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Wie ähnlich müssen Proteine ​​sein, um die gleiche Immunantwort auszulösen?

Wie ähnlich müssen Proteine ​​sein, um die gleiche Immunantwort auszulösen?


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Der Titel sagt wirklich alles. Wie genau oder vage ist die Immunität, die wir durch eine Impfung oder eine frühere Begegnung mit einem Keim erhalten?

Geht es um Proteinteile, die erkannt werden, wenn sie identisch sind? Volle Proteine? Welche Mutationen unterbrechen die Erkennung und welche nicht?


Immunglobuline erkennen nicht ganze Proteine, sondern spezifische Formen (so genannte Epitope). Diese Epitope müssen auch auf der Oberfläche der eindringenden Bakterien oder Viren vorhanden sein, damit das Immunglobulin Zugang hat. Das Epitop muss genau gleich sein. Jede Änderung der Aminosäuresequenz würde die Form verändern. Aber ein Epitop ist ein relativ kleiner Teil des größeren Proteins. Wenn die Form zwischen verschiedenen Proteinen gleich ist, würde dies eine Immunantwort auslösen.


Ernährung und Immunität

Während der Grippesaison oder in Krankheitszeiten suchen Menschen oft nach speziellen Lebensmitteln oder Vitaminpräparaten, von denen angenommen wird, dass sie die Immunität stärken. Vitamin C und Lebensmittel wie Zitrusfrüchte, Hühnersuppe und Tee mit Honig sind beliebte Beispiele. Doch die Gestaltung unseres Immunsystems ist komplex und wird durch ein ideales Gleichgewicht vieler Faktoren beeinflusst, nicht nur durch die Ernährung und vor allem nicht durch ein bestimmtes Lebensmittel oder Nährstoff. Eine ausgewogene Ernährung, die aus einer Reihe von Vitaminen und Mineralstoffen besteht, kombiniert mit gesunden Lebensstilfaktoren wie ausreichend Schlaf und Bewegung und wenig Stress, bereitet den Körper jedoch am effektivsten auf die Bekämpfung von Infektionen und Krankheiten vor.

Was ist unser Immunsystem?

Täglich sind wir ständig potenziell schädlichen Mikroben aller Art ausgesetzt. Unser Immunsystem, ein Netzwerk aus komplizierten Stadien und Bahnen im Körper, schützt uns vor diesen schädlichen Mikroben sowie vor bestimmten Krankheiten. Es erkennt fremde Eindringlinge wie Bakterien, Viren und Parasiten und ergreift sofort Maßnahmen. Der Mensch besitzt zwei Arten von Immunität: angeboren und adaptiv.

Angeborene Immunität ist eine First-Line-Abwehr gegen Krankheitserreger, die versuchen, in unseren Körper einzudringen, die durch Schutzbarrieren erreicht wird. Zu diesen Barrieren gehören:

  • Haut, die die meisten Krankheitserreger fernhält
  • Schleim, der Krankheitserreger einfängt
  • Magensäure, die Krankheitserreger zerstört
  • Enzyme in unserem Schweiß und Tränen, die zur Bildung antibakterieller Verbindungen beitragen
  • Zellen des Immunsystems, die alle fremden Zellen angreifen, die in den Körper gelangen

Adaptive oder erworbene Immunität ist ein System, das lernt, einen Krankheitserreger zu erkennen. Es wird von Zellen und Organen in unserem Körper wie Milz, Thymus, Knochenmark und Lymphknoten reguliert. Wenn ein fremder Stoff in den Körper eindringt, bilden diese Zellen und Organe Antikörper und führen zur Vermehrung von Immunzellen (einschließlich verschiedener Arten von weißen Blutkörperchen), die spezifisch für diesen schädlichen Stoff sind und ihn angreifen und zerstören. Unser Immunsystem passt sich dann an, indem es sich an den Fremdstoff erinnert, sodass diese Antikörper und Zellen ihn bei einem erneuten Eindringen noch effizienter und schneller zerstören können.

Andere Bedingungen, die eine Immunantwort auslösen

Antigene sind Stoffe, die der Körper als fremd und schädlich bezeichnet und die die Aktivität der Immunzellen auslöst. Allergene sind eine Art von Antigen und umfassen Gräserpollen, Staub, Nahrungsbestandteile oder Tierhaare. Antigene können eine hyperreaktive Reaktion hervorrufen, bei der zu viele weiße Blutkörperchen freigesetzt werden. Die Empfindlichkeit der Menschen gegenüber Antigenen ist sehr unterschiedlich. Beispielsweise löst eine Schimmelpilzallergie bei einer empfindlichen Person Keuch- und Hustensymptome aus, bei anderen jedoch keine Reaktion.

Entzündung ist ein wichtiger, normaler Schritt in der angeborenen Immunantwort des Körpers. Wenn Krankheitserreger gesunde Zellen und Gewebe angreifen, greift eine Art von Immunzellen namens Mastzellen an und setzt Proteine ​​namens Histamine frei, die Entzündungen verursachen. Eine Entzündung kann Schmerzen, Schwellungen und eine Freisetzung von Flüssigkeiten verursachen, um die Krankheitserreger auszuspülen. Die Histamine senden auch Signale, um noch mehr weiße Blutkörperchen auszuscheiden, um Krankheitserreger zu bekämpfen. Eine längere Entzündung kann jedoch zu Gewebeschäden führen und das Immunsystem überfordern.

Autoimmunerkrankungen wie Lupus, rheumatoide Arthritis oder Typ-1-Diabetes sind teilweise erblich und verursachen eine Überempfindlichkeit, bei der Immunzellen gesunde Zellen angreifen und zerstören.

Immunschwächeerkrankungen kann das Immunsystem unterdrücken oder vollständig deaktivieren und kann genetisch oder erworben sein. Erworbene Formen sind häufiger und umfassen AIDS und Krebsarten wie Leukämie und multiples Myelom. In diesen Fällen sind die Abwehrkräfte des Körpers so stark reduziert, dass ein Mensch durch eindringende Krankheitserreger oder Antigene sehr anfällig für Krankheiten wird.

Welche Faktoren können unser Immunsystem schwächen?

  • Älteres Alter: Mit zunehmendem Alter werden unsere inneren Organe möglicherweise weniger leistungsfähig. immunbezogene Organe wie die Thymusdrüse oder das Knochenmark produzieren weniger Immunzellen, die zur Abwehr von Infektionen benötigt werden. Altern ist manchmal mit Mikronährstoffmangel verbunden, der eine nachlassende Immunfunktion verschlimmern kann.
  • Umweltgifte (Rauch und andere Partikel, die zur Luftverschmutzung beitragen, übermäßiger Alkohol): Diese Stoffe können die normale Aktivität von Immunzellen beeinträchtigen oder unterdrücken.
  • Übergewicht: Adipositas ist mit einer geringgradigen chronischen Entzündung verbunden. Fettgewebe produziert Adipozytokine, die entzündliche Prozesse fördern können. [1] Die Forschung ist früh, aber Fettleibigkeit wurde auch als unabhängiger Risikofaktor für das Influenzavirus identifiziert, möglicherweise aufgrund der beeinträchtigten Funktion von T-Zellen, einer Art weißer Blutkörperchen. [2]
  • Schlechte Ernährung: Mangelernährung oder ein Mangel an einem oder mehreren Nährstoffen können die Produktion und Aktivität von Immunzellen und Antikörpern beeinträchtigen.
  • Chronische Krankheit: Autoimmun- und Immunschwächekrankheiten greifen Immunzellen an und deaktivieren sie möglicherweise.
  • Chronischer psychischer Stress:Stress setzt Hormone wie Cortisol frei, das Entzündungen (eine Entzündung ist zunächst erforderlich, um Immunzellen zu aktivieren) und die Wirkung der weißen Blutkörperchen unterdrückt.
  • Schlaf- und Ruhemangel:Schlaf ist eine Zeit der Erholung für den Körper, in der ein Zytokin freigesetzt wird, das Infektionen bekämpft. Zu wenig Schlaf senkt die Menge dieser Zytokine und anderer Immunzellen.

Gibt es eine immunstärkende Diät?

