Vorlesung 3

• Kommunikation von Bakterien mittels chem. Signalmoleküle

• Bakterien produzieren konstant Signalmoleküle (Autoinducer) = Werden ins Serum abgegeben

• Wenn Schwellenwert (Quorum) überschritten, wird das über spezielle Rezeptoren wahrgenommen (Sensing) =Konzentrierte gemeinsame Aktion von allen beteiligten Bakterien initiiert (Bsp Bildung Biofilm)

= Induziert Pathogenitätsfaktoren und hilft bei der Biofilmbildung

• passive Diffusion von Autoinducern aus Bakterienzelle in Umgebung = N-Acyl-Homoserinlactone

• Bei hohen Konzentrationen von N-Acyl-Homoserin-Lacton

  = Aktivierung Quorum-spezifische Proteine durch R-Protein-AHL-Komplex + positive Regulation I-Gen

  => Verstärkung AHL Signal

• Regulator bindet HSL bei hoher Konzentration = Expression des Biolumineszenz Operons und Luciferase (LuxB/A) erzeugt Licht

• Verstärkte Autoinducer Produktion

• Biolumineszenz

• Produktion von Antibiotika

• Konjugation

• Mobilität + Schwarmverhalten

• Entstehung von Biofillmen

• Expression von Virulenzgenen

• Expression von Faktoren, die wichtig für die Etabilierung von Symbiosen wichtig sind (Bsp Darmmikrobiom)

• Aktiver Transport der Autoinducerpeptide (kleine Oligopeptide, 7-9 AS) = akitv, da Diffusion durch die dicke Peptidoglykan Zellwand nicht möglich ist

  -> Peptid-Signalmoleküle werden oft erst nach Synthese modifiziert und aktiv aus Zelle transportiert

• Transport Membran Proteine für Transport aus Bakterie nach außen

• AIP´s binden außerhalb der Zelle an transmembranproteine

• Detektion durch Rezeptorproteine, Signaltransduktionskaskade mit phosphorylierung von Regulatoren wird ausgelöst = Operon und somit Virulenz wird aktiviert (Quorum sensing a errors gene regulator, agr bei s. Aureus)

Merken = im Gegensatz zu gram (-) keine AHL oder HSL sondern kleine Peptide

• Homoserinlactone (HSL) im Biofilm dienen der Kommunikation

  = Bildung von Pathogenitätsfaktoren und Exopolysacchariden

• Ermöglicht horizontalen Gentransfer (Austausch von Plasmiden von Bakterien zu Bakterien)

• Aufnahme größtenteils oral (essen o. Trinken) oder über Atemluft

• MO koloniesiert Epitheloberflächen oder dringen aktiv durch Epithelbarriere in subepitheliale Gewebe ein / Transport dahin durch Phagozyten

  = Schleimhäute erste Abwehrbarriere für pathogene MO

  -> Abwehr durch dichte Zellschicht

  -> Schleimproduktion (Erschwert Bewegung durch Mucine bzw Glykoproteine)

  -> chemische Barriere durch anti mikrobielle Substanzen (zB Lysozyme, Defensive oder Laktoferrin)

  -> immunologische Barriere (mukosales IS mit immunkompetenten Zellen wie Makrophagen, Mastzellen und T- und B-Lymphozyten

• Infektionsort und Weg des MO beeinflusst Wirtsabwehr (MO verbleibt nicht an Ort sondern sucht Zielorgane/-Zelle)

  • MO muss hierfür “serumresistent” sein

    = darf nicht von angeborener Witsabwehr elimiminiert werden

    = kann Epitehlien oder Endothelien überwinden, indem er Phagozyten als trojanisches Pferd nutzt

Mechanismen die pathogene MO nutzen um im Körper Krankheiten zu verursachen (Pathogenitätsfaktoren)

• Adhäsion (Anhedten an Wirtszelle durch spezifische Oberflächenproteine)

• Invasion (Eindringen und Vermehrung in Wirtsgeweben)

• Toxizität (Produktion von Toxinen, die WZ schädigen)

• Immun Modulation (Beeinflussung oder Umgehung des Immunsystems des Wirts)

  = Offensive Pathogenitätsfaktoren

• sehr wirkungsvoll wenn unverletzt

• Bakterien geraten über die Wunde / über Blut saugende Athropoden / mittels aktiver Invasion direkt in subepitheliale Gewebe, in die Lymphen oder ins Blut

