patogeneza in imunski sistem

Patogeneza

• interakcije mikroorganizmov z višjimi organizmi

• normalna flora višjih organizmov

• vstop patogena v gostitelja

• kolonizacija gostitelja

• toksini

http://www.life.umd.edu/classroom/bsci424/index.html

Robert Koch (1843 - 1910)

Odkrije antraks.

Odkrije povzročitelja tuberkuloze.

Izboljša trdna gojišča za rast mikroorganizmov.

Uporablja tehniko čistih kultur za dokazovnje bolezni.

Postavi Kochove postulate za določanje povzročitelja

bolezni.

Kochovi postulati

• mikroorganizem moramo izolirati iz okuženega organizma in ga gojiti v

laboratoriju v čisti kulturi

• čista kultura mikrorganizma mora povzročiti bolezenska znamenja, če jo

vnesemo v zdrav organizem

• iz okuženega organizma moramo ponovno izolirati čisto kulturo istega

mikroorganizma

Interakcije mikroorganizmov z višjimi organizmi

V naravi praktično ni gnobiotičnih višjih organizmov, to je organizmov

brez prisotnih mikrobov.

Npr. naše telo ima ~ 1014 mikroorganizmov in ~ 1013 humanih celic

Mikroorganizme, ki sestavljajo višji organizem lahko razdelimo v:

- normalno mikrofloro

- oportunistično mikrofloro

- patogeno mikrofloro

Primernost animalnega gostitelja za rast mikrobov

Animalno telo nudi veliko število različnih habitatov in niš za rast

mikroorganizmov.

Npr. koža je običajno suha zato tam dobro raste Staphylococcus aureus, strikten

aerob Mycobacterium tuberculosis raste v pljučih, strikten anaerob Clostridium pa

v debelem črevesu.

Primernost animalnega gostitelja za rast mikrobov

• zaradi mehanskih barier mikroorganizme najdemo predvsem na

površinah (zunanjih in notranjih) animalnega gostitelja

• prisotnost mikroorganizmov v krvi, limfi, živčnem sistemu in

notranjih organih, ki so običajno brez mikrobov, indicira bolezen

Površina gostitelja, kot fizična bariera

Površina kože je ~ 2 m2, površina mukoznih membran je ~ 400 m2. V

kolikor mikroorganizem ni vezan na površino, je običajno s tokom

tekočine odstranjen. Ravno tako je odstranjen z odmiranjem in

odpadanjem epitelija.

Normalna flora, ki jo najdemo na koži

Skupno število: 1012

Tipični predstavniki: Staphylococcus, Corynebacterium, Acinetobacter,

Pityrosporium, Propinebacterium, Microciccus

Fizikalno kemijski parametri rasti: nizek pH (4-6), nizka vlaga, aerobnost, visoka

slanost, odpadanje kože

Vir energije: pot (Na+, Cl-, K+, maščobne kisline, steroidi), urea, amino kisline,

mlečna kislina, lipidi, keratin.

Vonj po znoju je posledica delovanja mikroorganizmov. Znoj sam po sebi nima

značilnega vonja.

Normalna flora, ki jo najdemo v ustni votlini


Tipični predsavniki: Streptococcus, Lactobacilus, Fusobacterium, Haemophilus,Veillonella, Corynebacterium, Neisseria, Actinomyces

Fizikalno kemijski parametri rasti: tok sline, trdne površine, spreminjajoč se pH,

različna redoks stanja in koncentracije hranil

Vir energije: hrana, izločki celic

Slina deluje antimikrobno, zaradi lizocima in

laktoperoksidaz.

Normalna flora gastrointestinalnega trakta

Fizikalno kemijski parametri rasti: tok snovi, variabilno pH in redoks okolje,

antimikrobne snovi, anaerobnost


Vir energije: zaužita

hrana

Normalna flora respiratornega trakta

Respiratorni trakt: Streptococcus, Staphylococcus, Corynebacterium,

Neisseria, Micrococcus, Haemophylus, Moraxella

Fizikalno kemijski parametri rasti: respiratorni eskalator, mukus, antibakterijske

snovi, aerobnost

Vir energije: sekrecija celic, v grlu in žrelu tudi

zaužita hrana

Normalna flora urogenitalnega trakta

Tipični predstavniki: Escherichia, Klebsiella, Proteus, Neisseria, Lactobacillus, Corynebacterium, Staphylococcus, Candida, Prevotella, Clostridium, Peptostreptococcus

Normalna flora nožnice se spremeni s puberteto zaradi produkcije glikogena,

ki je z laktobacili metaboliziran v mlečno kislino, kar zniža pH.

Odnos gostitelj – parazit (osnovni termini)

• rezistenca gostitelja označuje odpornost gostitelja na parazite

• patogenost označuje sposobnost parazita, da gostitelju povzroči škodo

• virulenca parazita je kvantitativna mera za patogenost

• infekcija označuje rast parazita na gostitelju

• bolezen je poškodba gostitelja, ki mu onemogoča normalno funkcioniranje

• odnos gostitelj : parazit je dinamičen, kar pomeni, da se tako rezistenca kot

virulenca nenehno spreminjata

Virulentnost

Virulentnost izražamo preko LD50 ali koncentracije mikrobnih celic

potrebnih za usmrtitev gostitelja.

Če patogeni sev vzdržujemo v laboratoriju brez animalnega gostitelja se mu

virulenca običajno zmanjša ali pa jo popolnoma izgubi, takim sevom pravimo

da so atenuirani in jih uporabljamo za pridobivanje vakcin, predvsem

virusnih.

Klasične patogene bakterije

Brucella spp.

Francisella tularensis

Borrelia burgdorferi

Rickettsia spp.

