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Angst vor einem mikrobiellen Planeten

Germophobia Therapy: Reality Check Edition

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Das Folgende ist ein Auszug aus Kapitel 1 von Angst vor einem mikrobiellen Planeten: Wie eine keimfeindliche Sicherheitskultur uns weniger sicher macht.

Wenn meine Schwester zum ersten Mal ein Hotelzimmer betritt, nimmt sie einen Behälter mit Desinfektionstüchern mit und wischt alle Oberflächen ab, die in der jüngeren Vergangenheit möglicherweise mit einem Menschen in Kontakt gekommen sind. Sie macht nichts anderes, bevor das passiert. Kein Hinsetzen, kein Auspacken. Nichts.

"Warum machst du das?" Ich fragte sie.

„Man weiß nie, was oder wer da drin war“, antwortete sie.

Das trifft überall zu, dachte ich, aber ich habe es damals nicht weiter betont. Meine Schwester hat eine Keimphobie und ich wusste, dass sie sich von nichts anderem, was ihr kleiner Bruder zu sagen hätte, überzeugen lassen würde, selbst wenn ich ein Forscher für Infektionskrankheiten wäre. Aber vielleicht wirst du es tun.

Keimphobe leben in Verleugnung

Germophobe (die auch als Germaphobe bezeichnet werden könnten) leben in Verleugnung, weil es überall Mikroben gibt, denen man nicht ausweichen kann. Schätzungsweise gibt es zu jeder Zeit 6×10^30 Bakterienzellen auf der Erde. In jeder Hinsicht handelt es sich hierbei um eine enorme Biomassemenge, die nur von Pflanzen übertroffen wird und die aller Tiere um mehr als das 30-fache übersteigt. Mikroben machen mit 90^10 Zellen bis zu 30 Prozent der Biomasse des Ozeans aus, was dem Gewicht von 240 Milliarden afrikanischen Elefanten entspricht. Die Luft, die Sie atmen, enthält eine beträchtliche Menge organischer Partikel, darunter über 1,800 Bakterienarten und Hunderte von Pilzarten, die in Form von Sporen und Hyphenfragmenten in der Luft schweben. Manche Mikroben können tage- bis wochenlang in der Luft bleiben, meist indem sie Staub oder Bodenpartikel mitnehmen. Die schiere Dichte der Luft, die wir atmen, bedeutet, dass wir für jede Stunde, die wir im Freien verbringen, Tausende mikrobieller Partikel einatmen. Beim Betreten von Innenräumen ist es nicht viel anders, da die Innenluft im Allgemeinen mit der unmittelbaren Außenumgebung in Verbindung gebracht wird, mit Unterschieden aufgrund der Belüftung und der Belegung. Es ist fast unmöglich, einen Ort zu finden, der völlig steril ist, ob drinnen oder draußen, obwohl einige Orte schmutziger sind als andere.

Wenn Sie in einem muffigen, wassergeschädigten Keller ohne Atemschutzmaske arbeiten, kann das Entfernen schimmeliger Trockenbauwände dazu führen, dass Sie sehr leicht Hunderten Millionen vernebelter Pilzsporen ausgesetzt werden, die Ihren Hals, Ihre Nebenhöhlen und Ihre Lunge reizen. Die Blätter, die Sie im Herbst geharkt haben, die Sie eine Zeit lang ignoriert haben, bis sie zu einer nassen, braunen Masse geworden sind, bis das Wetter schließlich trocken und warm wurde, könnten eine Wolke aus Bakterien und Pilzen freigesetzt haben, als Sie endlich mit dem Harken oder Blasen begonnen haben ihnen. Und später, als Sie sich in Ihrer Hängematte entspannten, hatten Sie vielleicht einen leichten Husten. Das war Ihre Lunge, die versucht hat, all die Mikroben loszuwerden, die Sie aufgewirbelt und eingeatmet haben. Aber du hast es wahrscheinlich überstanden. Die Lunge ist ziemlich gut darin, die meisten Partikel auszuscheiden, sogar lebende.

Früher, im Sommer, als man in einem See schwimmen ging, war man in dem Moment, in dem man das Wasser berührte, Billionen von Mikroben ausgesetzt. Bakterien und andere einzellige Organismen hatten im warmen, nährstoffreichen Wasser bereits für die Sommersaison astronomische Ausmaße erreicht. Selbst wenn Sie dachten, Sie hätten den Mund geschlossen, haben Sie sie nicht ganz draußen gehalten. Kein Problem, sagen Sie, ich schwimme einfach in Schwimmbädern und vermeide all diese Keime. Dennoch können Schwimmbäder, obwohl sie antimikrobielle Chlor enthalten, immer noch Fäkalien enthalten E. coli und Pseudomonas aeruginosa. Lassen Sie mich gar nicht erst mit dem Kinderbecken anfangen. Dachten Sie, dass Schwimmwindeln viel stoppen? Ähm, nein. Kot und die damit verbundenen Mikroben finden einen Weg.

