Imunski sistem je splet bioloških procesov , ki ščitijo organizem pred boleznimi . Zazna in se odzove na široko paleto patogenov , od virusov do parazitskih črvov , pa tudi rakavih celic in predmetov, kot so lesni drobci , ter jih loči od lastnega zdravega tkiva organizma . Mnoge vrste imajo dva glavna podsistema imunskega sistema. Prirojeni imunski sistem zagotavlja vnaprej konfiguriran odziv na široke skupine situacij in dražljajev. Prilagodljivi imunski sistemzagotavlja prilagojen odziv na vsak dražljaj tako, da se nauči prepoznati molekule, s katerimi se je prej srečal. Oba za opravljanje svojih funkcij uporabljata molekule in celice .
Slika z vrstičnim elektronskim mikroskopom enega samega nevtrofila (rumeno/desno), ki zajame bakterijo antraksa (oranžno/levo) – lestvica je 5 µm (lažna barva)
Skoraj vsi organizmi imajo nekakšen imunski sistem. Bakterije imajo rudimentaren imunski sistem v obliki encimov , ki ščitijo pred virusnimi okužbami. Drugi osnovni imunski mehanizmi so se razvili v starodavnih rastlinah in živalih in ostajajo v njihovih sodobnih potomcih. Ti mehanizmi vključujejo fagocitozo , protimikrobne peptide, imenovane defenzini , in sistem komplementa . Čeljustni vretenčarji , vključno z ljudmi, imajo še bolj izpopolnjene obrambne mehanizme, vključno s sposobnostjo prilagajanja za učinkovitejše prepoznavanje patogenov. Prilagodljiva (ali pridobljena) imunost ustvarja imunološki spominkar vodi do okrepljenega odziva na poznejša srečanja z istim patogenom. Ta proces pridobljene imunosti je osnova cepljenja .
Motnje v delovanju imunskega sistema lahko povzročijo avtoimunske bolezni , vnetne bolezni in raka . Imunska pomanjkljivost se pojavi, ko je imunski sistem manj aktiven kot običajno, kar povzroči ponavljajoče se in življenjsko nevarne okužbe. Pri ljudeh je lahko imunska pomanjkljivost posledica genetske bolezni , kot je huda kombinirana imunska pomanjkljivost , pridobljenih stanj, kot je HIV / aids , ali uporabe imunosupresivnih zdravil . Avtoimunost je posledica hiperaktivnega imunskega sistema, ki napada normalna tkiva, kot da bi bili tuji organizmi. Pogoste avtoimunske bolezni vključujejoHashimotov tiroiditis , revmatoidni artritis , diabetes mellitus tipa 1 in sistemski eritematozni lupus . Imunologija preučuje vse vidike imunskega sistema.
Večplastna obramba
Imunski sistem ščiti svojega gostitelja pred okužbo z večplastno obrambo vse večje specifičnosti. Fizične ovire preprečujejo patogenom, kot so bakterije in virusi, vstop v organizem. [1] Če patogen prebije te ovire, prirojeni imunski sistem zagotovi takojšen, a nespecifičen odziv. Prirojeni imunski sistem najdemo pri vseh živalih . [2] Če se patogeni uspešno izognejo prirojenemu odzivu, imajo vretenčarji drugo plast zaščite, adaptivni imunski sistem , ki se aktivira s prirojenim odzivom. [3]Tukaj imunski sistem prilagodi svoj odziv med okužbo, da izboljša prepoznavanje patogena. Ta izboljšan odziv se nato obdrži po odstranitvi patogena v obliki imunološkega spomina in omogoča prilagodljivemu imunskemu sistemu, da sproži hitrejše in močnejše napade vsakič, ko naleti na tega patogena. [4] [5]
Tako prirojena kot adaptivna imunost sta odvisni od zmožnosti imunskega sistema, da razlikuje med lastnimi in nesamo molekulami . V imunologiji so lastne molekule sestavni deli telesa organizma, ki jih lahko imunski sistem loči od tujih snovi. [6] Nasprotno pa so nelastne molekule tiste, ki so prepoznane kot tuje molekule. En razred nesamostojnih molekul se imenujejo antigeni (prvotno imenovani kot generatorji protiteles ) in so opredeljeni kot snovi, ki se vežejo na specifične imunske receptorje in izzovejo imunski odziv. [7]
Površinske pregrade
Več ovir ščiti organizme pred okužbo, vključno z mehanskimi, kemičnimi in biološkimi ovirami. Voščena kožica večine listov, eksoskelet žuželk, lupine in membrane zunaj odloženih jajčec ter koža so primeri mehanskih ovir, ki so prva obrambna linija pred okužbo. [8] Organizmov ni mogoče popolnoma zapreti pred njihovim okoljem, zato sistemi delujejo tako, da ščitijo telesne odprtine, kot so pljuča , črevesje in genitourinarni trakt . V pljučih kašljanje in kihanje mehansko izločata patogene in druge dražilne snovi iz dihalnih poti.. Izpiranje solz in urina tudi mehansko izžene patogene, medtem ko sluz , ki jo izločata dihala in prebavila , služi za ujetje in zapletanje mikroorganizmov . [9]
Kemične pregrade ščitijo tudi pred okužbo. Koža in dihala izločajo protimikrobne peptide , kot so β- defenzini . [10] Encimi , kot sta lizocim in fosfolipaza A2 v slini , solzah in materinem mleku, so prav tako antibakterijski . [11] [12] Vaginalni izločki služijo kot kemična ovira po menarhi , ko postanejo rahlo kisli , medtem ko seme vsebuje defenzine in cink za ubijanje patogenov. [13] [14] Vželodec , želodčna kislina služi kot kemična obramba pred zaužitimi patogeni. [15]
V genitourinarnem in prebavnem traktu služi komenzalna flora kot biološke ovire, saj tekmuje s patogenimi bakterijami za hrano in prostor ter v nekaterih primerih spreminja pogoje v svojem okolju, kot je pH ali razpoložljivo železo. Posledično se zmanjša verjetnost, da bodo patogeni dosegli zadostno število, da povzročijo bolezen. [16]
Prirojeni imunski sistem
Mikroorganizmi ali toksini, ki uspešno vstopijo v organizem, naletijo na celice in mehanizme prirojenega imunskega sistema. Prirojeni odziv se običajno sproži, ko mikrobe identificirajo receptorji za prepoznavanje vzorcev , ki prepoznajo komponente, ki so ohranjene med širokimi skupinami mikroorganizmov, [17] ali ko poškodovane, poškodovane ali obremenjene celice pošljejo alarmne signale, od katerih mnoge prepozna iste receptorje kot tisti, ki prepoznajo patogene. [18] Prirojena imunska obramba je nespecifična, kar pomeni, da se ti sistemi na patogene odzivajo na generičen način. [19] Ta sistem ne zagotavlja dolgotrajne imunostiproti patogenu. Prirojeni imunski sistem je prevladujoč obrambni sistem gostitelja v večini organizmov [2] in edini v rastlinah. [20]
Imunsko zaznavanje
Celice v prirojenem imunskem sistemu uporabljajo receptorje za prepoznavanje vzorcev za prepoznavanje molekularnih struktur, ki jih proizvajajo patogeni. [21] So beljakovine , ki jih izražajo predvsem celice prirojenega imunskega sistema , kot so dendritične celice, makrofagi, monociti, nevtrofilci in epitelijske celice [19] [22] za identifikacijo dveh razredov molekul: s patogenom povezanih molekularnih vzorcev ( PAMP), ki so povezani z mikrobnimi patogeni , in molekularni vzorci, povezani s poškodbami (DAMP), ki so povezani s komponentami gostiteljskih celic, ki se sproščajo med celično poškodbo ali celično smrtjo. [23]
Prepoznavanje zunajceličnih ali endosomskih PAMP posredujejo transmembranski proteini , znani kot toll-like receptorji (TLR). [24] TLR-ji imajo tipičen strukturni motiv, ponovitve, bogate z levcinom (LRR-ji) , ki jim dajejo ukrivljeno obliko. [25] Tollu podobne receptorje so prvič odkrili pri Drosophili in sprožijo sintezo in izločanje citokinov ter aktivacijo drugih obrambnih programov gostitelja, ki so potrebni tako za prirojene kot za adaptivne imunske odzive. Pri ljudeh je bilo opisanih deset toll-podobnih receptorjev. [26]
Celice prirojenega imunskega sistema imajo v notranjosti receptorje za prepoznavanje vzorcev, ki zaznajo okužbo ali poškodbo celice. Trije glavni razredi teh "citosolnih" receptorjev so NOD-podobni receptorji , RIG (retinoic acid inducible gen) podobni receptorji in citosolni DNA senzorji. [27]
Slika normalne krožeče človeške krvi z vrstičnim elektronskim mikroskopom . Vidimo lahko rdeče krvne celice , več grčastih belih krvnih celic , vključno z limfociti , monocitom , nevtrofilcem in številnimi majhnimi trombociti v obliki diska .