Eine ausreichende Nährstoffzufuhr im Rahmen einer abwechslungsreichen Ernährung ist für die Gesundheit und Funktion aller Zellen, einschließlich der Immunzellen, erforderlich. Bestimmte Ernährungsmuster können den Körper besser auf mikrobielle Angriffe und übermäßige Entzündungen vorbereiten, aber es ist unwahrscheinlich, dass einzelne Lebensmittel einen besonderen Schutz bieten. Jede Phase der körpereigenen Immunantwort hängt von der Anwesenheit vieler Mikronährstoffe ab. Beispiele für Nährstoffe, die als kritisch für das Wachstum und die Funktion von Immunzellen identifiziert wurden, umfassen Vitamin C, Vitamin D, Zink, Selen, Eisen und Protein (einschließlich der Aminosäure Glutamin). [3,4] Sie kommen in einer Vielzahl von pflanzlichen und tierischen Lebensmitteln vor.

Diäten mit begrenzter Vielfalt und weniger Nährstoffen, die beispielsweise hauptsächlich aus hochverarbeiteten Lebensmitteln bestehen und denen nur minimal verarbeitete Lebensmittel fehlen, können sich negativ auf ein gesundes Immunsystem auswirken. Es wird auch angenommen, dass eine westliche Ernährung mit viel raffiniertem Zucker und rotem Fleisch und wenig Obst und Gemüse Störungen in gesunden Darmmikroorganismen fördern kann, was zu einer chronischen Darmentzündung und einer damit verbundenen unterdrückten Immunität führt. [5]

Das Mikrobiom ist eine interne Metropole von Billionen von Mikroorganismen oder Mikroben, die in unserem Körper, meist im Darm, leben. Es ist ein Bereich intensiver und aktiver Forschung, da Wissenschaftler feststellen, dass das Mikrobiom eine Schlüsselrolle bei der Immunfunktion spielt. Der Darm ist ein wichtiger Ort der Immunaktivität und der Produktion von antimikrobiellen Proteinen. [6,7] Die Ernährung spielt eine große Rolle bei der Bestimmung, welche Arten von Mikroben in unserem Darm leben. Eine ballaststoffreiche, pflanzenreiche Ernährung mit viel Obst, Gemüse, Vollkornprodukten und Hülsenfrüchten scheint das Wachstum und die Erhaltung nützlicher Mikroben zu unterstützen. Bestimmte hilfreiche Mikroben spalten Fasern in kurzkettige Fettsäuren auf, von denen gezeigt wurde, dass sie die Aktivität der Immunzellen stimulieren. Diese Fasern werden manchmal als Präbiotika bezeichnet, weil sie Mikroben ernähren. Daher kann eine Ernährung mit probiotischen und präbiotischen Lebensmitteln von Vorteil sein. Probiotische Lebensmittel enthalten lebende nützliche Bakterien und präbiotische Lebensmittel enthalten Ballaststoffe und Oligosaccharide, die gesunde Kolonien dieser Bakterien ernähren und erhalten.

  • Probiotische Lebensmittel Dazu gehören Kefir, Joghurt mit lebenden aktiven Kulturen, fermentiertes Gemüse, Sauerkraut, Tempeh, Kombucha-Tee, Kimchi und Miso.
  • Präbiotische Lebensmittel gehören Knoblauch, Zwiebeln, Lauch, Spargel, Topinambur, Löwenzahn, Bananen und Algen. Eine allgemeinere Regel ist jedoch, eine Vielzahl von Obst, Gemüse, Bohnen und Vollkornprodukten für diätetische Präbiotika zu essen.

Hühnersuppe als Medizin?

Helfen Vitamin- oder Kräuterergänzungen?

Ein Mangel an einzelnen Nährstoffen kann die Immunantwort des Körpers verändern. Tierstudien haben gezeigt, dass ein Mangel an Zink, Selen, Eisen, Kupfer, Folsäure und den Vitaminen A, B6, C, D und E die Immunantwort verändern kann. [8] Diese Nährstoffe helfen dem Immunsystem auf verschiedene Weise: Sie wirken als Antioxidans, um gesunde Zellen zu schützen, das Wachstum und die Aktivität von Immunzellen zu unterstützen und Antikörper zu produzieren. Epidemiologische Studien zeigen, dass diejenigen, die schlecht ernährt sind, einem höheren Risiko für bakterielle, virale und andere Infektionen ausgesetzt sind.

Vitamin D . im Fokus

Eine qualitativ hochwertige Ernährung, wie auf der Gesunde-Essen-Platte dargestellt, kann einem Mangel an diesen Nährstoffen vorbeugen. Es gibt jedoch bestimmte Bevölkerungsgruppen und Situationen, in denen man nicht immer eine Vielzahl nahrhafter Lebensmittel zu sich nehmen kann oder die einen erhöhten Nährstoffbedarf haben. In diesen Fällen kann eine Vitamin- und Mineralstoffergänzung helfen, Ernährungslücken zu schließen. Studien haben gezeigt, dass eine Vitaminergänzung die Immunantwort in diesen Gruppen verbessern kann. [8-10] Haushalte mit niedrigem Einkommen, schwangere und stillende Frauen, Säuglinge und Kleinkinder sowie Schwerkranke sind Beispiele für Risikogruppen.

Ältere Menschen sind eine besonders risikoreiche Gruppe. Die Immunantwort lässt im Allgemeinen mit zunehmendem Alter nach, da die Anzahl und Qualität der Immunzellen abnimmt. Dies führt zu einem höheren Risiko für schlechtere Ergebnisse, wenn ältere Menschen chronische oder akute Erkrankungen entwickeln. Darüber hinaus hat etwa ein Drittel der älteren Menschen in den Industrieländern einen Nährstoffmangel. [8] Einige Gründe sind ein geringerer Appetit aufgrund chronischer Krankheiten, Depressionen oder Einsamkeit, mehrere Medikamente, die die Nährstoffaufnahme und die Appetitmalabsorption aufgrund von Darmproblemen beeinträchtigen können, und ein erhöhter Nährstoffbedarf aufgrund von hypermetabolischen Zuständen bei akuten oder chronischen Erkrankungen. Die Ernährungsvielfalt kann auch aufgrund von Budgetbeschränkungen oder geringerem Interesse am Kochen für eine Person eingeschränkt sein.

In diesen Fällen kann ein allgemeines Multivitamin-/Mineralergänzungsmittel mit den empfohlenen Nahrungsergänzungsmitteln (RDA) verwendet werden, sofern vom Arzt nicht anders verordnet. Megadosis-Ergänzungen (oftmals die RDA) erscheinen nicht gerechtfertigt und können manchmal schädlich sein oder sogar das Immunsystem unterdrücken (z. B. wie bei Zink). Denken Sie daran, dass Vitaminpräparate nicht als Ersatz für eine gute Ernährung angesehen werden sollten, da keine Nahrungsergänzungsmittel alle Vorteile gesunder Lebensmittel enthalten.

Kräuter

Mehrere pflanzliche Nahrungsergänzungsmittel wurden vorgeschlagen, um die Immunfunktion zu stärken. Was sagt die Forschung?

