10. Imunita Pavel Hyršl • Imunita • Rozpoznání vlastního a cizího / ochrana proti • cizorodým makromolekulárním látkám (bílkoviny, polysacharidy) • patogenům (bakterie, viry, houby, prvoci, hlísti, ploštěnci) • Imunitní systém • nespecifická imunita – pohlcování choroboplodných zárodků fagocytujícími buňkami, uvolňování obranných bílkovin • specifická imunita – lymfocyty Rovnováha mezi infekcí a imunitou infekce imunita Šíma 1997 • imunologie vznikla z mikrobiologie • planeta mikroorganismů, téměř 3 mld let bez jiných organismů, uhlíku vázaného v mikroorganismech je 2x více než ve všech ostatních organismech • mikroorganismy jsou všudypřítomné jako patogeny, symbionti, komenzálové… neoddělitelní od vyšších organismů (včetně genomu) • 1-10 bakteriálních buněk na 1 lidskou, 1-1,5 kg hmotnosti člověka, cca 1000 druhů, 1g půdy obsahuje 109 bakterií v 7000 druzích, v mořské vodě jen 160 druhů • během nemocí se snižuje počet druhů střevních bakterií, změna složení druhů může výrazně usnadnit uzdravení – probiotika (bakterie mléčného kvašení, hl. laktobacily, bifidobakterie) + prebiotika (podporují růst prospěšných bakterií, např. sacharidové složky - inulin), synbiotika – obsahují pro- i prebiotika • transplantace fekální mikrobioty pacientům se střevní infekcí • život bez bakterií je složitý – nevyzrálá imunita • rezistence na antibiotika je 30 000 let stará – vzorky z ledu – geny rezistence se v životním prostředí běžně vyskytují, proto nyní tak častá – nová antibiotika selektují preexistující rezistenční determinanty (existují bakterie rezistentní až na 100 antibiotik) • Mikrobiom osídlující kůži, dýchací cesty, urogenitální a gastrointestinální trakt představuje primární regulátor zdraví a nemoci. • I na povrchu kůže velmi čistotného člověka žijí až desítky gramů různých druhů bakterií a jiných mikroorganismů, po umytí sice jejich počet klesá, ale záhy dosáhne původních hodnot. Šíma 2006 • Schopnost obrany integrity se označuje jako imunita (u rostlin a mikrobů často jako rezistence). High quality rearing of insects https://www.youtube.com/watch?v=WEtJYXsYKxc http://www.tigis.cz/Knihy/imuno/ Orgány imunitního systému Primární lymfoidní orgány • Kostní dřeň • Kmenové buňky • Myeloidní prekursory • Lymfoidní prekursory • Thymus (brzlík) • Dva typy tkání • Kortex • Dřeňová oblast Sekundární lymfoidní orgány - systémové • Slezina • Vychytává mikrobiální podněty z krve • Červená pulpa (větší) - makrofágy • Bílá pulpa – T a B-lymfocyty • Lymfatické uzliny • Zde se buňky IS setkávají s antigenem • Vznik specifické imunitní odpovědi Slizniční imunitní systém • MALT (Mucosa Associated Lymfoid Tissue) • GALT • BALT • to znamená, že imunitní buňky jsou v krvi, ale i na kůži, sliznicích, močopohlavních cestách apod. (chrání obrovské plochy) • tvoří rozhraní mezi organismem a vnějším prostředím Kostní dřeň … krevní oběh + další orgány Buňky imunitního systému 1ml krve 5x109 ERY 5-8x106 LEU, z toho Granulocyty 40% NEU 1-9% EOS 0.5% BAS Lymfocyty 20-40% Monocyty 5% Buňky imunitního systému Buňky imunitního systému • Neutrofilní granulocyty • žijí velmi krátce v krvi, rychlé vykonání funkcí a odbourání • primární ochrana proti extracelulárním bakteriím • fagocytóza (intracelulární zabíjení), funkce v primárním zánětu • CD66 pozitivní, neexprimují MHC-II proteiny (neprezentují Ag !) Cluster Designation (někdy také označované jako cluster of differentiation) • Eosinofilní granulocyty • obrana proti velkým parazitům (prvoci, tasemnice…) • uvolnění lytických enzymů z granulí / umí i fagocytovat • uplatňují se při alergických reakcích • Basofilní granulocyty • v granulích heparin a histamin: funkce při zánětu (rozšiř. cév) • APC (antigen-prezentující buňky) • specifická / získaná imunita - T-b. Buňky imunitního systému • Monocyty (mobilní) → makrofágy (tkáňové) • fagocytóza patogenů / nádorů / apoptotických tělísek, obnova tkání • prezentace antigenu (specifická / získaná imunita - T-b.) • APC • CD14 pozitivní, adherence na sklo a plast • produkce cytokinů / aktivace po působení vlastních i cizích cytokinů • obrana proti extracelulárním i intracelulárním patogenům • Dendritické buňky • APC v tkáních - vychytávání Ag • migrace do uzlin, prezentace APC a vývoj imunitní odpovědi • Žírné buňky (heparinocyty, mastocyty) • tkáňová obdoba basofilů Buňky imunitního systému – LYMFOCYTY • T-lymfocyty (CD3+) • řízení a rozhodování v I.S. • Subpopulace - Th (CD4+) Tc (CD8+) Treg • B-lymfocyty (CD19+, CD20+) • příjem, zpracování a prezentace antigenu (APC) • schopny zpracovat rozpustný/solubilní Ag (oproti dalším APC) • produkce protilátek • NK buňky (CD56+) • vypadají jako T-buňky ale NEmají T-buněčný receptor (CD3-) • rozpoznání a likvidace (jako Tc) míst s malou expresí/bez MHC-I (tj. místa s nádory, viry napadené buňky) https://www.youtube.com/watch?v=AucZlvEv29Y Buňky imunitního systému Obratlovci: - vztah patogen-hostitel: větší variabilita znamená vyšší odolnost (extrémní zvýšení variability ale naopak škodí) - hledání sexuálních partnerů: lepší zbarvení znamená víc potomků - čichem jsou schoni rozpoznat vhodnou kombinaci genů, příbuzní jedinci jsou méně atraktivní MHC geny (od chrupavčitých ryb) Toll-like receptory (od kostnatých ryb) - studie na ptácích – paternity mláďat u stálých párů - studie na hlodavcích Imunitně významné molekuly Molekuly v IS – odlišení „vlastního“ od „cizího“ = MHC • Buňky těla nesou na povrchu proteiny MHC • Major Histocompatibility Complex (také „HLA“ – Human Leukocyte Antigens) • VŠECHNY buňky těla nesou MHC-I • APC buňky nesou navíc MHC-II (tj. mají MHC-I + MHC-II) • Funkce MHC - značka příslušnosti bb. k organismu - zpracování a vystavení Ag - MHC-I → prezentace CD8+ T-buňkám - MHC-II → prezentace CD4+ T-buňkám • Variabilita ve struktuře MHC - genetická „příbuznost“ → možnost transplantací orgánů • Buňky I.S. - naučí se rozpoznávat vlastní MHC (T-b., NK-b.) - dokáží rozpoznat MHC s navázaným Ag a reagovat (T-b) - „cízí“ MHC v těle: velmi silná reakce (transplantace …) Odlišnosti imunitních systémů Vzájemná přitažlivost je totiž závislá na odlišném imunitním systému jedinců a tzv. MHC geny (major histocompatibility complex). Tyto geny kódují proteiny, které pomáhají imunitnímu systému rozpoznat patogeny, mimo jiné z množství vůní a pachů najít ten správný. "Partneři si voní, pokud mají odlišné imunitní systémy, protože jejich případní potomci mají šanci mít širší spektrum imunity. Je pak i větší pravděpodobnost, že přežijí různé epidemie. Zajímavé je i to, že sourozenci a blízcí příbuzní si obvykle vzájemně nevoní a tedy se ani sexuálně nepřitahují," dodává Weiss. Vnímání vůně partnera je tak jakýmsi skrytým faktorem, který vysvětluje ono "jiskření", "chemii", které partneři vzájemně vnímají a ovlivňuje tak zejména jejich sexuální chování. www.novinky.cz - u lidí je to ale daleko složitější, nelze spoléhat jen na čich… U Drosophily dvojí funkce – dorso-ventrální osa v embryonálním vývoji a imunita… To je šílené, das ist toll!!! Přehled - hlavní molekuly imunitního systému • Glykoproteiny MHC I a II tříd (= HLA u lidí) – viz dříve • Ag-specifické receptory na povrchu T- a B- buněk (TCR/BCR) • Protilátky (Ab) / Imunoglobuliny (Ig) - produkce B-b. • Receptory pro Fc fragmenty Ig - různé buňky • Cytokiny - různé bb, vč. bb IS • Receptory pro cytokiny - různé bb, vč. IS Komplement (C) & receptory pro C (různé