Nekateri levkociti (bele krvničke) delujejo kot neodvisni enocelični organizmi in so druga roka prirojenega imunskega sistema. Prirojeni levkociti vključujejo "profesionalne" fagocite ( makrofage , nevtrofilce in dendritične celice ). Te celice identificirajo in odstranijo patogene, bodisi tako, da napadejo večje patogene s stikom ali tako, da zajamejo in nato ubijejo mikroorganizme. Druge celice, ki sodelujejo pri prirojenem odzivu, vključujejo prirojene limfoidne celice , mastocite , eozinofilce , bazofilce in naravne celice ubijalke . [28]
Fagocitoza je pomembna lastnost prirojene celične imunosti, ki jo izvajajo celice, imenovane fagociti, ki zajamejo patogene ali delce. Fagociti običajno patruljirajo po telesu in iščejo patogene, vendar jih citokini lahko prikličejo na določene lokacije. [29] Ko patogen zajame fagocit, se ujame v znotrajcelični mehurček , imenovan fagosom , ki se nato zlije z drugim mehurčkom, imenovanim lizosom , in tvori fagolizosom . Patogen ubije aktivnost prebavnih encimov ali po izbruhu dihanja , ki sprosti proste radikale v fagolizosom. [30] [31]Fagocitoza se je razvila kot sredstvo za pridobivanje hranil , vendar je bila ta vloga razširjena v fagocitih, da je vključevala zajetje patogenov kot obrambni mehanizem. [32] Fagocitoza verjetno predstavlja najstarejšo obliko obrambe gostitelja, saj so fagocite identificirali tako pri vretenčarjih kot pri nevretenčarjih. [33]
Nevtrofilci in makrofagi so fagociti, ki potujejo po telesu v iskanju invazivnih patogenov. [34] Nevtrofilci se običajno nahajajo v krvnem obtoku in so najbolj razširjena vrsta fagocitov, saj predstavljajo 50 % do 60 % vseh levkocitov v obtoku. [35] Med akutno fazo vnetja nevtrofilci migrirajo proti mestu vnetja v procesu, imenovanem kemotaksa , in so običajno prve celice, ki prispejo na mesto okužbe. Makrofagi so vsestranske celice, ki se nahajajo v tkivih in proizvajajo vrsto kemikalij, vključno z encimi, beljakovinami komplementa, in citokini, medtem ko lahko delujejo tudi kot čistilci, ki telo osvobodijo izrabljenih celic in drugih ostankov, ter kot celice, ki predstavljajo antigene (APC), ki aktivirajo prilagodljivi imunski sistem. [36]
Dendritične celice so fagociti v tkivih, ki so v stiku z zunanjim okoljem; zato se nahajajo predvsem v koži , nosu , pljučih, želodcu in črevesju. [37] Imenujeta se po svoji podobnosti z nevronskimi dendriti , saj imata oba veliko hrbtenicam podobnih izrastkov. Dendritične celice služijo kot povezava med telesnimi tkivi ter prirojenim in adaptivnim imunskim sistemom, saj predstavljajo antigene celicam T , eni od ključnih vrst celic adaptivnega imunskega sistema. [37]
Granulociti so levkociti, ki imajo v citoplazmi zrnca. V to kategorijo spadajo nevtrofilci, mastociti, bazofili in eozinofili. Mastociti se nahajajo v vezivnih tkivih in sluznicah ter uravnavajo vnetni odziv. [38] Najpogosteje so povezani z alergijo in anafilaksijo . [35] Bazofili in eozinofili so sorodni nevtrofilcem. Izločajo kemične mediatorje, ki sodelujejo pri obrambi pred paraziti in igrajo vlogo pri alergijskih reakcijah, kot je astma . [39]
Prirojene limfoidne celice (ILC) so skupina prirojenih imunskih celic, ki izhajajo iz skupnega limfoidnega prednika in pripadajo limfoidni liniji . Te celice so opredeljene z odsotnostjo antigen specifičnega receptorja celic B ali T (TCR) zaradi pomanjkanja gena za aktiviranje rekombinacije . ILC ne izražajo markerjev mieloidnih ali dendritičnih celic. [40]
Naravne celice ubijalke (NK celice) so limfociti in sestavni del prirojenega imunskega sistema, ki ne napada neposredno napadajočih mikrobov. [41] Namesto tega celice NK uničijo ogrožene gostiteljske celice, kot so tumorske celice ali celice, okužene z virusom, pri čemer takšne celice prepoznajo po stanju, znanem kot "manjkajoči jaz". Ta izraz opisuje celice z nizkimi ravnmi markerja celične površine, imenovanega MHC I ( glavni histokompatibilni kompleks ) – stanje, ki se lahko pojavi pri virusnih okužbah gostiteljskih celic. [42] NK celice ne prepoznajo in ne napadejo normalnih telesnih celic, ker izražajo intaktne lastne antigene MHC. Te antigene MHC prepoznajo imunoglobulinski receptorji celic ubijalk, ki v bistvu zavirajo NK celice. [43]
Vnetje
Vnetje je eden prvih odzivov imunskega sistema na okužbo. [44] Simptomi vnetja so rdečina, oteklina, vročina in bolečina, ki so posledica povečanega pretoka krvi v tkivo. Vnetje povzročajo eikozanoidi in citokini , ki jih sproščajo poškodovane ali okužene celice. Eikozanoidi vključujejo prostaglandine , ki povzročajo zvišano telesno temperaturo in širjenje krvnih žil , povezanih z vnetjem, in levkotriene , ki pritegnejo nekatere bele krvne celice (levkocite). [45] [46] Pogosti citokini vključujejo interlevkineki so odgovorni za komunikacijo med belimi krvnimi celicami; kemokini , ki spodbujajo kemotaksijo ; in interferoni , ki imajo protivirusne učinke, kot je zaustavitev sinteze beljakovin v gostiteljski celici. [47] Lahko se sproščajo tudi rastni faktorji in citotoksični faktorji. Ti citokini in druge kemikalije rekrutirajo imunske celice na mesto okužbe in spodbujajo celjenje morebitnega poškodovanega tkiva po odstranitvi patogenov. [48] Receptorji za prepoznavanje vzorcev, imenovani inflamasomiso multiproteinski kompleksi (sestavljeni iz NLR, adapterskega proteina ASC in efektorske molekule pro-kaspaze-1), ki nastanejo kot odziv na citosolne PAMP in DAMP, katerih funkcija je ustvarjanje aktivnih oblik vnetnih citokinov IL-1β in IL. -18. [49]
