Einführung in die aktive und passive Immunisierung - Impfung gg. COVID-19

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I.G.7.5

Mensch

Impfung gegen COVID-19 – Einführung in die aktive und passive Immunisierung

Ein Beitrag von Dr. Detlef Eckebrecht Mit Illustrationen von Sylvana Timmer

Durch die Zunahme des weltweiten Personen- und Warenverkehrs verbreiten sich Erreger von In- fektionskrankheiten, wie z. B. SARS-CoV-2 in einer nie gekannten Geschwindigkeit. Glücklicherweise gelingt in der heutigen Zeit oft sehr schnell, hochwirksame Impfstoffe zu entwickeln. Um Antworten auf Fragen rund um die Impfthematik zu verstehen, müssen Schülerinnen und Schüler zunächst die Vorgänge verstanden haben, die im Zuge einer Infektion bzw. nach einer Impfung im Körper ablaufen. Dann können Argumente für und gegen das Impfen bzw. bestimmte Impfstoffe in der öffentlichen Diskussion verstanden und bewertet werden.

KOMPETENZPROFIL

Klassenstufe: 9/10

Dauer: 7 Unterrichtsstunden (Minimalplan: 5)

Kompetenzen: 1. Vergleich von Strategien bei der Impfstoffentwicklung;

2. Bewertung von Aussagen zu naturwissenschaftlichen Ereignissen;

3. Beschreibung der Vermehrungsstrategie von SARS-CoV-2;

4. Vergleich aktive und passive Immunisierung

Thematische Bereiche: Immunbiologie, Erregertypen, Biotechnologie, rote Gentechnik

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VORSC

HAU

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I.G.7 Mensch  Beitrag 5  Impfung gegen Covid-19 7 von 24

109 RAAbits Biologie Mai 2021

Auf einen Blick

Ab = Arbeitsblatt

1. Stunde

Thema: Was sind Infektionskrankheiten und wie unterscheiden sie sich?

M 1 (Ab) Infektionskrankheiten und Erregertypen

2. Stunde

Thema: Wie vermehrt sich SARS-CoV-2 und wie kann nach einer Infektion Immunität entstehen?

M 2 (Ab) Infektion mit SARS-CoV-2 und Immunität

3. Stunde

Thema: Wie unterscheiden sich aktive und passive Immunisierung?

M 3a/b (Ab) Immunisieren kann schützen und helfen

4. Stunde

Thema: Zelluläre Wirkungsweise von Impfstofftypen am Beispiel der Impfung gegen SARS-CoV-2

M 4 (Ab) Wirkungsweisen verschiedener Impfstofftypen

5. Stunde

Thema: Rolle der Antikörper bei Zweitinfektionen und Impfungen M 5 (Ab) Antikörper – ein wichtiger Baustein des Immunsystems

6. Stunde

Thema: Vor- und Nachteile verschiedener Impfstofftypen M 6 (Ab) Verschiedene Impfstofftypen unter der Lupe

7. Stunde

Thema: Corona-Pandemie und Impfen in der öffentlichen Diskussion

M 7 (Ab) Behauptungen rund um die Corona-Pandemie – Stimmt das oder nicht?

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HAU

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12 von 24 I.G.7 Mensch  Beitrag 5  Impfung gegen Covid-19

Immunisierung kann schützen und helfen

Unter dem Begriff Immunisierung werden die beiden hier dargestellten gänzlich unterschiedlichen Methoden zusammengefasst, um den Körper unempfänglich gegen Infektionserreger zu machen.

Aktive Immunisierung Passive Immunisierung

1

2 3

4 5

6

7

A B

C D

E

F

G

H

I J

Erreger abgeschwächter

Erreger Antikörper Gedächtniszelle

Zeichnung Person: Julia Lenzmann

Aufgaben

1. Ordne die Aussagen den Ziffern bzw. Buchstaben entsprechend den Beispielen zu.

Einem Tier werden abgeschwächte Erreger verabreicht.

Antikörper verklumpen Erreger und machen sie damit unschädlich.

Eine infizierte Person erhält Antikörper, die aus dem Blut von Tieren stammen.

Erreger werden aus einer infizierten Person gewonnen.

Abgeschwächte Erreger lösen die Bildung von Antikörpern und Gedächtniszellen aus.

