Was bedeutet „Survival of the fittest“ in der Corona-Pandemie? Schauen Sie auf das Immunsystem

Charles Darwin hat das Konzept des Überlebens des Stärkeren als einen Mechanismus populär gemacht, der der natürlichen Selektion zugrunde liegt, die die Evolution des Lebens antreibt. Organismen mit besser an die Umwelt angepassten Genen werden zum Überleben ausgewählt und an die nächste Generation weitergegeben.

Wenn also eine neue Infektion ausbricht, die die Welt noch nie zuvor gesehen hat, beginnt der Prozess der natürlichen Selektion von vorne.

Wer ist im Kontext der Corona-Pandemie der „Stärkste“?

Dies ist eine herausfordernde Frage. Aber als Immunologie Forscher an der University of South Carolina können wir eines klar sagen: Ohne wirksame Behandlungsmöglichkeiten hängt das Überleben gegen die Coronavirus-Infektion vollständig von der Immunantwort des Patienten ab.

Wir haben daran gearbeitet, wie die Immunantwort funktioniert ist ein zweischneidiges Schwert – einerseits dem Wirt bei der Bekämpfung von Infektionen zu helfen und andererseits erheblichen Schaden in Form von Autoimmunerkrankungen zu verursachen.

Darwin erkannte, dass Finken mit Schnäbeln, die an die spezifischen Nahrungsquellen einer Insel angepasst sind, mit größerer Wahrscheinlichkeit überleben und ihre Gene an die nächste Generation weitergeben. Vögel mit den richtigen Schnäbeln wurden als die Stärksten definiert.
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Die zwei Phasen der Immunantwort

Die Immunantwort ist wie ein Auto. Um ein Ziel sicher zu erreichen, braucht es sowohl ein gut funktionierendes Gaspedal (Phase 1) als auch eine Bremse (Phase 2). Ein Versagen in beiden kann erhebliche Folgen haben.

Eine wirksame Immunantwort gegen einen Infektionserreger beruht auf dem empfindlichen Gleichgewicht zweier Aktionsphasen. Wenn ein Infektionserreger angreift, beginnt der Körper mit Phase 1, die eine Entzündung fördert – ein Zustand, in dem sich eine Vielzahl von Immunzellen am Ort der Infektion sammeln, um den Erreger zu zerstören.

Darauf folgt Phase 2, in der Immunzellen, sogenannte regulatorische T-Zellen, die Entzündung unterdrücken, damit das infizierte Gewebe vollständig heilen kann. Ein Mangel in der ersten Phase kann ein unkontrolliertes Wachstum des Infektionserregers wie Viren oder Bakterien ermöglichen. Ein Defekt in der zweiten Phase kann massive Entzündungen, Gewebeschäden und den Tod auslösen.

Das Coronavirus infiziert Zellen, indem es an einen Rezeptor namens Angiotensin-Converting-Enzym 2 (ACE2), das in vielen Geweben des Körpers vorhanden ist, einschließlich der Atemwege und des Herz-Kreislauf-Systems. Diese Infektion löst eine Immunantwort der Phase 1 aus, bei der die Antikörper produzierenden B-Zellen neutralisierende Antikörper ausschütten, die an das Virus binden und es daran hindern können, sich an ACE2 zu binden. Dies hindert das Virus daran, weitere Zellen zu infizieren.

In Phase 1 produzieren auch die Immunzellen Zytokine, eine Gruppe von Proteinen, die andere Immunzellen rekrutieren und Infektionen bekämpfen. Auch Killer-T-Zellen schließen sich dem Kampf an, die die virusinfizierten Zellen zerstören und so die Replikation des Virus verhindern.

Wenn das Immunsystem in Phase 1 geschwächt ist und schlecht funktioniert, kann sich das Virus schnell replizieren. Zu den Menschen mit geschwächtem Immunsystem gehören ältere Menschen, Empfänger von Organtransplantationen, Patienten mit Autoimmunerkrankungen, Krebspatienten, die sich einer Chemotherapie unterziehen, und Personen, die mit Immunschwächekrankheiten geboren wurden. Viele dieser Personen produzieren möglicherweise nicht genügend Antikörper oder Killer-T-Zellen, um dem Virus entgegenzuwirken, wodurch sich das Virus unkontrolliert vermehren und eine schwere Infektion verursachen kann.

Molekulares Modell eines Coronavirus-Spike (S)-Proteins (rot), das an einen Angiotensin-Converting-Enzyme-2-Rezeptor (ACE2) (blau) auf einer menschlichen Zelle gebunden ist. Sobald sich das Virus in der Zelle befindet, nutzt es die Zellmaschinerie, um weitere Kopien von sich selbst anzufertigen.
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Lungenschädigung durch Entzündung

Eine erhöhte Replikation von SARS-CoV-2 löst zusätzliche Komplikationen in der Lunge und anderen Organen aus.