Humoralna obramba
Sistem komplementa je biokemična kaskada , ki napada površine tujih celic. Vsebuje več kot 20 različnih beljakovin in je dobil ime po svoji sposobnosti, da "dopolnjuje" ubijanje patogenov s protitelesi . Komplement je glavna humoralna komponenta prirojenega imunskega odziva. [50] [51] Mnoge vrste imajo sistem komplementa, vključno z nesesalci, kot so rastline, ribe in nekateri nevretenčarji . [52] Pri ljudeh se ta odziv aktivira z vezavo komplementa na protitelesa, ki so pritrjena na te mikrobe, ali z vezavo proteinov komplementa na ogljikove hidrate na površini mikrobov . To priznanjesignal sproži hiter odziv na ubijanje. [53] Hitrost odziva je posledica ojačanja signala, do katerega pride po zaporedni proteolitični aktivaciji molekul komplementa, ki so prav tako proteaze. Ko se proteini komplementa prvotno vežejo na mikrob, aktivirajo svojo proteazno aktivnost, ta pa aktivira druge proteaze komplementa itd. To povzroči katalitično kaskado, ki ojača začetni signal z nadzorovano pozitivno povratno informacijo . [54] Posledica kaskade je proizvodnja peptidov, ki pritegnejo imunske celice, povečajo žilno prepustnost in opsonizirajo(obloži) površino patogena in jo označi za uničenje. To odlaganje komplementa lahko tudi neposredno ubije celice tako, da prekine njihovo plazemsko membrano . [50]
Prilagodljiv imunski sistem
Pregled procesov, vključenih v primarni imunski odziv
Prilagodljivi imunski sistem se je razvil pri zgodnjih vretenčarjih in omogoča močnejši imunski odziv kot tudi imunološki spomin , kjer se vsak patogen "zapomni" s podpisnim antigenom. [55] Prilagodljivi imunski odziv je specifičen za antigen in zahteva prepoznavanje specifičnih "ne-lastih" antigenov med procesom, imenovanim predstavitev antigena . Specifičnost antigena omogoča ustvarjanje odzivov, ki so prilagojeni specifičnim patogenom ali celicam, okuženim s patogeni. Sposobnost vzpostavitve teh prilagojenih odzivov v telesu vzdržujejo "spominske celice". Če patogen okuži telo več kot enkrat, se te specifične spominske celice uporabijo za njegovo hitro odstranitev. [56]
Prepoznavanje antigena
Celice adaptivnega imunskega sistema so posebne vrste levkocitov, imenovane limfociti. Celice B in celice T so glavne vrste limfocitov in izvirajo iz hematopoetskih izvornih celic v kostnem mozgu . Celice B sodelujejo pri humoralnem imunskem odzivu , medtem ko celice T sodelujejo pri celično posredovanem imunskem odzivu . T-celice ubijalke prepoznajo samo antigene, povezane z molekulami MHC razreda I , medtem ko T-celice pomočnice in regulatorne celice T prepoznajo samo antigene, povezane z MHC razreda IImolekule. Ta dva mehanizma predstavitve antigena odražata različne vloge obeh vrst celic T. Tretji, manjši podtip so celice γδ T , ki prepoznajo nedotaknjene antigene, ki niso vezani na receptorje MHC. Dvojno pozitivne celice T so izpostavljene širokemu spektru lastnih antigenov v timusu , v katerem je jod potreben za razvoj in delovanje timusa. V nasprotju s tem je receptor, specifičen za antigen B-celice, molekula protitelesa na površini B-celice in prepozna naravni (nepredelani) antigen brez kakršne koli potrebe po obdelavi antigena .. Takšni antigeni so lahko velike molekule, ki jih najdemo na površini patogenov, lahko pa so tudi majhni hapteni (kot je penicilin), pritrjeni na nosilno molekulo. Vsaka linija celic B izraža drugačna protitelesa, tako da celoten niz receptorjev za antigen B celic predstavlja vsa protitelesa, ki jih telo lahko proizvede. Ko celice B ali T naletijo na svoje sorodne antigene, se pomnožijo in nastane veliko "klonov" celic, ki ciljajo na isti antigen. To se imenuje klonska selekcija .
Predstavitev antigena limfocitom T
Tako B celice kot T celice nosijo receptorske molekule, ki prepoznajo specifične tarče. T-celice prepoznajo "ne-lastno" tarčo, kot je patogen, šele potem, ko so bili antigeni (majhni fragmenti patogena) obdelani in predstavljeni v kombinaciji s "samo" receptorjem, imenovanim molekula glavnega histokompatibilnega kompleksa (MHC).
Celično posredovana imunost
Obstajata dve veliki podvrsti celic T: celica T ubijalka in celica T pomočnica . Poleg tega obstajajo regulatorne celice T , ki imajo vlogo pri moduliranju imunskega odziva.
T-celice ubijalke
T-celice ubijalke so podskupina T-celic, ki ubijajo celice, okužene z virusi (in drugimi patogeni) ali so kako drugače poškodovane ali nedelujoče. [64] Kot pri celicah B tudi vsak tip celice T prepozna drugačen antigen. T-celice ubijalke se aktivirajo, ko tvorijo pore v plazemski membrani ciljne celice , kar omogoča vstop ionov , vode in toksinov. Vstop drugega toksina, imenovanega granulizin (proteaza), povzroči apoptozo ciljne celice . T-celični receptor veže na ta specifični antigen v kompleksu z MHC-receptorjem razreda I druge celice. Pri prepoznavanju tega kompleksa MHC:antigen pomaga koreceptor na celici T, imenovan CD8 . Celica T nato potuje po telesu v iskanju celic, kjer receptorji MHC I nosijo ta antigen. Ko aktivirana T celica pride v stik s takšnimi celicami, sprosti citotoksine , kot je perforin Ubijanje T celic gostiteljskih celic je še posebej pomembno pri preprečevanju replikacije virusov. Aktivacija T-celic je strogo nadzorovana in na splošno zahteva zelo močan aktivacijski signal MHC/antigena ali dodatne aktivacijske signale, ki jih zagotavljajo "pomožne" T-celice (glejte spodaj).
