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). 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 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 • 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 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 • T-lymfocyty (CD3+) – řízení a rozhodování v I.S. – Subpopulace - Th (CD4+) Tc (CD8+) • 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) Buňky imunitního systému – LYMFOCYTY 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 25 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 26 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…. http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation__phagocytosis.html http://www.youtube.com/watch?v=fpOxgAU5fFQ Fagocytóza 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 • Histony Závislé na kyslíku • na myeloperoxidáze závislé a nezávislé 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 33 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 37 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 41 fagocyty komplement, interferon, TNF aj. efektorové buňky: Tlymfocyty aj. protilátky Složky imunitního systému Humorální Buněčné Nespecifické Humorální Buněčné Specifické 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 48 Selhání imunity • mnoho variant imunoglobulinů • vakcinace – vpravení usmrcených nebo oslabených mikroorganismů či protilátek • vakcinace  imunizace – aktivní imunizace - vpravení usmrcených nebo oslabených mikroorganismů – pasivní imunizace – vpravení protilátek Imunizace http://www.ocw.cn/OcwWeb/Biology/7-345Spring-2005/CourseHome/index.htm