Normalerweise gibt es eine Vielzahl von Mikroorganismen, sowohl schädliche als auch gutartige, die in Harmonie in der Lunge leben. Da sich das Coronavirus jedoch ausbreitet, ist es wahrscheinlich, dass die Infektion und die daraus resultierende Entzündung dieses Gleichgewicht stören und schädliche Bakterien in der Lunge dominieren können. Dies führt zur Entwicklung einer Lungenentzündung, bei der sich die Lungenbläschen, sogenannte Alveolen, mit Flüssigkeit oder Eiter füllen, was das Atmen erschwert.

Wenn die Alveolen, der Ort, an dem Sauerstoff absorbiert und Kohlendioxid ausgestoßen wird, mit Flüssigkeit gefüllt sind, ist weniger Platz für die Sauerstoffaufnahme vorhanden.
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Dies löst eine zusätzliche Entzündung in der Lunge aus, die zum akuten Atemnotsyndrom (ARDS) führt bei einem Drittel der COVID-19-Patienten beobachtet. Das Immunsystem, das nicht in der Lage ist, Virusinfektionen und andere neu auftretende Krankheitserreger in der Lunge zu kontrollieren, löst eine noch stärkere Entzündungsreaktion aus, indem es mehr Zytokine freisetzt, ein Zustand, der als „Zytokinsturm“ bekannt ist.

In diesem Stadium ist es auch wahrscheinlich, dass die Immunantwort der Phase 2, die darauf abzielt, die Entzündung zu unterdrücken, versagt und den Zytokinsturm nicht kontrollieren kann. Solche Zytokinstürme können Friendly Fire auslösen – zerstörerische, ätzende Chemikalien, die infizierte Zellen zerstören sollen, die von den körpereigenen Immunzellen freigesetzt werden, was zu schweren Schäden an der Lunge und anderen Organen führen kann.

Da ACE2 im ganzen Körper vorhanden ist, können die Killer-T-Zellen aus Phase 1 virusinfizierte Zellen in mehreren Organen zerstören, was zu einer weitreichenderen Zerstörung führt. Daher können Patienten, die übermäßig viele Zytokine und T-Zellen produzieren, nicht nur an der Lunge, sondern auch an anderen Organen wie Herz und Nieren sterben.

Der Balanceakt des Immunsystems

Das obige Szenario wirft mehrere Fragen zur Prävention und Behandlung von COVID-19 auf. Weil die Die Mehrheit der Menschen erholt sich von einer Coronavirus-Infektionist es wahrscheinlich, dass ein Impfstoff erfolgreich sein wird, der neutralisierende Antikörper und T-Zellen auslöst, um zu verhindern, dass das Virus in die Zellen gelangt und sich repliziert. Der Schlüssel zu einem wirksamen Impfstoff ist, dass er keine übermäßige Entzündung auslöst.

Darüber hinaus besteht bei Patienten, die in eine schwerere Form wie ARDS und Zytokinsturm übergehen, die oft tödlich sind, ein dringender Bedarf an neuen Wirkstoffen entzündungshemmende Medikamente. Diese Medikamente können den Zytokinsturm weitgehend unterdrücken, ohne eine übermäßige Unterdrückung der Immunantwort zu verursachen, wodurch es den Patienten ermöglicht wird, das Coronavirus ohne Schädigung der Lunge und anderer Gewebe zu beseitigen.

Möglicherweise gibt es nur ein enges Zeitfenster, in dem diese Immunsuppressiva wirksam eingesetzt werden können. Mit solchen Mitteln sollte nicht in einem frühen Stadium der Infektion begonnen werden, wenn der Patient das Immunsystem braucht, um die Infektion zu bekämpfen, aber es kann nicht zu lange nach der ARDS-Entwicklung verzögert werden, wenn die massive Entzündung unkontrollierbar ist. Dieses Fenster der entzündungshemmenden Behandlung kann durch Überwachung der Antikörper- und Zytokinspiegel bei Patienten bestimmt werden.

Bei COVID-19 sind also die „fittesten“ Personen, die eine normale Phase-1- und Phase-2-Immunantwort zeigen. Dies bedeutet eine starke Immunantwort in Phase 1, um die primäre Coronavirus-Infektion zu beseitigen und ihre Ausbreitung in der Lunge zu hemmen. Dann sollte eine optimale Phase-2-Reaktion folgen, um eine übermäßige Entzündung in Form eines „Zytokinsturms“ zu verhindern.

Impfstoffe und entzündungshemmende Behandlungen müssen diesen heiklen Balanceakt sorgfältig bewältigen, um erfolgreich zu sein.

Bei diesem Coronavirus ist es nicht einfach zu wissen, wer die fittesten Personen sind. Es sind nicht unbedingt die jüngsten, stärksten oder sportlichsten Personen, die dieses Coronavirus garantiert überleben. Die Stärksten sind diejenigen mit der „richtigen“ Immunantwort, die die Infektion schnell beseitigen können, ohne eine übermäßige Entzündung auszulösen, die tödlich sein kann.

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