Nisseria gonorrhoeae

Chlamidia trachomatis

Corinebacterium diphtheriaeBordetela pertusis

Legionella pneumophilaMycobacterium tuberculosisBacillus anthracisChlamydia spp.

Listeria monocytogenes

Campilobacter jejuni

Echerichia coli

Salmonella typhi

Shigella spp.

Vibrio cholerae

Yersinia spp. Treponema pallidum

Nissereae gonorrhoeae

Chlamidia trachomatisMycobacterium leprae

Venus de Milo

Oportunistične patogene bakterije

Streptococcus pneumoniaeNeisseria meningitidisHaemophilus influenzae

Staphilococcus aureusHaemophilus influenzae

Streptococcus pneumoniaeHaemophilus influenzae

Streptococcus pyogenesStaphylococcus aureusPropinibacterium acnes

Clostrydium perfringensStaphylococcus aureus

Streptococcus mutansPorphyromonas gingvialis

Streptococcus pyogenes

Streptococcus sanguis

Heliobacter pylori

Clostridium difficile

Escherichia coli

Patogeneza

Patogeneza je proces, pri katerem patogeni mikrob povzroči bolezensko

stanje gostitelja. Za uspešno patogenezo je potrebna:

• adhezija (vezava na gostitelja)

• invazija ali kolonizacija

Patogenost je posledica produkcije toksinov, prekomerne rasti, ki zamaši

žile, srčne zaklopke ali zračne kanale, malignih transformacij, največkrat pa

je posledica pretiranega imunskega odgovora gostitelja.

Vezava na gostitelja

• vrstna specifičnost: nekatere vrste inficirajo samo nekatere gostitelje

(npr. E.coli K-88 prašič, E.coli CFA človek, E.coli K-99i teleta)

• genetska specifičnost: nekateri sevi gostitelja so imuni (npr. nekateri

prašiči niso občutljivi na E.coli K-88)

• tkivni tropizem: preferenca za vezavo na eno tkivo (npr. S.

mutants najdemo na zobeh, S. Salivarus najdemo na mandljih)

Mikrobne strukture pomembne za vezava na površino

struktura površina na katero se veže

glikokaliks mukus, keratinociti, intestinalni epitelij

S plast fibronektin, laminin, vitronektin, intestinalni epitelij

fimbrije intestinalni, urinarni in respiratorni epitelij

fibrile proteini v slini, trombociti

flagele različne epitelijske celice

celična stena različne epitelijske celice

kodri fibronektin, laminin, plazminogen, intestinalni epitelij

Adhezini in gostiteljske receptorske molekule pri Streptococcus pyogenes

adhezin receptor

lipotehojska kislina fibronektin

fibronektin vezavni protein fibronektin

M protein galaktoza, fukoza, fibrinogen, integrin

vitronektin vezavni protein vitronektin

GDP-3-P dehidrogenaza fibronektin, lizocim, miozin, aktin

laminin vezavni protein laminin

kolagen vezavni protein kolagen

galaktoza vezavni protein galaktoza

hialuronska kislina CD44

Vpliv adhezije na bakterijo

Bakterijski odgovor kot posledica adhezije je lahko:

• stimulacija bakterijske rasti

• sinteza pilov za nastanek mikrokolonij

• sinteza sekrecijskih sistemov III in IV

• povečana sinteza virulenčnih faktorjev

• povečana produkcija sideroforov

• povečana produkcija glikokaliksa.

Vpliv adhezije bakterij na gostitelja

brez efektazmanjšana sinteza mucinov

invazija

adhezija bakterije

spremenjena morfologijaapoptoza

izguba tekočinenekroza

sproščanje citokinov povečana sinteza adhezijskih

molekul gostitelja

Invazija celic

Vstopu mikroorganizma v celico pravimo invazija. Vstop je možen na

dva načina:

• mikroorganizem vstopa v gostiteljsko celico s pomočjo reorganizacije

citoskeleta

• penetracija celice z grobo silo brez reorganizacije citoskeleta

Ker je gostitelj razvil veliko število obrambnih mehanizmov, je malo

mikroorganizmov, ki lahko pridejo do vira hranil. Uspešna invazija torej

zmagovalcu omogoča obilen vir hranil brez mikrobne konkurence.

Invazija in kolonizacija gostitelja

Virulenčni faktorji, ki jih mikrob uporablja pri kolonizaciji, so:

• invazini (encimi)

• toksini (eksotoksini, endotoksini)

• impedini (izogibanje obrambnim mehanizmom)

• modulini (perturbacija citokinske signalne mreže)

Primer invazije epitelijskih celic z Yersinio sp.

invazini

integrin

Invazini - encimi

invazin aktivnost

hialuronidaza razgradi hialuronsko kislino konektivnih tkiv

kolagenaza raztopi kolagen mišičnih tkiv

neuraminidaza razgradi neuraminično k. intestinalne mukoze

koagulaza spremeni fibrinogen v fibrin, strjevanje krvi

kinaza plazminogen v plazmin, razgradnja fibrina

leukocidin sprostitev lizosomov iz neutrofilcev

streptolizin sprostitev lizosomov iz fagocitov

hemolizin lecitinaze uničujejo membrane eritrocitov

fosfolipaze cepitev fosfolipidov

Toksini

Toksini so eden najpomembnejših virulenčnih dejavnikov

mikroorganizmov, delimo jih na:

• proteinske toksine (eksotoksini)

• lipopolisaharidne toksine (endotoksini)

Proteinski toksini

• visokospecifični

• imajo visoko biološko aktivnost

• povzročajo intenzivno sintezo protiteles

• inaktivacijo lahko dosežemo s formalinom, jodom, pepsinom, citronsko

kislino, ketoni in povišano temperaturo, inaktivirane toksine (toksoide)

uporabljamo za imunizacijo

• mesto, kjer delujejo uporabljamo za njihovo oznako (enterotoksin,

neurotoksin, leukocidin, hemolizin)

