Kratek uvod v imunologijo
Pozdravljeni na znanstvenih valovih Radia Študent v oddaji Frequenza della Scienza. Današnjo oddajo posvečamo enemu izmed zanimivejših in kompleksnejših organskih sistemov, ki jih najdemo v človeku. Govora bo o imunskem sistemu in imunologiji, torej o vedi, ki ga proučuje.
V prispevkih znanstvene redakcije ste sicer lahko zasledili številne vsebine, ki so govorile o posameznih tematikah s področja imunologije, največ seveda v času pandemije SARS-CoV-2. Cilj tokratne oddaje pa je v kar se da strnjeni obliki predstaviti to izjemno plodovito področje znanosti. Tekom oddaje boste spoznali, kako je ustrojen imunski sistem ter kaj so njegovi glavni akterji. Predstavili vam bomo celične in molekularne osnove imunosti. Vprašanja nam bosta pomagala razjasniti strokovnjaka s področja imunologije in strukturne biologije proteinov imunskega sistema.
Človek je vsakodnevno izpostavljen številnim mikroorganizmom. Te lahko vdihnemo, se z njimi rokujemo, jih zaužijemo ali pa kar neposredno vstopijo v naše telo preko katere izmed ran na telesu. A kljub stalni izpostavljenosti zdrav človek le redko zboli ali pa utrpi katero izmed infekcij. Zahvaliti se gre robustni obrambi, ki jo vzpostavi imunski sistem.
Imunologija kot veda preučuje zaščito organizma pred infekcijami. Ukvarja se z vprašanji, kot so: kako se telo ubrani pred okužbami, kako se odzove na okužbo ter kako odstrani nevarnost, kako razvijemo dolgotrajno zaščito pred patogeni in še mnoga druga. Kot znanstveno vedo jo je utemeljil Edward Jenner z razvojem prvega cepiva proti črnim kozam.
Črne koze so v Jennerjevem času, v 18. stoletju, bile odgovorne za veliko število smrti. Smrtnost pri okužbi s črnimi kozami je bila kar 20-odstotna. Pri razvoju zaščite pred črnimi kozami je Jenner izhajal iz podobnosti med boleznijo črnih koz ter precej blažjo boleznijo govejih koz. Tako je dobil idejo, da bi namerna izpostavitev patogenu, torej virusu, ki povzroča goveje koze, pomagala pri zaščiti pred črnimi kozami.
Hipotezo je leta 1796 preizkusil na osemletnem dečku Jamesu Phippsu, sicer sinu hišne vrtnarke. Iz kožnih mehurjev mlekarice, ki se je okužila z kravjimi kozami, je nabral gnojni izcedek in ga nato vnesel v dečka, tako da ga je cepil v obe roki. Deček se je na cepivo odzval z rahlo vročino in slabostjo. Čez nekaj časa je dečka izpostavil še črnim kozam, tako da ga je cepil z izolatom iz aktivno okužene bolnice. Čeravno je za današnje čase s kontraverznim in neetičnim poskusom Jenner tvegal življenje mladega dečka, je znanstvenik uspel dokazati svojo hipotezo. Deček James namreč ni zbolel za črnimi kozami.
Čeprav je za končno objavo znanstvenih izsledkov moral Jenner še kar nekaj truda usmeriti v prepričevanje svojih znanstvenih kolegov, je imela končna objava posledice za nadaljnji razvoj imunologije kot tudi javnega zdravja. Jenner je z znanstveno metodo pokazal na obstoj imunske zaščite in spomina, kar je prispevalo k hitremu razvoju cepiva proti morilskim patogenom tistega časa. Omenimo zgolj špansko ekspedicijo Balmis med letoma 1803 in 1806, ki je s cepivom, osnovanim na Jennerjevih poskusih, precepila več milijonov ljudi v Srednji in Južni Ameriki.
Imunski sistem so raziskovalci najprej razumeli preko kolektivnega, družbenega problema, kako se ubraniti pred epidemijami bolezni, ki jih povzročajo mikroorganizmi. Šele kasneje se je z razvojem znanosti poglobilo razumevanje na ravni organizma, celic in kasneje molekul.
Dasiravno je imunski sistem precej kompliciran organski sistem, ga lahko pri človeku in razvitih vretenčarjih v splošnem razdelimo v dve glavni veji: prirojeni in pridobljeni imunski sistem. Nekatere vidike prirojenega imunskega sistema je z nami delil strukturni biolog doktor Boštjan Kobe, ki že dolga leta vodi raziskovalno skupino na Univerzi v Queenslandu v Brisbanu v Avstraliji.
Prirojeni imunski sistem predstavlja prvo frontno linijo, ki se hipno odzove na patogene. Kaj pa sistem sploh predstavlja, kaj je tisto, kar ga gradi?