Erreger werden so abgeschwächt, dass sie nicht mehr gefährlichen sind. 2

Aus dem Blut des Tieres werden Antikörper gewonnen. E

Eine Person infiziert sich.

Eine gesunde Person erhält abgeschwächte Erreger.

Freie Antikörper werden mit der Zeit im Körper abgebaut.

Abgeschwächte Erreger vermehren sich im Körper.

Gefährliche Erreger vermehren sich im Körper.

2. Nenne die Zielgruppen für die beiden Formen der Immunisierung.

M 3a

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I.G.7 Mensch  Beitrag 5  Impfung gegen Covid-19 17 von 24

Hinweise (M 4; 4. Stunde)

Die Vorgänge bei der aktiven Immunisierung unterscheiden sich je nach Impfstofftyp im Anfangs- stadium direkt nach der Verabreichung des Impfstoffs. Die stoffliche Natur der wirksamen Kompo- nente ist entscheidend für Reaktionen in den Zellen, die mit dem Impfstoff in Kontakt kommen.

Die Darstellung in M 4 betont die Tatsache, dass der Weg zur Immunität nach der Präsentation von Antigenen durch die darauf spezialisierten Zellen des Immunsystems in allen Fällen gleich ab- läuft. Wenn Schülerinnen und Schüler in dieser Stunde fragen, warum denn bei vielen Impfstoffen zwei Impfungen in zeitlichem Abstand von einigen Wochen erfolgen, kann auf die folgende Stunde verwiesen werden. Die dort dargestellten Kurvenverläufe der Antikörper-Konzentrationen nach der Erst- und Zweitinfektion können dann zur Erklärung des Effektes (Boosteffekt) verwendet werden.

Manchmal werden unter dem Stichwort Booster auch sogenannte Wirkverstärker genannt. Solche Zusatzstoffe in Impfstoffen (auch als Immunverstärker oder Adjuvanzien bezeichnet) sollen bewirken, dass die vom Impfstoff induzierte Immunität zuverlässiger eintritt oder länger anhält. Häufig handelt es sich bei diesen Zusätzen um Emulsionen lipophiler Stoffe in Wasser, die bewirken, dass vermehrt Immunzellen an die Injektionsstelle wandern und dort Antigen aus dem Impfstoff aufnehmen. Durch diese Steigerung läuft die Kaskade der Folgereaktionen mit der Bildung eines immuno- logischen Gedächtnisses verstärkt ab. Die erhöhte Wirksamkeit kann auch genutzt werden, um aus einer begrenzt vorhandenen Menge Antigen mehr Impfstoffdosen zu generieren. Die Verwendung von Adjuvanzien ist nicht unumstritten.

Lösungen (M 4)

Aufgabe 1

Die Impfstoffe I, II und III führen alle dazu, dass Antigen-präsentierende Zellen die Produktion von Antikörpern und die Entstehung von Gedächtniszellen auslösen. Die bei den Methoden I und II ver- abreichten Nukleinsäuren (DNA oder mRNA) lösen durch direkt zugeführte mRNA, oder die mRNA- Produktion aufgrund der DNA, die Produktion von Proteinen aus, genauer die Produktion von sol- chen Proteinen, die in der Hülle von SARS-CoV-2 vorkommen (E-, M-, S-Protein). Diese werden dann von der Zelle abgegeben bzw. präsentiert, sodass Antigen-präsentierende Zellen sie aufnehmen können. Bei der Impfmethode III werden Bruchstücke von Spike- und M-Proteinen injiziert, die dann von Antigen-präsentierenden Zellen aufgenommen und präsentiert werden.

Aufgabe 2

In allen drei Fällen enthält der Impfstoff keine vollständigen Viren oder das gesamte genetische Material, das zur Entstehung kompletter Viren nötig wäre. Durch diese Impfungen können keine vermehrungsfähigen Viren in den Körper gelangen.

Aufgabe 3

In der Zelle werden Proteine und RNA des Virus hergestellt. Daraus werden Viren zusammengefügt, die dem infizierenden Virus gleichen. Wie bei einer normalen Infektion werden Antigene von ent- sprechenden Zellen präsentiert. Mithilfe der Helferzellen erfolgt eine Immunreaktion und Gedächt- niszellen werden gebildet.