Kaasasündinud immuunsüsteem – definitsioon, funktsioonid ja tähtsus
Kaasasündinud immuunsüsteem: kiire, mittespetsiifiline kaitse infektsioonide vastu — definitsioon, funktsioonid, tähtsus ja roll selgroogsetes, taimedes ja loomades.
Sündinud immuunsüsteem kaitseb peremeesorganismi infektsioonide eest. See hõlmab rakke, mis tunnevad ära patogeenid (mikroobid) ja reageerivad neile kohe. Sündinud immuunsüsteemi vastus ei ole spetsiifiline: see reageerib ühtemoodi kõigile patogeenidele, mida ta tunneb ära.
Erinevalt adaptiivsest immuunsüsteemist ei anna kaasasündinud immuunsüsteem pikaajalist immuunsust konkreetsete infektsioonide vastu.
Sisemine immuunsüsteem pakub kohest kaitset nakkuste vastu ja seda leidub kõigis taimedes ja loomades. Sündinud süsteem on evolutsiooniliselt vanem kaitsestrateegia. See on peamine immuunsüsteem, mida leidub taimedel, seentel, putukatel ja primitiivsetel hulkraksetel organismidel. See süsteem ei ole kohanemisvõimeline ja ei muutu indiviidi elu jooksul.
Selgroogsete kaasasündinud immuunsüsteem:
Põhikomponendid
- Füüsikalised ja keemilised barjäärid: nahk, limaskestad, lima, happeline pH, ensüümid ja mikroobide kasvu piiravad ained (näiteks seedetrakti bakteriaalne tasakaal).
- Fagotsütaarsed rakud: neutrofiilid ja makrofaagid, mis haaravad ja seedivad mikroobe (phagocytosis) ning puhastavad surnud rakke.
- Dendrriitrakud: töötlevad sissetungijaid ja esitlevad nende fragmente adaptiivsele immuunsüsteemile, olles silla rollis kaasasündinud ja adaptiivse vastuse vahel.
- Luuydimest pärinevad rakud: eelkõige neutrofiilid ja mono tsüüdid, mis rändavad põletikukoldesse.
- Luured ja looduslikud tapjarakud (NK-rakud): tunnevad ära viirusinfitseeritud ja muutunud (nt vähirakud) rakke ning tapavad neid ilma antigeenispetsiifilisuseta.
- Komplementisüsteem: verevalgud, mis aktiveeruvad ahelreaktsioonina, põhjustavad mikroobide lagunemist, soodustavad fagotsütoosi ja kiirendavad põletikku (klassikaline, alternatiivne ja lectiini tee).
- Molekulaarsed retseptorid ja signaalmolekulid: mustrimääravad retseptorid (PRR-id) nagu Toll-sarnased retseptorid (TLR-id), NOD-like- ja RIG-I-tüüpi retseptorid, mis tunnevad ära mikroobide mustreid (PAMP-id) ja kahjustuse signaalid (DAMP-id).
- Antimikroobsed peptiidid ja interferonid: defensiinid, kateliidiinid ja tüüpi I interferonid, mis otseselt tapavad mikroobe või blokeerivad viiruse paljunemist.
- Süsteemsed reaktsioonid: palavik ja laialdane põletikureaktsioon, mis piiravad nakkuse levikut ja soodustavad paranemist.
Kuidas see töötab
Kaasasündinud immuunsüsteem reageerib kiiresti — minutite või tundide jooksul sissetungi järel. Esimesena rakenduvad barjäärid ja lokaalsed rakkudevastused (näiteks makrofaagide ja neutrofiilide aktiivsus). PRR-id tunnevad ära mikroobimustrid (PAMP-id) ja käivitavad signaalimolekulide (nt tsütokiinide, kemokiinide ja interferonide) vabanemise. Need signaalid kutsuvad kohale täiendavaid kaitserakke, suurendavad veresoonte läbilaskvust (põletik) ja aktiveerivad komplementi.
Peamised funktsioonid
- Kohene kaitse: peatab ja piirab varajast infektsiooni enne adaptiivse immuunsuse teket.
- Patogeenide eemaldamine: fagotsütoos, komplementi vahendatud lüüs ja antimikroobsed ained hävitavad mikroobe.
- Põletiku identifitseerimine ja juhtimine: põletik toob kohale immuunsed rakud ja soodustab kudede parandamist, kuid liialdatud põletik võib kahjustada peremeest.
- Sillaks adaptiivsele immuunsusele: dendriitrakud ja makrofaagid esitlevad antigeene ja annavad signaale (tsütokiinid), mis suunavad T- ja B-rakkude vastust.
- Orgaanilise homöostaasi säilitamine: puhastab surnud rakke ja rakuosakesi ning osaleb koeparanemises.