  • Echinacea: Zellstudien haben gezeigt, dass Echinacea Influenzaviren zerstören kann, aber die begrenzte Forschung am Menschen war nicht schlüssig, um die aktiven Komponenten von Echinacea zu bestimmen. Es hat sich nicht gezeigt, dass die Einnahme von Echinacea nach einer Erkältung die Dauer verkürzt, aber die Einnahme im gesunden Zustand kann eine geringe Chance zum Schutz vor einer Erkältung bieten. [11,12]
  • Knoblauch: Der Wirkstoff in Knoblauch, Allicin sativum, soll antivirale und antimikrobielle Wirkungen bei Erkältungen haben, aber qualitativ hochwertige klinische Studien zum Vergleich von Knoblauchpräparaten mit Placebo fehlen. Ein Cochrane-Review identifizierte nach 146 Teilnehmern nur eine Studie von angemessener Qualität. Diejenigen, die das Knoblauchpräparat für 3 Monate einnahmen, hatten weniger Erkältungen als diejenigen, die ein Placebo einnahmen, aber nachdem sie sich mit dem Erkältungsvirus infiziert hatten, hatten beide Gruppen eine ähnliche Krankheitsdauer. [13] Beachten Sie, dass diese Ergebnisse aus einer einzigen Studie stammen, die repliziert werden muss.
  • Teecatechine: Zellstudien haben gezeigt, dass Teecatechine, wie sie in grünem Tee enthalten sind, die Vermehrung von Grippe- und einigen Erkältungsviren verhindern und die Immunaktivität erhöhen können. Studien am Menschen sind noch begrenzt. Zwei randomisierte kontrollierte Studien ergaben, dass Grüntee-Kapseln weniger Erkältungs-/Grippe-Symptome oder Inzidenz von Grippe verursachten als ein Placebo, jedoch wurden beide Studien finanziert oder hatten Autorenzugehörigkeiten zur Teeindustrie. [14]

8 Schritte zur Unterstützung eines gesunden Immunsystems

  1. Essen Sie eine ausgewogene Ernährung mit ganzem Obst, Gemüse, mageren Proteinen, Vollkornprodukten und viel Wasser. Eine Mittelmeerdiät ist eine Option, die diese Arten von Lebensmitteln umfasst.
  2. Wenn eine ausgewogene Ernährung nicht ohne weiteres möglich ist, kann die Einnahme eines Multivitaminpräparats verwendet werden, das die RDA für mehrere Nährstoffe enthält.
  3. Rauchen Sie nicht (oder hören Sie auf zu rauchen, wenn Sie dies tun).
  4. Trinken Sie Alkohol in Maßen.
  5. Führen Sie mäßige regelmäßige Bewegung durch.
  6. Zielen Sie auf 7-9 Stunden Schlaf pro Nacht. Versuchen Sie, einen Schlafplan einzuhalten, wachen Sie jeden Tag etwa zur gleichen Zeit auf und gehen Sie zu Bett. Unsere innere Uhr oder der zirkadiane Rhythmus reguliert das Gefühl von Schläfrigkeit und Wachheit, so dass ein konsequenter Schlafplan einen ausgewogenen zirkadianen Rhythmus aufrechterhält, damit wir tiefer und erholsamer schlafen können.
  7. Ziel ist es, Stress zu bewältigen. Dies ist leichter gesagt als getan, aber versuchen Sie, einige gesunde Strategien zu finden, die für Sie und Ihren Lebensstil gut funktionieren – sei es Bewegung, Meditation, ein bestimmtes Hobby oder das Gespräch mit einem vertrauenswürdigen Freund. Ein weiterer Tipp ist regelmäßiges, bewusstes Atmen über den Tag verteilt und wenn Stressgefühle auftreten. Es muss nicht lange dauern – schon ein paar Atemzüge können helfen. Wenn Sie eine Anleitung wünschen, probieren Sie diese kurze achtsame Atemübung aus.
  8. Den ganzen Tag über Hände waschen: beim Betreten von draußen, vor und nach dem Zubereiten und Essen von Speisen, nach dem Toilettengang, nach Husten oder Naseputzen.

Verwandt

Ein Hinweis zu COVID-19

  1. Kinder CE, Calder PC, Miles EA. Ernährung und Immunfunktion. Nährstoffe. 2019 August 1611(8).
  2. Grüner WD, Beck MA. Fettleibigkeit beeinträchtigt die adaptive Immunantwort auf das Influenzavirus. Annalen der American Thoracic Society. 14. November 2017 (Beilage 5): S406-9.
  3. Guillin OM, Vindry C, Ohlmann T, Chavatte L. Selen, Selenoproteine ​​und Virusinfektion. Nährstoffe. 2019 Sep11(9):2101.
  4. Wessels I, Maywald M, Rink L. Zink als Torwächter der Immunfunktion. Nährstoffe. 2017 Dez9(12):1286.
  5. Molendijk I, van der Marel S, Maljaars PW. Auf dem Weg zu einer Lebensmittelapotheke: Immunologische Modulation durch Ernährung. Nährstoffe. 2019 Jun11(6):1239.
  6. Caballero S, Pamer EG. Mikrobiota-vermittelte Entzündung und antimikrobielle Abwehr im Darm. Jährliche Überprüfung der Immunologie. 2015 März 2133:227-56.
  7. Li XV, Leonardi I, Iliev ID. Darmmykobiota bei Immunität und entzündlichen Erkrankungen. Immunität. 2019 Juni 1850(6): 1365-79.
  8. Chandra RK. Ernährung und Immunsystem: eine Einführung. Das amerikanische Journal für klinische Ernährung. 1997 Aug. 166(2):460S-3S.
  9. Hemilä H, Louhiala P. Vitamin C zur Vorbeugung und Behandlung von Lungenentzündung. Cochrane-Datenbank für systematische Übersichten. 2013(8).
  10. Martineau AR, Jolliffe DA, Hooper RL, Greenberg L, Aloia JF, Bergman P, Dubnov-Raz G, Esposito S, Ganmaa D, Ginde AA, Goodall EC. Vitamin-D-Supplementierung zur Vorbeugung akuter Atemwegsinfektionen: systematische Überprüfung und Metaanalyse der Daten einzelner Teilnehmer. BMJ. 2017 Febr. 15356:i6583.
  11. Nationales Zentrum für komplementäre und integrative Gesundheit. Echinacea. https://www.nccih.nih.gov/health/echinacea. Zugriff am 02.04.20.
  12. Karsch‐Völk M, Barrett B, Kiefer D, Bauer R, Ardjomand‐Woelkart K, Linde K. Echinacea zur Vorbeugung und Behandlung von Erkältungen. Cochrane-Datenbank für systematische Reviews. 2014(2).
  13. Lissiman E, Bhasale AL, Cohen M. Knoblauch gegen Erkältung. Cochrane-Datenbank für systematische Reviews. 2014(11).
  14. Furushima D, Ide K, Yamada H. Wirkung von Teecatechinen auf Influenzainfektion und Erkältung mit Schwerpunkt auf epidemiologischen/klinischen Studien. Moleküle. 23. Juli 2018(7):1795.

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Gute Bakterien lösen Proteine ​​aus, um den Darm zu schützen

Die Millionen nützlicher Bakterien im menschlichen Darm können tatsächlich dazu beitragen, Verletzungen der Darmschleimhaut abzuwehren.

Neue Studien von Forschern des Howard Hughes Medical Institute zeigen, dass die Millionen nützlicher Bakterien, die im menschlichen Darm leben, tatsächlich dazu beitragen können, Verletzungen der Darmschleimhaut abzuwehren.

Laut den Forschern deuten ihre unerwarteten Ergebnisse darauf hin, dass die Praxis, Krebspatienten Antibiotika zur Vorbeugung von Infektionen zu verabreichen, den Darm anfälliger für Schäden machen könnte – eine Gefahr, die durch die Verabreichung von Substanzen, die die schützende Anwesenheit von Darmbakterien nachahmen, überwunden werden könnte. Die Ergebnisse könnten das Denken über die Behandlung von entzündlichen Darmerkrankungen (IBD) revidieren, bei denen angenommen wird, dass der Darm eine entzündliche Reaktion auf gutartige oder kommensale Bakterien auslöst.

Jetzt wissen wir, dass diese Erkennung eine völlig unerwartete und neue Funktion hat – TLRs auszulösen, um Gene und Prozesse zu kontrollieren, die die Homöostase des Darmepithels fördern, die diesen Zellen eine schützende Wirkung verleihen und die Gewebereparatur induzieren.

Die Forscher unter der Leitung des Ermittlers des Howard Hughes Medical Institute, Ruslan Medzhitov von der Yale University School of Medicine, berichteten in der Ausgabe der Zeitschrift vom 23. Juli 2004 über ihre Studien Zelle .

