Impfung – aktive und passive Immunisierung

Aktive und passive Immunisierung – Biologie

Impfungen sind spätestens seit der Coronapandemie, die ihren Beginn im Jahr 2019 hatte, den meisten Menschen ein Begriff. Doch mit Impfungen sind auch zuvor schon fast alle Menschen in Berührung bekommen, da für einige Krankheiten eine Impfung in frühen Kinderjahren sowie regelmäßige Auffrischungen empfohlen werden. Doch nicht jeder weiß, dass es sich bei Impfungen um aktive oder passive Immunisierungen handeln kann. In diesem Text findest du, zusätzlich zu deinem Unterrichtsmaterial, die wichtigsten Informationen über Impfungen und dir wird die aktive und passive Immunisierung einfach erklärt.

Die Entdeckung der Impfung und der Immunisierung

Zunächst ist es wichtig, zu klären, was es überhaupt heißt, immun zu sein. Immunität bedeutet, dass der Körper davor geschützt ist, an einer bestimmten Infektionskrankheit zu erkranken. Bereits im 18. Jahrhundert stellte man fest, dass Menschen, die eine oft tödliche Pockeninfektion überstanden haben, für den Rest ihres Lebens vor einer erneuten Erkrankung geschützt waren. Sie waren also immun gegen die Pockeninfektion geworden.
Auf Grundlage dieser Beobachtungen entwickelte ein englischer Arzt im Jahr 1796 die erste Impfung. Dafür verwendete er für den Menschen ungefährliche Kuhpockenviren aus Kühen und übertrug diese in die Menschen. Während einer Pockenepidemie, also einer großen Ausbruchswelle, blieben diese geimpften Menschen gesund und erkrankten nicht an den gefährlichen echten Pocken.

Wir müssen heute also nicht mehr jede Infektionskrankheit überstehen, um eine lebenslange oder langjährige Immunität zu bekommen. Es gibt Schutzimpfungen gegen eine Vielzahl lebensbedrohlicher Krankheiten, die dich genauso wie eine überstandene Infektion vor einer Ansteckung schützen.

Einige Infektionskrankheiten, wie zum Beispiel die Pocken, konnten durch Impfungen sogar ausgerottet werden. Auch bei anderen Krankheiten wie Diphtherie oder Kinderlähmung werden nur noch vereinzelte Infektionen dokumentiert, seit es flächendeckende Impfungen gegen diese Krankheiten gibt. Dies ist möglich, weil sich die Infektionskrankheiten durch die Immunität eines Großteils der Bevölkerung gar nicht mehr verbreiten können. Auch einzelne wenige Personen, die sich aus bestimmten Gründen nicht impfen lassen dürfen oder möchten, sind dann in der Regel vor einer Infektion geschützt. Daher spricht man in diesem Zusammenhang auch von einer sogenannten Herdenimmunität.

Bei einer Impfung im klassischen Sinne handelt es sich grundsätzlich um eine aktive Immunisierung. Doch was ist eine aktive Immunisierung genau? Das erklären wir dir in den nächsten zwei Abschnitten.

Aktive Immunisierung – Definition

Von einer aktiven Immunisierung spricht man, wenn der Körper durch einen sogenannten Erstkontakt mit einem Erreger selbst Antikörper bildet, um den Erreger zu bekämpfen. Genau genommen erkennt der Körper sogenannte Antigene. Das können spezifische Strukturen des Erregers wie zum Beispiel Oberflächenproteine sein. Gegen diese Antigene werden dann die Antikörper als Gegenstück gebildet, um den Erreger unschädlich zu machen. Oft reichen auch schon kleine Teile des Erregers für eine Immunisierung aus, damit das Immunsystem darauf reagiert und Antikörper produziert. Mehr dazu erfährst du im Textabschnitt zu den verschiedenen Arten von Impfstoffen. Der Körper wird also selbst aktiv, um die potenzielle Gefahr zu bekämpfen. Im gleichen Zug stellt sich dabei auch eine Langzeitimmunisierung ein, indem der Körper Gedächtniszellen bildet. Unter diesem Link findest du weitere Informationen zu Entstehung und Verlauf von Infektionskrankheiten.

Der Vorteil einer aktiven Immunisierung ist, dass der Körper bei einem erneuten Kontakt mit dem Erreger schnell Antikörper produziert. Dies geschieht dank der Gedächtniszellen, die bei der Immunisierung angelegt wurden.
Oftmals werden auch nah verwandte Erreger erkannt – wie es bei den Pockenviren der Fall ist –, gegen die die Menschen ein Leben lang immun waren, obwohl nur die sehr ähnlichen, aber ungefährlichen Kuhpockenviren verimpft wurden. Auch bei den Impfungen, die du in deinem Impfpass findest, handelt es sich um aktive Immunisierungen. Wie eine aktive Immunisierung heutzutage abläuft, wird dir im nächsten Abschnitt genauer erklärt.