Glavni posredovalci prirojene imunosti so specializirane imunske celice, kot denimo omenjeni makrofagi, dendritične celice, mastociti in skupina belih krvničk, imenovana granulociti. Vsem tem je skupno, da nastanejo iz nediferenciranih, matičnih celic v kostnem mozgu. Specializirane so za različne naloge – makrofagi denimo, ki jih najdemo praktično v vseh tkivih, so odgovorni za eliminacijo patogena. Patogen zajamejo oziroma kar požrejo s procesom fagocitoze. V notranjosti nato patogen uničijo in razgradijo. Dendritične celice imajo izrazito vlogo aktivacije imunskega sistema in prezentacije antigenov patogena na celični površini. Kot pa je poudaril profesor Kobe, so tudi številne druge celice opremljene z receptorji, ki zaznajo bližajočo se nevarnost patogena.
Nekajkrat smo že omenili patogene, čeravno nismo podali prave definicije. Kaj torej so patogeni? Razdelimo jih lahko v štiri velike skupine, in sicer na bakterije, viruse, glive ter manjše evkariontske parazite. Poudariti velja, da tukaj govorimo o organizmu nevarnih različicah izmed vseh naštetih, kajti v in na telesu prebivajo tudi takšni mikroorganizmi, s katerimi lahko sobivamo v simbiozi. Vsaka izmed naštetih skupin patogenov vsebuje nekatere značilne molekularne označevalce oziroma elemente, ki jih lahko imunski sistem spozna kot tujke – pravimo jim antigeni. Navadno gre za dele proteinov, krajše peptide, lipide, nukleinske kisline. Preko teh ohranjenih, značilnih vzorcev lahko receptorji prirojenega imunskega sistema prepoznajo, s čim imamo opravka. Razlaga doktor Kobe.
Omenjeni receptorji TLR, z daljšim imenom Toll-u podobni receptorji, so eni izmed osrednjih receptorjev prirojenega imunskega sistema. Omogočajo zaznavo različnih antigenov oziroma specifičnih molekularnih vzorcev, značilnih za patogene, kot denimo v izjavi omenjena lipopolisaharid ali pa protein flagelin, ki ju najdemo v bakterijah. Strukturo TLR receptorjev nam še bolj natančno pojasni doktor Kobe.
Prepoznava patogenov preko njihovih antigenov je zgolj začetek imunskega odziva. Za učinkovit odziv morajo namreč celice informacijo o nevarnosti sporočiti vsem okoliškim celicam v tkivu. Sproži se kaskada, ki privede do vnetja.
Končni rezultat zaznave antigena preko TLR receptorjev povzroči nekakšen alarm, ki privabi številne celice imunskega sistema na mesto okužbe ter hkrati obvesti vse ostale celice v bližini na pretečo nevarnost.
Sledi kratek glasbeni premor, po katerem bomo spoznali še osnove delovanja pridobljenega imunskega odziva.
Vmesni komad: Samora Pinderhughes - Venus Smiles Not in the House of Tears - Slow Time
Pozdravljeni na znanstvenih valovih Radia Študent, kjer se danes seznanjamo z imunskim odzivom ter nasploh z znanstveno vedo imunologije. V prvem delu oddaje smo spoznali mehanizem prirojenega imunskega odziva, ki nudi hipno zaščito pred nevarnostmi, ki vsakodnevno pretijo človeku.
Glavni razliki med prirojenim in pridobljenim imunskim odzivom predstavljata hitrost odziva ter specifičnost. Na ilustrativnih poznanih primerih nam funkcijo druge veje imunskega odziva tako imenovanega pridobljenega imunskega odziva predstavi imunolog doktor Danny Altmann z Imperial Collegea v Londonu.
Pomembno funkcijo pridobljenega imunskega sistema predstavlja srečanje z novimi ali pa zaradi evolucijske selekcije spremenjenih patogenov. Takega smo denimo srečali nekaj let nazaj z novim koronavirusom SARS-CoV-2. Mikroorganizmi in virusi so namreč v nenehni bitki s kolektivno imunsko zaščito populacije in se spremenijo tako, da bi obšli obrambo, ki jo predstavljajo naši imunski sistemi. Dodatni značilnosti, ki ju regulira pridobljen imunski sistem, sta dovzetnost posameznika za okužbe ter različen odziv nanje glede na posameznika, kot v omenjenem primeru kuge. A o tem nekaj več kasneje.
Ključne naloge pridobljenega imunskega odziva igrajo specializirane imunske celice: limfociti B ter limfociti T. Gre za tip belih krvnih celic, katerih naloga je dokončna nevtralizacija, uničenje patogenov in imunski spomin. Slednji omogoča, da se na že poznano grožnjo ob novi izpostavitvi istemu ali podobnemu patogenu imunski sistem še hitreje odzove in nevtralizira nevarnost. Oba tipa limfocitov sta razvila mehanizem za zelo specifično prepoznavo antigenov. Vlogo limfocitov T pri pridobljenem imunskem odzivu nam natančno razjasni profesor Altmann.
