Antigen – Antikörper

Entwicklung einer Modellvorstellung

„ ... Auf ein sehr dünnes, glattes, klares, vorher durchhitztes Glasstückchen legte er einen Tropfen der Augenflüssigkeit eines frisch geschlachteten, gesunden Ochsen; in diesen Tropfen ließ er ganz behutsam ein winzig kleines Teilchen der Milz von einer eben an Anthrax verendeten Maus gleiten. Dann nahm er eine dickere rechteckige Glasplatte, die an einer Stelle eine tiefe, runde Höhlung hatte, und legte sie mit diesem Hohlraum über den Tropfen, so dass ihr Glas den Tropfen nicht berühren konnte. Rund um die Platte hatte er die Platte mit Vaselin bestrichen, so dass das dünne Glas an dem dicken kleben blieb. Dann drehte er mit einem geschickten Griff diese einfache Vorrichtung um, ...
<In diesen Tropfen kann nichts hineinkommen, nichts ist darin als die Anthraxstäbchen, und jetzt will ich sehen, ob sie sich vermehren werden>, dachte Koch, als er den Hängetropfen unter die Linse des Mikroskops schob; ...
Die in dem Tropfen schwimmenden Stäbchen begannen sich zu vermehren. Bald waren zwei, wo früher eines gewesen war. ... nach ein paar Stundenwaren die Milzfetzen versteckt in einem Gewirr von Zehntausenden von Stäbchen ...
So nahm er vorsichtig ein kleines bisschen von dem vor lauter Mikroben trüben Hängetropfen und beschmierte damit einen Holzsplitter. Diesen ließ er geschickt unter die Haut einer gesunden Maus gleiten. ...“

Paul de Kruif: Mikrobenjäger, Frankfurt 1954 (Original 1926)

Im Prinzip hat sich an dem Verfahren bis heute nicht viel geändert. Es lassen sich – mit geringen Abwandlungen – nicht nur Milzbrandbazillen, sondern alle Bakterien auf diese Weise vermehren und zur Infektion benutzen.

Die Grundidee stammt von Wolfgang Hermann.

Versuchsserie

1. Mäuse werden mit Typhusbakterien infiziert; alle erkranken. Viele Mäuse sterben, einige überstehen die Krankheit.

2. Mäuse, die eine Typhusinfektion überlebt haben, erkranken bei einer erneuten Infektion mit dem Typhuserreger nicht.

3. Werden Mäuse, die Typhus überlebt haben, mit Choleraerregern infiziert, so erkranken alle. Viele Mäuse sterben, einige überleben die Krankheit.

4. Mäusen, die gegen Typhus immun sind, wird Blut entnommen. Die Blutkörperchen werden abzentrifugiert; das überstehende Serum (S_T) wird weiter benutzt.

Gibt man von dem Serum zu einer Typhus – Flüssigkultur, so verklumpen die Bakterien und sinken auf den Boden des Reagenzglases.

Gibt man von dem Serum zu einer Cholera – Flüssigkultur, so verklumpen die Bakterien nicht und die Flüssigkeit in dem Reagenzglas bleibt trüb.

5. Spritzt man S_T intravenös einer Maus, die an Typhus erkrankt ist, wird sie gesund.

Modellbildung

Die verschiedenen Versuchsergebnisse erlauben eine Beschreibung der Eigenschaften des entscheidenden Stoffes.
Aus der Beschreibung kann man eine Modellvorstellung des Moleküls entwickeln.

Eigenschaften der Substanz

1.  Es wirkt wahrscheinlich ein Molekül, da man die Bakterien sieht,
     die Substanz aber nicht.
2.  Das Molekül ist nicht gleich vorhanden, sondern wird erst bei Bedarf
     gebildet (Tier  wird krank bzw. stirbt).
3.  Dann ist es aber u.U. das restliche Leben vorhanden.
4.  Die Moleküle befinden sich im Blut.
5.  Die Moleküle sind hochspezifisch.
6.  D.h. es kann kein Klebstoff / keine Klebverbindung sein.
7.  Das Molekül muss mindestens zwei Verbindungsstellen haben.