Aktive Immunisierung – Ablauf

Wie du nun weißt, kann eine aktive Immunisierung ganz klassisch durch das Durchlaufen einer Infektionskrankheit erfolgen oder durch eine sogenannte Schutzimpfung. Die Prozesse, die dabei im Körper ablaufen, sind sehr ähnlich. Kommt der Körper in Kontakt mit einem Erreger oder mit einer abgeschwächten Form eines Erregers im Rahmen einer Impfung, dann wird eine Immunreaktion ausgelöst. Das merkt man häufig an Schmerzen an der Einstichstelle, leichtem Fieber oder Abgeschlagenheit. Bei vielen Impfungen merkst du aber gar nichts, da nicht jede Impfung zwangsläufig körperliche Symptome hervorruft. Im Fall des echten Erregers macht der Körper allerdings nicht nur die eben genannten körperlichen Reaktionen durch, die oft schon nach einem oder wenigen Tagen wieder abklingen, sondern er muss mitunter auch weitere starke Effekte des gefährlichen Erregers bekämpfen, die bei einigen Krankheiten sogar tödlich sein können.
Der Nachteil einer aktiven Immunisierung ist also, dass du dich gegebenenfalls für ein paar Tage ein wenig schwach fühlst, ein schwerer oder tödlicher Verlauf wie bei der echten Infektion wird aber verhindert. Außerdem ist der Schutz nicht sofort ab dem Zeitpunkt der Impfung gegeben, da der Körper einige Tage (oft circa 14 Tage) benötigt, um einen vollständigen Schutz aufzubauen. Das wird auch deutlich, wenn du dir das Schema zum Prozess der aktiven Immunisierung in der folgenden Abbildung ansiehst.

Den Verlauf einer aktiven Immunisierung und damit die Konzentration von Antikörpern kannst du dir als Kurve vorstellen. Zuerst kommt die Impfung, die dem Erstkontakt mit dem Krankheitserreger durch die verabreichten Antigene des Erregers entspricht. Nach etwa einer Woche steigt dann die Konzentration der Antikörper im Blutserum stark an. Diese Konzentration erreicht nach etwa zwei Wochen ihren Höhepunkt und sinkt dann wieder ab. Da gleichzeitig auch Gedächtniszellen vom Körper gebildet wurden, führt ein Zweitkontakt mit dem Erreger oder Antigen, der hier beispielhaft nach vier Wochen dargestellt ist, zu einer schnelleren und viel stärkeren Produktion von Antikörpern. Dadurch wird die Krankheit sehr schnell bekämpft und verläuft nur mild oder im besten Fall komplett ohne Symptome.

Den gleichen Effekt macht man sich auch bei Auffrischungs- oder Boosterimpfungen zunutze, wie sie beispielsweise aus der Coronapandemie bekannt sind. Im Vergleich zur ersten Dosis wird durch eine zweite oder dritte Dosis an Impfstoff in einem Abstand von mindestens vier Wochen eine verstärkte Antikörperproduktion durch den Körper erreicht.

Aktive Immunisierung – Arten von Impfstoffen

Du hast bisher gelernt, dass die Schutzimpfung im eigentlichen Sinne eine aktive Immunisierung ist. Für aktive Immunisierungen werden unterschiedliche Arten von Impfstoffen (Vakzine) verwendet. Die Unterschiede zwischen Lebendimpfstoffen, Totimpfstoffen und den dazugehörenden Spaltimpfstoffen sowie den genbasierten Impfstoffen erklären wir dir in den nächsten Textabschnitten.

Lebendimpfstoffe – Definition und Beispiele

Von einem Lebendimpfstoff spricht man, wenn bei der Impfung vermehrungsfähige Erreger injiziert werden. Diese Erreger lösen aber keine Krankheit aus, da die krank machenden Eigenschaften labortechnisch durch Züchtung entfernt oder abgeschwächt wurden.

Auch der erste bekannte Impfstoff gegen Pocken war ein Lebendimpfstoff. Die Kuhpockenviren waren zwar teilungsfähig, jedoch konnten sie im Menschen keine Krankheit auslösen. Weitere Beispiele für aktive Immunisierungen durch Lebendimpfstoffe sind die Schutzimpfstoffe gegen Masern, Mumps, Röteln oder Tuberkulose.