Delovanje eksotoksinov

G

interferenca s signaliziranjem namembrani: cGMP, superantigeni

jedro

interferenca s

signaliziranjem v

citoplazmi: CT,

LT, StX, ExoA,

TeNT, BoNT

injicirani

toksini:

Exos, T,UY,

Yops bakt

erija

membranski encimi:PLC, proteaze

formiranje por:RTX, αCFT, βCFT, ciklolizin

Lipopolisaharidni toksini - endotoksini

• toksični so za večino sesalcev, povzročijo sprostitev citokinov

• so močni antigeni, vendar redko povzročijo kompleten imunski odziv, ki bizaščitil organizeml pred ponovno izpostavitvijo toksinu

• ne moremo jih inaktivirati do stopnje, ki bi bila primerna za imunizacijo

• prispevajo k simptomom bakteriemije in sepse

• povzročajo:

- vročino

- spremenjeno število levkocitov, intravaskularne koagulacije, nekroze

- hipotenzijo, šok, smrt.

Primerjava eksotoksin : endotoksin

Eksotoksin

Producirajo G+ in G-

Sproščeni iz celice

Proteini

Veliko različnih struktur in funkcij

Toplotno labili

Potrebujejo specifične receptorje

Povzročajo specifične efekte v gostitelju

Toksoide lahko naredimo

endotoksin

Producirajo samo G-

Integralni del celične stene

Lipid A

En strukturni tip

Toplotno stabilni

Efekt na različne celice v gostitelju

Povzročajo različne efekte v gostitelju

Ne moremo narediti toksoidov

Modulini - induktorji sinteze citokinov

modulin minimalna konc. za aktivacijo (mol)

LPS 10-6 do 10-12

peptidoglikan 10-6 do 10-9

tehojske kisline 10-6

lipoarabinomanan 10-6 do 10-9

porini 10-6 do 10-9

superantigeni 10-6 do 10-10

lipoproteini 10-6 do 10-12

molekularni šaperoni 10-9

eksotoksini 10-9 do 10-18

lipidi 10-6

DNA 10-9

Primer virulenčnih faktorjev pri Salmoneli sp.

virulenčni plazmid

endotoksin LPS

H antigen, vezava, inhibicija fagocitoze

VI kapsularni antigen, inhibicija komplementa

O antigen

citotoksin inhibira sintezo proteinov

siderofori

tip I fimbrije

enterotoksin

antifagocitniprotein

Posledice invazije za gostitelja

Gostitelj odreagira tako, da poveča:

• sproščanje citokinov (aktivacija imunskega odziva)

• sproščanje prostaglandinov (regulacija gastrointestinalne sekrecije)

• število receptorjev za nevtrofilce

• produkcijo fibrina

• apoptozo

Imunologija obramba gostitelja pred patogenimi mikroorganizmi

• organizacija limfatičnega sistema

• nespecifična obramba

• specifična obramba

• celično mediirana obramba

• humoralna obramba

• reakcija antigen-protitelo

Edward Jenner (1749 - 1823)

Opazi, da so kmetje, ki imajo

neškodljive kravje koze, odporni na

črne koze. Začne z vakcinacijo zdravih

oseb s kravjimi kozami, ki na ta način

pridobijo odpornost na črne koze.

Louis Pasteur in njegov poskus s kokošjo kolero

kultura bakterij (stara)

kultura bakterij (mlada)

UMRE

prvi stik z bakterijo

PREŽIVI

Imunost in imunski sistem

Imunost je sposobnost organizma, da se upre infekciji. Opravlja jo

imunski sistem. Ločimo:

- nespecifičen imunski odgovor

- specifičen imunski odgovor

Organi imunskega sistema

priželjc

limfatično

tkivo v

povezavi z

mukozo

MALT

vranica

kostni mozeg

bezgavke

Glavne funkcije limfe

• produkcija, vzdrževanje in distribucija limfocitov

• vračanje tekočine in topljencev v krvni obtok

• distribucija hormonov, hranil in odpadnih produktov iz organov v splošno

cirkulacijo (npr. absorpcija lipidov iz prebavnega trakta)

Omenjene funkcije opravljajo:

• limfoidne kapilare

• limfoidne cevi (manjše in večji toraktični vod, desni limfatični vod)

• limfoidna tkiva (limfoidni noduli, mukoza asociirano limfatično tkivo -

MALT, mandlji)

• limfoidni organi (bezgavke, priželjc, vranica)

Kri : limfa

Bistvena razlika med krvjo in limfo je v tem, da limfa nima eritrocitov in

da ima povečano število leukocitov.

Če odstranimo krvne celice dobimo plazmo. Plazma je nestabilna in

zaradi prisotnosti fibrinogena agregira. Tekočina, ki se loči od agregata

je serum. Agregacijo lahko preprečimo z dodajanjem antikoagulantov.

Serum vsebuje protitelesa in ostale topne necelične komponente

plazme.

