How the body’s immune system tries to fight off COVID-19

Impfstoffe haben sich als die beste Verteidigung gegen einen schweren Fall von COVID-19 erwiesen: Nach Angaben der Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten war die Wahrscheinlichkeit, dass ungeimpfte Erwachsene mit der Krankheit ins Krankenhaus eingeliefert wurden, Ende November etwa 13-mal höher als bei geimpften Erwachsenen.

Aber Impfstoffe und die von ihnen gebildeten Antikörper sind nur ein Teil des Puzzles, wenn es darum geht, das Coronavirus zu bekämpfen. Das Immunsystem verfügt über andere Verteidiger, die infizierte Zellen finden und töten und dann eine lebende Aufzeichnung des Virus, der Bakterien oder anderer Infektionserreger aufbewahren, damit der Körper beim nächsten Angriff schneller reagieren kann.

Und Geschwindigkeit ist entscheidend, sagte E. John Wherry, Direktor des Instituts für Immunologie der Universität von Pennsylvania.

„Während einer Infektion ist es ein Rennen“, bei dem das Immunsystem darauf drängt, das Virus zu stoppen, bevor es sich auf ein schwächendes Niveau vermehrt hat, erklärte Wherry. Das gilt insbesondere für die Omicron-Variante, die sich mit alarmierender Geschwindigkeit repliziert.

Hier ist eine Aufschlüsselung der Funktionsweise des körpereigenen Immunsystems und wie es von Omicron getestet wurde:

B-Zellen, T-Zellen, NKs und DCs

Stellen Sie sich das Immunsystem als drei Verteidigungsschichten vor. Man versucht, feindliche Moleküle – Krankheitserreger – außen vor zu lassen und hineinzuschauen. Diese Aufgabe übernimmt die Haut, das größte Organ des Körpers, dessen Zellen Eindringlinge besiegen und den Rest des Immunsystems warnen können, dass Probleme bevorstehen.

Die zweite Schicht versucht, die Angreifer zu stoppen, sobald sie in den Körper eingedrungen sind, aber bevor sie Zellen infiziert haben. Hier kommt das Knochenmark ins Spiel. Es produziert „natürliche Killer“- oder NK-Zellen sowie B-Zellen, die Antikörper erzeugen. Beide sind Arten von weißen Blutkörperchen oder Lymphozyten.

Eine kolorierte elektronenmikroskopische Aufnahme einer natürlichen Killerzelle.

Wir haben „natürliche Killer“- oder NK-Zellen in den Mandeln, Lymphknoten und der Milz, die bereit sind, jeden Angreifer zu bekämpfen.

(Nationales Institut für Allergien und Infektionskrankheiten)

NKs haben sich ihren Namen verdient, weil sie nicht als Reaktion auf einen Angreifer produziert werden; Sie sind bereits vorhanden und bereit, Zellen zu töten, die nicht in den Körper gehören, wie zum Beispiel Tumorzellen. NKs sind Teil dessen, was Wissenschaftler das angeborene Immunsystem nennen. Laut Forschern der Rockefeller University halten sich NKs in den Mandeln, Lymphknoten und der Milz auf und beeilen sich dann, Angreifer zu konfrontieren, wo sie auftauchen.

Antikörper hingegen werden nach der Entdeckung eines Angreifers generiert und sind damit Teil des sogenannten adaptiven Immunsystems. Sie heften sich an bestimmte Krankheitserreger, die dann von anderen Mitgliedern des Immunsystems verschlungen und zerstört werden.

Im Fall von SARS-CoV-2, dem Coronavirus, das COVID-19 verursacht, binden verschiedene Antikörper an verschiedene Teile des Virus, einschließlich des Spike-Proteins, das das Virus verwendet, um in eine gesunde Zelle einzudringen und sich immer wieder zu replizieren. Wenn das Spike-Protein von einem Antikörper verklebt ist, kann das Virus keine Zelle infizieren.