„Bisher hatte fast alles, was wir über die Vorteile kommensaler Bakterien wussten, mit ihrer biologischen Aktivität zu tun“, sagte Medzhitov. „Sie verstoffwechseln Nährstoffe, damit wir sie leichter aufnehmen können. Sie helfen bei der frühen Entwicklung des Magen-Darm-Systems. Und sie produzieren Faktoren, die eine Besiedlung durch pathogene Bakterien verhindern. Unsere Arbeit hat jedoch eine ganz andere Rolle gezeigt.“

Insbesondere entdeckten Medzhitov und seine Kollegen, dass nützliche Bakterien Proteine, sogenannte Toll-like-Rezeptoren (TLRs), auslösen, um die Gesundheit der Darmepithelzellen zu erhalten und Maschinen zu aktivieren, die auf Verletzungen reagieren. Bisher wurde angenommen, dass TLRs ausschließlich als Attentäter fungieren, Moleküle auf der Oberfläche pathogener Bakterien erkennen und das angeborene Immunsystem zum Angriff anregen. „Es war schon immer ein großes Paradox, dass sich unser Immunsystem so entwickelt hat, dass es pathogene Mikroorganismen erkennt und mit einer starken, destruktiven Reaktion auf sie reagiert, aber gleichzeitig einen sehr engen, kontinuierlichen Kontakt mit unzähligen kommensalen Bakterienarten toleriert, die viele molekulare Eigenschaften pathogener Bakterien“, sagte Medzhitov. Die vorherrschende Ansicht, sagte Medzhitov, war, dass TLRs irgendwie daran gehindert wurden, kommensale Bakterien zu erkennen, aber spezifisch gegen pathogene Mikroben entfesselt wurden.

Um die Interaktion zwischen kommensalen Bakterien und TLRs besser zu verstehen, verwendeten die Forscher Mäuse, denen eine Schlüsselkomponente der TLR-Signalmaschinerie namens MyD88 fehlte. Ohne dieses Protein sind Mäuse nicht in der Lage, den TLR-Signalweg zu aktivieren. In ersten Experimenten gaben sie den Mäusen ein Medikament namens DSS, das für Epithelzellen im Dickdarm toxisch ist.

Normale Mäuse erholten sich leicht von der DSS-Exposition, aber das Medikament schädigte den Darm der MyD88-defizienten Mäuse schwer. Die Forscher fanden im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse, als sie die Auswirkungen von DSS an Mäusen testeten, denen die TLR-Proteine ​​selbst fehlten.

„Das war das genaue Gegenteil von dem, was wir erwartet hatten, denn alles, was wir über TLRs in Säugetiersystemen wissen, hat mit der Immunantwort auf Infektionen zu tun“, sagte Medzhitov. „Wir dachten, dass diese Mäuse, da sie keine TLR-abhängige Entzündungsreaktion auf kommensale Bakterien aufbauen können, weniger Schäden durch DSS zeigen würden. Wir hatten keine Ahnung, dass diese Rezeptoren daran beteiligt sein könnten, diese Gewebe vor Schäden zu schützen.“

Um zu untersuchen, ob das übermäßige Wachstum kommensaler Bakterien zu den Schäden beigetragen hat, haben die Forscher die Bakterien mit Antibiotika aus dem Darm der Mäuse entfernt. Diese mit Antibiotika behandelten MyD88-defizienten Tiere zeigten denselben DSS-induzierten Schaden wie MyD88-defiziente Tiere, in denen Bakterien normal wachsen durften. Die Forscher fanden auch keine Hinweise darauf, dass die Infiltration von weißen Blutkörperchen die erhöhte Schädigung bei MyD88-defizienten Mäusen auslöste.

Die Forscher beobachteten bei den MyD88-defizienten Mäusen eine generalisierte Störung der Proliferation und Differenzierung von Darmepithelzellen, was TLRs auf die allgemeine Erhaltung des Gewebes impliziert. Der Darm der Tiere war besonders strahlungsempfindlich, was unter anderem auf die ungewöhnlich schnelle Zellteilung zurückzuführen war.

Darüber hinaus erfordert die Erholung von strahlungsinduzierten Schäden Wartungs- und Reparaturprozesse, die, wie die Forscher fanden, von TLRs abhängen. Sie fanden heraus, dass die Darmzellen der normalen Mäuse als Reaktion auf DSS-induzierte Schäden zahlreiche Proteine ​​produzierten, die an der Gewebereparatur beteiligt sind. Im Gegensatz dazu taten Mäuse, denen eine TLR-Antwort fehlte, dies nicht.

Die Experimente der Forscher zeigten auch, dass kommensale Bakterien für die TLR-Aktivität notwendig sind. Als sie Antibiotika verwendeten, um den Dickdarm normaler Mäuse zu sterilisieren, stellten sie fest, dass diese Mäuse genauso anfällig für Schäden durch DSS waren wie Mäuse mit MyD88-Mangel.

Als sie schließlich bakterienarme normale Mäuse nur mit den bakteriellen Oberflächenmolekülen behandelten, anhand derer TLRs die Krankheitserreger erkennen, fanden sie heraus, dass diese Moleküle allein ausreichten, um die Mäuse vollständig vor Schäden durch DSS zu schützen.

"Diese bakteriellen Produkte haben die an Kommensale erschöpften Mäuse vollständig gerettet", sagte Medzhitov. „Keiner von ihnen wurde krank, und als wir ihren Dickdarm analysierten, waren sie gesund und normal. Dies war der endgültige Beweis dafür, dass die positiven Wirkungen kommensalen Bakterien auf ihre Erkennung durch TLRs und nicht auf ihre biologische Aktivität zurückzuführen waren.

„Jetzt wissen wir, dass diese Erkennung eine völlig unerwartete und neue Funktion hat – TLRs auszulösen, um Gene und Prozesse zu kontrollieren, die die Homöostase des Darmepithels fördern, die diesen Zellen eine schützende Wirkung verleihen und die Gewebereparatur induzieren.“ Laut Medzhitov können TLRs sowohl durch eine kontinuierliche Erkennung von kommensalen Bakterien als auch durch Reaktion auf Schäden wirken, um einen Reparaturprozess einzuleiten.

Medzhitov sagte, dass die Ergebnisse seines Teams zwei wichtige klinische Implikationen haben. Erstens, sagte er, werden sie wahrscheinlich die klinische Praxis der Behandlung von Krebspatienten mit Antibiotika beeinflussen, wenn sie eine Chemotherapie oder Bestrahlung erhalten, die das Immunsystem schwächen.

„Diese Antibiotika sollen Patienten zu Recht vor opportunistischen Infektionen schützen. Unsere Arbeit zeigt jedoch, dass solche Antibiotika die nachteilige Wirkung haben können, die natürlichen und essentiellen Stoffwechselwege zu unterbinden, die für den Schutz und die Reparatur wichtig sind könnte mit einer Version der bakteriellen Zelloberflächenprodukte behandelt werden, die die Anwesenheit kommensaler Bakterien nachahmt und die TLR-Aktivität aufrechterhält“, sagte Medzhitov.

Darüber hinaus können die Ergebnisse auch die Behandlung von entzündlichen Darmerkrankungen beeinflussen. „Wir wissen, dass Bakterien bei diesen Erkrankungen eine schädliche Rolle spielen und eine pathologische Entzündungsreaktion auslösen. Häufig werden in solchen Fällen wie Morbus Crohn Antibiotika eingesetzt, um Darmbakterien zu eliminieren. Angesichts unserer Ergebnisse muss jedoch möglicherweise die vorteilhafte Rolle kommensalen Bakterien bei solchen Behandlungen berücksichtigt werden“, sagte Medzhitov.

In weiteren Studien untersuchen Medzhitov und seine Kollegen, ob die Reaktion von TLRs auf Bakterien eine Rolle bei der Erhaltung und Reparatur anderer Epithelgewebe spielt, darunter Haut, Mund, Lunge sowie Atemwege und Harnwege. Er sagte, dass ähnliche TLR-Reaktionen durch eine Gewebereaktion auf endogene auslösende Faktoren eine Rolle bei der Erhaltung und Reparatur innerer Organe spielen könnten, die keinen Bakterien ausgesetzt sind.


Umweltursachen

Die Ernährungstraditionen eines Landes beeinflussen, auf welche Lebensmittel die Bevölkerung am wahrscheinlichsten allergisch ist.