Celice imunskega sistema

parenhimska celica

makrofagi

neutrofilci eozinofilci

bazofilci mastociti

plazma celiceTCD4TCD8

T celice NK celice B celice

mieloidna celica limfoidna celica

eritrociti

trombociti

granulociti

dendrociti

monociti

Bele krvničke ali leukociti

• lahko se gibljejo ameboidno (gibanje skozi ozke kapilare, gibanje v

medceličnem prostoru)

• lahko migrirajo izven žil (po aktivaciji se vežejo na stene žile in se nato

prerinejo skozi endotelijske celice v medcelični prostor)

• zmožne so kemotakse (gibanje proti kemijskemu signalu)

• sposobnost fagocitoze (granulociti)

Neutrofilci

• predstavljajo večino leukocitov (50 -70 %)

• ne barvajo se s kislimi ali bazičnimi barvili

• imajo segmentirano jedro, polimorfonuklearni leukociti ali PMN

• citoplazma je polna lizosomov

• so mobilni in specializirani za napad na bakterije

• po kontaktu z bakterijo se njihova metabolna aktivnost močno poveča

• izločajo vodikov peroksid, superoksidni anion in defenzine

• izločajo prostanglandine (povečajo prepusnost kapilar, lokalno vnetje)

• izločajo leukotriene (privlačijo druge fagocite)

• v krvnem obtoku preživijo do 10 ur, vsak lahko pokonča do 20 bakterij

Eozinofilci

• barvajo se s kislimi barvili

• predstavljajo 2-5 % vseh leukocitov

• napadajo objekte, ki so označeni s protitelesi

• fagocitirajo bakterije, protozoje, črve in celični debris

• sproščajo citotoksične encime in dušikov oksid

• občutljivi so za alergene in njihovo število naraste ob alergijah

Bazofilci

• barvajo se z bazičnimi barvili

• predstavljajo manj kot 1% leukocitov

• ob poškodbah sproščajo histamin, ki omogoča dilatacijo kapilar

• izločajo tudi heparin, ki preprečuje strjevanje krvi

• povečajo vnetni odgovor, ki so ga sprožili mastociti

• povečajo migracijo eozinofilcev na mesto vnetja

Mastociti

• imajo velike granule, ki vsebujejo vazoaktivni histamin in serotonin,

proteoglikan heparin, proteaze, leukotriene

• pomembni pri alergijah

• lahko fagocitirajo

• prezentirajo antigene

• producirajo citokine

Monociti in makrofagi

• monociti so največji leukociti, predstavljajo 2-8 % vseh leukocitov

• v obtoku do 24 ur, nato gredo v periferna tkiva, postanejo makrofagi

• makrofagi so najbolj agresivni fagociti

• sproščajo citokine, ki privlačijo neutrofilce in monocite in fibroblaste

• odvisno od mesta, kjer se monociti ustalijo, ločimo (alveolarne makrofage,

Kupferjeve celice, mikroglije)

Nespecifičen odziv imunskega sistema

• fizične bariere (npr. dlake, mukus)

• fagociti (makrofagi, neutrofilci, eozinofilci, monociti)

• celice ubijalke

• interferoni

• komplement

• vnetni odziv

• vročina

Fizične bariere

• keratinizirana koža skupaj z mrežo desmosomov prepreči vdor

mikroorganizmov skozi kožni epitelij

• tesni stiki med epitelijskimi celicami običajno preprečijo vdor

mikroorganizmov skozi epitelij

• dlake v nosu lahko preprečijo dostop patogenom

• cilije preprečijo potovanje mikrobom po respiratornem traktu

Anatomsko fiziološki obrambni mehanizmi

Antibakterijsko delovanje mukozne membrane

antibakterijska molekula način delovanja

mucini preprečevanje adhezije

lizocim cepitev peptidoglikana

laktoferin keliranje železa

laktoperoksidaza produkcija superoksidnega radikala

fosfolipaze poškodba membrane

leukocitni proteazni inhibitor inaktivacija LPS

reaktivni proteini opsonizacija bakterij

antibakterijski peptidi direktno ubijanje membrane

IgA inhibicija adhezije

Specializirane celice v mukozni membrani

celica funkcija

M prenos antigenov iz lumna v podmukozo, kjer se srečajo z antigen predstavitvenimi celicami

Penetove celice produkcija lizocima, fosfolipaz, antimikrobnih peptidov

intraepitelijski imunska kontrola črevesja, odstranjevanje poškodovanih leukociti epitelijskih celic, regulacija imunskega in vnetnega odziva

goblet produkcija mucina

Te celice skupaj z epitelijskimi celicami tvorijo posebno tkivo imenovano MALT

(mucosa associated lymphoid tissues) ali SALT (skin associated lymphoid

tissues).

Prepoznavanje patogenov

Pri prepoznavanju sodelujejo predvsem makrofagi, dendriti, neutrofilci

in bazofilci preko svojih receptorjev za mikrobne ligande.

Ko se akceptor (npr. TLR = Toll like receptor) aktivira pride do

znotrajceličnega signaliziranja, ki privede do sinteze genov (npr.

protimikrobnih snovi, tumor nekroznega faktorja-TNF, interlevkinov IL-1).

Fagocitno prepoznavanje celične stene in membran patogenov

mikrobni ligand fagocitni receptor funkcija

LPS CD14/TLR4 aktivacija makrofagov

peptidoglikan CD14/TLR2/TLR4 aktivacija makrofagov

lipoaravinomanan CD14/TLR2 aktivacija makrofagov

manozni glikani manozni receptor opsonizacija

fosforilholin reakcijski proteini opsonizacija

CpG dinukleotid TLR9 aktivacija makrofagov

formil-metionin- FMLP receptor aktivacija neutrofilcev

levcin-fenilalanin

šaperonin 60 CD14/TLR2/TLR4 aktivacija makrofagov

Prepoznavanje patogenov - komplement - klasična pot

C5bC6

C5bC6C7

C5bC6C7C8

C5bC6C7C8C9

liza

C6

C7

C8

C9

C4b2a3b

proteazaC1*

C1

proteaza

C5 C5b

C5a

anafilatoksin

C3 C3b

C3a

anafilatoksin

opsonin

anafilatoksin - povzroča vnetni odziv

opsonin - se veže na bakterijo in predstavlja ligand za vezavo makrofaga na komplement