Es ist denkbar, dass Sie, wenn Sie frisch geimpft oder geboostert sind, so viele Antikörper zum Angriff bereit haben, dass Sie sich nicht anstecken, sagte Trudy U. Rey, eine Virologin und Wissenschaftskommunikatorin. Dies wird als „sterilisierende Immunität“ bezeichnet, obwohl es im Fall von COVID-19 nur vorübergehend wäre. Aber das ist nicht das Ziel einer COVID-19-Impfung. (Dazu später mehr.)

Ein häufigeres Szenario ist, dass eine gewisse Menge eindringender Coronaviren an den Antikörpern vorbeikommt. Zellen haben einige angeborene Abwehrkräfte, die die Eindringlinge besiegen können, aber SARS-CoV-2 hat sich als fähig erwiesen, ihnen auszuweichen. Glücklicherweise gibt es eine dritte Verteidigungslinie: T-Zellen.

Ein koloriertes Bild einer T-Zelle, gesehen mit einem Rasterelektronenmikroskop.

T-Zellen in der Thymusdrüse der oberen Brust können Krankheitserreger erkennen, nachdem sie in eine Zelle gelangt sind, wo Antikörper sie nicht finden können.

(Nationales Institut für Allergien und Infektionskrankheiten)

Wie B-Zellen und NKs sind T-Zellen weiße Blutkörperchen, die aus dem Knochenmark stammen, sich aber in der Thymusdrüse im oberen Brustbereich entwickeln und von ihr ausgehen. Ihre besondere Fähigkeit ist ihre Fähigkeit, Viren und andere Keime zu erkennen, nachdem sie in eine Zelle gelangt sind, wo sie vor Antikörpern verborgen sind.

T-Zellen gibt es in zwei grundlegenden Geschmacksrichtungen: Killer und Boten. Die tödliche Version erkennt Zellen, die mit einem Virus infiziert wurden, und tötet sie dann (durch Freisetzung einer toxischen Version eines Granula namens Zytokin), um die Replikation des Virus zu stoppen. Wherry nannte dies „das Dorf zerstören, um die Nation zu retten“. Die Botenstoffe machen die B-Zellen auf die neue Bedrohung aufmerksam und sie reagieren, indem sie Antikörper herstellen, die darauf ausgelegt sind, dieser Bedrohung zu begegnen.

Es ist ein komplexer molekularer Tanz mit vielen anderen lebenswichtigen Teilen, einschließlich dendritischer Zellen oder DCs, die als Wächter und Boten innerhalb des Immunsystems fungieren. Unter anderem teilen die DCs den T-Zellen mit, welche spezifische Bedrohung sie jagen und töten sollen.

Sobald eine Infektion überwunden ist, schaltet sich das Immunsystem auf natürliche Weise ab und scheidet einige Antikörper und T-Zellen aus. Aber einige T-Zellen leben als Gedächtnis-T-Zellen weiter, die bereit sind, zu reagieren, indem sie infizierte Zellen töten und die Produktion neuer Antikörper stimulieren, wenn derselbe Angreifer zurückkehrt. Und einige B-Zellen bleiben als Gedächtniszellen übrig, um die Antikörperproduktion zu bewältigen.

Wie Impfstoffe die Pumpe ankurbeln

Daniela Weiskopf, Immunologin am La Jolla Institute for Immunology, sagte, das adaptive Immunsystem des Körpers sei sehr spezifisch. Das sei gut, sagte sie, denn „sonst befindest du dich in einem ständigen Entzündungszustand.“ Aber es bedeutet auch, dass Antikörper und T-Zellen in dem, woran sie binden oder was sie erkennen können, begrenzt sind. Sie müssen ihren Feind kennen lernen, bevor sie sich dagegen wehren können.

Ein Apotheker bereitet eine Spritze mit dem Pfizer-BioNTech COVID-19-Impfstoff vor.

Impfstoffe helfen uns, Antikörper und T-Gedächtniszellen zu bilden, die Viren und infizierte Zellen erkennen, damit unser Immunsystem schneller reagiert. Auffrischungsimpfungen verstärken diesen Prozess.