All diese Bakterien im See und Pool leben und vermehren sich nicht nur auf natürliche Weise im Wasser. Ein erheblicher Teil stammte von Tieren, darunter auch Menschen. Wir beherbergen Billionen von Bakterien auf unserer Haut, in unserem Mund und in unserem Darm. Der Pool enthält keine Mikroben, weil die chemischen Behandlungen nicht funktioniert haben, sondern weil er Mikroben enthält es hat Leute darin. Wir sind buchstäblich Keimfabriken. Es ist überall in uns, in uns und auf allem, was wir berühren.

Als ich auf dem College war, veranstaltete eine örtliche Studentenverbindung eine Spendenaktion für einen Whirlpool-Marathon, bei der den Teilnehmern die Möglichkeit geboten wurde, so lange wie möglich in Whirlpools zu sitzen. Manche taten dies stundenlang. In den nächsten Tagen entwickelten viele von ihnen juckende, rote, holprige Ausschläge mit Blasen rund um die Haarfollikel. Es überrascht nicht, dass die ganze Zeit in den Whirlpools sie in große Bakterienbrühekulturen verwandelt hat, die von Studentenverbindungsmännern und Studentenverbindungsmädchen in unmittelbarer Nähe geimpft wurden. Das heiße Wasser, selbst chemisch behandelt, konnte das Wachstum und die Bakterien, die sich wahrscheinlich auf der Haut ansiedeln und Hautausschläge verursachen, nicht dauerhaft unterdrücken Pseudomonas aeruginosa, wuchs exponentiell. Es gab keine unheilvolle Kontamination von außen. Die Quelle von all dem Pseudomonaszweifelsohne waren es die Menschen selbst.

Menschen als mikrobielle Bioreaktoren

Unser Körper wird von so vielen Mikroben besiedelt, dass unsere Zellen (insgesamt etwa 10 Billionen) den mikrobiellen Bewohnern um den Faktor zehn (insgesamt etwa 100 Billionen) überlegen sind. Die Mikrobiota unseres Körpers ist unglaublich vielfältig, mit Tausenden von Bakterien- und Pilzarten, die zusammen 4.4 Millionen Gene exprimieren, verglichen mit unserem mageren Genom mit 21,000 Genen. Wie die Wissenschaftsjournalistin und Ökologin Alanna Collen in ihrer hervorragenden Einführung in die menschliche Mikrobiota feststellte 10% menschlich, genetisch sind wir nicht einmal zu 10 Prozent menschlich, es sind eigentlich eher 0.5 Prozent.

Wann und woher bekommen wir all diese Mikroben?

Für jeden, der eine natürliche Geburt miterlebt hat, ist es offensichtlich, dass das Baby nicht in einer völlig sauberen Umgebung geboren wird. Erstens ist die Vagina der Mutter voller Bakterien, überwiegend dieser Gattung Lactobazillen. Du wirst es vielleicht erkennen Lactobacillus Achten Sie darauf, sich die Zutatenliste von Joghurtprodukten anzusehen, da es sich häufig um einen Hauptbestandteil handelt. Aus diesem Grund raten einige eifrige Hebammen schwangeren Frauen, ihre Vagina mit Joghurt einzureiben, wenn sie glauben, dass sie eine Pilzinfektion haben könnten. Babys sind also Joghurtbakterien ausgesetzt? Daran ist nichts auszusetzen! Aber das ist nicht alles. Ein weiterer häufiger Vorfall: Gebärende Frauen können Stuhlgang haben. Aufgrund des starken Unterbauch- und Beckendrucks verliert eine gebärende Frau häufig die Kontrolle und kann manchmal alles herausdrücken. Infolgedessen kann das Baby zusätzlich zu den Vaginalbakterien auch den Fäkalien der Mutter ausgesetzt sein. Wenn diese Belastung nicht bei der Geburt auftritt, kann sie auch später im Krankenhaus oder im Haushalt auftreten, da Fäkalien leicht in die Luft gelangen und eingeatmet oder verschluckt werden können. So oder so wird letztendlich jedes gesunde Baby kolonisiert E. coliBacteroidesClostridiumStaphylococcus und Streptokokkus Arten, um nur einige zu nennen. Wenn eine Mutter stillt, ist das Baby außerdem zusätzlichen Laktobazillen und Bifidobakterien ausgesetzt.