C4b2a

C2 proteaza

C2a

protitelo - antigen

C4 C4b

C4a

Fagocitno prepoznavanje označenih bakterijskih celic

receptor ligand

αMβ2 C3b

CD64 IgG opsonizirane bakterije



CD89 IgA opsonizirane bakterije

CD35 C3b ali C4b

Fagocitoza bakterij

• prepoznavanje bakterij s površinskimi receptorji za komplement ali

komponente celične stene in membrane

• fagocitoza

• fuzija fagosoma z lizosomom

• ubijanje bakterij

• spremenjeno medcelično signaliziranje

Oksidativno in neoksidativno ubijanje bakterije v fagolizosomu

NO2

ONO2

OH

Fe(RS)2(NO)2

lizocim

hidrolaze

fosfolipaze

defenzini

BPI

proteaze

nizek pH

HOCl

laktoferin kalprotektin Nramp-1

FAGOLIZOSOM

Izogibanje nespecifične gostiteljeve obrambe

• izogibanje kontakta s fagocitom (periferni organi)

• zmanjšanje fagocitne kemotakse: (npr. streptolizin zmanjša kemotakso PMN)

• preprečena fagocitoza (npr. polisaharidna kapsula, M protein, K ali O antigen)

• preprečijo izlitje lizosomalne tekočine (npr. Salmonella, M.tuberculosis, Legionella)

• preprečijo delovanje fagolizosomalnih encimov (npr. B. anthracis, M. tuberculosis)

• zgoden pobeg iz fagolizosoma (npr. Rickettsia)

• povzročanje minimalnega vnetnega odziva

• produkcija agresinov (toksini in encimi, ki ubijajo celice, npr. hemolizini,

streptolizini, leukocidini, eksotoksin A, antaks toksin EF, pertuzis toksin)

Celice ubijalke

• pregledujejo površino celic in ugotavljajo antigenske spremembe

• če zaznajo antigensko spremembo se aktivirajo (vežejo se na celico,

preusmirijo Golgijev aparat proti tarčni celici, sprostijo se sekrecijski

vezikli v katerih je perforin, ki se vgradi v tarčno membrano,

oligomerizira in povzroči nastanek kanalčka)

• so manj selektivne kot limfociti

• odgovor celic ubijalk je hitrejši kot odgovor T ali B celic

Interferoni

• interferoni so majhni proteini, ki jih sproščajo aktivirani limfociti,

makrofagi in celice inficirane z virusi

• vežejo se na membranske receptorje in sprožijo sintezo protivirusnih

proteinov, ki ne preprečijo virusu vstopa v celico temveč interferirajo z

njegovo replikacijo

• stimulirajo makrofage in celice ubijalke

• obstaja več interferonov (α, β in γ interferon)

Vnetje

Vnetje je splošna nespecifična reakcija na poškodbe, toksine in patogene

organizme. Omogoča začasno popravilo ranjenega dela, prepreči dostop

novim patogenom, zmanjša razširjanje patogena, mobilizira lokalno,

regionalno in sistemsko zaščito.

Značilnosti so: rdečica, zatekanje, bolečina, toplota

Mediatorji vnetja so citokini, ki jih producirajo mastociti zaradi mehanskega stresa,

ran, kemijskih sprememb, infekcije ali ekstremnih temperatur.

Vnetni odziv

poškodbatkiva

kemijske spremembe medcelične tekočine

mastociti sprostijo histamin in heparin

privabljanje neutrofilcev

aktivacija specifične obrambe

odstranjevanje debrija z neutrofilci in makrofagi

dilatacija kapilar, povečana prepusnost inpovečan dotok krvi

zatekanje, rdečica, občutek vročine in bolečine

fibrin

omejevanje okužbe

Mediatorji vnetja

Spodbujevalci vnetja: TNF - alfa

IL-1 beta

IFN - gama

IL-8

Zaviralci vnetja: TNFrIL-IraIL-4IL-10IL-13

Vročina

Patogeni mikroorganizmi povzročajo vročino zato ker imajo pirogene

molekule (npr. endotoksini), le ti pa povzročijo sproščanje IL-1, IL-6,

TNFα. Vročina poveča fagocitozo in produkcijo protiteles.

Ločimo več vrst vročine:

• kontinuirana vročina: konstantno povečana temperatura z dnevno amplitudo

manj kot 1 oC, npr. tifoidna mrzlica, rikecioze, tularemija

• oscilirajoča vročina: povečana temperatura z dnevnimi aplitudami več kot 1 oC,

npr. tuberkuloza, trebušni tifus

• ponavljajoča se vročina: dnevi, ko je temperatura normalna, dnevi ko je

povišana, npr. malarija, bruceloze

Sepsa - okužba krvi

komplement neutrofilci monociti endotelijske celice

Heagemanov

dejavnik XII

LPS in drugi modulini

kemotaksa fagocitoza

propusnost kapilar

neutrofilci

koagulacija krvi

adhezijske molekule

lipidni mediatorji

NO tkivni dejavniki

vročina metabolne in hormonske spremembe

vazodilatacija

hipotenzija, akutna dihalna stiska, multipla odpoved organov

SMRT

Klinična slika sepse

utrujenost motnje zavesti

nemoč hipotenzija

slabost krvavitve

bruhanje, driska levkopenija

hiperventilacija trombocitopenija

mrzlica odpoved organov

zvišana ali znižana temperatura (acidoza, oligurija, zlatenica

glavobol odpoved srca)

bolečine v križu, mišicah

kožne spremembe

Specifičen odziv imunskega sistema

• specifičnost

• spomin

• toleranca

• antigeni

• prezentacija antigenov

• TCD8

• TCD4

• B celice

• produkcija protiteles

Specifičnost

specifični antigen

specifičnireceptor

imunska

celica

Celice imunskega sistema prepoznajo in reagirajo specifično z

izbranim antigenom. Vse ostale antigene ignorirajo.

Spomin

Imunski odziv je pri

ponovnem soočenju z istim

antigenom bistveno hitrejši.