Tako limfociti T kot tudi limfociti B ob novi okužbi s patogenom na svoji površini proizvedejo receptorje, ki zelo specifično prepoznajo antigene iz patogena. To so tako imenovani T- in B-celični receptorji. Kot je omenil profesor Altmann, imajo pomembno vlogo pri novih antigenih dendritične celice, ki smo jih sicer omenili že pri prirojenem imunskem odzivu. Receptorji na limfocitih T se namreč prilagodijo antigenom, ki jih na površini svoje membrane izpostavijo dendritične celice.
Poznamo več tipov limfocitov T, ti se razlikujejo po nalogah, ki jih pri imunskem odzivu opravljajo. Omenimo zaenkrat zgolj dva pomembnejša tipa limfocitov T. Citotoksični limfociti T v telesu prepoznajo tiste celice, ki so prišle v stik z antigenom, in jih odstranijo tako, da jih uničijo. Vsaka izmed okuženih celic v telesu na svoji površini predstavi krajše fragmente komponent patogena, denimo krajši peptid proteina, ki ga vsebuje patogen. Za takšno predstavitev na površini okužene celice so odgovorni posebni proteini, imenovani poglavitni histokompatibilnostni kompleks oziroma s kratico MHC. O teh izjemno pomembnih proteinih še nekaj več v sklepnem delu oddaje.
Drugi pomemben tip limfocitov T pa so tako imenovane celice T pomagalke. Ena izmed njihovih poglavitnih vlog je aktivacija limfocitov B. Ti se po stimulaciji s celicami T pomagalkami spremenijo v nekakšne tovarne protiteles, ki se specifično vežejo na različne antigene patogena. Protitelesa antigene patogena označijo, nevtralizirajo ter privabijo dodatne imunske celice k odzivu na prisotnost patogena.
Poleg omenjenih dveh tipov celic omenimo še spominske B in T celice. Gre za poseben tip celic, ki skrbi, da se nabor celičnih klonov, ki je bil pri bojevanju s patogenom uspešen, shrani v trajni imunski spomin. Ob naslednji okužbi z istim ali dovolj podobnim patogenom je z aktivacijo spominskih limfocitov odziv bistveno hitrejši in učinkovitejši.
Povzemimo vlogo limfocitov T in B enostavno in na kratko. Limfocite T si lahko predstavljamo kot glavno vojsko imunskega sistema, ki je odgovorna za popolno eliminacijo nasprotnika, torej patogena. Dodatno pa celice T pomagalke pripravijo tudi topove in topovske krogle, torej limfocite B ter protitelesa, ki jih ti izločajo. Spominske T in B celice po slednji analogiji predstavljajo orožarno, ki hrani najuspešnejše topove in krogle, ki so uspele uničiti dosedanje nasprotnike.
Postanimo še za trenutek pri omenjeni veliki specifičnosti pridobljenega imunskega sistema, ki jo predstavljajo T-celični receptorji na limfocitih T in B celični receptorji ter protitelesa, ki jih proizvedejo limfociti B. Kako lahko za vsako novo nevarnost novi patogen razvije čisto nove specifične receptorje ter protitelesa?
Ključ je v naključnosti in kombinatoriki. Znotraj limfocitov B ter T se namreč receptorji sestavijo v posebnem procesu preurejanja genov. Dodatno so posamezne stopnje sestavljanja genov, ki kodirajo receptorje, podvržene naključni mutagenezi. Na tak način pri vsaki okužbi z novim patogenom pridelamo več deset do sto milijonov različic T-celičnih in B-celičnih receptorjev ter protiteles. A v tej množici je le nekaj takih, ki dobro prepoznajo antigene, zato v posebnem selekcijskem postopku obstanejo zgolj tiste celice, katerih receptorji dobro prepoznajo tarčne antigene.
Poleg dobrega ujemanja s tarčnim antigenom iz patogena mora selekcijski postopek odstraniti tudi takšna protitelesa, ki bi prepoznala katero izmed komponent, ki je nam lastna. To bi namreč pomenilo, da bi tak limfocit T ali B prepoznal naše lastne celice kot tuje in bi jih napadel ter sprožil vnetno reakcijo. Takšnemu odzivu pravimo tudi avtoimuni odziv in je zelo nezaželen proces, ki se ga ognemo z ustreznim selekcijskim postopkom znotraj specializiranega organa – priželjca oziroma timusa. Ta leži tik za prsnico v zgornjem delu prsnega koša. Proces selekcije podrobno opiše doktor Danny Altmann z Imperial Collegea.