(Gary Coronado / Los Angeles Times)

Impfen, so Weiskopf, „ist nichts anderes, als das Immunsystem zu trainieren, ohne krank zu werden.“ COVID-19-Impfstoffe erzeugen Antikörper, die das Spike-Protein und andere Eigenschaften von SARS-CoV-2 erkennen, zusammen mit Gedächtnis-T-Zellen, die mit dem Virus infizierte Zellen erkennen können.

Je öfter Ihr Immunsystem eine Bedrohung sieht, sagte Weiskopf, „desto detaillierter reagiert es.“ Je schneller auch – sobald Ihr System diese Gedächtniszellen hat, sagte sie, kann es „viel, viel, viel schneller“ reagieren, wenn derselbe Erreger das nächste Mal anklopft. Daher der Wert von Auffrischungsschüssen.

Wenn Viren mutieren, können sich die Teile ändern, an denen sich Antikörper anheften. Wenn sie sich zu stark verändern, können die Antikörper nicht mehr so ​​gut an sie binden und sie daran hindern, in die Zellen einzudringen. Dies scheint bei der Omicron-Variante der Fall zu sein, die mehrere Mutationen aufweist, die ihr Spike-Protein betreffen.

Aber die Mutationen von Omicron haben die Reaktion der Gedächtnis-T-Zellen nicht gemildert, sagten Weiskopf, Rey und Wherry. Das liegt daran, dass die Mutationen keine großen Auswirkungen auf die Teile des Virus hatten, die T-Zellen erkennen.

Darüber hinaus, sagte Weiskopf, hat jede Person mehrere verschiedene T-Zellen, und ihre T-Zellen unterscheiden sich von denen aller anderen. Wenn es einer neuen Variante durch ein seltenes Unglück gelingen sollte, all Ihren Gedächtnis-T-Zellen auszuweichen, würde sie im Rest der Bevölkerung immer noch auf viele wirksame T-Zellen treffen, sagte sie.

Rey fügte hinzu, dass ein Großteil des Geredes über „nachlassende Immunität“ auf der abnehmenden Präsenz sogenannter neutralisierender Antikörper beruht, die das Virus daran hindern können, sich an eine Zelle anzuheften und sich zu replizieren. Aber andere Arten von Antikörpern verbleiben im System.

„Es gab sogar Studien, die gezeigt haben, dass ein Antikörper, nur weil er nicht neutralisiert, nicht bedeutet, dass er nichts bewirken kann“, sagte Rey. Zum Beispiel, sagte sie, könnte es andere Immunzellen veranlassen, sich dem Kampf anzuschließen, indem es nur an einige Teile des Spike-Proteins bindet.

COVID-19 und die Ungeimpften

Wenn Sie noch nie SARS-CoV-2 oder COVID-19-Impfstoffen ausgesetzt waren, trifft das Coronavirus auf seinem Weg zu Ihren Atemwegen auf keine maßgeschneiderten Antikörper oder T-Zellen. Selbst wenn Ihr Immunsystem gesund ist, dauert es eine Woche bis 10 Tage, um undifferenzierte T-Zellen in Killerzellen umzuwandeln und sie an Ort und Stelle zu bringen, um infizierte Zellen zu bekämpfen, sagte Wherry. Während dieser Zeit repliziert sich das Virus exponentiell und breitet sich im Körper aus.

Aber wenn Sie immunisiert wurden, können Sie Killer-T-Zellen in vier Tagen oder weniger fertig haben, sagte Wherry. Dieser Vorsprung macht einen großen Unterschied, um zu verhindern, dass eine Infektion außer Kontrolle gerät.

Ungeimpfte Menschen könnten dennoch einige T-Zellen haben, die bereit sind, sich beim ersten Anzeichen einer Infektion zu verteidigen, sagte Weiskopf. Forscher fanden einige T-Zellen, die auf SARS-CoV-2 reagierten, in Proben von Menschen, die dem Virus noch nie ausgesetzt waren, sagte sie. Diese Zellen – die als Reaktion auf die Erkältung entstanden sind, die durch andere Arten von Coronaviren verursacht werden kann – haben dazu beigetragen, die Immunantwort zu beschleunigen und zu stärken, sagte sie.