Celice imunskega sistema

imajo spomin za antigene.

spominska

celica

aktivacija

imunska

celica

imunska

celica

produkcija protiteles

imunska

celica

razmnoževanje

učinkovanje

Toleranca

imunska

celica

lastni antigeni

Celice imunskega sistema ločijo med lastnimi antigeni in tujimi

antigeni. Lastne antigene ignorirajo.

Antigeni

• antigeni sprožijo produkcijo protiteles in aktivacijo T celic

• imunskega odziva ne povzroči celotna molekula antigena temveč le

antigenska determinanta ali epitop

• epitop je običajno izgrajen iz majhnega števila podenot, npr. 5-6

aminokislin, zaporednje aminokislin ni nujno linearno lahko je posledica

3D strukture molekule.

Predstavitev antigena TCD8 celicam

sinteza virusnih in bakterijskih proteinov v citoplazmi

ubikvitinacija in razgradnja virusnih in bakterijskih proteinov v proteosomu

transport peptidov iz citosola v ER

vezava antigenih peptidov na MHC I proteine v ER

transport MHCI-antigen kompleksa iz ER v Golgijev aparat

transport v eksocitozni vezikel

vgradnja kompleksa MHCI-antigen v citoplazmatsko membrano

Glavni histokompatibilni kompleks MHC I

MHC I receptorje najdemo na

površini vseh animalnih celic z

jedrom. Imajo variabilno in

konstantno regijo. V celici

obstaja več sto različnih genov,

ki kodirajo zapis za MHC

molekule. MHC I proteini

stimulirajo TCD8 celice. Prisotnost

MHC molekul je glavni razlog za

zavračanje tkiva pri presaditvah.

ANTIGEN

Receptorji za antigene na površini T celic - TCR

Struktura TCR je podobna

strukturi MHC I receptorjev in je

sestavljen iz konstantne in

variabilne regije. Mehanizem

nastanka velikega števila TCR

molekul je podoben rekombinaciji

pri protitelesih.

ANTIGEN

Aktivacija TCD8 celic

MHC I

TCRCD8

CD80

CD28

ekspresiran samo na aktiviranih makrofagih, sekundarni signal

TCD8 celica

citoplazmatska membrana


LFA-3

CD2

ICAM-1

LFA-1

antigen prezentirajoča celica

Učinek aktivacije na TCD8 celice

• ko se na MHCI-antigen kompleks veže TCD8 celica pride do njene

aktivacije, sprostijo se granule s perforinskimi monomeri

• perforini vstopijo v tarčno celico in uničijo membrano, kar sproži

celično smrt

• na ta način je lahko pokončana vsaka celica v organizmu

Predstavitev antigena TCD4 celicam

fagocitoza

razgradnja proteinov in ostalih komponent v lizosomu

sinteza MHC II proteinov v ER

transport MHC II iz ER v Golgijev aparat

fuzija eksocitotičnih veziklov (MHC II) z lizosomi (antigeni)

vezava antigena na MHC II kompleks

vgradnja kompleksa MHCII-antigen v citoplazmatsko membrano

MHC II proteini

MHC II proteine najdemo na

površini makrofagov,

dendrocitov, mastociti,

endotelijske celice in B

limfocitov. MHC II proteini

stimulirajo TCD4 celice.

ANTIGEN

Aktivacija TCD4 celic

MHC II

TCRCD4

CD80

CD28

ekspresiran samo na aktiviranih makrofagih, sekundarni signal

TCD4 celica



LFA-3

CD2

ICAM-1

LFA-1


Učinek aktivacije na TCD4 celice

aktivirana TCD4 celica

kloniranje aktivirane TCD4 celice

IL-2

aktivacija makrofagov

aktivacija B celic

vnetni odziv

spominske TCD4 celice

aktivacija TCD8 celic

liza

Citokini - mediatorji imunskega odziva

• so proteini brez encimske aktivnosti (preko 200 različnih citokinov)

• pomembni pri parakrinem in avtokrinem signaliziranju

• prisotni v nizkih koncentracijah (10-9 do 10-15 M)

• vežejo se na visoko afinitetne receptorje

• v skupino citokinov spadajo interlevkini, TNF družina, interferoni,

kolonije stimulirajoči faktorji, kemokini, rastni faktorji

Nomenklatura citokinov

citokinska družina primer glavna biološka aktivnost

interlevkini IL-1 do IL-18 rastni faktorji leukocitov

TNF TNFα/β, CD40 kontrola imunskega odziva

interferoni INFα,β,γ protivirusno delovanje

kolonija stimulirajoči fakt. IL-3, G-CSF meloidni rastni faktorji

kemokini IL-8, MIP, MCP kemoatraktanti za leukocite

rastni faktorji EGF, TGFα rastni faktorji epitelijskih celic

Vpliv citokinov na gostiteljeve celice

apoptozarazmnoževanje

citokin

aktivacija celicekemotaksa

diferenciacija

Biološka vloga nekaterih citokinov pri bakterijski infekciji

citokin producent tarča aktivnost

IL-Ib mieloid večina celic up-regulacija celičnih funkcij

IL-Ira mieloid večina celic naravni antagonist IL-1

IL-2 Th1 T/NK celice rastni faktor

IL-3 Th, NK mastociti rast in diferenciacija

IL-4 Th2, NK B/T celice rast in aktivacija

IL-6 fibroblasti, Th2 B, mieloidne c. reaktivni proteini

IL-8 makrofagi neutrofilci kemokini

IL-9 Th celice nekatere Th c. rastni faktor

IL-10 mieloid, Th mieloid mieloidni inaktivator

IL-11 kostni mozeg B, hepatociti reaktivni proteini

IL-12 mieloidne, B Th0, NK celice diferneciacija, INFγ sinteza

Biološka vloga nekaterih citokinov pri bakterijski infekciji (nadaljevanje)