Sobald ein Baby anfängt, feste Nahrung zu sich zu nehmen, passt sich seine Darmmikrobiota an die neuen Ballaststoff-, Zucker-, Protein- und Fettquellen an, mit größerer Diversität und einem „erwachsenenähnlicheren“ Mikrobiom. Das Mikrobiom eines Erwachsenen ist im ersten Lebensjahr weniger dynamisch als bei einem Säugling, aber das Mikrobiom eines Erwachsenen kann dennoch durch Veränderungen in der Ernährung, dem allgemeinen Gesundheitszustand, Antibiotika-Exposition oder Infektionen gestört werden. In Kapitel 2 werde ich detaillierter darauf eingehen, wie diese Veränderungen das Mikrobiom stören können und wie sie mit modernen Gesundheitsproblemen in Verbindung gebracht werden können. Aber selbst bei diesen Störungen sind die Menschen voller Mikroben und täglich einer großen Zahl zusätzlicher Mikroben ausgesetzt, zu Hause, in der Schule, im Büro und praktisch überall sonst auf der Erde.

Zuhause ist dort, wo die Keime sind

Als die Sequenzierungstechnologie auch zur Bestimmung der mikrobiellen Vielfalt in der Luft und im Staub von Haushalten und Büros eingesetzt wurde, waren die Ergebnisse faszinierend. Mikroben in Innenräumen können als Bioaerosole auf Oberflächen oder in der Luft vorkommen. Es überrascht nicht, dass die örtliche Außenumgebung die Hauptquelle für Mikroben und Bioaerosole in Innenräumen ist. Bioaerosole stammen jedoch auch von tierischen und menschlichen Bewohnern, beispielsweise durch die Atmung, das Ablösen von Hautzellen oder den Toilettengang. Partikel auf Oberflächen können beim Gehen, Staubsaugen, Putzen und sogar beim Schlafen als Bioaerosole in der Luft resuspendiert werden, da Ihr Bett voller abgestorbener Hautzellen, Pilze und Bakterien ist.

In jedem Haus oder Gebäude, in dem sich Menschen aufhalten, gibt es viele Arten von Bakterien, die den Menschen besiedeln. Tatsächlich ist es anhand des mikrobiellen Profils möglich, vorherzusagen, ob ein Haus überwiegend von Männern oder Frauen bewohnt wird, da ein höherer Prozentsatz männlicher Tiere mit einer größeren Häufigkeit verbunden ist CorynebacteriumDermabacter und Roseburia Arten, wohingegen Weibchen mit einem Anstieg assoziiert waren Lactobacillus Spezies. Ob eine Familie eine Katze oder einen Hund hatte, konnte auch durch 16S-rRNA-Sequenzierung festgestellt werden. Hunde bringen mit 56 verschiedenen Bakterienarten eine höhere Bakterienvielfalt mit als Katzen mit 24. Katzen reinigen sich zumindest selbst und verbringen viel weniger Zeit damit, sich gegenseitig am Hinterteil zu beschnüffeln. Das erklärt vielleicht den Unterschied.

Noch beeindruckender ist, dass bei der Sequenzierung der Mikrobiota weiterer Individuen deutlich wurde, dass jedes Individuum eine einzigartige Mikrobenkolonie besitzt, so einzigartig wie ein Fingerabdruck. Obwohl diese unterschiedlichen Mikrobiome im Erwachsenenalter mehr oder weniger stabil sind, können sie durch Faktoren wie Ernährung, Alter und Hormone verändert werden. Darüber hinaus haben genetisch verwandte und zusammenlebende Individuen tendenziell auch ähnlichere mikrobielle Mitbewohner. Eine Studie ergab, dass die Mikroben einer Familie, wenn sie das Haus verließ, einige Tage lang dort blieben und dann allmählich auf nicht mehr nachweisbare Werte zurückgingen. Dieser Verlust des mikrobiellen Fingerabdrucks könnte in Zukunft von Forensikern genutzt werden, um eine Zeitleiste darüber zu erstellen, wann ein Verdächtiger sein Zuhause oder sein Versteck verlassen hat.

Es überrascht nicht, dass das Badezimmer der beste Ort in einem Haus oder Gebäude ist, um Mikroben auf Oberflächen oder in der Luft anzutreffen. In einem Badezimmer kann schon eine einfache Toilettenspülung Bioaerosole erzeugen, die Milliarden von Bakterien enthalten, von denen einige stundenlang in der Luft bleiben, lange genug, um auf jede Oberfläche in der Nähe zu gelangen. Das Schließen des Deckels kann die Bakterienwolke reduzieren, aber nicht so stark, wie Sie vielleicht denken. Selbst durch wiederholtes Spülen kann die Bildung fäkalienhaltiger Bioaerosole nicht vollständig verhindert werden. Wenn Sie eine Toilette betreten, atmen Sie daher Bakterien ein und alles, was Sie berühren, wird damit bedeckt sein. Das verheißt nichts Gutes für Ihre Zahnbürste. Und doch bist du irgendwie noch am Leben.