bb.) • Adhezivní molekuly • Kostimulační molekuly • Interleukiny Imunitní mechanismy • Nespecifické-evolučně starší • Součásti: fagocyty, NK, komplementový systém • Nevzniká imunologická paměť • Specifické-evolučně mladší • Součásti: T, B-lymfocyty, protilátky • Vzniká imunologická paměť Beck & Habicht, 1996 Přirozená / Nespecifická imunita nespecifická imunita: • evolučně starší, vyskytuje se v různých formách v celé živočišné říši od bezobratlých po savce základní charakteristiky: • je vrozená • organismus ji má od narození • nezáleží na tom zda se s onemocněním či patogenem potkal • není specifická • buňky zasahují stejným způsobem proti všem cizorodým částicím • nemá imunologickou paměť • zásah proti antigenu vždy se stejnou silou, i když je opakovaný 34 Nespecifická imunita způsoby realizace: • kůže: • hraniční vrstva oddělující organismus od zevního prostředí, vytváří pro mnoho mikroorganismů nepříznivé prostředí • mechanická ochrana • pot – baktericidní (organické kyseliny, močovina, soli) • sliznice: • enzym lyzozym ve slinách a slzách • HCl v žaludku • kyselý sekret pochvy • hlen na povrchu sliznin dýchacího a trávicího traktu • fagocytóza: • pohlcování cizorodého materiálu specializovanými buňkami • monocyty, makrofágy, eosinofilními a neutrofilními granulocyty 35 Ilja Mečnikov poprvé použit pojem fagocyt Původ z řeckých slov phagein – jíst cytos – buňka Buněčná podstata imunity Beck and Habicht 1996 Šíma 1997 • proces, při kterém specializované buňky organismu, tzv. fagocyty, rozpoznávají, pohlcují a zpracovávají cizorodý materiál (>1 m) po jeho vniknutí do organismu • nejstarší a nejúčinnější mechanismus nespecifické imunity od jednobuněčných po obratlovce • integrální součást fyziologických reakcí organismu • podléhá řídícím signálům ostatních složek imunitního systému i jiných fyziologických soustav • fagocyty tvoří mediátory působící na ostatní složky imunitního systému, případně jiných fyziologických soustav Důvody: výživa, vývoj a tvorba tkání, imunitní reakce, oprava poškozených tkání Endosymbiotická teorie…. https://www.youtube.com/watch?v=7VQU28itVVw Fagocytóza http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation__phagocytosis.html http://www.youtube.com/watch?v=fpOxgAU5fFQ Mikrobicidní mechanismy Nezávislé na kyslíku • kyselé pH va fagolyzosomu • kyselé hydrolázy, neutrální proteinázy • granulární kationické proteiny (např. fagocytin): poškozují buněčné membrány bakterií, inhibují jejich respiraci • lysozym: štěpí -1-4-glykozidickou vazbu polysacharidů buněčné stěny bakterií • laktoferin: zastavuje růst bakterií, podporuje účinek lysozymu Závislé na kyslíku • na myeloperoxidáze závislé a nezávislé Viditelný příklad fagocytózy… Fagocytóza inkoustu… Nespecifická imunita způsoby realizace: • přirozená cytotoxicita: • uvolňování perforinů - látky způsobující perforaci membrány cílových buněk • přirození zabíječi = NK buňky = natural killers • nespecifická obrana proti virům a nádorovým buňkám • rozeznávají patologické změny na povrchu buněk • nespecifická reakce tkáně na dráždění nebo infekci = ZÁNĚT • do postiženého místa pronikají fagocytující buňky • zvýšení krevní sedimentace • hnisavý zánět – hnis – bílé krvinky • koncovka –ITIS, ITIDA (bronchitis,encefalitida) • pyrogeny (z leukocytů) – horečka • leukocyty působící na termoregulační centrum v hypotalamu + celková nevolnost → zvýšení účinnosti imunitního systému 44 Zánět (inflammatio) • z kapilárek ve kterých je nyní vyšší krevní tlak prosakuje tekutina do místa poranění, čímž dochází k charakteristickému otoku Zánět (inflammatio) ▪Zvýšený krevní průtok a rozšíření kapilár umožní fagocytům proniknout do poraněného místa ▪makrofágy