citokin producent tarča aktivnost

IL-15 T, mieloidi T, NK celice rastni faktor

IL-17 T celice makrofagi, fibrob. up-regulacija celičnih funkcij

IL-18 mieloid T, NK celice sinteza IFNγ

INFa leukociti inficirane celice inhibicija virusne/bakterijske rasti

IFNb fibroblasti inficirana celica inhibicija virusna/bakterijske rasti

IFNg Th1, NK akt. makrofagi inhibicija intracelularnih bakterij

TNFa mieloid različne up-regulacija celičnih funkcij

TNFb Th1, T makrofagi, neutr. aktivacija

TGFb mieloid večina inhibicija vnetja

kemokini večina leukociti atrakcija leukocitov

onkostatin mieloid hepatociti produkcija reaktivnih proteinov

Koncept citokinske mreže

Th1 Th2

makrofag

IL-4, IL-10

IL-4, IL-10

IL-12IL-12

IFNγIFNγ

IFNγ

stimulira sintezo v izbrani smeri

inhibira sintezo v izbrani smeri

B celice in T celice

T celice B celice

mesto nastanka kostni mozeg kostni mozeg

dozorevanje priželjc kostni mozeg

življenjska doba meseci, leta dnevi (plazmatke), leta (spomin)

mobilnost mobilne predvsem stacionarne

receptorji CD3, CD4, CD8 antigenski receptorji

sinteza protiteles ne da

antigen prezentacija ne da

vrste TH1, TH2, Tc plazmatke, spominske

sekrecija citokinov da ne

Imunoglobulini - protitelesa

Imunoglobulini so proteinske molekule, ki jih izdelujejo B celice in lahko

reagirajo z antigeni. Najdemo jih v serumu, mleku, gastrointestinalni

tekočini. Serum, ki vsebuje protitelesa za izbrani antigen imenujemo

antiserum.

Glede na fizikalne, kemijske in imunološke lastnosti vsa protitelesa

razdelimo v pet skupin: IgG, IgA, IgM, IgD, IgE.

Za vse imunoglobuline velja, da so sestavljeni iz težke in lahke verige, ki

imata variabilne in konstantne regije.

Zgradba protiteles

LAHKA VERIGA

-S-S-TEŽKA VERIGA

konstantna

regija

variabilna regija Hipervariabilne domene so

mesta, kjer prihaja do kontakta

med protitelesom in

antigenom.

hipervariabilne domene

povezovalna domena

domena različnosti

Rekombinacije težke verige protitelesa

V3 D1 J2 nastanek aktivnega genaδintron

V1 V2 V3 V200 D2 D3 J1 J4 µ Y δ ε α

domena različnosti

povezovalna domena

konstantna regija

variabilna regija

introni

D1

V3 D1 J2 δ mRNA

težka veriga

Rekombinacije lahke verige protitelesa

V200 J2 nastanek aktivnega genaκintron

V1 V2 V3 V200 J1 J5 κ λ

povezovalna domena

konstantna regija

variabilna regija

introni

J2

κ mRNAV200 J2

lahka veriga

Rekombinacija protiteles

gen težka veriga lahki verigi

(število genov) κ λ

V 51 40 30

D 27 0 0

J 6 5 4

kombinacij 51 x 27 x 6 = 8262 40 x 5 = 200 30 x 4 = 120

Število možnih kombinacij = 8262 x (200 + 120) = 2.6 x 106

Dodatno se število možnih protiteles poveča zaradi rekombinacij že fuziranega

gena in povečane frekvence mutacij teh genov, tako da lahko doseže vrednost

~ 1010 različnih protiteles.

Imunoglobulin G - najbolj pogost

glavno cirkulirajoče

protitelo, najdemo ga v

ekstracelularni tekočini,

krvi, limfi, gre preko

placente

Imunoglobulin A

Običajno je dimer, kar mu omogočata dva proteina (sekrecijski protein in J peptid).

Je dominantno protitelo v slini, solzah, mleku, kolostrumu, gastrointestinalni tekočini

ter sekreciji mukozne membrane.

Imunoglobulin M

Običajno ga najdemo kot pentamer.

Je prvo protitelo pri imunskem

odzivu. IgM ima veliko ogljikovih

hidratov. Vsaka veriga zase ima

majhno afiniteto, skupaj v

pentameru pa imajo zelo visoko

afiniteto za antigene.

Navzkrižna reakcija antigena in protitelesa

Serologija

Študij interakcij med protitelesom in antigenom imenujemo serologija.

nevtralizacija (zaradi vezave protitelesa na antigen preprečeno delovanje toksina

ali virusa, uporabno za pridobivanje antitoksinov)

precipitacija (protitelo se veže na različne antigene, kar sproži agregacijo,

uporabno v imunoloških testih in imunogelski elektroforezi)

aglutinacija (če je antigen na površini celice lahko pride do agregacije celic, če gre

za agregacijo eritrocitov temu pravimo hemaglutinacija, uporabno za določanje

krvne skupine, klinične in diagnostične teste)

Monoklonalna in poliklonalna protitelesa

Pri običajnem imunskem odzivu je produciranih več različnih protiteles za

različne epitope, ki imajo različno afiniteto in specifičnost. Takim

protitelesom pravimo poliklonalna protitelesa.

V kolikor imamo protitelo izgrajeno proti enemu samemu epitopu, so to

monoklonala protitelesa.Monoklonalna telesa lahko pridobimo tako, da

hibridiziramo B celice s tumorsko celico, ki omogoča celični liniji nesmrtnost.

Nato v procesu selekcije izberemo ustrezen B klon.