Nicht jeder, der sich eine Erkältung eingefangen hat, wird T-Zellen mit dieser Art von Vielseitigkeit haben, fügte sie hinzu. Aber die Entdeckung legt einigen Forschern nahe, dass Wissenschaftler in der Lage sein könnten, einen Impfstoff zu entwickeln, der in der Lage ist, jede Coronavirus-Variante anzugreifen, indem sie das Immunsystem dazu veranlassen, solche T-Zellen zu produzieren. (Dr. Patrick Soon-Shiong, Eigentümer von The Times, hat ein anderes Unternehmen, das diese Möglichkeit untersucht.)

Je mehr sich ein Virus im Körper repliziert, desto größer ist jedenfalls die Reaktion der Killer-T-Zellen. Das wirft ein zweites Problem auf, sagte Wherry: T-Zellen können nicht ewig Gewebe töten; Irgendwann muss das System in den Reparaturmodus wechseln. Aus diesem Grund gibt es regulatorische T-Zellen, die „als Gegengewicht zu diesem ganzen System fungieren“ und dabei helfen, die Killerzellen einzudämmen, sagte er.

Manchmal legt das System den „Aus“-Schalter jedoch nicht früh genug um. Wherry sagte, dass sich das Virus bei einigen schwerkranken COVID-19-Patienten an vielen Stellen in ihrem Körper ausbreitet und eine große Anzahl von Killer-T-Zellen ihre Systeme mit „sehr schädlichen“ Zytokinen überschwemmt. Kliniker helfen diesen Patienten, indem sie ihr Immunsystem unterdrücken, um diese Reaktion zu unterdrücken, sagte er.

Ungeimpfte Menschen, die sich von COVID-19 erholen, werden Antikörper und Gedächtniszellen haben, um sich vor der nächsten Begegnung mit SARS-CoV-2 zu schützen. Rey sagte jedoch, dass die Immunantwort einer Person nach einer Impfung viel besser sei als mit der „natürlichen Immunität“, die durch eine Infektion verliehen wird. Die Reinfektionsrate bei ungeimpften Menschen, die nur über eine natürliche Immunität verfügen, sei doppelt so hoch wie die Infektionsrate bei geimpften Menschen, sagte sie.

Immunologisches Alter

Ältere Menschen haben im Verlauf der Pandemie tendenziell weit schwerwiegendere Folgen von COVID-19 erlitten als Kinder. Dafür scheint es mindestens ein paar Gründe zu geben.

Rey verwies auf eine Studie unter der Leitung von Forschern der Charité-Universitätsmedizin Berlin, die bestimmte angeborene Abwehrmechanismen in den Nasengängen von Kindern fanden, die ihnen helfen könnten, das Virus zu schlagen, bevor es sich wild replizieren kann.

„Diese Art der angeborenen Immunantwort scheint bei älteren Erwachsenen verzögert zu sein, und bei dem Versuch, ‚aufzuholen‘, kann es zu einer übermäßigen Entzündung kommen, wodurch letztendlich schwerere Schäden verursacht werden“, schrieb sie in einem Blogbeitrag.

Wherry sagte, dass das Immunsystem anfällig für die Auswirkungen des Alterns ist, genau wie der Rest des Körpers.

“Eines der wichtigsten Dinge ist, dass Sie die Produktion dieser neuen, was wir “naive” T-Zellen nennen, verlieren”, sagte er. Diese fungieren als leere Tafeln, bereit, neue Bedrohungen zu lernen. Spät im Leben, sagte Wherry, „werden sie zu einem viel kleineren Teil der Zellen, die Sie in Aktion rufen können.“

Mit zunehmendem Alter treten auch Probleme in anderen Elementen des Immunsystems auf, sagte er. Insgesamt, sagte er, machen es diese Probleme „dem Immunsystem schwerer, aus dem Tor zu kommen“.

https://www.latimes.com/science/story/2022-01-19/how-the-bodys-immune-system-tries-to-fight-off-covid-19 How the body’s immune system tries to fight off COVID-19

Russell Falcon

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