Abgesehen von der mikrobiellen Belastung durch unsere Mütter und unsere unmittelbare Umgebung während und nach der Geburt werden die wichtigsten Mikrobenquellen, die unseren Darm besiedeln, durch die Nahrung bestimmt, die wir zu uns nehmen. Bei gestillten Neugeborenen ist Muttermilch sowohl eine Bakterienquelle als auch ein Nahrungsmittel, das diese Bakterien lieben. Einige Bakterien in der Muttermilch können aus dem Darm stammen und von zirkulierenden Immunzellen zu den Brustdrüsen transportiert werden, zusätzlich zu Mikroben, die die Haut um den Warzenhof herum besiedeln.

Wenn das Baby außerdem Milch direkt von der Brust trinkt, schließen sich auch einige Mundbakterien den milchassoziierten Mikroben auf ihrem Weg in den Darm an. Welche Arten von Bakterien auf diese Weise übertragen werden, hängt von der Ernährung der Mutter und der Art der Ernährung (z. B. direkt über die Brust oder indirekt durch Abpumpen) ab. Das Mikrobiom des Säuglings verändert sich, wenn feste Nahrung zugeführt wird, bis es beginnt, einem mehr oder weniger stabilen Mikrobiom eines Erwachsenen im Alter von etwa 2 ½ Jahren zu ähneln. Die Ergebnisse zahlreicher Studien haben gezeigt, dass die frühen Lebensphasen für die Entwicklung erwachsener Mikrobiome am entscheidendsten sind.

Zwei Stunden und fünf Sekunden bis zum gastrointestinalen Untergang

Wir alle kennen Menschen, die von der Idee besessen sind, ihr Essen „sauber“ zu halten. Das Wegwerfen von Lebensmitteln, die länger als zum Verzehr einer Mahlzeit auf dem Tisch liegen bleiben, oder von allem, was auf den Boden fällt, ist in der Ersten Welt zu einer weitverbreiteten Praxis geworden. Es gibt nur wenige Heuristiken oder Abkürzungsregeln, die dadurch populär geworden sind, wie zum Beispiel die „Zwei-Stunden-Regel“ für das Weglassen von Lebensmitteln und die „Fünf-Sekunden-Regel“ für den Verzehr von Lebensmitteln, die den Boden berührt haben. Meiner Meinung nach ist die Fünf-Sekunden-Regel am vorteilhaftesten, um Eltern zu helfen, sich weniger schuldig zu fühlen, wenn ihre Kleinkinder einwandfreies Essen aus ihren Hochstühlen auf den Boden werfen. Meinem Kleinkind ist die Lebensmittelhygiene völlig egal, warum sollte ich das tun? Das Gleiche gilt für die Zwei-Stunden-Regel – manchmal sind wir beschäftigt und vergessen, dass das Chili den ganzen Abend auf dem kalten Herd stand. Bedeutet das, dass es noch in Ordnung ist, wenn wir es noch einmal aufheizen? Wie überlebte jemand vor der Kühlung?

Wenn Sie Lebensmittelsicherheitswissenschaftler oder Mikrobiologe sind, besteht Ihre Aufgabe darin, potenzielle Gefahren bei der Lagerung und Zubereitung von Lebensmitteln zu identifizieren, die zu Kontaminationen und Krankheiten führen können. Dies dient hauptsächlich der industriellen und kommerziellen Lebensmittelproduktion und -zubereitung. Jeder, der Restaurants inspiziert, weiß, dass es dort eine große Vielfalt an Verfahren gibt, von denen einige besser sind als andere. Einmal erzählte mir eine örtliche Inspektorin, welche Restaurants sie meidete (hat mich jedoch nicht davon abgehalten, weil mir eines der Lokale zu gut gefällt). In ihrem Fall und im Fall der Lebensmittelmikrobiologen ist sogar die Möglichkeit einer Kontamination problematisch. Weitaus weniger besorgniserregend ist das relative Risiko, also die Wahrscheinlichkeit, dass bestimmte Praktiken zu Kontamination und Krankheiten führen. Daher kann bereits das geringste Risiko als Verstoß gewertet werden. Anders ausgedrückt: Selbst die geringste Gefahr, dass Inspektoren den Eindruck erwecken, sie würden ihre Arbeit nicht erledigen, könnte für sie ein Problem darstellen.

