nur ein einziges Merkmal des Virus präsentiert. Diese Schwäche ist typisch für die derzeit in Zulassung befindlichen mRNA und Vektor-Impfstoffe von Firmen wie Pfizer, Moderna oder AstraZeneca. Immunologen betonen deshalb auch immer wieder, wie etwa kürzlich Professor Florian Deisenhammer von der MedUni Innsbruck, dass die Immunität durch Infektion besser und kompletter ist als durch Impfung erreichbar.

Ein weiterer Punkt ist der Schutz der oberen Atemwege. Bei einer Infektion entwickelt sich in dem Bereich eine Immunantwort, da dort das Virus zuerst erkannt wird. Bei der Impfung über einen Muskel ist dies nicht der Fall und es ist derzeit daher noch unklar, wie stark sich Immunität in den oberen Atemwegen entwickelt.

Abhängigkeit der Schwere von Erkrankungen von der Immunantwort

Die Antikörperreaktion beim Middle East Respiratory Syndrome (MERS) war gering oder bei leichter Erkrankung gar nicht vorhanden. Eine experimentelle Infektion mit einem Erkältungs-Coronavirus beim Menschen führte zu Antikörpern, die innerhalb eines Jahres abklangen. Frühe Daten bei einer SARS-CoV-2-Infektion deuten auf eine kurzlebige, weniger robuste oder fehlende Antikörperreaktion bei einer milden klinischen Erkrankung hin, wobei 40 % der asymptomatischen Patienten etwa 12 Wochen nach der virologischen Diagnose negativ für Anti-Spike-IgG testen und eine mittlere Reduktion von 70 % gegenüber den anfänglichen IgG-Spiegeln aufweisen.

Eine starke Antikörperreaktion hängt mit einer schwereren klinischen Erkrankung zusammen, während eine starke T-Zell-Antwort nach einer weniger schweren Erkrankung zu beobachten ist. MERS-Überlebende mit höheren Antikörperspiegeln hatten im Vergleich zu Probanden ohne nachweisbare Antikörper längere Aufenthalte auf der Intensivstation und benötigten mehr Unterstützung durch das Beatmungsgerät, während bei genesenen Patienten mit weniger schwerer Erkrankung höhere virusspezifische T-Zell-Zahlen ohne nachweisbare Antikörper beobachtet wurden.

Um  nochmal ins militärische Bild zurückzukehren: Die Schützen sind ohne die Möglichkeit der Kommunikation, Rekrutierung neuer Mitglieder und ohne die Möglichkeit die Versorgungs- und Nachschubquellen (die eigenen Körperzellen, in denen sich das Virus tausendfach reproduziert) des Gegners zu zerstören, hoffnungslos unterlegen. Alle diese werden von den T- und B-Zellen wahrgenommen.

Eine ganze Reihe weiterer Referenzen und ein ausgezeichneter Überblick finden sich hier:

What are the roles of antibodies versus a durable, high quality T-cell response in protective immunity against SARS-CoV-2?


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4 Kommentare zu „T-Zellen und Antikörper – so funktioniert Immunität

  1. „Auch in Haushalten ist in Studien festgestellt worden, dass keine Ansteckung der wahrscheinlichere Fall ist. “

    Ist das nicht ein deutlicher Hinweis darauf, dass die Ansteckungstheorie wie sie heute verbreitet gedacht wird, völlig falsch ist? Wie oft pflegt eine Mutter (doch wohl auch heute auch noch meistens) ein infektiöses Kind? Und wie oft wird sie davon NICHT krank?

    Oder warum werden Hausärzte nicht grundsätzlich als Erste bei Infektionswellen außer Gefecht gesetzt? Immerhin haben die den stärksten Kontakt mit vielfältig schwerst infizierten. Weil die Ärzte so gesund leben und selbst dauernd medikamentiert sind? Nur dumm, dass es bis heute keine wirklich effektiven antiviralen Medikamente gibt … Und mein Hausarzt ist mir auf jeden Fall nie mit Vollschutzmaske und Raumanzug entgegen gekommen, wenn ich wegen einem Infekt bei ihm war. Und Händeschütteln war _damals_ immer noch Standard …

    Ich denke, die heute allgemein geglaubte Ansteckungstheorie (die Stärke der Infektion beim Erkrankten, also die Menge der Erregerproduktion, und die Nähe zum Gegenüber – also letztlich die pure Menge der eine Person ausgesetzten Erreger, wäre maßgeblich für deren Infektion) ist entweder grundfalsch oder zumindest nicht der Weisheit letzter Schluss.

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