Pomožne celice T
T-celice pomočnice uravnavajo tako prirojene kot adaptivne imunske odzive in pomagajo določiti, kateri imunski odziv se telo odzove na določen patogen. Te celice nimajo citotoksične aktivnosti in ne ubijajo okuženih celic ali neposredno čistijo patogenov. Namesto tega nadzorujejo imunski odziv tako, da usmerjajo druge celice k opravljanju teh nalog.
T-celice pomočnice izražajo T-celične receptorje, ki prepoznajo antigen, vezan na molekule MHC razreda II. Kompleks MHC:antigen prepozna tudi koreceptor CD4 celice pomočnice , ki rekrutira molekule znotraj celice T (kot je Lck ), ki so odgovorne za aktivacijo celice T. Pomožne T-celice imajo šibkejšo povezavo s kompleksom MHC:antigen, kot opažamo pri T-celicah ubijalkah, kar pomeni, da mora biti veliko receptorjev (okoli 200–300) na celici T-pomožnici vezanih na MHC:antigen, da aktivirajo celico pomočnico, medtem ko so celice ubijalke Celice T se lahko aktivirajo z vključitvijo ene same MHC:antigenske molekule. Aktivacija celic T pomočnic zahteva tudi daljše trajanje sodelovanja s celico, ki predstavlja antigen. Aktivacija T-celice pomočnice v mirovanju povzroči sproščanje citokinov, ki vplivajo na aktivnost številnih vrst celic. Citokinski signali, ki jih proizvajajo T-celice pomočnice, povečajo mikrobicidno delovanje makrofagov in aktivnost T-celic ubijalk. Poleg tega aktivacija T-celic pomočnic povzroči regulacijo molekul, izraženih na površini T-celic, kot je ligand CD40 (imenovan tudi CD154 ), ki zagotavlja dodatne stimulativne signale, ki so običajno potrebni za aktiviranje B-celic, ki proizvajajo protitelesa.
Gama delta T celice
T-celice gama delta (γδ T-celice) imajo alternativni T-celični receptor (TCR) v nasprotju s CD4+ in CD8+ (αβ) T-celicami in imajo enake značilnosti T-celic pomočnic, citotoksičnih T-celic in NK-celic. Pogoji, ki povzročajo odzive celic γδ T, niso popolnoma razumljeni. Tako kot druge 'nekonvencionalne' podskupine celic T, ki nosijo invariantne TCR, kot so CD1d -omejene naravne celice T ubijalke , celice γδ T prečkajo mejo med prirojeno in adaptivno imunostjo. [72] Po eni strani so celice γδ T sestavni del adaptivne imunosti, saj preurejajo gene TCRza ustvarjanje raznolikosti receptorjev in lahko razvije tudi spominski fenotip. Po drugi strani pa so različne podskupine tudi del prirojenega imunskega sistema, saj se lahko kot receptorji za prepoznavanje vzorcev uporabljajo omejeni receptorji TCR ali NK . Na primer, veliko število človeških celic T Vγ9/Vδ2 se v nekaj urah odzove na običajne molekule, ki jih proizvajajo mikrobi, zelo omejene celice Vδ1+ T v epiteliju pa se odzovejo na obremenjene epitelijske celice.
Humoralni imunski odziv
Protitelo je sestavljeno iz dveh težkih verig in dveh lahkih verig. Edinstvena variabilna regija omogoča protitelesu, da prepozna svoj ujemajoči se antigen.
Celica B identificira patogene, ko se protitelesa na njeni površini vežejo na specifičen tuji antigen. [74] Ta kompleks antigen/protitelo prevzame celica B in ga predela s proteolizo v peptide . Celica B nato prikaže te antigenske peptide na svojih površinskih molekulah MHC razreda II. Ta kombinacija MHC in antigena pritegne ujemajočo se celico T pomočnico, ki sprosti limfokine in aktivira celico B. [75] Ko se aktivirana celica B nato začne deliti , njeni potomci ( plazemske celice ) krvna plazma in limfa izločijo na milijone kopij protitelesa, ki prepozna ta antigen. Ta protitelesa krožijo v , se vežejo na patogene, ki izražajo antigen, in jih označijo za uničenje z aktivacijo komplementa ali za privzem in uničenje s fagociti . Protitelesa lahko tudi neposredno nevtralizirajo izzive, z vezavo na bakterijske toksine ali z motnjami v receptorjih, ki jih virusi in bakterije uporabljajo za okužbo celic.
Novorojenčki še niso bili izpostavljeni mikrobom in so še posebej občutljivi na okužbe. Več plasti pasivne zaščite zagotavlja mati. Med nosečnostjo se posebna vrsta protiteles, imenovana IgG , prenaša od matere do otroka neposredno skozi placento , zato imajo človeški dojenčki visoko raven protiteles že ob rojstvu z enakim obsegom antigenskih specifičnosti kot njihova mati. Materino mleko ali kolostrum vsebuje tudi protitelesa, ki se prenesejo v črevesje dojenčka in ščitijo pred bakterijskimi okužbami, dokler novorojenček ne more sintetizirati lastnih protiteles. To je pasivna imunost, ker plodpravzaprav ne tvori nobenih spominskih celic ali protiteles – le sposodi jih. Ta pasivna imunost je običajno kratkotrajna in traja od nekaj dni do nekaj mesecev. V medicini se zaščitna pasivna imunost lahko prenaša tudi umetno z enega posameznika na drugega.
Imunološki spomin
Ko se celice B in celice T aktivirajo in se začnejo razmnoževati, nekateri njihovi potomci postanejo dolgožive spominske celice. Skozi celotno življenjsko dobo živali si te spominske celice zapomnijo vsakega specifičnega patogena, na katerega so naleteli, in lahko sprožijo močan odziv, če je patogen ponovno odkrit. To je "prilagodljivo", ker se pojavi med življenjem posameznika kot prilagoditev na okužbo s tem patogenom in pripravi imunski sistem na prihodnje izzive. Imunološki spomin je lahko v obliki pasivnega kratkoročnega spomina ali aktivnega dolgoročnega spomina. [80]
Fiziološka regulacija
Časovni potek imunskega odziva se začne z začetnim srečanjem s patogenom (ali začetnim cepljenjem) in vodi do oblikovanja in vzdrževanja aktivnega imunološkega spomina.
Imunski sistem je vključen v številne vidike fiziološke regulacije v telesu. Imunski sistem tesno sodeluje z drugimi sistemi, kot sta endokrini in živčni sistem. Imunski sistem ima tudi ključno vlogo pri embriogenezi (razvoju zarodka), pa tudi pri popravljanju in regeneraciji tkiv .