Im Laufe der Jahre hat dieser Null-Risiko-Gedanke bei der Lebensmittelzubereitung und -lagerung Einzug in den Haushalt gehalten. Die Zwei-Stunden-Regel ist ein gutes Beispiel. Die meisten Menschen würden nicht einmal so lange damit warten, Lebensmittel wegzuwerfen. Dennoch ist ein großer Teil der Besorgnis über das Wachstum von Krankheitserregern in Lebensmitteln, die zwei Stunden lang stehen gelassen wurden, das Ergebnis einiger wichtiger Annahmen. Dazu gehört die Annahme, dass Sie mit einer lebensfähigen Kolonie eines oder mehrerer pathogener Mikroben beginnen, dass das Lebensmittel geringe Mengen an Salz und Konservierungsstoffen enthält, einen neutralen pH-Wert hat und dass die optimale Temperatur über 80 Grad Fahrenheit (~27 °C) liegt. . Der klassische Fall einer Lebensmittelvergiftung, der im Mikrobiologieunterricht verwendet wird, ist, dass Oma für das Sommerpicknick Kartoffelsalat zubereitet, ihn mit den Händen vermischt und ihn so mit Hautbesiedelungsmitteln impft Staphylococcus aureus. Dann liegt es den ganzen Nachmittag (viel länger als zwei Stunden) auf dem Picknicktisch und BAM, jeder bekommt eine Lebensmittelvergiftung. Das ist sicherlich eine gute Möglichkeit, die Wahrscheinlichkeit eines Familienausbruchs zu erhöhen, aber das ist der perfekte Sturm, und in diesem Szenario mussten viele Dinge passieren, um alle krank zu machen.

Kreuzkontaminationen können ein Problem darstellen, insbesondere wenn Sie etwas zubereiten, das roh an derselben Stelle verzehrt wird, an der Sie gerade das Hühnchen zerschnitten haben. Selbst wenn man Hühnchen sauber hält, hat es seine Grenzen – die CDC warnt davor, es vor dem Kochen zu waschen, da sonst eine Menge bakterienbeladener Tröpfchen um die Spüle herum entstehen. In Wirklichkeit sind die meisten Lebensmittel, die einigermaßen gekocht sind, ziemlich sicher, und vier Stunden ist eine angemessene Zeit, um die meisten Lebensmittel bei Zimmertemperatur stehen zu lassen. Wie bei allem geht es den Menschen normalerweise gut, wenn sie ihren gesunden Menschenverstand walten lassen und die Unordnung, die sie in der Küche anrichten, beseitigen.

Der gesunde Menschenverstand hilft auch bei der Beurteilung der Fünf-Sekunden-Regel. Die Fünf-Sekunden-Regel besagt, dass es in Ordnung ist zu essen, wenn man das Essen vor fünf Sekunden auf dem Boden aufnimmt. Einige Studien und Medienberichte haben dies tatsächlich ernst genommen und darauf hingewiesen, dass Bakterien tatsächlich an Ihrem Essen haften bleiben, egal wie lange es auf dem Boden liegt. Aber wie nützlich ist das? Sie fressen Bakterien, wenn Ihre Lebensmittel etwas berühren, das mit einer nicht sterilen Oberfläche in Kontakt gekommen ist. Noch wichtiger: Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei den Bakterien auf diesem Lebensmittelstück um einen pathogenen Bakterien- oder Virusstamm handelt oder dass sie eine ausreichende Dosis abgeben, um Krankheiten auszulösen?

Wie ich bereits erwähnt habe, ahmen die Mikroben in einer Innenumgebung mehr oder weniger die Mikroben der Außenumgebung sowie die Mikrobiome ihrer Bewohner nach, sodass die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass Sie bereits einen Großteil dieser Bakterien verschlucken oder einatmen. Klar, wenn Sie das auf den Boden fallengelassene Stück Essen zum Zubereiten von Kartoffelsalat verwenden und es dann den ganzen Tag bei 100 Grad Hitze stehen lassen, ist das vielleicht nicht die beste Idee. Oder wenn Sie am Vortag Hühnchen geschnitten haben und sich geweigert haben, alle auf den Boden tropfenden Säfte aufzuwischen, erhalten Sie möglicherweise eine größere Dosis Campylobacter jejuni or Salmonellen-Enteriditis als Ihr Körper sich wohlfühlen wird. Andernfalls ist die Wahrscheinlichkeit, dass Sie sterben oder sogar krank werden, wenn Sie Lebensmittel essen, die auf den Boden gefallen sind, sehr gering. Nicht Null, aber näher daran, als die meisten Leute zu denken scheinen. Erzähl es einfach niemandem, was ich dir gesagt habe, und lass niemanden sehen, wie du es tust.

Die Theorie der schlechten Keime

Das Konzept eines „gesunden“ Mikrobioms gibt es erst seit ein paar Jahrzehnten, aber das Konzept des „tödlichen Keims, der uns töten will“ gibt es schon viel länger. Als Folge dieses historischen Ungleichgewichts widmen wir immer noch viel Zeit den pathogenen Mikroben und weniger der Frage, wie unsere normale mikrobielle Umgebung störende Insekten fernhalten könnte. Wie ich bereits besprochen habe, ist die Technologie, mit der Wissenschaftler die mikrobielle Ökologie untersuchen, ziemlich neu. Im Gegensatz dazu gibt es die Möglichkeit, einen einzelnen krankheitserregenden Mikroorganismus zu isolieren und zu kultivieren, schon seit mehr als einem Jahrhundert.

