Hier geht es um eine lebensgefährliche Variante des normalerweise harmlosen Darmbakteriums Escherichia coli: EHEC. Diese produzieren Shiga-Toxine, welche die Darmwand schädigen und in die Blutbahn übergehen, wo sie Butgefäße verletzen sowie die Nieren beeinträchtigen. Dies führt zur Entstehung von HUS.
Die Mikrovilli der menschlichen Darmwandzelle sorgen für eine enorme Oberflächenvergrößerung der Darmwand, sodass mehr Stoffe aus dem Dünndarm über diese aufgenommen werden können, um in die Blutbahn zu gelangen. Durch die zahlreichen Ausstülpungen der Zellmembran wird also eine größere Effizienz in der Stoffaufnahme gewährleistet.
1.2
Hoppla! Dieses Bild entspricht nicht unseren inhaltlichen Richtlinien. Um mit dem Veröffentlichen fortfahren zu können, entferne es bitte oder lade ein anderes Bild hoch.
1.3
EHEC produziert nicht nur Shiga-Toxine, sondern speichert diese auch in großen Mengen. Würde man also mit bakterienzerstörendem Antibiotika behandeln, würde EHEC zwar keine neuen Shiga-Toxine mehr produzieren, jedoch die bereits gespeicherten in großer Menge freigeben. Dadurch gelangen in sehr kurzer Zeit sehr viele Shiga-Toxine in die Blutbahn, was die Anzahl der Blutplättchen enorm verringern wird, zu noch größerer Blutarmut führen wird, zur Schädigung von noch mehr Blutgefäßen und zu einer noch größeren Wahrscheinlichkeit zu Nierenversagen führen wird.
2
a) Auf dem Boden eines Gefäßes sind Antikörper fixiert, die spezifisch zum Shiga-Toxin passen.
b) Anschließend wird das Blutserum des Menschen hinzugegeben, welcher auf HUS getestet werden soll. Hat der Patient HUS, so befinden sich in diesem Shiga-Toxine, die an die Antikörper binden. Nun wird gewaschen, damit sich auf der Platte nur gebundene Shiga-Toxine befinden, falls es diese gibt.
c) Dann werden monoklonale Antikörper hinzugegeben, an die ein Enzym gebunden ist, welches die Umwandlung einer Farbstoffvorstufe zum Farbstoff katalysieren kann. Dieser Antikörper passt nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip an Shiga-Toxine, bindet also an diese, wenn sie vorhanden sind. Anschließend wird gewaschen, damit sich im Gefäß nur noch gebundene monoklonale Antikörper befinden (keine freien), falls es diese gibt.
d)
Nun wid die Farbstoffvorstufe, welche als Substrat des Enzyms fungiert, welches an den monoklonalen Antikörper gebunden ist, hinzugegeben. Durch das erste Waschen ist gewährleistet, dass sich nur Shiga-Toxine im Gefäß befinden, wenn sie gebunden sind, damit die danach zugegebenen monoklonalen Antikörper nicht an freie Shiga-Toxine binden und eine Farbreaktion bewirken. Durch das zweite Waschen ist gewährleistet, dass sich keine freien monoklonalen Antikörper mehr im Gefäß befinden, sodass es nur zur Farbreaktion kommen kann, wenn sich gebundene Shiga-Toxine im Gefäß befinden, was nur der Fall ist, wenn der zu untersuchende Patient HUS hat.
e) Es kommt zu einer Färbung, was bedeutet, dass der Test positiv ist und im Blutserum Shiga-Toxine waren: Der Patient hat HUS.