Erinevused adaptiivsest immuunsusest ja nüansid
Peamine erinevus on spetsiifilisus ja mälumälu: adaptiivne immuunsus (T- ja B-rakud) toodab antikehi ja mälurakke, mis annavad pikaajalise, antigeenispetsiifilise kaitse. Kaasasündinud immuunsus on üldisem ja kiire. Siiski on viimasel ajal leitud, et mõned kaasasündinud rakud võivad kogeda õppimist või „treenitud immuunsust“ — funktsionaalset ümberprogrammeerimist, mis suurendab reaktsioonivõimet korduvate stimulatsioonide korral. See ei ole klassikaline antigeenispetsiifiline mälureaktsioon, kuid mõjutab immuunsuse dünaamikat.
Olulisus ja kliiniline tähendus
- Immunodefitsiidid: kaasasündinud immuunsuse defektid (nt komplementi puudulikkused, neutrofiilide funktsiooni häired nagu krooniline granulomatoosne haigus) suurendavad nakkuste riski.
- Sepsis ja liigne põletik: tugevalt aktiveeritud kaasasündinud vastus võib põhjustada laialdast koe kahjustust ja eluohtlikku põletikulist seisundit.
- Auto- ja mittepõletikulised haigused: kaasasündinud immuunsuse regulatsioonihäired võivad kaasa aidata autoimmuunsete ja autoinflammatoorsete haiguste tekkimisele.
- Vaktsiinid ja adjuvandid: paljud vaktsiinide lisandid (adjuvandid) töötavad, aktiveerides kaasasündinud signaale, mis tugevdavad adaptiivse vastuse kujunemist.
Kokkuvõte
Kaasasündinud immuunsüsteem on kiire, üldine ja hädavajalik organismi esmaseks kaitseks. Kuigi see ei anna sageli pikaajalist spetsiifilist immuunsust, on selle roll elu esimestel tundidel ja päevadel ülioluline ning see loob aluse efektiivsele adaptiivsele vastusele. Mõistmine, kuidas kaasasündinud komponendid töötavad ja neid reguleerida, on tähtis nakkushaiguste, põletikuliste seisundite ja vaktsiinide arendamisel.
Anatoomilised tõkked
Sündinud immuunsüsteemi kuulub ka nahk. Naha välimisi kihte nimetatakse "epiteeliks". Epiteelirakud moodustavad vahajas füüsilise barjääri, mis hoiab eemal enamiku nakkusetekitajatest. Need rakud on kaasasündinud immuunsüsteemi esimene kaitseliin sissetungivate organismide vastu.
Vanad naharakud langevad maha ja see aitab eemaldada nahale kleepunud bakterid.
Nahk jätkub sisemiselt soolestiku ja kopsu vooderdisena. Soolestikus või kopsudes aitab peristaltika või sädemete abil toimuv liikumine eemaldada nakkusetekitajaid. Ka lima püüab nakkusetekitajaid kinni. Soolestikus võib soolestiku taimestik takistada patogeensete bakterite levikut, eritades mürgiseid aineid või konkureerides patogeensete bakteritega toitainete saamiseks või rakupinnale kinnitumiseks.
Pisarate ja sülje loputustoiming aitab vältida silmade ja suu nakatumist.
Põletik
Põletik on üks esimesi immuunsüsteemi reaktsioone patogeenidele või võõrkehadele, mis pääsevad läbi anatoomiliste barjääride.
Põletikku stimuleerivad keemilised tegurid, mis vabanevad vigastatud rakkude poolt. See loob füüsilise barjääri nakkuse leviku vastu ja soodustab kahjustatud kudede paranemist pärast patogeenide eemaldamist.
Põletiku käigus tekkivad keemilised tegurid meelitavad ligi fagotsüüte, eriti neutrofiile. Neutrofiilid käivitavad seejärel teisi immuunsüsteemi osi.
Täiendussüsteem
Komplemendisüsteem on immuunsüsteemi biokeemiline kaskaad, mis aitab antikehadel hävitada patogeene või märgistada neid teiste rakkude poolt hävitamiseks.
Kaskood koosneb paljudest plasmavalkudest, mida toodetakse maksas. Valgud töötavad koos, et:
- vallandada põletikurakkude värbamist.
- märgistavad patogeenid hävitamiseks nende pinna katmise teel.
- häirivad nakatunud raku plasmamembraani, põhjustades nakatunud raku tsütolüüsi ja patogeeni surma.
- vabaneda organismi neutraliseeritud antigeeni-antikeha kompleksidest.
Komplemendikaskoodi elemente võib leida paljudel mitte-imetajate liikidel, sealhulgas taimedel, lindudel, kaladel ja mõnel selgrootute liigil.
