Weckruf ans Immunsystem: Wie Impfstoffe wirken

Das Immunsystem – ein komplexes Netzwerk aus verschiedenen Organen, Zelltypen und Molekülen – verteidigt den menschlichen Körper gegen Krankheitserreger, fremde Stoffe und Krebszellen. Impfstoffe können ihm dabei helfen. Dafür nutzen sie zwei seiner besonderen Eigenschaften: sein Anpassungs- und sein Erinnerungsvermögen.

Impfungen gegen Gebärmutterhalskrebs werden mit gentechnischen Impfstoffen durchgeführt. (© GlaxoSmithKline)


Zum Immunsystem gehören Zellen, die große körperfremde Moleküle – etwa auf der Außenseite von Viren und Bakterien – erkennen. Solche Moleküle nennt man Antigene. Die Erkennung eines Antigens vollzieht sich nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip mit Hilfe von Abtastern (Rezeptoren), die auf der Außenseite der Immunzellen sitzen. Da jeder Mensch Milliarden von Immunzellen hat und jede davon unterschiedliche Rezeptoren bildet, verfügt er über entsprechend viele Erkennungsmöglichkeiten für Antigene.

Passen die Rezeptoren einer Immunzelle zu einem Erreger-Antigen, wird sie aktiv: Sie vermehrt sich, signalisiert anderen Zellen des Immunsystems die drohende Gefahr und bildet selbst speziell gegen dieses Antigen gerichtete Waffen, die Antikörper. Dies sind Y-förmig gebaute Moleküle, die im Blut und der Lymphflüssigkeit zirkulieren und sich an die Erreger heften, die an ihrer Oberfläche die betreffenden Antigene tragen. Manchmal genügt das schon, um die Erreger unschädlich zu machen. Falls nicht, locken die Antikörper weitere Komponenten der Immunabwehr an. Den Teil des menschlichen Immunsystems, der fast jede körperfremde Substanz erkennen und seine Waffen somit gegen immer neue Erreger schärfen kann, bezeichnet man als anpassungsfähiges, als adaptives Immunsystem.

Der Begriff Antigen Als Antigen wird ein Molekül bezeichnet, das vom menschlichen Immunsystem als körperfremd erkannt wird und das deshalb Antikörper-generierend wirkt. „Antigen" hat nichts mit „Gen", also Erbanlage, zu tun. Die Ähnlichkeit der Begriffe ist Zufall.


Sind die Krankheitserreger erfolgreich vernichtet, sterben nach und nach fast alle speziell für diese Abwehr hergestellten Immunzellen. Es bleiben nur wenige Gedächtniszellen erhalten – die aber mitunter ein Leben lang. Sie verkörpern das Erinnerungsvermögen unseres Immunsystems. Diese Erinnerung an frühere Infektionen ist besonders wichtig, denn bei einer ersten Begegnung mit einem Erreger dauert es bis zu zehn Tage, bis die Produktion von Antikörpern voll in Gang ist. Im Körper zirkulierende Gedächtniszellen indes können bei erneuter Infektion sofort reagieren, die Erreger mit Antikörpern vernichten und so verhindern, dass sich die Infektion ausbreiten kann.


Das Immunsystem wird aktiv

Eine Impfung täuscht den ersten Kontakt mit einem Krankheitserreger vor. Als Impfstoff werden entweder ungefährlich gemachte lebende Erreger, harmlose verwandte Erreger, tote Erreger oder nur ausgewählte Moleküle der Erreger injiziert (siehe Kasten). Das Immunsystem reagiert auf diese Erreger-Antigene, wie es auf echte Erreger reagiert: Es vermehrt die Abwehrzellen und bildet schließlich auch Gedächtniszellen. Mit deren Hilfe kann es bei einer „richtigen" Infektion sehr schnell geeignete, schützende Antikörper produzieren und auch andere Komponenten des Immunsystems rechtzeitig alarmieren und so den Ausbruch der Krankheit unterdrücken.

Einige moderne Impfstoffe aktivieren auch noch andere Immunzellen, die im Falle einer Infektion direkt die Erreger angreifen.

Weil nach einer Impfung das Immunsystem auf jeden Fall selbst aktiv werden muss, um den Immunschutz aufzubauen, spricht man von einer „aktiven" Impfung. Weil wiederholte Impfungen meist zu besserem Schutz führen, erhält man oft mehrere Injektionen im Abstand von wenigen Wochen oder Monaten. Aktivimpfungen lösen also natürliche Vorgänge im Körper aus, ersparen dem Körper aber die Schäden, die echte Krankheitserreger anrichten.

Typen von Impfstoffen

Lebendimpfstoffe enthalten vermehrungsfähige Erreger, die aber keine Krankheit verursachen. Denn es sind Formen der Erreger, denen die krank machenden Eigenschaften abgezüchtet wurden, sogenannte „attenuierte" Erreger (im Fall des früheren Pocken-Impfstoffs waren es Formen, die normalerweise nur Tiere befallen). Lebendimpfstoffe – etwa gegen Mumps, Masern und Röteln – bewirken mitunter lebenslangen Impfschutz. Schluckimpfungen erfolgen meist mit Lebendimpfstoffen.