Hormoni
Hormoni lahko delujejo kot imunomodulatorji in spremenijo občutljivost imunskega sistema. Na primer, ženski spolni hormoni so znani imunostimulatorji tako adaptivnih kot prirojenih imunskih odzivov. Nekatere avtoimunske bolezni, kot je eritematozni lupus, prizadenejo predvsem ženske, njihov začetek pa pogosto sovpada s puberteto . Nasprotno pa se zdi, da moški spolni hormoni, kot je testosteron, delujejo imunosupresivno . Videti je, da tudi drugi hormoni uravnavajo imunski sistem, predvsem prolaktin , rastni hormon invitamin D.
vitamin D
Čeprav celične študije kažejo, da ima vitamin D receptorje in verjetne funkcije v imunskem sistemu, ni kliničnih dokazov , ki bi dokazovali, da pomanjkanje vitamina D poveča tveganje za imunske bolezni ali da dodajanje vitamina D zmanjša tveganje za imunske bolezni. Poročilo Medicinskega inštituta Združenih držav Amerike iz leta 2011 navaja, da "rezultatov, povezanih z ... delovanjem imunskega sistema in avtoimunskimi motnjami ter okužbami ... ni mogoče zanesljivo povezati z vnosom kalcija ali vitamina D in so si pogosto nasprotujoči."
Spanje in počitek
Spanje in počitek vplivata na imunski sistem, pomanjkanje spanja pa škoduje delovanju imunskega sistema. Kompleksne povratne zanke, ki vključujejo citokine , kot sta interlevkin-1 in faktor tumorske nekroze-α , ki nastanejo kot odziv na okužbo, prav tako igrajo vlogo pri uravnavanju spanja brez hitrega gibanja oči ( REM ). Tako lahko imunski odziv na okužbo povzroči spremembe cikla spanja, vključno s povečanjem počasnega spanja v primerjavi s spanjem REM.
Pri ljudeh s pomanjkanjem spanja imajo lahko aktivne imunizacije zmanjšan učinek in lahko povzročijo manjšo proizvodnjo protiteles in nižji imunski odziv, kot bi ga opazili pri dobro spočitem posamezniku. [97] Poleg tega lahko na beljakovine, kot je NFIL3 , za katere se je izkazalo, da so tesno prepletene tako z diferenciacijo T-celic kot s cirkadianimi ritmi , vpliva motnja ciklov naravne svetlobe in teme zaradi primerov pomanjkanja spanja. Te motnje lahko povzročijo povečanje kroničnih stanj, kot so bolezni srca, kronične bolečine in astma.
Poleg negativnih posledic pomanjkanja spanja se je izkazalo, da imata spanje in prepleteni cirkadiani sistem močne regulativne učinke na imunološke funkcije, ki vplivajo na prirojeno in adaptivno imunost. Prvič, v zgodnji fazi počasnega spanca nenaden padec ravni kortizola , epinefrina in norepinefrina v krvi povzroči zvišane ravni hormonov leptina , hipofiznega rastnega hormona in prolaktina v krvi . Ti signali inducirajo vnetno stanje s proizvodnjo protivnetnih citokinov interlevkin-1, interlevkin-12 , TNF-alfa in IFN-gama. Ti citokini nato stimulirajo imunske funkcije, kot so aktivacija, proliferacija in diferenciacija imunskih celic . V tem času počasi razvijajočega se adaptivnega imunskega odziva je vrh v nediferenciranih ali manj diferenciranih celicah, kot so naivne in centralne spominske celice T. Poleg teh učinkov okolje hormonov, ki nastajajo v tem času (leptin, hipofizni rastni hormon in prolaktin), podpira interakcije med APC in T-celicami, premik ravnotežja citokinov T h 1/T ki podpira T h 1, povečanje celotnega T celično proliferacijo in naivno migracijo celic T v bezgavke. To naj bi tudi podpiralo nastanek dolgotrajnega imunskega spomina s sprožitvijo imunskih odzivov Th1.
V obdobjih budnosti diferencirane efektorske celice, kot so citotoksične naravne celice ubijalke in citotoksični limfociti T, dosežejo vrhunec, da izzovejo učinkovit odziv proti vsem vdorom patogenov. Protivnetne molekule, kot so kortizol in kateholamini , prav tako dosežejo vrhunec v času budnosti. Vnetje bi povzročilo resne kognitivne in telesne okvare, če bi se pojavilo med časom budnosti, vnetje pa se lahko pojavi med časom spanja zaradi prisotnosti melatonina . Vnetje povzroča veliko oksidativnega stresa in prisotnost melatonina v času spanja bi lahko aktivno preprečila nastajanje prostih radikalov v tem času. [99] [100]
Psihične vaje
Telesna vadba pozitivno vpliva na imunski sistem in glede na pogostost in intenzivnost se ublažijo patogeni učinki bolezni, ki jih povzročajo bakterije in virusi. Takoj po intenzivni vadbi pride do prehodne imunodepresije, kjer se zmanjša število krožečih limfocitov in proizvodnja protiteles upade. To lahko povzroči okno priložnosti za okužbo in ponovno aktivacijo latentnih virusnih okužb, vendar dokazi niso prepričljivi.
Spremembe na celični ravni
Štirje nevtrofilci v krvnem filmu, obarvanem z Giemso
Med vadbo se poveča število krožečih belih krvnih celic vseh vrst. To je posledica sile trenja krvi, ki teče po površini endotelijskih celic, in kateholaminov , ki vplivajo na β-adrenergične receptorje (βAR). [102] Število nevtrofilcev v krvi se poveča in ostane povišano do šest ur, prisotne pa so tudi nezrele oblike . Čeprav je povečanje števila nevtrofilcev (» nevtrofilija «) podobno tistemu, ki ga opazimo med bakterijskimi okužbami, se po vadbi celična populacija povrne na normalno vrednost za približno 24 ur.
Število krožečih limfocitov (predvsem naravnih celic ubijalk ) se med intenzivno vadbo zmanjša, vendar se po 4 do 6 urah povrne na normalno vrednost. Čeprav odmre do 2 % celic, večina migrira iz krvi v tkiva, predvsem v črevesje in pljuča, kjer se najverjetneje pojavijo patogeni .
Nekateri monociti zapustijo krvni obtok in migrirajo v mišice, kjer se diferencirajo in postanejo makrofagi . Te celice se razlikujejo v dve vrsti: proliferativne makrofage, ki so odgovorni za povečanje števila izvornih celic , in obnovitvene makrofage, ki so vključeni v njihovo zorenje v mišične celice.
Popravilo in regeneracija
Imunski sistem, zlasti prirojena komponenta, ima odločilno vlogo pri obnovi tkiva po poškodbi . Ključni akterji vključujejo makrofage in nevtrofilce , vendar so pomembni tudi drugi celični akterji, vključno s celicami γδ T , prirojenimi limfoidnimi celicami (ILC) in regulatornimi T celicami (Tregs). Plastičnost imunskih celic in ravnovesje med vnetnimi in protivnetnimi signali sta ključna vidika učinkovitega obnavljanja tkiva. Imunske komponente in poti so prav tako vključene v regeneracijo, na primer pri dvoživkah , kot je regeneracija uda aksolota, . Po eni hipotezi so organizmi, ki se lahko regenerirajo (npr . aksolotli ) so lahko manj imunsko kompetentni kot organizmi, ki se ne morejo regenerirati.