Kot je objasnil doktor Altmann, je proces selekcije klonov limfocitov T in B zelo reguliran in pripravljen tudi na scenarij, da kakšna B ali T celica zbeži iz priželjca. Takšna celica bi lahko povzročila avtoimuno reakcijo, zato je imunski sistem razvil dodatne tako imenovane regulatorne celice T, ki ublažijo aktivnost takšnih celic. Nepravilno delovanje regulatornih celic T lahko vodi v zelo resne avtoimunske okvare in bolezni.
Privoščimo si še en kratek glasbeni premor, po katerem sledi sklepni del oddaje, ki nam bo razkril, kako se posamezniki med seboj razlikujemo v imunskem odzivu in kaj se z imunskim sistemom dogaja med staranjem.
Vmesni komad: Steve Lehman - Xaybu- The Unseen - Gas Akap
Poslušate oddajo Frequenza della Scienza, ki jo danes posvečamo imunskemu sistemu in znanstveni vedi, ki ga preučuje – imunologiji.
Do sedaj smo govorili o splošnih značilnostih imunskega odziva, ki velja za čisto vsakega zdravega posameznika. A že iz lastnih izkušenj vemo, da obstajajo med nami velike razlike tudi pri odgovoru na okužbe ali pa denimo pri odzivu na cepivo. Kaj pravzaprav določa, kako se bo posameznik odzval ob stiku z novim patogenom?
Omenili smo že proteine poglavitnega histokompatibilnostnega kompleksa oziroma molekule MHC, ki na površinah okuženih celic predstavijo majhne delčke patogena, ki jih nato prepoznajo denimo citotoksični limfociti T. Genetske študije človeškega genoma pa tudi drugih razvitih vretenčarjev so pokazale, da obstajajo med posamezniki velike razlike v genih, ki kodirajo MHC proteine. Gene, ki kodirajo proteine MHC, imenujemo s kratico HLA, ki se v prevodu razlaga kot humani levkocitni antigen.
V človeški populaciji obstaja več tisoč variant genov, ki zapisujejo proteine MHC. Takšna diverziteta v genih HLA med posamezniki ima pomembne posledice predvsem pri dovzetnosti za okužbe ter tudi pri avtoimunih reakcijah ob presaditvah organov. Prav neujemanje v genih HLA lahko povzroči zavrnitev presajenega organa, saj ga gostiteljski organizem prepozna za tujega. Slikovito nam pomembnost diverzitete v HLA genih opiše doktor Altmann.
Pri opaženih razlikah v jakosti imunskega odziva so tako znanstveniki identificirali več sto genov. Dodatno so nadaljnje genetske raziskave pokazale, da so prav v teh delih genoma izraziti raznolikost in genski polimorfizmi.
S hudomušnim astrološkim vložkom se bližamo koncu našega kratkega uvoda v imunologijo. Dotaknimo se za konec še enega izmed pomembnih aspektov imunologije, ki zadeva staranje. Čeravno se naš imunski sistem med odraščanjem sooča vedno z novimi patogeni in tako trenira imunski sistem za vedno večji repertoar nevarnosti, pa imunski sistem v pozni odrasli dobi začne izgubljati na učinkovitosti. Prav zaradi upadanja sposobnosti imunskega sistema so starejši ljudje dovzetnejši za okužbe, slabše se odzivajo tudi na imunizacijo s cepivi. Proces staranja imunskega sistema pojmujemo kot imunosenescenco in je zelo aktivno področje raziskav v imunologiji.
Za razlago procesov, ki privedejo do oslabitve imunskega sistema pri starejših, smo se znova zatekli k doktorju Dannyu Altmannu z Imperial Collegea v Londonu.
Vzdrževanje velikega repertoarja imunskih celic je težko opravilo. Vsakokratno proženje imunskega odziva tekom let življenja pripelje do izčrpanosti, k temu pa prispevajo še običajni procesi celične senescence. Čeprav vsi vidiki imunosenescence še niso razjasnjeni, pa omenimo za konec še eno zanimivo dejstvo. Priželjc, organ, ki smo ga spoznali pri procesu selekcije limfocitov B in T, se z leti občutno zmanjša v procesu involucije priželjca, ki pa še ni povsem razjasnjena.
Tako, prišli smo do konca današnje oddaje, v kateri smo področje imunologije predstavili v zelo strnjeni in v mnogih vidikih okrnjeni obliki. Kljub dolgi zgodovini raziskav o številnih imunoloških procesih še vedno vemo malo. Področje še vedno znova in znova preseneča s temeljnimi odkritji, ki nam razprostiranjo tančico kompleksnosti imunskega odziva.
Dodaj komentar
Komentiraj