Das als Keimtheorie bekannte Konzept einer durch Mikroorganismen verursachten Krankheit musste sich gegen mehrere andere konkurrierende Theorien durchsetzen. Zu den beliebtesten gehörten die Miasma- und Schmutztheorien. Die Miasma-Theorie erklärte, dass Krankheiten durch schädliche Gase in der Atmosphäre verursacht würden, die durch die Verrottung organischer Stoffe freigesetzt würden. Die sehr ähnliche Schmutztheorie konzentrierte sich auf die Verunreinigung von Wasser und Luft durch menschliche Abfälle. Obwohl diese nach modernen Maßstäben primitiv klingen, wurden sie sogar bis in die 1930er Jahre von vielen Mainstream-Wissenschaftlern befürwortet. Sogar einige Begriffe, die wir heute verwenden, haben ihren Ursprung in diesen Theorien, wie zum Beispiel Malaria, was im Wesentlichen „schlechte Luft“ bedeutet.

Erst Ende des 19th Jahrhundert, in dem Robert Koch seine Kriterien vorstellte, heute bekannt als Kochs Postulate, um nachzuweisen, dass eine Krankheit durch einen bestimmten, filtrierbaren Mikroorganismus verursacht wird. Wie die meisten wissenschaftlichen Fortschritte hat Koch diese Ideen nicht von Grund auf entwickelt. Andere dachten in die gleiche Richtung. Doch wo andere scheiterten, gelang ihm mit seiner klaren Erklärung, wie er seine Arbeit reproduzieren und auf viele verschiedene Infektionskrankheiten anwenden konnte. Kochs Postulate besagen, dass man in der Lage sein muss, einen Organismus aus einem infizierten Individuum zu isolieren, ihn in einer Kultur zu züchten, ihn wieder in ein gesundes Tier einzuführen und den Mikroorganismus erneut zu isolieren und als identisch mit dem ursprünglich isolierten und vermuteten Erreger zu identifizieren. Er formulierte diese Postulate auf der Grundlage seiner Arbeit mit Milzbrand und generierte darüber hinaus unterstützende Daten zu Tuberkulose und Cholera.

Obwohl die Arbeit von Koch und anderen bei der Isolierung krankheitserregender Bakterien einen explosionsartigen Anstieg bei der Identifizierung tödlicher Keime auslöste, blieben andere Krankheitserreger wie Viren verborgen und unbekannt. Sie waren zu klein, um mit Lichtmikroskopen sichtbar gemacht zu werden, und konnten ohne infizierende Wirtszellen nicht in Kultur gezüchtet werden. Man kann sich die Frustration der Wissenschaftler vorstellen, als sie offensichtlich ansteckende Krankheiten beobachteten, den Erreger jedoch nicht isolieren konnten. Ein perfektes Beispiel ist die Spanische Grippe von 1918. Viele Forscher wollten Kochs Postulate anwenden, um den Infektionserreger aus der Lunge von Grippepatienten zu entdecken. Erschwerend kommt hinzu, dass Grippepatienten mit schwerer Erkrankung häufig eine Lungenentzündung aufgrund sekundärer bakterieller Infektionen entwickeln. Daher wurde zunächst angenommen, dass diese Organismen Erreger der Grippe sind. Noch wichtiger ist, dass nicht immer derselbe Mikroorganismus aus der Lunge von Grippepatienten isoliert werden konnte. Das Ergebnis war ein Durcheinander widersprüchlicher Beweise, und als ein Virus als Erreger der Grippe identifiziert wurde, war die Pandemie längst vorbei. Ich werde in Kapitel 3 noch ausführlicher auf Influenza und andere Viren eingehen.

Sobald Forscher die Keimtheorie von Krankheiten verstanden hatten, konnten sie viele verschiedene krankheitsverursachende Mikroorganismen isolieren und sie wieder in Versuchstiere einführen. Es kam jedoch vor, dass Tiere aufgrund einer aktiven Immunantwort tendenziell resistent gegen weitere Herausforderungen waren. Mithilfe von Versuchstieren könnten die Mechanismen der erworbenen Immunität untersucht und zur Verbesserung der Patientenversorgung durch die Entwicklung von Antiseren und Impfstoffen eingesetzt werden, die Menschen vor Infektionen oder erneuten Infektionen schützen. Und damit bin ich bei meinem Lieblingsthema!

