Amanda Jastrzębska
Koło Naukowe Biologii Molekularnej
Uniwersytet Warszawski
Czy są tutaj jacyś wielbiciele fantastyki? To FANTASTYCZNIE, ponieważ dzisiaj wyruszymy w podróż rodem z Gwiezdnych Wojen. „Ale ja mam się uczyć na maturę z biologii!” — wykrzyknie zaraz niejeden Maturzysta. Bez obaw, nasz organizm to taka galaktyka, w której bez przerwy mają miejsce rozmaite inwazje, pojedynki i bitwy, dlatego wszystkich Maturzystów zapraszam na pokład.
Na początek zapoznajmy się ze stronami konfliktu. W roli najeźdźców – bakterie, wirusy, grzyby oraz pasożyty. W roli obrońcy – układ odpornościowy, którego rola nie sprowadza się jedynie do walki z podstępnymi nieprzyjaciółmi. Dodatkowo: musi on stale pilnować swoich własnych szeregów i likwidować zdrajców – komórki nowotworowe. Odpieranie ataków wroga oraz utrzymywanie porządku wśród swoich wymaga doskonałej strategii i ścisłej współpracy między oddziałami.
Budowa układu immunologicznego
Główną składową układu immunologicznego, a zarazem newralgicznym graczem w walce przeciwko patogenom, są wyspecjalizowane komórki odpornościowe rozproszone po całym organizmie. Komórki odpornościowe, inaczej zwane leukocytami lub białymi krwinkami, powstają w centralnych narządach limfatycznych – szpiku kostnym i grasicy. Czerwony szpik kostny jest zasiedlony przez komórki macierzyste hematopoezy, które w wyniku podziałów i różnicowania dają początek wszystkim elementom morfotycznym krwi, w tym leukocytom. W przypadku limfocytów T proces jest nieco bardziej skomplikowany – w szpiku kostnym powstają ich prekursory, które osiągają pełną dojrzałość dopiero w grasicy. Obwodowe narządy limfatyczne – śledziona i węzły chłonne to miejsca, gdzie limfocyty T i B mają kontakt z antygenami. W skład układu odpornościowego wchodzą także zgrupowania tkanki limfatycznej, takie jak kępki Peyera w jelicie cienkim oraz migdałki.
Rodzaje odporności
Skoro wiemy już z czego składa się układ odpornościowy, warto wyjaśnić, czym właściwie jest odporność. Odporność to suma wszystkich mechanizmów obronnych, które chronią organizm przed zachorowaniem. Odporność możemy podzielić na dwa główne rodzaje:
Odporność wrodzona (nieswoista):
- Komórki odporności wrodzonej to granulocyty (neutrofile, eozynofile i bazofile), komórki tuczne, monocyty przekształcające się w makrofagi, komórki dendrytyczne oraz komórki NK (ang. natural killers);
- Do elementów odporności wrodzonej zaliczamy także bariery fizyczne organizmu, wydzieliny błon śluzowych, bakterie komensalne i białka układu dopełniacza;
- Wszystkie elementy odporności wrodzonej są obecne w organizmie jeszcze przed atakiem patogenu, dlatego zaczyna ona działać natychmiast po kontakcie z nieprzyjacielem;
- Jest nieswoista – komórki odporności wrodzonej posiadają receptory PRR, rozpoznające wzorce molekularne charakterystyczne dla wielu rodzajów patogenów. Można powiedzieć, że nie „zastanawiają” się, z jakim rodzajem bakterii czy wirusa mają do czynienia – zjadają wszystko, co napotkają na swojej drodze;
- Nie pozostawia pamięci immunologicznej
Odporność nabyta (swoista):
- Komórki odporności nabytej to limfocyty T i limfocyty B oraz komórki dendrytyczne
- Rozwija się powoli, zaczyna działać kilka dni po pierwszym kontakcie organizmu z patogenem i jest zależna od odporności wrodzonej – aby mogła się rozwinąć, najpierw musi zadziałać odporność wrodzona
- Jest swoista – limfocyty T i B mają bardzo specyficzne receptory, które rozpoznają konkretny antygen
- Pozostawia pamięć immunologiczną w postaci limfocytów T pamięci i limfocytów B pamięci
Patogeny vs. układ odpornościowy
- Pierwsza linia obrony organizmu – bariery fizyczne, ich wydzieliny i komensale
Czas przyjrzeć się bliżej, jak cały ten system funkcjonuje w praktyce. Każda inwazja rozpoczyna się od wniknięcia patogenu do wnętrza organizmu gospodarza, najczęściej wraz z pokarmem, wdychanym powietrzem lub przez zranioną skórę. Skóra oraz błony śluzowe układu pokarmowego i oddechowego stanowią barierę uniemożliwiającą swobodne wniknięcie patogenów do wnętrza organizmu. Dodatkowo komórki nabłonkowe dysponują całkiem pokaźnym arsenałem do walki z wrogiem. Produkują wydzieliny takie jak śluz, łzy, ślina, pot czy sok żołądkowy, które zawierają substancje o właściwościach bakteriobójczych. Nie należy zapominać, że skóra oraz błony śluzowe są zasiedlone przez multum bakterii komensalnych (ich liczba przewyższa liczbę komórek tworzących organizm). Nasi sprzymierzeńcy utrudniają patogenom skolonizowanie nabłonka, konkurując z nimi o mikrośrodowisko.