Motnje človeške imunosti
Pojavijo se neuspehi obrambe gostitelja in spadajo v tri širše kategorije: imunske pomanjkljivosti, avtoimunost in preobčutljivost.
Imunske pomanjkljivosti
Imunske pomanjkljivosti se pojavijo, ko je ena ali več komponent imunskega sistema neaktivnih. Sposobnost imunskega sistema, da se odzove na patogene, je zmanjšana tako pri mladih kot pri starejših , pri čemer imunski odziv začne upadati pri približno 50. letu starosti zaradi oslabitve imunosti . V razvitih državah so debelost , alkoholizem in uporaba drog pogosti vzroki za slabo delovanje imunskega sistema, medtem ko je podhranjenost najpogostejši vzrok za imunsko pomanjkljivost v državah v razvoju . Prehrana s pomanjkanjem beljakovin je povezana z oslabljeno celično posredovano imunostjo, aktivnostjo komplementa, funkcijo fagocitov, koncentracijo protiteles IgA in proizvodnjo citokinov. Poleg tega izguba timusa v zgodnji starosti zaradi genetske mutacije ali kirurške odstranitve povzroči hudo imunsko pomanjkljivost in visoko dovzetnost za okužbe. Imunske pomanjkljivosti so lahko tudi podedovane ali " pridobljene ". Huda kombinirana imunska pomanjkljivost je redka genetska motnja , za katero je značilen moten razvoj funkcionalnih celic T in celic B, ki ga povzročajo številne genetske mutacije. Kronična granulomatozna bolezen , kjer imajo fagociti zmanjšano sposobnost uničenja patogenov, je primer podedovane ali prirojene imunske pomanjkljivosti . AIDS in nekatere vrste raka povzročajo pridobljeno imunsko pomanjkljivost.
Avtoimunost
Sklepi roke so otečeni in deformirani zaradi revmatoidnega artritisa , avtoimunske motnje
Prekomerni imunski odzivi tvorijo drugi konec imunske disfunkcije, zlasti avtoimunskih bolezni . Tukaj imunski sistem ne uspe pravilno razlikovati med samim seboj in ne-seboj in napade del telesa. V normalnih okoliščinah številne celice T in protitelesa reagirajo s "samo" peptidi. Ena od funkcij specializiranih celic (ki se nahajajo v timusu in kostnem mozgu) je predstaviti mladim limfocitom lastne antigene , ki nastajajo po vsem telesu, in odstraniti tiste celice, ki prepoznajo lastne antigene , kar preprečuje avtoimunost. Pogoste avtoimunske bolezni vključujejo Hashimotov tiroiditis , revmatoidni artritis , diabetes mellitus tipa 1 , in sistemski eritematozni lupus .
Preobčutljivost
Preobčutljivost je imunski odziv, ki poškoduje lastna tkiva telesa. Razdeljen je v štiri razrede (tip I – IV) glede na vključene mehanizme in časovni potek preobčutljivostne reakcije. Preobčutljivost tipa I je takojšnja ali anafilaktična reakcija, ki je pogosto povezana z alergijo. Simptomi lahko segajo od blagega neugodja do smrti. Preobčutljivost tipa I posreduje IgE , ki sproži degranulacijo mastocitov in bazofilcev , ko jih zamreži antigen. Preobčutljivost tipa II se pojavi, ko se protitelesa vežejo na antigene na lastnih celicah posameznika in jih označijo za uničenje. To imenujemo tudi od protiteles odvisna (ali citotoksična) preobčutljivost in je posledicaprotitelesa IgG in IgM . Imunski kompleksi (agregacije antigenov, proteinov komplementa in protiteles IgG in IgM), odloženi v različnih tkivih, sprožijo preobčutljivostne reakcije tipa III. Preobčutljivost tipa IV (znana tudi kot celično posredovana ali zapoznela preobčutljivost ) običajno traja od dva do tri dni, da se razvije. Reakcije tipa IV so vključene v številne avtoimunske in nalezljive bolezni, lahko pa vključujejo tudi kontaktni dermatitis. Te reakcije posredujejo celice T , monociti in makrofagi .
Idiopatsko vnetje
Vnetje je eden prvih odzivov imunskega sistema na okužbo, vendar se lahko pojavi brez znanega vzroka.
Vnetje povzročajo eikozanoidi in citokini , ki jih sproščajo poškodovane ali okužene celice. Eikozanoidi vključujejo prostaglandine , ki povzročajo zvišano telesno temperaturo in širjenje krvnih žil , povezanih z vnetjem, in levkotriene , ki pritegnejo nekatere bele krvne celice (levkocite). Pogosti citokini vključujejo interlevkine , ki so odgovorni za komunikacijo med belimi krvnimi celicami; kemokini , ki spodbujajo kemotaksijo ; in interferoni , ki imajo protivirusne učinke, kot je zaustavitev sinteze beljakovin v gostiteljski celici. Lahko se sproščajo tudi rastni faktorji in citotoksični faktorji. Ti citokini in druge kemikalije rekrutirajo imunske celice na mesto okužbe in spodbujajo celjenje morebitnega poškodovanega tkiva po odstranitvi patogenov.
Manipulacija v medicini
Skeletna strukturna formula imunosupresivnega zdravila deksametazon
Imunski odziv je mogoče manipulirati za zatiranje neželenih odzivov, ki so posledica avtoimunosti, alergije in zavrnitve presadka , ter za spodbujanje zaščitnih odzivov proti patogenom, ki se v veliki meri izmikajo imunskemu sistemu (glejte imunizacijo ) ali raku.
Imunosupresija
Imunosupresivna zdravila se uporabljajo za nadzor avtoimunskih motenj ali vnetij , ko pride do prekomerne poškodbe tkiva, in za preprečevanje zavrnitve po presaditvi organa .
Protivnetna zdravila se pogosto uporabljajo za obvladovanje učinkov vnetja. Glukokortikoidi so najmočnejši med temi zdravili in imajo lahko številne neželene stranske učinke , kot so centralna debelost , hiperglikemija in osteoporoza . Njihova uporaba je strogo nadzorovana. Nižji odmerki protivnetnih zdravil se pogosto uporabljajo v povezavi s citotoksičnimi ali imunosupresivnimi zdravili, kot sta metotreksat ali azatioprin .
Citotoksična zdravila zavirajo imunski odziv z ubijanjem delečih se celic, kot so aktivirane celice T. To ubijanje je nediskriminatorno in prizadete so druge nenehno deleče celice in njihovi organi, kar povzroča toksične stranske učinke. [125] Imunosupresivna zdravila, kot je ciklosporin , preprečujejo celicam T, da bi se pravilno odzvale na signale, tako da zavirajo poti prenosa signala .