Immunologie 101

Als ich 1994 mein erstes Immunologie-Studium abschloss, war ich mir sicher, dass ich Immunologe werden würde. Das war vor über 2009 Jahren und seitdem habe ich als Lehrer und Mentor vielen anderen das Immunsystem näher gebracht. So wie ich es oft anhand eines klassischen Beispiels gemacht habe, läuft es in etwa so ab: Das Szenario beginnt, wenn jemand auf einen Nagel tritt. Meine Frau trat XNUMX auf einen hervorstehenden Teppichnagel, als wir während eines Besuchs bei ihrem Vater in China in einem nicht ganz so perfekten Hotel übernachteten. Sie war darüber nicht glücklich, weil sie befürchtete, dass der Nagel das Bakterium eingeschleppt haben könnte Clostridium tetani in das Weichgewebe ihres Fußes. Wenn das passierte und die Bakterien überlebten, um sich ausreichend zu vermehren, würden sie ein unangenehmes, die neuromuskuläre Aktivität steigerndes Toxin namens Tetanustoxin produzieren, das unkontrollierbare Muskelkontraktionen hervorrufen würde, die am häufigsten als Kieferkrampf auftreten.

Als Immunologin fragte ich sie so etwas wie: „Aber Sie sind doch geimpft, nicht wahr?“ Sie waren im Friedenskorps. Sie impfen dich gegen alles.“ Sie gab zu, dass das stimmte. „Dann mach dir darüber keine Sorgen. „Es wird dir gut gehen“, sagte ich zuversichtlich.

Ich konnte zuversichtlich sein, weil ich das Konzept des immunologischen Gedächtnisses verstand. Das Immunsystem ist in der Lage, Zellen zu aktivieren, die für jeden erdenklichen Krankheitserreger spezifisch sind. Sobald die Infektion überwunden ist, bleiben einige dieser Zellen als Gedächtniszellen zurück, Zellen, die bei einer erneuten Infektion mit demselben oder einem ähnlichen Krankheitserreger viel schneller und einfacher aktiviert werden Insekt. Das ist das ganze Prinzip der Impfung: Wir versuchen, dem Immunsystem vorzutäuschen, dass der Körper infiziert sei, indem wir Teile von Krankheitserregern oder einen abgeschwächten Krankheitserreger verwenden, um die gleiche Reaktion und Entwicklung spezifischer Gedächtniszellen anzuregen, ohne dass das Risiko einer ernsthaften Primärinfektion besteht.

Wenn die frühe Entzündungsreaktion eine Infektion nicht verhindert, spüren in der Nähe des Gewebes ansässige Immunzellen, sogenannte Makrophagen, Probleme. Diese Zellen hängen in unserem Gewebe und warten auf ein Gefahrensignal durch eine Begegnung mit Bakterien wie z C. tetani. Sobald sie aktiviert sind, eignen sich Makrophagen sehr gut für die Phagozytose (d. h. sie verschlingen und zersetzen Keime in intrazellulären Blasen, sogenannten Phagolysosomen), und sind in der Lage, viele eindringende Mikroben abzutöten und Wirtszellen zu entfernen, die infolge der Infektion absterben.

In manchen Fällen reicht die frühe Immunantwort nicht aus, um die kleine, aber erhebliche Menge davon loszuwerden C. tetani oder das Gift, das entsteht, wenn eine Person auf einen Nagel tritt. Dann setzt die adaptive Immunantwort ein. Diese beginnt etwa 4 Tage nach der Infektion und erreicht ihren Höhepunkt etwa 10 Tage. Die adaptive Reaktion beginnt, wenn geweberesidente Zellen, sogenannte dendritische Zellen (DCs), mit denselben Signalen aktiviert werden, die andere Zellen des angeborenen Immunsystems aktivieren. Wie Makrophagen phagozytieren DCs Krankheitserreger und zerlegen sie in ihre Bestandteile. Sobald sie jedoch aktiviert werden, verlassen sie das infizierte Gewebe und wandern zu einem Lymphknoten, wo sie direkt mit adaptiven Immunzellen, sogenannten T-Zellen, interagieren.

Da T-Zellen so vielfältig sind, werden bei jeder Infektion nur wenige aktiviert, und diese aktivierten Zellen teilen sich hektisch, um Millionen von Klonen von sich selbst zu produzieren, die sich alle 4 bis 6 Stunden teilen. Sie tun dies mehrere Tage lang, um eine große Anzahl identischer Zellen zu erzeugen (deshalb braucht eine adaptive Immunantwort Zeit, um in Gang zu kommen). Viele der so aktivierten T-Zellen verlassen den Lymphknoten und wandern zu einem Infektionsort, wobei sie wie andere Immunzellen chemischen Signalen folgen.