- Druga linia obrony organizmu – nieswoista odpowiedź immunologiczna
Patogeny, którym udało się przedrzeć przez pierwszą linię obrony, wnikają do tkanek, aby tam namnażać się w przestrzeniach międzykomórkowych lub wewnątrz komórek. Na szczęście nie jest to takie łatwe, ponieważ tkanki są stale patrolowane przez rezydujących w nich strażników – komórki tuczne, makrofagi i komórki dendrytyczne. Można powiedzieć, że wtargnięcie patogenów na strzeżony teren uruchamia prawdziwy alarm. Jak do tego dochodzi? Na samym początku patrolujące tkankę komórki „wyczuwają” obecność nieprzyjaciela. Dzieje się to za sprawą receptorów PRR, które wiążą molekularne wzorce patogenów, takie jak LPS (składnik błony komórkowej bakterii G–) czy peptydoglikan (składnik bakteryjnej ściany komórkowej). Aktywowane makrofagi – jako profesjonalne fagocyty – zjadają wroga oraz wydzielają cytokiny, które „przyciągają” inne leukocyty. Aktywowane komórki tuczne wydzielają histaminę, która rozluźnia ściany tkankowego naczynia krwionośnego. Przez rozluźnione ściany naczyń do tkanki dostaje się więcej komórek fagocytujących zwabionych cytokinami – m.in. neutrofilów i monocytów. W ten sposób w tkance gromadzi się pokaźna armia wygłodniałych fagocytów, gotowa pożreć całe zastępy nieprzyjaciół.
- Trzecia linia obrony organizmu – swoista odpowiedź immunologiczna
W sytuacji, gdy nie zanosi się na szybkie i pomyślne zakończenie, układ odpornościowy sięga po specjalną broń – odporność swoistą. Pamiętacie jeszcze komórki dendrytyczne? Ci spryciarze fagocytują nieprzyjaciela, a następnie uciekają z pola walki. Tchórze? Otóż wcale nie! Po tym jak pożrą wroga, prezentują jego cząstkę na swojej powierzchni, a następnie pędzą ile sił w nogach do najbliższego węzła chłonnego. W węźle chłonnym znajduje się cała masa limfocytów Th (helperowych). W odróżnieniu od komórek odporności wrodzonej limfocyty posiadają bardzo specyficzne receptory, które wiążą określony antygen charakterystyczny dla danego patogenu. Antygen „przyniesiony” do węzła przez komórkę dendrytyczną zostaje rozpoznany przez limfocyt Th posiadający pasujący do niego receptor. Taki limfocyt zaczyna się intensywnie dzielić. W efekcie powstaje cała drużyna limfocytów Th swoistych względem tego antygenu. Następnie limfocyty Th aktywują limfocyty Tc (cytotoksyczne) lub limfocyty B.
Odpowiedź komórkowa: Gdy walka toczy się przeciwko patogenom wewnątrzkomórkowym, limfocyty Th aktywują odpowiednie limfocyty Tc. Odpowiednie, czyli posiadające receptor swoisty względem tego samego antygenu. Powstała drużyna limfocytów Tc odnajduje komórki organizmu, które zostały zakażone patogenem. Jak to możliwe? Komórki zakażone patogenem prezentują jego fragment na swojej powierzchni. W ten sposób dają znak, że trzeba je zniszczyć. Limfocyty Tc przylegają do takich komórek i wydzielają toksyczne substancje, powodujące ich śmierć. Następnie fagocyty pochłaniają ich resztki.
Odpowiedź humoralna: Prowadzi do powstania przeciwciał przeciwko patogenowi, który zaatakował organizm. W tym przypadku, limfocyty Th aktywują limfocyty B swoiste względem tego samego antygenu. Aktywowane limfocyty B przekształcają się w komórki plazmatyczne produkujące przeciwciała. Przeciwciała wiążą się z antygenem, czyli częścią naszego patogenu. Tak naznaczony patogen jest bardzo szybko degradowany przez fagocyty lub białka układu dopełniacza.
Pamięć immunologiczna
Kiedy dany patogen zaatakuje nasz organizm po raz pierwszy, wytworzenie przeciwciał zajmuje układowi odpornościowemu naprawdę sporo czasu. Aby następnym razem poradzić sobie z przeciwnikiem szybciej i skuteczniej, w organizmie pozostaje pewna pula przeciwciał oraz limfocytów T i B pamięci. Ten mechanizm jest wykorzystywany w szczepieniach ochronnych. Szczepienie polega na wprowadzeniu do organizmu antygenu charakterystycznego dla danego patogenu. Nasz układ odpornościow w reakcji na podany antygen produkuje przeciwciała oraz limfocyty pamięci. Dzięki temu w sytuacji, gdy taki patogen naprawdę zaatakuje nasz organizm, nasz układ odpornościowy dysponuje gotową bronią do jego szybkiego zwalczenia.