Monoklonalna protitelesa so neprecenljiv pripomoček v mikrobiologiji saj so izjemno

specifična. Uporabna so v diagnostiki, bazičnem raziskovanju in ekologiji.

Imunost in infekcijske bolezni

Glavna funkcija imunskega sistema je zaščita pred infekcijskimi boleznimi.

Organizem lahko pridobi imunost na več načinov:

• naravna ali aktivna imunost (pridobljena skozi bolezen)

• umetna aktivna imunost (imunizacija, vakcinacija)

• naravna pasivna imunost (protitelesa matere)

• pasivna imunost (antitoksini, antiserumi)

Imunizacija

Antigen, ki ga uporabljamo za indukcijo imunosti imenujemo imunogen.

Proces pa imunizacija. Antigene, predvsem toksine, pred imunizacijo

modificiramo in jim na ta način zmanjšamo toksičnost. Takšnim toksinom

pravimo toksoidi.

Če kot imunogen uporabljamo celoten mikroorganizem potem ga pred

uporabo bodisi ubijemo ali pa atenuiramo. Atenuirane vakcine

uporabljamo predvsem pri imunizaciji za virusne infekcije. Pri bakterijskih

se enako dobro obnesejo vakcine iz ubitih bakterij.

Bakterijske bolezni, ki jih lahko preprečimo s cepivi

tuberkuloza atenuiran sev

davica toksoid

tetanus toksoid

oslovski kašelj mrtvi bacil

H. Influenzae polisaharidna konjugirana vakcina

pnevmokoki pnevmokokna polisaharidna vakcina

meningokoki meningokokna polisaharidna vakcina

kolera inaktivirana suspenzija sevov

tifus atenuirn sev S. Typhi

antraks protektivni antigen

kuga inaktiviran Y.pestis

tularemija atenuiran bacil

pegavica inaktivirana Rickettsia prowazekii

Virusne bolezni, ki jih lahko preprečimo s cepivi

otroška paraliza atenuiran virus ali inaktiviran virus

ošpice atenuiran virus

mumps atenuiran virus

rdečke ateniuran virus

influenca inaktiviran virus

hepatitis B rekombinantni HBs antigen

klopni meningitis inaktiviran virus

hepatitis A inaktiviran virus

steklina inaktiviran virus

norice atenuiran virus

rumena mrzlica atenuiran virus

črne koze neatenuiran vaccinia virus

adenovirusi ateniuran virus

Bolezni, ki jih lahko preprečimo z imunoglobulini in serumi

botulizem ABE antitoksin

citomegalovirus CMV imunoglobulin

davica difterijski antitoksin

hepatitis A IVIG imunoglobulin

hepatitis B HBIG imunoglobulin

norice VZIG imunoglobulin

ošpice imunoglobulin

steklina RIG imunoglobulin

tetanus TIG imunoglobulin

Program obveznega cepljenja predšolskih in šolskih otrok v Sloveniji

starost cepivo proti

rojstvo tuberkuloza

3 meseci davica, tetanus, oslovski kašelj, H.influenzae, polio

6 mesecev davica, tetanus, oslovski kašelj, H.influenzae, polio


15 mesecev ošpice, mumps, rdečke


3-5 leto H. influenzae

7 leto polio, hepatitis B, ošpice, mumps, rdečke

9 leto davica

14 leto davica, polio, tuberkulinski test

Izogibanje specifične gostiteljeve obrambe

• maskiranje antigenih površin (npr. celica se obleče z fibrinom in hialuronsko k.)

• toleranca na bakterijske antigene zaradi izpostavitve fetusa antigenom

• molekularna mimikrimija zaradi podobnosti mikrobnih antigenov z gostiteljskimi

antigeni, antigeni so maskirani s fibronektinom, fibrinom, protitelesi, sialičnio

kislino, hialuronsko kislino)

• imunosupresija (predvsem virusi in protozoji lahko znižajo delovanje

imunskega sistema)

• sproščanje antigenov v medij, kjer nevtralizirajo protitelesa

• antigenska variabilnost (npr. sprememba fimbrij ali ostalih površinskih

proteinov, ki so tarča protiteles pri virusih

Imunske bolezni

• trenutna preobčutljivost (alergije)

• autoimunske bolezni

• pozna preobčutljivost

• citotoksična preobčutljivost (npr. nekroza jeter)

• preobčutljivost zaradi aktivacije komplementa (npr. vnetje ledvic,

sklepov, žil)

• superantigeni

Trenutna hipersenzitivnost (alergije)

ALERGIJA

B

TH

IgE

ponovna izpostavitev antigenu

histamin, serotonin

mastocit

antigen

makrofag

prva izpostavitev antigenu

Autoimunske bolezni

T in B celice se med razvojem naučijo ločevati lastne antigene od tujih

antigenov. Reaktivacija T in B celic proti lastnim antigenom vodi do

nastanka autoimunskih bolezni. Autoimunske bolezni so:

juvenilni diabetes

reumatoidni artritis

miastenia gravis

multipla skleroza

Zapoznela hipersenzitivnost

Simptomi se pojavijo nekaj ur ali dni po sekundarni izpostavitvi antigenu.

Pride do vnetnega odziva in lokalnega uničenja tkiva zaradi intenzivnega

delovanja TCD8 celic (celic ubijalk).

Tak tip je značilen za tuberkulozo, lepro, brucelozo, mumps, kokcidiomitozo,

histoplazmozo.

Zapoznelo hipersenzitivnost lahko določamo s kožnimi testi.

Aktivacija TCD4 celic s superantigenom

MHC II

TCRCD4

CD80

CD28TCD4 celica



LFA-3

CD2

ICAM-1

LFA-1

superantigen povzroči prekomeren odgovor

imunskega sistema, vnetno

reakcijo, šok in smrt.


patogeneza in imunski sistem

Documents