Sündinud immuunvastuse rakud
Kõiki valgeid vereliblesid (WBC) nimetatakse leukotsüütideks. Leukotsüüdid erinevad teistest organismi rakkudest: nad toimivad nagu iseseisvad ainuraksed organismid. Nad võivad vabalt liikuda ja püüda rakujäätmeid, võõraid osakesi või sissetungivaid mikroorganisme. Neid toodavad luuüdis vereloome tüvirakud.
Sündinud leukotsüüdid on järgmised: Fagotsüütilised rakud, sealhulgas makrofaagid, neutrofiilid ja dendriitrakud. Nad tuvastavad ja hävitavad nakkust tekitavaid patogeene.
Mastrakud
Mastrakud on sidekoe ja limaskestade kaasasündinud immuunrakkude tüüp. Nad on tihedalt seotud patogeenide vastase kaitse ja haavade paranemisega. Neid seostatakse sageli ka allergia ja anafülaksia tekkega. Aktiveerituna vabastavad nuumrakkud kiiresti keskkonda iseloomulikke graanuleid, mis sisaldavad rohkesti histamiini ja hepariini, koos erinevate hormonaalsete mediaatorite ja kemotaktiliste tsütokiinidega. Histamiin laiendab veresooni, põhjustades põletiku tunnuseid, ning värbab neutrofiile ja makrofaage.
Fagotsüüdid
Sõna "fagotsüüt" tähendab sõna-sõnalt "sööjarakk". Need on immuunsüsteemi rakud, mis neelavad, st fagotsütoosivad, patogeene või osakesi. Osakese või patogeeni neelamiseks laiendab fagotsüüt osa oma plasmamembraanist, mähkides membraani ümber osakese, kuni see on ümbritsetud (st osakese on nüüd raku sees). Raku sees olles on sissetungiv patogeen endosoomi sees, mis ühineb lüsosoomiga. Lüsosoom sisaldab ensüüme ja happeid, mis tapavad ja seedivad osakese või organismi. Fagotsüüdid patrullivad üldiselt kehas patogeenide otsinguil, kuid nad on võimelised reageerima ka teiste rakkude poolt toodetud väga spetsialiseeritud molekulaarsete signaalide rühmale, mida nimetatakse tsütokiinideks. Immuunsüsteemi fagotsüütiliste rakkude hulka kuuluvad makrofaagid], neutrofiilid ja dendriitrakud.
Peremeesorganismi enda rakkude fagotsütoos on tavaline osa kudede tavapärasest arengust ja hooldusest. Kui peremeesrakud surevad, eemaldavad fagotsüütilised rakud need kahjustatud kohast. Eemaldades surnud rakke, on fagotsütoos oluline osa paranemisprotsessist.
Makrofaagid
Makrofaagid on suured fagotsüütilised leukotsüüdid. Nad suudavad liikuda läbi kapillaarveresoonte rakumembraani ja minna rakkude vahele, et jahti pidada sissetungivatele patogeenidele. Makrofaagid on kõige tõhusamad fagotsüüdid ja suudavad fagotsüütida märkimisväärse hulga baktereid või muid rakke või mikroobe. Bakterimolekulide seondumine makrofaagi pinnal asuvate retseptoritega käivitab makrofaagi bakterite neelamise ja hävitamise. Haigusetekitajad stimuleerivad makrofaagi ka tootma kemokiine, mis kutsuvad teisi rakke nakkuskohale.
Neutrofiilid
Neutrofiile ja kahte muud rakutüüpi (eosinofiilid ja basofiilid) nimetatakse granulotsüütideks (kuna nende tsütoplasmas on graanulid) või polümorfonukleaarseteks rakkudeks (PMN) nende iseloomulike kobarate tuumade tõttu.
Neutrofiilide graanulid sisaldavad mitmesuguseid toksilisi aineid, mis tapavad või pärsivad bakterite ja seente kasvu. Neutrofiilide peamised tooted on tugevad oksüdeerijad. Nende hulka kuuluvad vesinikperoksiid, vabad hapnikuradikaalid ja hüpokloriit. Neutrofiilid on kõige sagedamini esinev fagotsüütide tüüp, moodustades 50-60% kõigist tsirkuleerivatest leukotsüütidest. Nad on tavaliselt esimesed rakud, mis jõuavad nakkuskohale. Normaalse terve täiskasvanu luuüdi toodab päevas rohkem kui 100 miljardit neutrofiili ja ägeda põletiku ajal üle 10 korra rohkem.
Dendriitilised rakud
Dendriitrakud (DC) on fagotsüütilised rakud, mis esinevad väliskeskkonnaga kokkupuutuvates kudedes, peamiselt nahas (kus neid nimetatakse sageli Langerhansi rakkudeks) ning nina, kopsude, mao ja soolestiku limaskesta sisekihis. Dendriitrakud on väga olulised antigeenide esitlemise protsessis ning on ühenduslüliks kaasasündinud ja adaptiivse immuunsüsteemi vahel.