In Nordeuropa beispielsweise ist Kabeljau ein Grundnahrungsmittel der regionalen Ernährung und die häufigste Ursache für Nahrungsmittelallergien. In Italien, wo Gemüse einen höheren Anteil an der nationalen Ernährung ausmacht, sind Allergien gegen rohes Gemüse, Tomaten und Mais weit verbreitet. Ähnliches ist in Ostasien zu beobachten, wo Reis ein Grundnahrungsmittel und die Hauptquelle von Nahrungsmittelallergien ist.

Häufige Lebensmittelauslöser

Trotz dieser regionalen Unterschiede hat die Weltgesundheitsorganisation (WHO) eine Liste mit acht Lebensmitteln erstellt, die weltweit die meisten Allergien auslösen, nämlich Milch, Eier, Erdnüsse, Nüsse, Fisch, Schalentiere, Soja und glutenhaltiges Getreide.

In den Vereinigten Staaten hat die US-amerikanische Food Drug and Administration (FDA) vorgeschrieben, dass Milch, Eier, Erdnüsse, Nüsse, Fisch, Krustentiere, Sojabohnen und Weizen – die 90 % der Nahrungsmittelallergien ausmachen – prominent auf der Liste aufgeführt werden Produktetiketten aller Lebensmittel, die sie enthalten.

Von diesen sind Allergien gegen Eier, Milch, Weizen, Erdnüsse und Sojabohnen bei Säuglingen und Kleinkindern häufiger,  , während ältere Kinder und Erwachsene eher gegen Erdnüsse, Nüsse und Schalentiere allergisch sind.

Im Großen und Ganzen neigen jüngere Kinder dazu, ihre Allergien im Teenageralter zu überwinden (mit Ausnahme von Erdnüssen, auf die 80 % im Erwachsenenalter noch allergisch sind).

Sensibilisierung

Der Grund, warum Menschen gegen diese oder andere Lebensmittel allergisch sind, ist nicht ganz klar. Bei der Begegnung mit einem bestimmten Lebensmittel entscheidet das Immunsystem, ob es es toleriert oder empfindlich darauf reagiert. Der letztere Prozess, Sensibilisierung genannt, ist der Mechanismus, den Wissenschaftler noch nicht vollständig verstehen.

Einige Wissenschaftler glauben, dass die Sensibilisierung durch die Art und Weise verursacht wird, in der Antigene dem Immunsystem präsentiert werden. Wenn beispielsweise ein nicht erkanntes Protein in den Körper gelangt, wird es von weißen Blutkörperchen, sogenannten dendritischen Zellen, eingefangen, die sie zur Untersuchung zu den Lymphknoten transportieren.

Dort trifft es auf Immunzellen, sogenannte regulatorische T-Zellen (Tregs), die die Immunantwort regulieren. In diesem Stadium tolerieren die Tregs entweder das Protein oder aktivieren das Immunsystem und starten einen Angriff.

Bei Nahrungsmittelallergien findet die Sensibilisierung typischerweise im Verdauungstrakt statt. Während einige Forscher behaupten, dass eine Lebensmittelsensibilisierung über die Haut erfolgen kann, vermutlich als eine Verlängerung der Kontaktdermatitis, gibt es dafür kaum konkrete Beweise.

Atopie

Wissenschaftler glauben nicht, dass die Treg-Aktivierung einfach ein Zufall ist. Es kann sein, dass die Tregs defekt sind, aber es kann auch eine Veranlagung für Allergien vorliegen, eine Erkrankung, die als Atopie oder atopisches Syndrom bezeichnet wird.

Es wird angenommen, dass Atopie auftritt, wenn eine Person über die Haut, die Atemwege und den Verdauungstrakt zahlreichen Allergenen ausgesetzt ist. Dazu können Dinge wie Lebensmittel, Pollen, Chemikalien, Tierhaare und Hausstaubmilben gehören. Bei manchen Menschen führt diese Exposition dazu, dass das Immunsystem in einem erhöhten Alarmzustand ist, wodurch sie nicht nur einer, sondern mehreren Allergien ausgesetzt sind.

Laut einer Studie aus dem Jahr 2018 sind Menschen mit allergischer Rhinitis, allergischer Konjunktivitis, Ekzemen und Asthma weitaus wahrscheinlicher als Nahrungsmittelallergien als diejenigen, die dies nicht tun Aktuelle Behandlungsoption bei Allergie.

Umweltfaktoren

Aber Atopie erklärt Nahrungsmittelallergien nicht vollständig, da auch Säuglinge mit geringer Umweltbelastung Reaktionen erfahren können. Innerhalb dieser Population ist es das Fehlen einer Immunabwehr, die das Risiko charakterisiert.

Wissenschaftler behaupten, dass Kinder, die häufigen Nahrungsmittelallergenen ausgesetzt sind, reagieren, weil ihr Immunsystem sie noch nicht erkennt. Wenn ihr Immunsystem reift und die Kinder einer breiteren Palette von Substanzen ausgesetzt sind, kann ihr Körper besser zwischen harmlosen und schädlichen Substanzen unterscheiden. Aber das ist nicht immer der Fall.

Neuere Forschungen haben gezeigt, dass die frühzeitige Aufnahme von Erdnüssen in die Ernährung – idealerweise vor dem ersten Geburtstag – das Risiko einer Erdnussallergie im späteren Leben um fast das Vierfache reduzieren kann.

So widersprüchlich dies auch erscheinen mag, noch verwirrender sind Nahrungsmittelallergien im Erwachsenenalter. Obwohl wenig über die Ursache des plötzlichen Auftretens bekannt ist, glauben die meisten Wissenschaftler, dass plötzliche oder schwerwiegende Veränderungen in der Umwelt eine Schlüsselrolle spielen könnten. Unter den Theorien:

  • Exposition gegenüber bestimmten gängigen Bakterien oder Viren (wie das Epstein-Barr-Virus, das mit vielen Autoimmunerkrankungen in Verbindung steht) kann die normale Immunantwort verändern.
  • Exposition gegenüber einer breiteren Palette von Allergenen als in den vergangenen Jahren, aufgrund eines Zeitalters zunehmender kontinentaler und interkontinentaler Reisen, Hausverlagerungen und/oder internationaler Lebensmitteltransporte.
  • Schwangerschaft, Wechseljahre und andere plötzliche Veränderungen der Hormone kann auch die Immunantwort beeinflussen, wie durch höhere Raten von Erdnussallergien bei Frauen belegt wird.
  • Moderne Hygienepraktiken kann Kinder vor der Exposition gegenüber Mikroorganismen bewahren, die ihre Immunabwehr aufbauen. Eine unterdrückte Immunfunktion in der Kindheit kann sie später im Leben anfällig für Allergien machen.
  • Lebensmittelzusatzstoffe und/oder Verfahren der Lebensmittelverarbeitung die Reaktion des Körpers auf Lebensmittel zu verändern, die er ansonsten für sicher hält.

Andere bestehen immer noch darauf, dass Kreuzreaktivität – bei der das Vorhandensein einer Allergie andere auslöst – die Hauptursache für Nahrungsmittelallergien bei Erwachsenen ist.

Kreuzreaktivität

Kreuzreaktivität beschreibt eine allergische Reaktion, bei der der Körper auf ein Protein reagiert, das in seiner Struktur einem anderen Protein ähnelt. Daher wird das Immunsystem beide Substanzen als gleich ansehen. Bei Nahrungsmittelallergien sind Beispiele für Kreuzreaktionen:  

  • Kuhmilch und die Milch anderer Säugetiere
  • Kuhmilch und Soja
  • Erdnüsse und Baumnüsse
  • Erdnüsse, Hülsenfrüchte und Soja
  • Kuhmilch und Rindfleisch
  • Eier und Hühnchen

Es gibt andere Fälle, in denen eine Nahrungsmittelallergie sekundär zu einer echten Allergie ist. Ein solches Beispiel ist das Latex-Food-Syndrom, bei dem eine Latexallergie eine allergische Reaktion auf Lebensmittel wie Avocado, Banane, Kiwi oder Kastanie (die jeweils Spuren des Latexproteins enthalten) verursachen kann.

Eine Latexallergie gilt als echte Allergie, da sie das Risiko einer Nahrungsmittelallergie erhöht. Im Gegensatz dazu ist eine Avocado-, Bananen-, Kiwi- oder Kastanienallergie sekundär, da sie das Risiko einer Latexallergie nicht erhöht.