fagocytují patogeny a čistí poškozené buňky tkáně. Hnis jsou mrtvé fagocyty, proteiny a tekutina z krevních kapilár Specifická/adaptivní/získaná imunita• lymfocyt = funkční jednotka imunitního systému • antigen x protilátka • imunoglobuliny • specifická imunitní reakce • B-lymfocyty (Fabriciova burza): látková imunita • T-lymfocyty (thymus): buněčná imunita Látková – humorální imunita humorální imunita: 1. B lymfocyty rozpoznají antigen 2. antigeny reagují s vazebnými místy proteinů (receptory - imunoglobuliny) na membránách B lymfocytů 3. dochází k namnožení buněk – proliferace 1. plazmatické buňky – aktivní stadium B lymfocytů, producenti protilátek proti danému antigenu (patogenu) → primární imunitní odpověď 2. paměťové buňky – žijí velmi dlouho, při novém setkání s týmž antigenem podmiňují rychlou imunologickou reakci (protilátky) → sekundární imunitní odpověď 49 protilátky Sibernagl, Despopoulos, 1993 Sekundární imunitní odpověď ▪Pokud se člověk setká se stejným antigenem později v životě, odpověď organismu je rychlejší (2 - 7 dnů) a prudší a trvá déle - Původ adaptivní imunity doprovazejí geny RAG-1 a RAG-2 (recombination activation genes). - Kódují enzymy rekombinázy – přeskupování genových segmentů pro vazebné místo antigenu na molekule imunoglobulinu, tím generují diverzitu. - Pravděpodobně přeneseny horizontálně z bakterií. - Jsou pouze v lymfocytech, v žádných jiných buňkách... Buněčná imunita buněčná imunita: • T-lymfocyty, Th, Tc, Treg • netvoří se protilátky • antigeny prezentované jinými buňkami se naváží na receptory T-lymfocytů – následuje přímý kontakt s cizí buňkou - zničení cizí buňky • část buněk zůstává - paměť • mohou omezovat nádorové bujení - způsobí nepřijetí transplantovaných orgánů (imunosupresivní látky) • regulují činnost B-lymfocytů 53 Krevní skupiny • více systémů – nejznámější: AB0, Rh–faktor • AB0 • struktury na povrchu č. krvinek = aglutinogeny • A a B, chovají se jako antigeny • protilátky v krevní plazmě = aglutininy • anti–A a anti–B, způsobují shlukování č. krvinek -aglutinace • 4 krevní skupiny podle aglutinogenu • A, B, AB, 0 • Jan Janský systém AB0 • zastoupení krevních skupin • nerovnoměrné • různé v různých částech světa • od Z k V ubývá A a přibývá B • nejvíce A mají Eskymáci a Laponci • nejvíce B mají Korejci • nejvíce 0 mají Indiáni (až 100%) Rh–faktor • další aglutinogen Rh (makak rhesus) • protilátky anti–D • Rh+ a Rh– (asi 15 % populace) • problémy při těhotenství • Rh– matka a Rh+ dítě • první těhotenství – smíchání krve → vytvoření protilátek v těle matky → druhé těhotenství → protilátky poškodí plod, předčasné porody → vyšetření matky i otce Rh faktor a těhotenství ◼ Hemolytická nemoc novorozenců Choroby, onemocnění a poruchy • alergie, alergické reakce: • vyvolané přecitlivělostí na jinak všeobecně neškodné látky, tzv. alergeny • typické lokální projevy: zarudnutí, otok, svědění kůže, kýchání, zvracení, průjmy, kopřivka • autoimunita: • selhání schopnosti rozlišit látky cizorodé od látek tělu vlastních – tvorba protilátek proti vlastním tkáním • roztroušená skleróza (narušování myelinových pochev v CNS), hemolytická anémie (protilátky proti antigenům erytrocytů • AIDS: • agens retrovirus HIV – napadá T-lymfocyty • nádory • imunitní systém kromě cizích patogenů musí rozpoznávat i abnormální buňky vlastní a potom je eliminovat • v případě nádorů tento mechanismus selhává 67 Selhání imunity • mnoho variant imunoglobulinů • vakcinace → imunizace - aktivní imunizace - vpravení usmrcených nebo oslabených mikroorganismů • pasivní imunizace – vpravení protilátek Imunizace Fylogeneze imunity http://www.ocw.cn/OcwWeb/Biology/7-345Spring-2005/CourseHome/index.htm