Gleichzeitig interagieren einige T-Zellen mit anderen Zellen im Lymphknoten, den sogenannten B-Zellen. B-Zellen stammen aus dem Knochenmark und können Teile von Proteinen außerhalb des Knochenmarks mit Rezeptoren auf ihrer Oberfläche erkennen. B-Zellen sezernieren eine lösliche Form oder ihren Oberflächenrezeptor, den wir Antikörper nennen. Antikörper binden Krankheitserreger oder Proteine ​​und fördern deren Abtötung, Aufnahme und Abbau durch Makrophagen. Wenn eine T-Zelle denselben Teil des Krankheitserregers oder „Antigen“ erkennt, leistet die T-Zelle „Hilfe“ für die B-Zelle, sodass die B-Zelle noch stärker bindende Antikörper bilden kann. Andere T-Zellen können infizierte Zellen abtöten und so die Ausbreitung einer Infektion verhindern. Durch diese Prozesse erzeugt die adaptive Immunantwort eine hochgradig pathogenspezifische Reaktion, die viel gezielter, weniger schädlich und stärker reguliert ist als die frühe angeborene Entzündungsreaktion.

Wenn die eindringenden Mikroben und die von ihnen produzierten Toxine schließlich durch die adaptive Immunantwort beseitigt werden, erhalten die Immunzellen an der Infektionsstelle keine Aktivierungssignale mehr und beginnen, „Unterlassungs“-Signale zu erhalten. Die meisten dieser Zellen sterben und werden von Makrophagen aufgenommen und abgebaut, die den Schmutz beseitigen. Schließlich heilt das Gewebe, abgestorbene Haut- und Muskelzellen werden ersetzt und alles normalisiert sich wieder.

Aber das ist noch nicht alles. In den Lymphknoten und der Milz werden einige der aktivierten T-Zellen zu Gedächtniszellen. Gedächtniszellen können aktiviert werden und sich viel schneller teilen, wenn sie jemals wieder dasselbe Antigen sehen. Auf diese Weise haben wir eine Erinnerung an jede Infektion, die wir im Laufe unseres Lebens hatten. Da Impfstoffe diese Reaktion nachahmen; Wir haben auch eine Erinnerung an jede Impfung, die wir jemals hatten. Manchmal lässt dieses Gedächtnis etwas nach und wir brauchen eine weitere Impfung, sonst würden wir anfällig für eine mildere Infektion, aber die Hilfe, die wir von Gedächtniszellen während einer erneuten Infektion oder einer Auffrischungsimpfung erhalten, ist besser, als bei Null anzufangen . Und so hält uns das Immunsystem in einer Welt voller potenziell tödlicher Bakterien, Pilze und Viren am Leben.

Wenn das Immunsystem so gut darin ist, Bakterien, Pilze und Viren anzugreifen, warum greift es dann nicht immer die lächerliche Anzahl von Mikroben an, die um uns herum, auf uns und in uns leben? Warum explodiert unser Immunsystem nicht bei all den Mikroben-Erkennungssignalen in unserer Haut, Lunge, unserem Mund und unserem Darm?

Dies ist jedoch nicht der Fall, da das Immunsystem auch über eine Eigenschaft namens „ Immunologische Toleranz, bei dem Immunmechanismen unterdrückt werden, um unnötige Kollateralschäden zu vermeiden. Immuntoleranz erstreckt sich nicht nur auf unsere eigenen Proteine, sondern auch auf unsere ungefährliche mikrobielle Umgebung. Gewebe, die ständig mikrobieller Belastung ausgesetzt sind, wie etwa unser Darm, sind mit toleranzinduzierenden Zellen (sogenannten regulatorischen T-Zellen) beladen, die dem Immunsystem dabei helfen, sich selbst zu kontrollieren und Autoimmunerkrankungen vorzubeugen.

Aber manchmal toleriert das Immunsystem nicht das, was es sein sollte, und Menschen bekommen Autoimmunerkrankungen oder Allergien oder reagieren unangemessen auf eine Infektion. Interessanterweise nimmt die Häufigkeit dieser Erkrankungen überall in der entwickelten Welt zu, denn obwohl wir von Mikroben umgeben sind, werden wir tatsächlich besser darin, „sauber“ zu sein, als uns bewusst ist.



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Autor

  • Steve Templeton

    Steve Templeton, Senior Scholar am Brownstone Institute, ist außerordentlicher Professor für Mikrobiologie und Immunologie an der Indiana University School of Medicine – Terre Haute. Seine Forschung konzentriert sich auf Immunantworten auf opportunistische Pilzpathogene. Er war auch Mitglied des Public Health Integrity Committee von Gouverneur Ron DeSantis und Mitautor von „Questions for a COVID-19 Commission“, einem Dokument, das Mitgliedern eines Kongressausschusses zur Reaktion auf Pandemien zur Verfügung gestellt wurde.

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