Ein ähnlicher Zustand tritt beim oralen Allergiesyndrom (OAS) auf, bei dem das Vorhandensein einer echten Allergie beim Verzehr von kreuzreaktiven Lebensmitteln Allergiesymptome verursachen kann. Bei OAS betrifft die wahre Allergie normalerweise Baum- oder Gräserpollen, kann aber auch aerosolisierte Schimmelpilzsporen umfassen. Beispiele für OAS umfassen:

  • Erlenpollen und Äpfel, Kirschen, Pfirsiche, Birnen, Petersilie, Sellerie, Mandeln oder Haselnüsse
  • Birch pollen and plums, peaches, nectarines, apricots, cherry, tomatoes, peas, cilantro, almonds, or beans
  • Grass pollen and melon, watermelon, oranges, tomatoes, potatoes, and peanuts
  • Mugwort pollen and celery, carrots, dill, parsley, fennel, coriander, cumin, and sunflower seeds
  • Ragweed pollen and watermelon, cantaloupe, honeydew, bananas, zucchini, cucumbers, and squash

Immune response to SARS-CoV-2 and mechanisms of immunopathological changes in COVID-19

As a zoonotic disease that has already spread globally to several million human beings and possibly to domestic and wild animals, eradication of coronavirus disease 2019 (COVID-19) appears practically impossible. There is a pressing need to improve our understanding of the immunology of this disease to contain the pandemic by developing vaccines and medicines for the prevention and treatment of patients. In this review, we aim to improve our understanding on the immune response and immunopathological changes in patients linked to deteriorating clinical conditions such as cytokine storm, acute respiratory distress syndrome, autopsy findings and changes in acute-phase reactants, and serum biochemistry in COVID-19. Similar to many other viral infections, asymptomatic disease is present in a significant but currently unknown fraction of the affected individuals. In the majority of the patients, a 1-week, self-limiting viral respiratory disease typically occurs, which ends with the development of neutralizing antiviral T cell and antibody immunity. The IgM-, IgA-, and IgG-type virus-specific antibodies levels are important measurements to predict population immunity against this disease and whether cross-reactivity with other coronaviruses is taking place. High viral load during the first infection and repeated exposure to virus especially in healthcare workers can be an important factor for severity of disease. It should be noted that many aspects of severe patients are unique to COVID-19 and are rarely observed in other respiratory viral infections, such as severe lymphopenia and eosinopenia, extensive pneumonia and lung tissue damage, a cytokine storm leading to acute respiratory distress syndrome, and multiorgan failure. Lymphopenia causes a defect in antiviral and immune regulatory immunity. At the same time, a cytokine storm starts with extensive activation of cytokine-secreting cells with innate and adaptive immune mechanisms both of which contribute to a poor prognosis. Elevated levels of acute-phase reactants and lymphopenia are early predictors of high disease severity. Prevention of development to severe disease, cytokine storm, acute respiratory distress syndrome, and novel approaches to prevent their development will be main routes for future research areas. As we learn to live amidst the virus, understanding the immunology of the disease can assist in containing the pandemic and in developing vaccines and medicines to prevent and treat individual patients.

Schlüsselwörter: COVID-19 cytokine storm immune response immunologic tests immunopathology infections pandemic virus.

© 2020 EAACI and John Wiley and Sons A/S. Published by John Wiley and Sons Ltd.


In October, a study in Naturimmunologie examined the activity of immune cells and antibodies among people with severe Covid-19. It found some striking resemblances to autoimmune disease.

“We observed the same type of B-cell activity we see in lupus flares, and also similar antibody activity,” says Ignacio Sanz, MD, co-author of the study and director of the Lowance Center for Human Immunology at Emory University. Sanz has also examined the immune systems of people with mild or persistent (aka long-haul) Covid-19 there again, he sees overlap with autoimmune conditions.

Sanz says it’s possible that the phenomena he has documented are simply indicators of an aggressive immune response to an invading virus. But he says that in at least a subset of patients, elements of autoimmunity are strongly implicated in the development of severe Covid-19.

How could the coronavirus cause a person’s immune system to mistakenly attack its own cells and tissues? Part of it may have to do with what biologists call molecular mimicry.

“There are a number of similarities between the amino acid sequences of [coronavirus] proteins and those of human proteins,” says Timothy Icenogle, MD, a cardiothoracic surgeon and author of a recent paper on the autoimmunity elements of Covid-19, published in Grenzen in der Immunologie. These protein similarities may confuse the immune system and cause it to attack its own healthy cells in some people, this attack may continue even after the true virus cells have been wiped out.

Autoimmunity could explain why a robust immune response to the virus — one that includes the production of coronavirus-neutralizing antibodies — does not always correlate with mild Covid-19. It may be that in some patients, an immune response intended to eliminate the virus ends up also attacking healthy cells. These autoimmune phenomena could also explain why myocarditis and other forms of inflammation or injury show up weeks or months after a person has ostensibly recovered from a coronavirus infection.

“We’re gradually coming to the realization that Covid-19 is primarily an autoimmune disease that is triggered by a virus.”


Johns Hopkins Researchers Identify Immune System Pathway That May Stop COVID-19 Infection

Colorized scanning electron micrograph of a cell (purple) heavily infected with SARS-CoV-2 virus particles (yellow). A recent study by Johns Hopkins Medicine shows that blocking a specific protein in a biological pathway may prevent SARS-CoV-2 infection and keep the virus from misdirecting the immune system against healthy cells and organs. Credit: National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institutes of Health

Blocking Immune System Pathway May Stop COVID-19 Infection, Prevent Severe Organ Damage

While the world waits eagerly for a safe and effective vaccine to prevent infections from severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the virus behind the COVID-19 pandemic, researchers also are focusing on better understanding how SARS-CoV-2 attacks the body in the search for other means of stopping its devastating impact. The key to one possibility — blocking a protein that enables the virus to turn the immune system against healthy cells — has been identified in a recent study by a team of Johns Hopkins Medicine researchers.

Based on their findings, the researchers believe that inhibiting the protein, known as factor D, also will curtail the potentially deadly inflammatory reactions that many patients have to the virus.

Making the discovery even more exciting is that there may already be drugs in development and testing for other diseases that can do the required blocking.

Die Studie wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Blut.

Scientists already know that spike proteins on the surface of the SARS-CoV-2 virus — making the pathogen look like the spiny ball from a medieval mace — are the means by which it attaches to cells targeted for infection. To do this, the spikes first grab hold of heparan sulfate, a large, complex sugar molecule found on the surface of cells in the lungs, blood vessels and smooth muscle making up most organs. Facilitated by its initial binding with heparan sulfate, SARS-CoV-2 then uses another cell-surface component, the protein known as angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2), as its doorway into the attacked cell.

The Johns Hopkins Medicine team discovered that when SARS-CoV-2 ties up heparan sulfate, it prevents factor H from using the sugar molecule to bind with cells. Factor H’s normal function is to regulate the chemical signals that trigger inflammation and keep the immune system from harming healthy cells. Without this protection, cells in the lungs, heart, kidneys and other organs can be destroyed by the defense mechanism nature intended to safeguard them.

“Previous research has suggested that along with tying up heparan sulfate, SARS-CoV-2 activates a cascading series of biological reactions — what we call the alternative pathway of complement, or APC — that can lead to inflammation and cell destruction if misdirected by the immune system at healthy organs,” says study senior author Robert Brodsky, M.D., director of the hematology division at the Johns Hopkins University School of Medicine. “The goal of our study was to discover how the virus activates this pathway and to find a way to inhibit it before the damage happens.”

The APC is one of three chain reaction processes involving the splitting and combining of more than 20 different proteins — known as complement proteins — that usually gets activated when bacteria or viruses invade the body. The end product of this complement cascade, a structure called membrane attack complex (MAC), forms on the surface of the invader and causes its destruction, either by creating holes in bacterial membranes or disrupting a virus’ outer envelope. However, MACs also can arise on the membranes of healthy cells. Fortunately, humans have a number of complement proteins, including factor H, that regulate the APC, keep it in check and therefore, protect normal cells from damage by MACs.