Totimpfstoffe – Definition und Beispiele

Totimpfstoffe enthalten, wie der Name vermuten lässt, ausschließlich abgetötete Krankheitserreger. Auch diese Impfstoffe führen somit zu einer Immunisierung, ohne dass der geimpfte Mensch krank wird. Zu den Totimpfstoffen gehören beispielsweise die Impfstoffe gegen Keuchhusten, Kinderlähmung oder Tetanus.

Spaltimpfstoffe – Definition und Beispiele

Bei den Spaltimpfstoffen handelt es sich um einen Totimpfstoff, bei dem inaktive Teile eines Erregers wie zum Beispiel dessen Oberflächenproteine injiziert werden. Diese Antigene führen dazu, dass der Körper eine Immunreaktion einleitet.
In einigen Fällen werden diese Spaltimpfstoffe gar nicht aus den Erregern selbst gewonnen, sondern auf gentechnische Weise hergestellt. Wenn du wissen möchtest, wie man gezielte Proteine gentechnisch gewinnen kann, dann schau dir gerne dieses Video über Klonierung und angewandte Gentechnik an.

Bekannte Beispiele für Spaltimpfstoffe sind die Impfstoffe gegen die Grippeviren oder gegen das Hepatitis-B-Virus.

Genbasierte Impfstoffe

Eine besondere Gruppe der Impfstoffe bilden die genbasierten Impfstoffe, die in Vektorimpfstoffe und mRNA-Impfstoffe unterteilt werden. Das Besondere an genbasierten Impfstoffen ist, dass die menschlichen Körperzellen das Antigen, also zum Beispiel ein Oberflächenprotein des Erregers, durch Proteinbiosynthese selbst herstellen. Die menschlichen Zellen bekommen also den Bauplan in Form von DNA oder mRNA für ein Antigen des Erregers geliefert. Erst nach Bildung dieses Antigens erfolgt die aktive Immunisierung und damit die Bildung von Antikörpern.

Beim Vektorimpfstoff wird ein Gen des Erregers in die Hülle eines geeigneten Virus eingebracht. Verwendet wird dabei zum Beispiel die Hülle des schon lange bekannten Pockenvirus. Dieses schleust dann wie ein Gentaxi das gewünschte Gen in die menschliche Zelle ein. Da die Virushülle nur das Gen für das gewünschte Antigen enthält, das das Immunsystem aktiviert, wird – anders als bei einem normalen Ablauf einer Virusinfektion – keine Krankheit ausgelöst. Genau wie bei einer Virusinfektion wird das DNA-Stück als Bauplan in den Zellkern eingebracht, dort transkribiert und die mRNA im Zytoplasma in das passende Protein translatiert. Vektorimpfstoffe gibt es zum Beispiel gegen das Dengue-Fieber, Ebola oder den COVID-19-Erreger.

Ganz ähnlich funktionieren die mRNA-Impfstoffe. Hier wird ebenfalls die Information für ein gewünschtes Gen in die menschliche Zelle eingebracht, sodass diese das gewünschte Antigen produziert. Der Unterschied zum Vektorimpfstoff ist dabei, dass die Geninformation durch eine messenger-RNA vermittelt wird und dass anstelle einer Virushülle kleine Fettbläschen – sogenannte Lipidnanopartikel – als Gentaxi verwendet werden. Da mRNA verwendet wird, verbleibt sie im Zytoplasma der Zelle und wird dort in das passende Protein translatiert. Nachdem bereits sehr lange an mRNA-Impfstoffen gegen verschiedene Krankheiten geforscht wurde, konnten die ersten mRNA-Impfstoffe während der Coronapandemie als Schutz gegen den COVID-19-Erreger entwickelt werden.

Wenn alle bekannten Impfstoffe der aktiven Immunisierung zuzuordnen sind, was ist dann eine passive Immunisierung?

Passive Immunisierung – Definition

Bei der passiven Immunisierung bildet der Körper nicht selbst die Antikörper gegen einen Erreger, sondern bekommt fertig gebildete Antikörper durch eine Spritze verabreicht. Dadurch entsteht eine passive Immunität. Der Körper ist somit für eine kurze Zeitdauer durch die Antikörperinjektion immun. Eine Langzeitimmunität erreicht man dadurch allerdings nicht. Das wird auch deutlich, wenn du dir weiter unten die Abbildung zum Prozess der passiven Immunisierung ansiehst. Warum führt man dann also eine passive Immunisierung überhaupt durch? Eine passive Immunisierung ist genau genommen eine Hilfestellung bei der Abwehr gegen Krankheiten, die bereits ausgebrochen sind und gegen die im Voraus keine Immunität bestand. Die Erklärung, wie die passive Immunisierung funktioniert, findest du im nächsten Abschnitt.