Anforderungen an das Modell

1.  Einfachheit (Ockhams Messer)
2.  Alle vorliegenden Versuchsergebnisse können erklärt werden.
3.  Versuchsergebnisse können vorausgesagt werden und
     werden durch entsprechende Experimente bestätigt.
4.  Es kann erweitert werden, wenn neue Ergebnisse sonst nicht
     erklärt werden können.
5.  „Schönheit“ - Einfachheit und umfassende Erklärungskraft werden
     oft als schön empfunden.
6.  Man sollte sich immer klar machen, dass die Modellvorstellung
     auch völlig falsch sein kann und ein Paradigmenwechsel notwendig
     werden kann.

Modell

Das Modell kann in Gruppenarbeit oder gemeinsam an der Tafel entwickelt werden.
Im Zusammenhang mit der Modellbildung sollten die Begriffe „Antigen“ und „Antikörper“ eingeführt werden.
Der Antikörper muss mindestens zwei Passstellen besitzen – zwei reichen aber auch aus (Ockhams Messer).
Es ist nahe liegend und mit den Anforderungen an das Modell auch im Einklang, die beiden Passstellen des Antikörpers an die Enden eines Stäbchens zu setzen. Die Y – Form des Antikörpers kann zum Abschluss der Modellentwicklung mitgeteilt werden, bevor das Endergebnis in das Heft übertragen wird.

Fragen - Folgerungen – Vorhersagen – abgeleitete Versuche

1. Paul Ehrlich
Paul Ehrlich entwickelte 1900 eine Vorstellung, wie der Körper eindringende Organismen bekämpft. Mit der folgenden Abbildung hat er seine Vorstellungen verdeutlicht.

Überlege, was dargestellt ist. Welche Vorstellungen dieses Modells stimmen mit dem aus den Mäuseversuchen abgeleiteten Modell überein, wo liegen die Unterschiede?

2. Edward Jenner
Der englische Landarzt Edward Jenner sah bei einer Pockenepidemie, dass diejenigen Patienten in seiner Praxis, die Kuhpocken durchgemacht hatten (eine auf den Menschen übertragbare milde Pockenerkrankung des Rindes), für die „echte“ Pockenkrankheit nicht mehr anfällig waren. Es gelang ihm, Menschen gegen Pocken immun zu machen, indem er sie mit Material infizierte (impfte), das er aus Kuhpocken gewonnen hatte (Vakzination, vacca – die Kuh).
Pocken werden durch Viren hervorgerufen. Was haben Kuhpockenviren und Pockenviren gemeinsam, was unterscheidet sie?
Aktive Immunisierung: Rechtzeitige / frühe Impfung abgeschwächter Krankheitserreger (Antigen) – der Organismus bildet Antikörper.
Passive Immunisierung: Einmal der Schutz, den Neugeborene von der Mutter erhalten und zum anderen das Spritzen von Antigenen als Therapie, wenn die Krankheit schon ausgebrochen ist.

3. Karl Landsteiner
Landsteiner beobachtete 1900, dass das Plasma eines Menschen, also dessen zellfreie Blutflüssigkeit, mit den hinzu gegebenen Erythrozyten eines anderen Menschen heftig agglutinieren (verklumpen) kann.
Er testete sein Blut und das von sechs Mitarbeitern. Die Ergebnisse sind in der Tabelle dargestellt.
+ = Agglutination

Warum muss in der Diagonalen ein „-“ stehen?
Wie viele Blutsorten (Blutgruppen) gibt es?
Entwirf ein Modell für alle vier roten Blutkörperchen und die Antikörper, die sich in den vier Plasmasorten befinden.

4. Bluttest
Der Arzt bewahrt im Kühlschrank Tropffläschchen mit Anti A und Anti B auf. Entwirf einen Bluttest, mit dem sicher entschieden werden kann, welche AB0-Blutgruppe eine Person hat.

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Juli 2007
© B.Bossert