Cepljenje
Cepljenje proti otroški paralizi v Egiptu
Dolgoročni aktivni spomin se pridobi po okužbi z aktivacijo celic B in T. Aktivno imunost lahko ustvarimo tudi umetno, s cepljenjem . Načelo v ozadju cepljenja (imenovanega tudi imunizacija ) je uvedba antigena iz patogena, da se spodbudi imunski sistem in razvije specifična imunost proti določenemu patogenu, ne da bi se povzročila bolezen, povezana s tem organizmom. Ta namerna indukcija imunskega odziva je uspešna, ker izkorišča naravno specifičnost imunskega sistema, pa tudi njegovo inducibilnost. Ker nalezljive bolezni ostajajo eden glavnih vzrokov smrti v človeški populaciji, je cepljenje najučinkovitejša manipulacija imunskega sistema, ki ga je človeštvo razvilo.
Številna cepiva temeljijo na acelularnih komponentah mikroorganizmov, vključno z neškodljivimi sestavinami toksinov . Ker mnogi antigeni, pridobljeni iz acelularnih cepiv, ne inducirajo močno adaptivnega odziva, je večina bakterijskih cepiv opremljena z dodatnimi adjuvansi , ki aktivirajo celice prirojenega imunskega sistema, ki predstavljajo antigen, in povečajo imunogenost .
Tumorska imunologija
Druga pomembna vloga imunskega sistema je prepoznavanje in odpravljanje tumorjev . To se imenuje imunski nadzor . Transformirane celice tumorjev izražajo antigene , ki jih na normalnih celicah ni. Imunskemu sistemu se ti antigeni zdijo tujki in njihova prisotnost povzroči, da imunske celice napadejo transformirane tumorske celice. Antigeni, ki jih izražajo tumorji, imajo več virov; nekateri izvirajo iz onkogenih virusov, kot je humani papiloma virus , ki povzroča raka materničnega vratu , vulve , vagine , penisa , anusa, usta in grlo , medtem ko so drugi lastni proteini organizma, ki se pojavljajo v nizkih ravneh v normalnih celicah, vendar dosežejo visoke ravni v tumorskih celicah. En primer je encim, imenovan tirozinaza , ki, ko je izražen na visokih ravneh, spremeni nekatere kožne celice (na primer melanocite ) v tumorje, imenovane melanomi . Tretji možni vir tumorskih antigenov so beljakovine, ki so običajno pomembne za uravnavanje celične rasti in preživetja, ki običajno mutirajo v molekule, ki povzročajo raka, imenovane onkogeni .
Makrofagi so identificirali rakavo celico (veliko, koničasto maso). Ko se zlijejo z rakavo celico, makrofagi (manjše bele celice) vbrizgajo toksine, ki ubijejo tumorsko celico. Imunoterapija za zdravljenje raka je aktivno področje medicinskih raziskav.
Glavni odziv imunskega sistema na tumorje je uničenje nenormalnih celic z uporabo celic T ubijalk, včasih s pomočjo celic T pomočnic. Tumorski antigeni so predstavljeni na molekulah MHC razreda I na podoben način kot virusni antigeni. To omogoča celicam T ubijalkam, da prepoznajo tumorsko celico kot nenormalno. Tudi NK celice ubijajo tumorske celice na podoben način, še posebej, če imajo tumorske celice manj molekul MHC razreda I na svoji površini kot običajno; to je pogost pojav pri tumorjih. Včasih proti tumorskim celicam nastanejo protitelesa, ki omogočijo njihovo uničenje s sistemom komplementa .
Nekateri tumorji se izognejo imunskemu sistemu in postanejo raki. Tumorske celice imajo pogosto zmanjšano število molekul MHC razreda I na svoji površini, s čimer se izognejo odkrivanju celic T ubijalk. Nekatere tumorske celice sproščajo tudi produkte, ki zavirajo imunski odziv; na primer z izločanjem citokina TGF-β , ki zavira aktivnost makrofagov in limfocitov . Poleg tega se lahko razvije imunološka toleranca proti tumorskim antigenom, tako da imunski sistem ne napada več tumorskih celic.
Paradoksalno je, da lahko makrofagi spodbujajo rast tumorja, ko tumorske celice pošiljajo citokine, ki pritegnejo makrofage, ti pa nato ustvarjajo citokine in rastne faktorje, kot je faktor tumorske nekroze alfa , ki spodbujajo razvoj tumorja ali spodbujajo plastičnost, podobno matičnim celicam. Poleg tega kombinacija hipoksije v tumorju in citokina, ki ga proizvajajo makrofagi, inducira tumorske celice, da zmanjšajo proizvodnjo proteina, ki blokira metastaze in s tem pomaga pri širjenju rakavih celic. Protitumorski makrofagi M1 se rekrutirajo v zgodnjih fazah razvoja tumorja, vendar se postopoma diferencirajo v M2 s protitumorskim učinkom, imunosupresorskim stikalom. Hipoksija zmanjša proizvodnjo citokinov za protitumorski odziv in postopoma makrofagi pridobijo pro-tumorske funkcije M2, ki jih poganja tumorsko mikrookolje, vključno z IL-4 in IL-10. Imunoterapija raka zajema medicinske načine za spodbujanje imunskega sistema za napad na tumorje raka.
Napovedovanje imunogenosti
Nekatera zdravila lahko povzročijo nevtralizirajoč imunski odziv, kar pomeni, da imunski sistem proizvaja nevtralizirajoča protitelesa , ki preprečujejo delovanje zdravil, zlasti če se zdravila dajejo večkrat ali v večjih odmerkih. To omejuje učinkovitost zdravil, ki temeljijo na večjih peptidih in proteinih (ki so običajno večji od 6000 Da ). V nekaterih primerih zdravilo samo po sebi ni imunogeno, vendar se lahko daje sočasno z imunogeno spojino, kot včasih velja za taksol .. Razvite so bile računalniške metode za napovedovanje imunogenosti peptidov in proteinov, ki so še posebej uporabne pri načrtovanju terapevtskih protiteles, ocenjevanju verjetne virulence mutacij v delcih virusne ovojnice in validaciji predlaganih zdravil, ki temeljijo na peptidih. Zgodnje tehnike so temeljile predvsem na opažanju, da so hidrofilne aminokisline preveč zastopane v epitopskih regijah kot hidrofobne aminokisline; vendar novejši razvoj temelji na tehnikah strojnega učenja, ki uporabljajo baze podatkov obstoječih znanih epitopov, običajno na dobro raziskanih virusnih proteinih, kot nabor za usposabljanje . Vzpostavljena je bila javno dostopna zbirka podatkov za katalogizacijo epitopov patogenov, za katere je znano, da jih celice B prepoznajo. Nastajajoče področje študij imunogenosti, ki temeljijo na bioinformatiki , se imenuje imunoinformatika . Imunoproteomika je preučevanje velikih sklopov beljakovin ( proteomika ), ki sodelujejo pri imunskem odzivu.