Passive Immunisierung – Ablauf

Hat sich eine Infektionskrankheit bereits im Körper ausgebreitet, kann man den Körper durch eine passive Immunisierung beim Kampf gegen den Erreger unterstützen. Man spricht daher bei passiven Immunisierungen auch von sogenannten Heilimpfungen. Für die Herstellung werden große Tiere wie beispielsweise Pferde verwendet, da diese ein großes Blutvolumen haben. Dafür wird das Tier zunächst mit dem Erreger infiziert, damit die Bildung von Antikörpern angeregt wird. Aus dem Blutserum des Pferds werden dann die Antikörper gewonnen und zu einem Impfserum verarbeitet, das dann der Patientin oder dem Patienten verabreicht wird.

Die passive Immunisierung birgt allerdings auch Nachteile. So erkennt der Körper beispielsweise, dass die injizierten Antikörper von einer fremden Spezies stammen. Dies führt dazu, dass auch zahlreiche Antikörper gegen die Pferdeantikörper gebildet werden. Erfolgt also zu einem späteren Zeitpunkt noch einmal ein Kontakt mit Pferdeserum, zum Beispiel im Rahmen einer weiteren passiven Immunisierung, kommt es zu einer heftigen Immunreaktion gegen das Impfserum. Dabei spricht man von einem anaphylaktischen Schock. Vermeiden kann man das, indem man im Fall einer zweiten passiven Immunisierung Seren anderer Tierarten wie Rinder oder Schafe verwendet. Möglich ist auch die Verwendung „menschlich gemachter“, sogenannter humanisierter Antikörper, deren Herstellung allerdings sehr teuer ist.

Passive Immunisierung – Beispiele

Ein Beispiel für eine passive Immunisierung ist das Impfserum gegen Tetanus, den gefährlichen Wundstarrkrampf, der durch das Bakterium Clostridium tetani ausgelöst wird. Wenn nach einer blutigen Verletzung festgestellt wird, dass die Tetanus-Impfung schon länger zurückliegt oder der Impfstatus unbekannt ist, wird eine vorbeugende (prophylaktische) passive Impfung durchgeführt. Damit hat die verletzte Person dann mit Sicherheit genügend Antikörper zu Verfügung, falls der Tetanus-Erreger durch die Wunde in den Körper eingedrungen sein sollte.

Der Verlauf der passiven Immunisierung ist hier noch einmal als Kurve dargestellt. Direkt im Anschluss an die Injektion des Impfserums liegt eine sehr hohe Konzentration an Antikörpern vor, die dann über die Zeit immer weiter abnimmt. In diesem Beispiel sind bereits nach sieben Wochen keine Antikörper mehr im Blut vorhanden, sodass ab diesem Zeitpunkt keine Immunität mehr gegeben ist. Eine passive Immunisierung hält unterschiedlich lang, aber in der Regel maximal für drei Monate.

Passive und aktive Immunisierung – Vergleich

Die wichtigsten Informationen sowie Vor- und Nachteile einer aktiven und passiven Immunisierung haben wir hier noch einmal in einer Tabelle dargestellt.

Aktive und passive Immunisierung – Zusammenfassung

In diesem Text hast du gelernt, wie eine Impfung funktioniert und dass es sich bei der klassischen Impfung um eine aktive Immunisierung handelt. Du hast außerdem gelernt, wie diese aktive Immunisierung abläuft und was die passive Immunisierung ausmacht.
Beim Vergleich der aktiven und passiven Immunisierung hast du gelernt, dass es einige Gemeinsamkeiten gibt. Durch die Injektion von lebenden oder abgetöteten Erregern oder von Antikörpern kommt es zu einer kurzzeitigen hohen Menge an Antikörpern, die unser wichtigstes Mittel zur Neutralisierung von Infektionskrankheiten sind.
Der große Unterschied zwischen aktiver und passiver Immunisierung ist, dass bei der aktiven Immunisierung – durch aktive Bildung eigener Antikörper und Gedächtniszellen – eine Langzeitimmunität des Körpers erreicht wird. Durch die Passivimpfung wird hingegen nur eine Unterstützung des Körpers im Kampf gegen einen Erreger erreicht.

Im Anschluss an das Video und den Text kannst du dein Wissen zur Impfung und der aktiven und passiven Immunisierung in einem Arbeitsblatt oder einer interaktiven Übung testen. Viel Spaß!