Wie funktioniert die Impfung gegen Tetanus? Man kann doch nicht gegen ein Gift impfen?

Zu Beginn eine etwas allgemeine Information: Tetanus (auch Wundstarrkrampf genannt) wird durch das Bakterium Clostridium tetani ausgelöst bzw. genauer durch das gebildete Toxin Tetanospasmin. Der Impfstoff gegen Tetanus ist ein so genannter Toxoidimpfstoff. Er enthält das unschädlich gemachte Toxin. Der Impfstoff wirkt also gegen das gebildete Toxin und nicht gegen die Bakterien an sich.

 

Tetanospasmin ist ein Gift, das aus so genannten proteinogenen Aminosäuren aufgebaut ist, es ist also für das Immunsystem eines von vielen Proteinen, die es einfach erkennen kann. Beziehungsweise KÖNNTE, denn um eine schützende Immunantwort auszulösen, braucht es eine gewisse Menge dieses Gifts.

Das Problem an Tetanospasmin ist, dass dieses Gift schon in extrem geringen Dosen giftig ist. Die in den Körper eingedrungenen Bakterien (nach einer Verletzung beispielsweise) produzieren das Gift, welches dann über Nervenzellen in sehr kurzer Zeit zum Rückenmark gelangt. Dort bindet es an sogenannte SNARE-Proteine und "zerschneidet" diese. Diese Proteine sind allerdings notwendig, damit die Nervenzellen miteinander interagieren können, indem sie Botenstoffe (Neurotransmitter)ausschütten, die die nächste Nervenzelle anregen. Werden die Proteine abgebaut, können diese Neurotransmitter nicht mehr freigesetzt werden und Nervenreize können nicht mehr weitergeleitet werden. Die Folge sind Krämpfe im ganzen Körper, bis hin zu fehlender Reizweiterleitung in lebenswichtigen Organen und somit der Tod.

Zur Immunabwehr: Ist man nicht geimpft, kennt das Immunsystem das Tetanospasmin noch nicht. Wenn man nur mit sehr wenigen Bakterien infiziert wird, schafft es das angeborene Immunsystem unter Umständen, die Bakterien so schnell zu eliminieren, dass das produzierte Tetanospasmin noch keine tödlichen Schäden angerichtet hat – dafür braucht man aber schon extremes Glück, denn wie gesagt, es ist bereits in extrem geringen Dosen hochgradig schädigend bis tödlich. Das spezifische Immunsystem braucht eine vergleichsweise hohe Dosis des Toxins, um eine ordentliche Immunität aufzubauen und benötigt dafür auch etwa 3-4 Tage. Also bestehen zwei Möglichkeiten:

  •   Infektion mit wenig Bakterien, somit wenig Toxin. Das angeborenes Immunsystem eliminiert die Bakterien schnell genug. Dies bedeutet allerdings, dass keine schützende Immunität aufgebaut wird.
  • Infektion mit vielen Bakterien, also ausreichend viel Toxin für eine Immunität, diese Menge an Tetanospasmin würde allerdings zum Tod führen.


Eine natürliche Immunität ist also sehr unwahrscheinlich und hier kommt die Impfung ins Spiel: Proteine brauchen, um an andere Proteine binden zu können, eine gewissen Flexibilität. Sie haben eine andere Struktur im ungebundenen Zustand als im gebundenen Zustand, diese Strukturänderungen nennt man „Konformationsänderung“. Formaldehyd (davon produziert unser Körper  täglich etwa 50g), ist ein sogenannter „Crosslinker“ und wird bei der Impfstoffproduktion benutzt um an Proteinstrukturen zu binden und diese zu fixieren. Anders als die Protein-Protein-Interaktionen, die nur wie Magneten aneinanderkleben, kann Formaldehyd tatsächlich fest an die Aminosäuren binden, das Molekül wird also ein Teil der Aminosäure (um den Vergleich mit den Magneten fortzuführen: die Formaldehyd-Crosslinks wären dann sowas wie Schweißnähte).
Das Ergebnis ist ein Tetanospasmin-Toxid, das von der Struktur her exakt aussieht wie das echte Toxin, aber nicht mehr an SNARE-Proteine binden kann, weil es eben diese Konformationsänderung nicht mehr durchführen kann. Man hat also ein Toxoid, das vom Immunsystem erkannt werden kann, das aber nicht mehr in der Lage ist, schädigend zu wirken. Davon kann man nun auch eine solche Menge in den Muskel einbringen, die notwendig ist, um eine schützende Immunität aufzubauen.

Kommt das Immunsystem nun mit C. tetani in Berührung springt sofort das spezifische Immunsystem an (dies dauert nun nicht mehr  3-4 Tage sondern nur wenige Stunden) und eliminiert das Toxin, während sich das angeborene Immunsystem um die Bakterien kümmert.

 
Noch kurz zum Thema „Wieso impfen wir dann nicht gegen Alkohol?“ – Weil Alkohol kein Protein ist. Momentan beschäftigt man sich seit einigen Jahren mit Antikörpern, die gegen Metalle gebildet werden können, aber alles was nicht aus proteinogenen Aminosäuren besteht, ist für uns schwierig zu produzieren, da wir noch zu wenig darüber wissen. Zum Beispiel auch über Fliegenpilzgift, oder die extrem komplexen Schlangengifte. Wir können zwar Antikörper dagegen produzieren, wir wissen aber noch nicht wie wir eine ungefährliche Immunantwort auslösen können, die diese Antikörper hervorruft. Schon Polysaccharide sind schwierig, deshalb impft man zum Beispiel gegen Meningokokken, indem man die Polysaccharide, die die Antikörper später erkennen sollen (auf der Oberfläche der Bakterien) mit Proteinen fusioniert, damit das Immunsystem ordentlich darauf anspringt.

 

Oft wird behauptet, dass eine "ordentliche" Wunderversorgung die Impfung gegen Tetanus ersetzt. Ja, es ist gut wenn man eine Wunde fachgerecht versorgt. Clostridium tetani ist anaerob, das bedeutet, dass es sich in sauerstoff-armer Umgebung wohl fühlt. Seiner Sporen-Form, die es in Gegenwart von Sauerstoff einnimmt und in welcher es auch übertragen wird, ist aber egal wie die Wunde versorgt wird, denn Endosporen sind nicht metabolisch aktiv. Sie sind extrem resistent – gegen Kälte, Hitze, pH-Verschiebungen, Austrocknung, verschiedene chemische Reinigungsmittel, Lysozym (was normalerweise in Desinfektionsmitteln verwendet wird um Bakterien zu töten) und sogar radioaktive Strahlung. „Luft an die Wunde“ soll man deshalb befolgen, weil bei Luftzufuhr die Blutplättchen besser verklumpen, das Blut dann stockt und die Wunde verschließt. Mit der Erregerbekämpfung hat das aber nichts zu tun.

 

https://www.cdc.gov/vaccines/pubs/pinkbook/downloads/tetanus.pdf (abgerufen 17.04.2018)

https://www.cdc.gov/vaccines/vpd/tetanus/index.html (abgerufen 17.04.2018)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21216425?dopt=Abstract (abgerufen 17.04.2018)

https://www.cdc.gov/vaccines/hcp/vis/vis-statements/td.html (abgerufen 17.04.2018)