Basofiilid ja eosinofiilid
Basofiilid ja eosinofiilid on neutrofiilidega (vt eespool) seotud rakud. Patogeeniga kokkupuutel aktiveeritud histamiini vabastavad basofiilid on olulised parasiitide vastases kaitses ja mängivad rolli allergilistes reaktsioonides (nt astma). Aktiveerituna eritavad eosinofiilid mitmesuguseid väga toksilisi valke ja vabu radikaale, mis tapavad baktereid ja parasiite. Samad kemikaalid põhjustavad ka koekahjustusi allergiliste reaktsioonide ajal. Seetõttu on eosinofiilide aktiveerimine ja toksiinide vabanemine rangelt reguleeritud, et vältida kudede sobimatut hävitamist.
Looduslikud tapjarakud
Loomulikud tapjarakud ehk NK-rakud on osa kaasasündinud immuunsüsteemist, mis ei ründa otseselt sissetungivaid mikroobe. Selle asemel hävitavad NK-rakud kahjustatud peremeesrakke, näiteks kasvajarakke või viirusega nakatunud rakke. Ta tunneb sellised rakud ära nn "puuduva mina" järgi. See termin kirjeldab rakke, mille rakupinna marker MHC I (suur histokompatibility complex) on vähesel määral olemas. See võib esineda peremeesrakkude viirusinfektsiooni korral. Neid nimetati "loomulikuks tapjaks", sest nad ei vaja aktiveerimist, et tappa rakke, millel on "puuduv mina".
Skaneeriva elektronmikroskoobi pilt normaalsest inimverest. Näha on punaseid vereliblesid, mitmeid nupukujulisi valgeliblesid, sealhulgas lümfotsüüte, monotsüüte, neutrofiile ja palju väikeseid ketasekujulisi trombotsüüte.
Makrofaag
Neutrofiil
Eosinofiilne
Selgrootute immuunsüsteem
Antimikroobsed peptiidid
Antimikroobsed peptiidid ehk peremehe kaitsepeptiidid on osa kaasasündinud immuunvastusest. Neid leidub kõigis elusklassides. Need peptiidid on tugevad, laia toimespektriga antibiootikumid. Nad hävitavad nii gramnegatiivseid kui ka grampositiivseid baktereid, mükobaktereid (sealhulgas Mycobacterium tuberculosis), ümbritsetud viiruseid, seeni ja isegi muundunud või vähirakke.
Merekalade allikates on kõrge antimikroobsete ühendite sisaldus. Katsed elusate kaladega näitasid, et toidu/sööda koostisosades kasutatavad kalapeptiidid toimivad hästi.
Antimikroobsete peptiidide erinevad struktuurid
Küsimused ja vastused
K: Mis on kaasasündinud immuunsüsteem?
V: Sündinud immuunsüsteem on kaitsemehhanism, mis kaitseb peremeest infektsioonide eest. See hõlmab rakke, mis tunnevad ära patogeenid (mikroobid) ja reageerivad neile kohe, olemata spetsiifilised ühegi konkreetse patogeeni suhtes.
K: Kas kaasasündinud immuunsüsteem tagab pikaajalise immuunsuse konkreetsete infektsioonide vastu?
V: Ei, erinevalt adaptiivsest immuunsüsteemist ei anna kaasasündinud immuunsüsteem pikaajalist immuunsust konkreetsete infektsioonide vastu.
K: Kus me leiame kaasasündinud immuunsüsteemi?
V: Sündinud immuunsüsteemi võib leida kõigis taime- ja loomaliikides ning ka primitiivsetes mitmerakkulistes organismides. See on olemas ka taimedel, seentel, putukatel ja selgroogsetel.
K: Kas kaasasündinud immuunsüsteem on kohanemisvõimeline?
V: Ei, see ei ole kohanemisvõimeline ja ei muutu inimese elu jooksul.
K: Kuidas kaitseb kaasasündinud immuunsüsteem infektsioonide eest?
V: Sündinud immuunsüsteem reageerib kiiresti patogeenidele, mida ta tunneb ära, kaitstes neid kiiresti.
K: Kui vana on see kaitsestrateegia võrreldes teiste strateegiatega?
V: See kaitsestrateegia on evolutsiooniliselt vanem kui teised infektsioonide vastu kaitsmiseks kasutatavad strateegiad.
K: Milline organismitüüp tugineb nakkuse eest kaitsmisel peamiselt oma kaasasündinud immuunsusele?
V: Primitiivsed mitmerakkulised organismid tuginevad nakkuse eest kaitsmisel peamiselt oma kaasasündinud immuunsusele.
Otsige