Evolucija imunskega sistema
Verjetno je večkomponentni, prilagodljivi imunski sistem nastal s prvimi vretenčarji , saj nevretenčarji ne ustvarjajo limfocitov ali humoralnega odziva na osnovi protiteles. Številne vrste pa uporabljajo mehanizme, za katere se zdi, da so predhodniki teh vidikov imunosti vretenčarjev. Imunski sistemi se pojavijo celo v strukturno najpreprostejših oblikah življenja, pri čemer bakterije uporabljajo edinstven obrambni mehanizem, imenovan sistem restrikcije , da se zaščitijo pred virusnimi patogeni, imenovanimi bakteriofagi . Prokarionti ( bakterije in arheje ) imajo prav tako pridobljeno imunost prek sistema, ki uporabljaSekvence CRISPR za ohranitev fragmentov genomov faga, s katerimi so prišli v stik v preteklosti, kar jim omogoča blokiranje replikacije virusa z obliko interference RNA . Prokarionti imajo tudi druge obrambne mehanizme. Ofenzivni elementi imunskega sistema so prisotni tudi pri enoceličnih evkariontih , vendar je študij o njihovi obrambni vlogi malo.
Receptorji za prepoznavanje vzorcev so beljakovine, ki jih uporabljajo skoraj vsi organizmi za identifikacijo molekul, povezanih s patogeni. Protimikrobni peptidi , imenovani defenzini , so evolucijsko ohranjena komponenta prirojenega imunskega odziva, ki ga najdemo pri vseh živalih in rastlinah, in predstavljajo glavno obliko sistemske imunosti nevretenčarjev. Sistem komplementa in fagocitne celice uporablja tudi večina oblik življenja nevretenčarjev. Ribonukleaze in interferenčna pot RNA so ohranjene pri vseh evkariontih in domnevajo, da igrajo vlogo pri imunskem odzivu na viruse. [162]
V nasprotju z živalmi rastline nimajo fagocitnih celic, vendar številni imunski odzivi rastlin vključujejo sistemske kemične signale, ki jih pošilja rastlina. Posamezne rastlinske celice se odzivajo na molekule, povezane s patogeni, znane kot s patogeni povezani molekularni vzorci ali PAMP. Ko se del rastline okuži, rastlina povzroči lokaliziran preobčutljiv odziv , pri čemer so celice na mestu okužbe podvržene hitri apoptozi , da se prepreči širjenje bolezni na druge dele rastline. Sistemska pridobljena odpornost je vrsta obrambnega odziva, ki ga uporabljajo rastline, zaradi česar je celotna rastlina odporna na določen povzročitelj okužbe. Mehanizmi za utišanje RNK so še posebej pomembni pri tem sistemskem odzivu, saj lahko blokirajo razmnoževanje virusa .
Alternativni adaptivni imunski sistem
Evolucija adaptivnega imunskega sistema se je zgodila pri predniku čeljustnih vretenčarjev . Številne klasične molekule adaptivnega imunskega sistema (na primer imunoglobulini in T-celični receptorji ) obstajajo le pri čeljustnih vretenčarjih. Razločno molekulo, pridobljeno iz limfocitov , so odkrili pri primitivnih brezčeljustnih vretenčarjih , kot sta pinoga in morska morska morska psica . Te živali imajo velik nabor molekul, imenovanih variabilni limfocitni receptorji (VLR), ki so, tako kot antigenski receptorji čeljustnih vretenčarjev, proizvedeni iz le majhnega števila (enega ali dveh) genov .. Verjame se, da te molekule vežejo patogene antigene na podoben način kot protitelesa in z enako stopnjo specifičnosti.
Manipulacija s patogeni
Uspeh katerega koli patogena je odvisen od njegove sposobnosti, da se izogne imunskim odzivom gostitelja. Zato so patogeni razvili več metod, ki jim omogočajo, da uspešno okužijo gostitelja, medtem ko se izognejo odkrivanju ali uničenju s strani imunskega sistema. Bakterije pogosto premagajo fizične ovire z izločanjem encimov, ki prebavijo oviro, na primer z uporabo izločevalnega sistema tipa II . Druga možnost je, da z uporabo sistema izločanja tipa III v gostiteljsko celico vstavijo votlo cev, ki zagotavlja neposredno pot za proteine, da se premaknejo od patogena do gostitelja. Ti proteini se pogosto uporabljajo za zaustavitev obrambe gostitelja.
Strategija izogibanja, ki jo uporablja več patogenov, da bi se izognili prirojenemu imunskemu sistemu, je skrivanje v celicah svojega gostitelja (imenovano tudi znotrajcelična patogeneza ). Tu patogen večino svojega življenjskega cikla preživi znotraj gostiteljskih celic, kjer je zaščiten pred neposrednim stikom z imunskimi celicami, protitelesi in komplementom. Nekateri primeri znotrajceličnih patogenov vključujejo viruse, bakterijo Salmonella , ki povzroča zastrupitev s hrano , in evkariontske parazite, ki povzročajo malarijo ( Plasmodium spp. ) in lišmaniozo ( Leishmania spp. ). Druge bakterije, kot nprMycobacterium tuberculosis , živijo znotraj zaščitne kapsule, ki preprečuje lizo s komplementom. Mnogi patogeni izločajo spojine, ki zmanjšajo ali napačno usmerijo gostiteljev imunski odziv. Nekatere bakterije tvorijo biofilme , da se zaščitijo pred celicami in beljakovinami imunskega sistema. Takšni biofilmi so prisotni pri številnih uspešnih okužbah, kot so kronične okužbe s Pseudomonas aeruginosa in Burkholderia cenocepacia , značilne za cistično fibrozo . Druge bakterije ustvarjajo površinske beljakovine, ki se vežejo na protitelesa, zaradi česar postanejo neučinkovita; primeri vključujejo Streptococcus(protein G), Staphylococcus aureus (protein A) in Peptostreptococcus magnus (protein L).
Mehanizmi, ki se uporabljajo za izogibanje prilagodljivemu imunskemu sistemu, so bolj zapleteni. Najenostavnejši pristop je hitra sprememba neesencialnih epitopov ( aminokislin in/ali sladkorjev) na površini patogena, pri čemer ostanejo esencialni epitopi prikriti. To se imenuje antigenska variacija . Primer je HIV, ki hitro mutira, zato se proteini na njegovi virusni ovojnici , ki so bistveni za vstop v ciljno celico gostitelja, nenehno spreminjajo. Te pogoste spremembe antigenov lahko pojasnijo neuspehe cepiv proti temu virusu. [173] Parazit Trypanosoma bruceiuporablja podobno strategijo, nenehno menja eno vrsto površinskih beljakovin za drugo, kar mu omogoča, da ostane korak pred odzivom protiteles. [174] Maskiranje antigenov z gostiteljskimi molekulami je še ena pogosta strategija za izogibanje odkrivanju s strani imunskega sistema. Pri HIV je ovojnica, ki pokriva virion , oblikovana iz najbolj zunanje membrane gostiteljske celice; zaradi takšnih "samoprikritih" virusov jih imunski sistem težko prepozna kot "ne-lastne" strukture.