Totimpfstoffe enthalten abgetötete, nicht mehr vermehrungsfähige Krankheitserreger. Wie auch bei allen nachfolgenden Impfstofftypen hält der Immunschutz, den sie bewirken, meist nur einige Jahre an und muss dann ggf. aufgefrischt werden. Totimpfstoffe sind z. B. gegen Hepatitis A und Tollwut verfügbar.

Subunit- und Spaltimpfstoffe enthalten keine ganzen Erreger, sondern nur ausgewählte Moleküle daraus, die als Antigene fungieren. Die meisten Grippeimpfstoffe sind Spaltimpfstoffe.

Konjugat-Impfstoffe sind Subunit-Impfstoffe, bei denen das Antigen an eine Trägersubstanz gebunden wird. Diese so genannten Konjugate erzielen eine stärkere Immunreaktion und einen länger anhaltenden Schutz als das Antigen allein. Mehrere Impfstoffe gegen Hirnhaut-und Lungenentzündung zählen zu den Konjugat-Impfstoffen; hier sind die Antigene Polysaccharide, die an Proteine gebunden werden.

Gentechnische Impfstoffe enthalten ebenfalls ausgewählte Moleküle eines Erregers als Antigene. Diese werden jedoch nicht aus dem Erreger selbst gewonnen, sondern gentechnisch in großen Stahltanks mit Hefe-, Säugetier- oder Insektenzellen produziert. Den Zellen wurden zuvor die dazu nötigen Gene des Erregers übertragen. Gentechnisch werden Impfstoffe gegen Hepatitis B, Cholera und Gebärmutterhalskrebs hergestellt.



Flasche mit einem neuartigen Adjuvans - einem Impfstoffzusatz zur Steigerung der Wirkung (© Novartis Behring)
Adjuvantien: Moleküle schlagen Alarm
Ein Impfstoff enthält meist nicht nur Antigene. Denn Impfstoffforscher haben festgestellt, dass bestimmte Zusätze die Immunisierung erheblich steigern können, so genannte Adjuvantien (von lateinisch adjuvans = unterstützend). Einige Adjuvantien lösen eine körpereigene „Alarmanlage" aus und gaukeln so dem Immunsystem vor, es seien in erheblichem Maße Erreger in den Körper eingedrungen. Die Sensoren dieser Alarmanlage wurden auf der Oberfläche und im Inneren verschiedener Immunzellen gefunden. Das Immunsystem reagiert auf den Alarm mit verstärkter Aktivität, auch mit der Vermehrung Antikörper bildender Zellen.
Aluminiumhydroxid ist das meist verwendete Adjuvans. Seit einigen Jahren setzen Pharmaunternehmen aber als Adjuvans auch spezielle Gemische aus fettartigen Molekülen und Wasser ein, die noch stärker wirken.

Aus Studien wissen die Impfstoffforscher, dass Adjuvantien vor allem drei Effekte haben:
  1. Für eine Immunreaktion beim Geimpften genügt weniger Antigen
  2. Es kommt seltener vor, dass die Impfwirkung ausbleibt.
  3. Der Impfschutz wird "breiter", das heißt, die Impfung schützt nicht nicht nur vor genau dem Erregerstamm, von dem die Antigene stammen, sondern auch vor ähnlichen Erregern.
Passive Immunisierung: die „transplantierte Impfung"

Eine Aktivimpfung lässt sich gewissermaßen transplantieren: Wurde ein Mensch oder ein anderes Säugetier vor kurzem geimpft und wird ihm Blut entnommen, dann lassen sich daraus die nach der Impfung gebildeten speziellen Antikörper gewinnen. So stellen Pharmaunternehmen beispielsweise Antikörper-Präparate gegen Röteln aus menschlichem Spenderblut, gegen Botulinus-Toxin aus dem Blut geimpfter Pferde her. Solche Medikamente heißen auch Immunglobulin-Präparate. Werden sie einem Patienten gespritzt, werden damit die Antikörper übertragen und sorgen sofort für den entsprechenden Immunschutz. Da die verabreichten Antikörper innerhalb weniger Wochen oder Monate abgebaut werden, ist dieser Schutz nur von kurzer Dauer. Diese Technik der passiven Immunisierung wenden Ärzte an, wenn die Erreger schon im Körper sein könnten, etwa nach dem Biss eines möglicherweise tollwütigen Tieres oder nach einer schweren Verletzung, bei der Tetanus-Erreger in den Körper eingedrungen sein könnten.
Auch die passive Immunisierung ist ein natürlicher Vorgang. Denn auch Mütter geben Antikörper an ihre Babys weiter: während der Schwangerschaft über ihr Blut und nach der Geburt mit der Muttermilch.