In a series of experiments, Brodsky and his colleagues used normal human blood serum and three subunits of the SARS-CoV-2 spike protein to discover exactly how the virus activates the APC, hijacks the immune system and endangers normal cells. They discovered that two of the subunits, called S1 and S2, are the components that bind the virus to heparan sulfate — setting off the APC cascade and blocking factor H from connecting with the sugar — and in turn, disabling the complement regulation by which factor H deters a misdirected immune response.

In turn, the researchers say, the resulting immune system response to chemicals released by the lysing of killed cells could be responsible for the organ damage and failures seen in severe cases of COVID-19.

Most notably, Brodsky says, the research team found by blocking another complement protein, known as factor D, which works immediately upstream in the pathway from factor H, they were able to stop the destructive chain of events triggered by SARS-CoV-2.

“When we added a small molecule that inhibits the function of factor D, the APC wasn’t activated by the virus spike proteins,” Brodsky says. “We believe that when the SARS-CoV-2 spike proteins bind to heparan sulfate, it triggers an increase in the complement-mediated killing of normal cells because factor H, a key regulator of the APC, can’t do its job.”

To better understand what happens, Brodsky says think of the APC like a car in motion.

“If the brakes are disabled, the gas pedal can be floored without restraint, very likely leading to a crash and destruction,” he explains. “The viral spike proteins disable the biological brakes, factor H, enabling the gas pedal, factor D, to accelerate the immune system and cause cell, tissue and organ devastation. Inhibit factor D, and the brakes can be reapplied and the immune system reset.”

Brodsky adds that cell death and organ damage from a misdirected APC associated with factor H suppression is already known to occur in several complement-related human diseases, including age-related macular degeneration, a leading cause of vision loss for people age 50 and older and atypical hemolytic uremic syndrome (aHUS), a rare disease that causes clots to block blood flow to the kidneys.

Brodsky and his colleagues hope that their work will encourage more study into the potential use against COVID-19 of complement-inhibiting drugs already in the pipeline for other diseases.

“There are a number of these drugs that will be FDA-approved and in clinical practice within the next two years,” Brodsky says. “Perhaps one or more of these could be teamed with vaccines to help control the spread of COVID-19 and avoid future viral pandemics.”

Reference: “Direct activation of the alternative complement pathway by SARS-CoV-2 spike proteins is blocked by factor D inhibition” by Jia Yu, Xuan Yuan, Hang Chen, Shruti Chaturvedi, Evan M. Braunstein and Robert A. Brodsky, 2 September 2020, Blut.
DOI: 10.1182/blood.2020008248

Along with Brodsky, the other members of the Johns Hopkins Medicine research team are lead author Jia Yu Xuan Yuan Hang Chen Shruti Chaturvedi, M.B.B.S. and Evan Braunstein, M.D., Ph.D.

The study was supported by National Heart, Lung and Blood Institute grant R01 HL133113.

Haftungsausschluss: Johns Hopkins Medicine researchers are working tirelessly to find ways to better understand and eventually eliminate COVID-19 and the virus that causes it. Discoveries like this one, especially those related to clinical therapies and drug regimens, are still early in concept and small in sample size. This will require rigorous research, testing and peer review, all of which take time, before solid conclusions for clinical care and disease prevention can be made.


A quick summary of the immune system and the COVID-19 vaccine

There are many strategies when it comes to developing a vaccine, but the idea behind all of them is similar. Vaccines are designed to pose a foreign invader, such as a virus or bacterium, to your adaptive immune system without causing you to be sick. Our immune systems are quite amazing, which also makes them quite complex. Here, we will focus on a few aspects that are important for understanding vaccine development.

Vaccines give our immune system a template, from which our bodies can build immune ‘memory’ against a particular pathogen (e.g., virus or bacterium). If we are then re-infected by this pathogen, this immune memory will reduce the symptoms that we experience. Image credit: CC0 on Pixabay.

Vaccines typically contain part of a pathogen (e.g., virus or bacterium) and stimulate the production of antibodies against this pathogen. Thus, vaccines ‘prime’ our immune system to be better prepared for an infection if we are exposed to the pathogen again. Image credit: CC0 on Pixabay.

Two major types of cells recognize diseases in our immune system, flush them out, and build ‘memory’ for our immunity against later invasions: B cells and T cells. These adaptive immune cell types can work independently or together to fight infection and build memory against re-exposure towards the invader (e.g., the virus, bacterium, parasite, cancer cell, etc.). T cells have the ability to kill these invaders directly, recruit other immune system cells to the site of infection, and aid in the development of B cells. They are also able to confer memory through the release of proteins called cytokines. B cells release Y-shaped proteins called antibodies, which similarly recognize invaders and work to destroy them. When something foreign enters our bodies, B cells begin to create antibodies against that invader. While these cells are amazing at protecting our bodies from infection, this process takes time (about 7 days for the adaptive immune system). However, once our immune system is ‘primed’ with a particular invader, it can produce antibodies against this invader very quickly when exposed to it again, preventing re-infection. The use of vaccines gives our immune system (including our B and T cells) a template to develop immune memory against re-infection without experiencing the full onset of symptoms viral exposure generates.

So, how do vaccines coax our immune system into providing a defense against viral infections? There are many different vaccine types, but they all use parts of the virus to trick our immune system into creating antibodies against that virus, effectively ‘priming’ our immune system to be ready to quickly generate antibodies when we are exposed to the real virus. As you can imagine, there are many different parts of a virus to choose from when creating vaccines, and some viruses are more difficult to develop a vaccine against than others. Viruses such as the flu can mutate rapidly, which is why we need a new flu shot each year to protect us from the most prevalent flu strain. In fact, many RNA viruses can mutate quickly, creating new strains that may need a different vaccine to be effective. Coronaviruses, such as COVID-19, are RNA viruses (read more about the novel coronavirus here).

The Moderna and Pfizer vaccines include messenger RNA (mRNA) that codes for one of COVID-19’s proteins. This “piece” of COVID-19 does not cause an infection, but instead enhances our immune system’s ability to recognize COVID-19 and create antibodies against it, if we are exposed to it. Image credit: CC0 on Pixabay.

There are many different types of vaccines that are currently in development for COVID-19, three of which have been approved for emergency use in the U.S. This post focuses on the two vaccines made by Moderna and Pfizer, which are called mRNA vaccines. For the hesitant people who realize that these are a new type of vaccine, it is important to note that this type of vaccine is backed by more than 10 years of research. mRNA, or messenger RNA, is composed of genetic code for synthesizing proteins. The cellular machines in our bodies read mRNA and use it to build the proteins that are in our cells. Viral proteins are also made by the same machines our cells use. So, a mRNA vaccine for the novel coronavirus contains mRNA that encodes for one of the virus’ proteins. Once someone is administered the vaccine, the mRNA in the vaccine is taken up, synthesized by our cells, and presented to the adaptive immune system to ‘prime’ it, just as the adaptive immune system would be primed after a natural infection. B-cells then have the ability to recognize the foreign invaders and create antibodies against it so that the protein could be cleared. Given that our B-cells have a memory of when and if we are exposed to COVID-19, our body can recognize it and mount an immune response faster, causing it to clear our system before it has time to infect us. It is important to keep in mind that this protein is not an infectious virus, but rather one piece of the virus as a whole. Therefore, mRNA vaccines cannot cause an infection. If you would like to learn more about mRNA vaccines, read this blog post here.

With three vaccines now available for emergency use, we should see a light at the end of the pandemic tunnel very soon. To find out who is currently eligible for vaccination in the state of Indiana, check here ! As always, stay safe and stay informed!


Can antacids boost allergy risk?

People prescribed antacids are roughly twice as likely to later be offered drugs for respiratory allergies, such as hay fever or asthma, a new study finds. The research doesn’t prove that taking antacids causes allergies, but it adds to a growing body of evidence suggesting a connection between the two.

“I would not bet my house that this is a true phenomenon, but there is ample evidence” that it is, says infectious disease physician Edward Mitre of the Uniformed Services University in Bethesda, Maryland. Mitre was not part of this study, but he published research last year reporting a similar pattern in infants prescribed antacids.