• Erste Verteidigungslinie = Sofortige Reaktion, wenn Krankheitserreger in Körper eindringt

• Generelle Pathogenerkennung, unspezifische Verteidigungsmechanismen

• Komponenten

  • physikalische und chemische Barrieren (Haut, Schleimhäute, Magensaft, Tränenflüssigkeit und Speichel

  • Zelluläre Komponenten ( Paghozyten (Makrophagen und Neutrophile), natürliche Killerzellen (NK-Zellen))

  • Humorale Komponenten (Komplementärsystem und Zytokine)

  = Normalflora wichtige Barriere des innaten Immunsystems gegen Pathogene

• wichtig für die Abwehr von fakultativ pathogenen Erregern (mehr als 90% der täglichen Immunabwehr)

• verzögerte Reaktion (Tage bis zu Wochen bei Erstexposion)

• Zweite Verteidigungslinie und entwickelt sich spezifisch gegen bestimmten Krankheitserreger =Antigenspezifität

• Gedächtnis Funktion (bei wiederholtem Kontakt zu Erreger schnellere und effektivere Reaktion)

• Komponenten:

  • T-Lymphozyten (T-Helferzllen und Zytotoxische T-Zellen)

    • aktivieren B-Zellen oder töten Virusinfizierte Zellen und Tumorzellen (Zytotoxische T-Zellen)

  • B-Lymphozyten (produzieren AK, die spezifisch Antigene auf Pathogene binden, B-Zellen differenzieren sich nach Aktivierung zu Plasmazellen, die größere Mengen an AK produzieren)

  • Antikörper (immunglobuline, werden von B-Zellen produziert und binden spezifisch an Antigene = neutralisieren, markieren und zerstören pathogene)

    Verschiedene Klassen mit unterschiedlichen Funktionen

  • Gedächtnis Zellen (gebildet von T- und B-eööen, bleiben lange im Körper und ermöglichen eine schnellere und sträekre Reaktion bei erneutem Kontakt mit gleichen Erreger)

Reaktion auf eine erstmalige Infektion verläuft in drei Phasen

1. Angeborene Immunität (Unspezifische Erkennung und Beseitigung ohne erworbenes IS)

2. Frühe induzierte Reaktion (Erkennung von molekularen mustern, Zytokin und Beseitigung durch Fresszellen)

3. Adaptive Immunantwort (Erworbenes IS reagiert, Transport zu Lymphorganen und Präsentation durch dendritische Zellen, Erkennung durch naive B- und T Zellen, Differenzierung zu Effektorzellen und Beseitigung)

Lysozyme = Enzyme die die Peptidogylcanschicht zerstören (Auflösung Wände der Bakterien)

Wichtig: Normalflora als Mikro biologischer Bestandteil der Infektionsabwehr in HAut und Darm

-> nicht-zelluläre Faktoren (lösliche Moleküle im Blut und Körperflüssigkeiten)

• Defensive (Antimikrobielle Peptide und Enzyme)

  -> üben direkt toxische Effekte auf MO aus (z.B. Löchern der Membran)

• Komplement-System (klassisch/alternativ)

  -> Aktivierungskaskade von Plasmaproteinen (etwa 30, führt zur Bakterienlyse oder Phagozytenaktivierung)

• Akut-Phase Proteine

  -> Leberproteine die MO binden und Phagozyten aktivieren, werden bei akuter Entzündungsreaktion ins Blut freigesetzt

  -> Bsp C-reaktives Protein (CRP)

• Antikörperproduktion

• Zellen des IS entwickeln sich aus Vorläuferzellen des Knochenmarks

  • Lymphoiden (erworbenen) Schenkel

    -> Thrombozyten, Erythrozyten, Mastzellen, Makrophagen, dendritische Zellen

  • Myeloiden (angeborenen) Schenkel

    -> B-Zellen, T-Zellen, NK-Zellen

  = Trennung nicht immer strikt

-> Bewegung von Immunzellen auf Endothel (innerste Schicht Blutgefäße oder Lymphgefäße) aus Blutkreislauf hinaus in Gewebe

• aktivierte Zellen vermitteln die Adhäsion von den zirkulierenden hämatopoetischen Zellen

• Permeabilität

• Expression von Adhärenzmolekülen und Chemokinen

• Schritte der Immunzellen (neutrophile Granulozyten und andere Leukozyten), um aus Blutkreislauf zu infiziertem Gewebe zu gelangen:

  • Rolling (Leukozyten rollen entlang der Endothelzellen ohne zu haften)

  • Feste Adhäsion (Leukozyten stoppen ihr rollen durch feste Bindung an endothelzellen)

  • Diapedese (Transmigration, Leukozyten wandern durch EZ und Baslamembran in umgebendes Gewebe)

  • Migration (wandern durch Gewebe um Ort der Infektion zu erreichen)

Neutrophile Granulozyten / Neutrophile

• Art von weißen Blutkörperchen (Leukozyten), machen 60-70% aller weißen Blutzellen aus

  • Hälfte adhärent am Endothel (rollen und dann diapedese)

• Mehrlappiger kern und zahlreiche granula (Lysosomen) im Zytoplasma (enthalten antimikrobielle Enzyme und Proteine = Lysozyme, Defensive etc)

  • Lysosomale Enzyme (saure Hydrolasen, Proteasen, alkalische Phosphatase, Lactoferrin, Lysozyme)

• Hochwirksam bei Aufnahme (Phagozytse) und Zerstörung von Pathogenen

• Intrazelluläres killing

  • O2-abhängig (toxische Sauerstoff Radikale)

  • O2-unabhängig (pH-Wert, Lysozyme, Sakura Hydroalsen, Proteasen)

• Neutrophil Extracellular Traps (NETs)

  • bestehen aus DNA-Strängen und proteolytischen Enzymen, fangen und töten MO außerhalb der Zelle mit netzartigen Strukturen

    = fangen Pathogenese und stellt konzentrierte antimikrobielle Substanzen bereit

• Freigabe von antimikrobiellen Substanzen aus Granula

• Zytokinproduktion

Abtötung von Mikroorganismen durch Phagozytose und intrazelluläres killing oder NET-Bildung bzw über =

= Moleküle, die Phagozyten (neutrophile Granulozyten und Makrophagen nach der Aufnahme von Mikroorganismen produzi9eren und freisetzen)

• Monozyten sind eine Art von weißen Blutkörperchen

  • Vorläuferzellen -> differenzieren sich nach Austritt aus Blut ins Gewebe zu Makrophagen und dendritische Zellen)

• Makrophagen sind differenzierte Formen von Monozyten

• Exprimiert eine Vielzahl an Rezeptoren for typische mikrobielle Strukturelemente / Bakterienbestandteile

  • CD 14, TLRs, IgG und Komplementrezeptoren

• Funktion

  • Phagozytose von MO, antimikrobielle Aktivität, Modulation der Entzündungsreaktion

  • Produktion von Prostaglandinen, Zytologie- und Chemokine

  • Enthalten antibakterielle Enzyme, Peptide (Defensive), Sauerstoffradikale (intrazelluläre Keimabtötung)

  • Rezeptoren für Komplement und Antikörper

Bindung von Bakterien an Makrophagenrezeptoren -> Freisetzung von Cytokinen & kleinen inflammatorischen Lipidmediatoren aktivert -> Aufnahme von gebundenen Bakterien und Zerstörung

• Granulozyten (enthalten Granula mit Enzymen und antimikrobiellen Proteinen)

  • Neutrophile Granulozyten (Phagozytose und Zerstörung von Bakterien und Pilzen, ersten Zellen die bei einer Infektion zum Ort des Geschehens gelangen)

  • Eosinophile Granulozyten (bekämpfen parasitäre Infektionen, allergische Reaktionen)

  • Basophile Granulozyten (allergische Reaktionen und Entzündungsprozesse, setzen Histamin und Heparin frei)

• Agranulozyten (keine sichtbare Granula im Zytoplasma)

  • Lymphozyten

    • B-Lymphozyten/Zellen (produzieren Antikörper, humorale Immunität)

    • T-Lymphozyten/Zellen (zelluläre Immunität, Untertypen wie T-Helferzellen und zytotosische T-Zellen)

    • Natürliche Killerzellen (NK-Zellen, erkennen und zerstören virusinfizierte Zellen und Tumorzellen ohne vorherige Sensibilisierung)

  • Monozyten

    • differenzieren sich zu Makrophagen und dendritische Zellen, sobald sie aus dem BLut ins Gewebe gelangen

-> Spezialisierte Zellen des Immunsystems, werden auch von wenigen MO als trojanisches Pferd genutzt