Von d) nach e) katalysiert das an einen monoklonalen Antikörper gebundene Enzym die Umwandlung einer Farbstoffvorstufe zum Farbstoff. Da sich im Blutserum eines Patienten unterschiedlich viele Shiga-Toxine befinden, werden nicht alle Bindungsstellen der Antikörper auf dem Gefäßboden mit Shiga-Toxinen besetzt. Je mehr Shiga-Toxine sich jedoch im Blutserum befanden, desto mehr Antikörper werden besetzt und desto mehr monoklonale Antikörper, an die das Enzym gebunden ist, binden an das Shiga-Toxin. Die Anzahl der gebundenen monoklonalen Antikörper steht also in engem Zusammenhang mit der Konzentration der Shiga-Toxine im Blutserum. Wenn also immer gleich viele Farbstoffvorstufen hinzugegeben werden und nach nach einer festgesetzen Zeitspanne die Reaktion abgebrochen wird - zu einem Zeitpunkt, an dem noch lange nicht alle Farbstoffvorstufen umgesetzt wurden - kann anhand der Intensität der Farbe unterschieden werden, wie hoch die Shiga-Toxin-Konzentration ist. Denn je höher die Enzymkonzentration, desto größer die Reaktionsgeschwindigkeit: Je mehr Enzymmoleküle gebunden, desto mehr Substratmoleküle, also Farbstoffvorstufen, werden pro Zeiteinheit umgesetzt und desto schneller erhöht sich die Farbstoffintensität. Das Enzym wird durch die Reaktion nicht verbraucht, sodass unabhängig von der Enzymkonzentration immer nach einer gewissen Zeitspanne die maximale Farbintensität eintritt, weshalb zur Shigatoxin-Konzentrationsbestimmung so vorgegangen wird wie beschrieben.
3.1
Durch die Dialyse entstehen zwei Kammern, zwischen denen sich die selektiv permeable Membran befindet: 1. Das Blut des Patienten, das anfangs eine hohe Konzentration an Shiga-Toxinen, Wassermolekülen und roten Blutzellen sowie Ionen enthält. 2. die Dialysierflüssigkeit, die anfangs Wassermoleküle und Ionen enthält. Aufgrund der Diffusion durch die selektiv permeable Membran diffundieren Shiga-Toxine hin zur Dialysierflüssigkeit, da die Konzentration der Shiga-Toxine der Dialysierflüssigkeit geringer ist als der im Blut. Ab einer gewissen Konzentration kommt es zum Ausgleich der Shiga-Toxinmoleküle zwischen Blut und Dialysierflüssigkeit. Da jedoch immer neue Dialysierflüssigkeit nachkommt, die keine Shiga-Toxine enthält, ist der Konzentrationsgradient der Shiga-Toxine immer hin zur Dialysierflüssigkeit gerichtet, sodass immer mehr Shiga-Toxine dorthin diffundieren und sich die Konzentration im Blut verringert.
3.2
Wäre die Dialysierflüssigkeit destilliertes Wasser, enthielte sie keine Ionen. Dies würde dazu führen, dass Ionen vom Blut in die Dialysierflüssigkeit diffundieren. Des Weiteren würden Wassermoleküle ins Blut diffundieren. Nun liegt also eine höhrere Wasserkonzentration bzw. eine niedrigere Ionenkonzentration im Blutserum als im roten Blutzellen vor. Die Membran der roten Blutzelle ist jedoch nur selektiv permeabel für Wasser, nicht jedoch für Ionen. Es kommt also zu einem Wassereinstrom, nicht jedoch zu einem Ionenausstrom: Durch die Volumenzunahme kommt es zu einem starken Innendruck bis die roten Blutzellen schließlich platzen.
4
Immunsuppressiva könnten T-Helferzellen hemmen, sodass diese T-Killerzellen nicht mehr aktivieren können, sodass diese die Spenderzellen nicht mehr angreifen können und es somit zu keiner Abstoßungsreaktion der Niere kommt.
Immunsuppressiva könnten die Aktivierung der T-Killerzellen blockieren, indem sie beispielsweise die Rezeptoren für Antigene besetzen und so verhindern, dass T-Killerzellen an diese binden und ihrer Funktion nachkommen können. Somit können diese die Spenderzellen nicht mehr angreifen und es kommt zu keiner Abstoßungsreaktion der Niere.