Antacids, such as Nexium and Prilosec, work by decreasing acid production in the stomach. They’re often used for gastrointestinal reflux, which occurs when acid flows upward into the esophagus from the stomach and causes the uncomfortable sensation known as heartburn.

Antacids are typically considered low risk. But in recent years, some experts have worried about overuse. There are also indications that the drugs may alter immune function and heighten the chance of certain bacterial infections, perhaps because they change the balance of bacteria in the gut. This shift may compromise the immune system’s ability to react to invaders, making it easier for certain foreign bacteria to get a foothold in the body.

More than a decade ago, Erika Jensen-Jarolim began to wonder whether antacids could also spark allergies. A friend had shared unexpected news: He had abruptly developed a rare allergy to beluga caviar. Jensen-Jarolim, a clinical immunologist and allergy researcher at the Medical University of Vienna, then learned that her friend also took proton-pump inhibitors and sucralfate, both popular classes of antacids. Because the medicines blunt stomach acid production, food proteins aren’t broken down as much as they usually are. Those proteins are able to sensitize the immune system and trigger an allergic reaction in someone with a food allergy. Could these larger-than-usual protein pieces prime the immune system, making an allergic response more likely?

Jensen-Jarolim and her colleagues began to study mouse models of food allergy, beginning by creating a mouse allergic, like her friend, to beluga caviar. They found that proteins that were largely intact were much more likely to trigger an allergic reaction in the rodents than proteins that were degraded by stomach acid.

In the new study, the team turned to health insurance claim data covering nearly all of the more than 8 million people in Austria. The researchers analyzed prescription information from 2009 to 2013, focusing on antacids and allergy medications. On average, someone prescribed an antacid was about twice as likely to later be prescribed an antiallergy drug, such as an anti-histamine, as compared with a person who wasn’t offered an antacid, the researchers report today in Nature Communications . People over age 60 were five times more likely to get an antiallergy drug prescription if they had earlier been prescribed an antacid than if they hadn’t—with an absolute risk of almost 5% versus almost 1%. For those under 20 years old, the risk increase was much smaller, only about 1.5 times as high—almost 7% versus almost 5%.

Experts caution that the numbers do not definitively show that antacids can cause allergies. “What this shows are that two types of prescriptions for medications track in the same direction,” says Matthew Greenhawt, a pediatric allergist-immunologist at Children’s Hospital Colorado in Denver. “It doesn’t imply” that taking an antacid will later cause allergies, he says.

Jensen-Jarolim herself notes that the information she had was limited. For example, the data from insurance companies traced only what was prescribed, not whether patients actually took those drugs. The information also didn’t include health histories, such as which allergies patients were offered treatment for. Her study, too, focused on respiratory allergies, whereas her earlier animal models probed food allergies. She’s interested in now turning to a mouse model of respiratory allergy to see what antacids might do to that allergic response.

Mitre cautions that even if antacids increase one’s risk of allergies, people suffering from reflux shouldn’t necessarily stop using these medications. Doctors, he says, “just might need to reconsider how freely we prescribe them.”


Scientists alter membrane proteins to make them easier to study

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About 30 percent of the proteins encoded by the human genome are membrane proteins — proteins that span the cell membrane so they can facilitate communication between cells and their environment. These molecules are critical for learning, seeing, and sensing odors, among many other functions.

Despite the prevalence of these proteins, scientists have had difficulty studying their structures and functions because the membrane-bound portions are very hydrophobic, so they cannot be dissolved in water. This makes it much harder to do structural analyses, such as X-ray crystallography.

In an advance that could make it easier to perform this type of structural study, MIT researchers have developed a way to make these proteins water-soluble by swapping some of their hydrophobic amino acids for hydrophilic ones. The technique is based on a code that is much simpler than previously developed methods for making these proteins soluble, which rely on computer algorithms that have to be adapted to each protein on a case-by-case basis.

“If there is no rule to follow, it’s difficult for people to understand how to do it,” says Shuguang Zhang, a principal research scientist in the MIT Center for Bits and Atoms. “The tool has to be simple, something that anyone can use, not a sophisticated computer simulation that only a few people know how to use.”

Zhang is the senior author of the study, which appears in the Proceedings of the National Academy of Sciences the week of Aug. 27. Other MIT authors are former visiting professor Fei Tao, postdoc Rui Qing, former visiting professor Hongzhi Tang, graduate student Michael Skuhersky, former undergraduate Karolina Corin ’03, SM ’05, PhD ’11, former postdoc Lotta Tegler, graduate student Asmamaw Wassie, and former undergraduate Brook Wassie ’14.

A simple code

Of the approximately 8,000 known membrane proteins found in human cells, scientists have discovered structures for about 50. They are widely viewed as very difficult to work with because once they are extracted from the cell membrane, they only maintain their structure if they are suspended in a detergent, which mimics the hydrophobic environment of the cell membrane. These detergents are expensive, and there is no universal detergent that works for all membrane proteins.

Zhang started working on a new way to tackle this problem in 2010, inspired by the late Alexander Rich, an MIT professor of biology. Rich posed the question of whether protein structures called alpha helices, which make up the bulk of the membrane-embedded portion of proteins, could be switched from hydrophobic to hydrophilic. Zhang immediately began working out possible solutions, but the problem proved difficult. Over the past eight years, he has had several students and visiting researchers help work on his idea, most recently Qing, who achieved success.

The key idea that allowed Zhang to develop the code is the fact that a handful of hydrophobic amino acids have very similar structures to some hydrophilic amino acids. This similarities allowed Zhang to come up with a code in which leucine is converted to glutamine, isoleucine and valine are converted to threonine, and phenylalanine is converted to tyrosine.

Another important factor is that none of these amino acids are charged, so swapping them appears to have a minimal effect on the overall protein structure. In fact, isoleucine and threonine are so similar that ribosomes, the cell structures that assemble proteins, occasionally insert the wrong one — about once in every 200 to 400 occurrences.

The researchers call their code the QTY code, after the three letters that represent glutamine, threonine, and tyrosine, respectively.

In their earliest efforts to implement this code, the researchers substituted only a small fraction of the hydrophobic amino acids embedded in the membrane, but the resulting proteins still needed some detergent to dissolve. They increased the replacement rate to about 50 percent, but the proteins were still not fully water-soluble, so they replaced all instances of glutamine, isoleucine, valine, and phenylalanine embedded in the membranes. This time, they achieved success.

“It’s only when we replace all the hydrophobic residues in the transmembrane regions that we’re able to get proteins that are stable and completely free of detergent in an aqueous system,” Qing says.

Structural similarities

In this study, the researchers demonstrated their technique on four proteins that belong to a class of proteins known as G protein-coupled receptors. These proteins help cells to recognize molecules, such as hormones, or immune molecules, called chemokines, and trigger an appropriate response within the cell.

Joel Sussman, a professor of structural biology at the Weizmann Institute of Science, described the new method as “incredibly simple and elegant.”

“Although a number of scientists have been trying to find a way to ‘solubilize’ G protein-coupled receptors and other integral membrane proteins, until now their methods have not been of general use and often involved very complex computational methods that would not be widely applicable,” says Sussman, who was not involved in the research.

The researchers are still working towards obtaining the precise structures of these proteins using X-ray crystallography or nuclear magnetic resonance (NMR), but they performed some experiments that suggest the structures are similar. In one, they showed that the water-soluble proteins denature at nearly the same temperature as the original versions of the proteins. They also showed that the modified proteins bind to the same target molecules that the original proteins bind to, although not as strongly.

Being able to synthesize water-soluble versions of these proteins could enable new applications, such as sensors that can detect environmental pollutants, the researchers say.

Another possibility is designing water-soluble versions of the proteins that bind to molecules normally expressed by cancer cells, which could be used to diagnose tumors or identify metastatic cancer cells in blood samples, Zhang says. Researchers could also create water-soluble molecules in which a membrane-bound receptor that viruses normally bind to is attached to part of an antibody. If these “decoy therapies” were injected into the body, viruses would bind to the receptors and then be cleared by the immune system, which would be activated by the antibody portion.

The research was funded by OH2 Laboratories and the MIT Center for Bits and Atoms Consortium, which includes the Bay Valley Innovation Center.