-> Vielzahl verschiedener Phagozyten, nicht nur Monozyten

• Monozyten

• Dendritische Zellen

• Histiozyten

• Kupffersche Sternzelle

• Alveolar-Makrophagen

• Peritonnealmakrophagen

• Milz-Makrophagen

• Lymphknoten-Makrophagen

• Mikroglia

• Osteoklasten

• Chondroklasten

-> Können nur begrenzt Erreger aufnehmen und abbauen, sind nicht aud phagozytische Fähigkeiten spezialisiert

• Endothelzellen

• Fibroblastem

• Osteoblasten

• TL Rezeptoren auf der Oberfläche von Phagozyten (je nach Zelle die sie erkennen auf Zelloberfläche oder in Endosomen lokalisiert)

• Erkennen PAMPs (pathogen-assoziierte Muster) auf Pathogenen / Mikroorganismen, die in MO weit verbreitet sind aber nicht in Wirtszelle

  • Bindung an PAMPs führt zu Dimerisierung des TLRs und aktiviert TIR-Domäne

  • Adapter Proteine binden an TIR-Domäne und initiieren Signalkaskaden (Bsp Zytokinexpression)

  • Führt zur Produktion von proinflammatorischen Zytokinen, CHemokinen und Interferonen (koordinieren Immunantwort)

• Bsp TLR4: erkennt Lipopolysaccharide auf gram (-) Bakterien

• Opsonierung = Prozess bei dem Pathogene durch Moleküle markiert werden, die die Erkennung und Aufnahme durch Phagozyten erleichtert

  • Hauptopsone: Antikörper, Komplementproteine, Akute-Phase-Proteine

• Phagozytose wird durch Rezeptoren für Immunglobuline und Komplementfaktoren gefördert

• Kein vollständiger Abbau von MO, sondern Antigenpräsentation

• Erkennt, dass AK am Bakterium gebunden sind und phagozytiert sie

FcR = Rezeptor, der an die Fc-Region von AK bindet

• vermittelt Funktionen des Immunsystems (Phagozytose, Regulation Zytokinproduktion,…)

MAN-Fuc-R = Mannose Fuctose Rezeptor, C-Typ-Lektin-Rezeptor

• erkennt Zuckerstrukturen wie Mannose oder Fuctose, die häufig auf der Oberfläche von Bakterien zu finden sind (Nach Erkennung Phagozytose und Antigenpräsentation)

CR-1 = Komplement-Rezeptor-1

• Auf der Oberfläche von verschiedenen Immunzellen (Erythrozyten, Phagozyten, B-Zellen und dendritische Zellen)

• bindet an Komplementkomponenten C3b und C4b (auf der Oberfläche von Pathogenen oder Immunkomplexen)

Major Histocompatibility Complex Klasse II

• nur auf professionellen Phagozyten präsentiert

• Bestehend aus zwei nicht kovalent gebunden Polypetidketten (a und ß-Kette, beides Transmembranproteine)

MHC II:

• Exogener Präsentationsweg = Durch Endozytose aufgenommene Proteine werden am MHC 2 durch professionelle Makrophagen präsentiert

• Wichtige Rolle bei der Abwehr von extrazellulären Pathogenen und Aktivierung der humoralen Immunantwort

• Präsentiert Antigene an CD4+ T-Helferzellen (fördern AK-Produktion, Aktivierung weiterer Immunzellen, orchestrieren adaptive Immunantwort)

MHC I:

• Endogener Präsentationsweg: Proteine in der Zelle (meist Viren) werden über Proteasom prozessiert und über ER an MHC I gebunden

• MHC I auf allen Zellen und nicht nur professionellen Phagozyten

• Präsentiert Antigene an CD8+ zytotoxische T-Zellen (erkennen und zerstören Zelle)

• Niedrige Zelldichte - Produktion einer geringen Menge AHL durch gram (-) Bakterien, Verteilung AHL in extrazellulären Raum

• Zunehmende Zellzahl - Ansteigende Konzentration von AHL

• Ab einer bestimmten Konzentration diffundieren AHL Moleküle zurück in Bakterienzelle und binden dort an R-Proteine

• Konformationsänderung von R-Protein durch Bindung -> Komplex Bildung

• Komplex bindet an spezifische DNA-Sequenzen (Promotor Regionen für QS-Regulierte Gene)

• Aktiviert Transkription von Zielgenen -> Beteiligt an Biofilmbildung, Virulenz, Antibiotikaproduktion, Biolumineszenz