Gdy patogeny ominą niespecyficzne mechanizmy ochrony zapewniane przez wrodzony układ odpornościowy, przejmuje je adaptacyjny układ odpornościowy. W naszym policyjnym przykładzie uznajmy składniki odporności adaptacyjnej za „siły specjalne”.”
„Siły specjalne” adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej mają dwa ważne zadania:
- Zatrzymać bieżącą infekcję
- Generować pamięć immunologiczną
Komórki pamięci monitorują organizm, by zatrzymać lub zmniejszyć wpływ przyszłych infekcji tym samym patogenem. Jeśli w ogóle dochodzi do drugiej infekcji, zazwyczaj trwa ona krócej i jest mniej poważna niż pierwsza. Szczepionki pozwalają nam wykorzystać zalety pamięci immunologicznej bez ryzyka związanego z pierwszym kontaktem. Trzymając się naszego przykładu z policją, szczepionki są jak ćwiczenia, które funkcjonariusze wykonują, aby być gotowym na rzeczywiste zdarzenie.
Wezwanie „sił specjalnych”
Adaptacyjna odpowiedź immunologiczna jest napędzana przez aktywność komórek zwanych komórkami prezentującymi antygen (APC). Trzy typy komórek mogą służyć jako APC – komórki dendrytyczne, makrofagi i limfocyty B. Spośród nich, komórki dendrytyczne są najbardziej powszechnym i najsilniejszym typem APC. Uważa się je za pomost pomiędzy wrodzoną i adaptacyjną odpowiedzią immunologiczną.
Komórki dendrytyczne są produkowane w szpiku kostnym i migrują przez krew do tkanek, gdzie monitorują obecność patogenów. Kiedy napotykają patogen, fagocytują go, rozbijają na kawałki i umieszczają te kawałki na swojej powierzchni jako „sygnał” dla innych składników układu odpornościowego. Gdy to się dzieje, komórka dendrytyczna migruje z tkanki do najbliższego węzła chłonnego, gdzie te sygnały powierzchniowe, zwane antygenami, pomagają aktywować limfocyty T. Komórki dendrytyczne mogą przetwarzać i prezentować większość typów patogenów, takich jak wirusy, bakterie, grzyby i pasożyty.
Podczas gdy prezentacja antygenów jest podstawową funkcją komórek dendrytycznych, makrofagi i komórki B są zdolnymi APC, ale nie jest to ich podstawowa funkcja. Makrofagi, jak opisano w części poświęconej wrodzonemu układowi odpornościowemu, przede wszystkim niszczą patogeny, sygnalizują wrodzoną odpowiedź immunologiczną i wywołują stan zapalny. Kiedy funkcjonują jako APC, to zazwyczaj w celu prezentacji antygenów patogenów, które zostały przez nie połknięte i które ewoluowały w taki sposób, że nie są zabijane przez typowe wrodzone odpowiedzi immunologiczne. Komórki B są istotną częścią adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej (patrz rozdział „Przygotowanie do walki” poniżej), ale czasami służą jako APC do aktywacji odpowiedzi przeciwko toksynom lub mniejszym antygenom, takim jak białka. Podobnie jak komórki dendrytyczne, makrofagi i limfocyty B, działając jako APC, muszą przemieszczać się do węzła chłonnego odprowadzającego, aby aktywować adaptacyjną odpowiedź immunologiczną.
Przygotowanie do walki
Gdy antygen jest prezentowany w węzłach chłonnych odprowadzających, adaptacyjna odpowiedź immunologiczna zaczyna się na poważnie. W naszym przykładzie z policją, prezentacja antygenu skutkuje odpowiedzią „wszystkie ręce na pokład”. Reakcje te są o tyle fascynujące, że są kierowane głównie przez małe białka i „pasujące” markery na powierzchniach komórek. Te małe białka nazywane są cytokinami, a kiedy wiążą się z powierzchnią komórki, komórka podejmuje odpowiednie działania. Działania te są szeroko zakrojone, ale mogą obejmować wzrost, zmiany, rozmnażanie lub interakcje z innymi komórkami. Zidentyfikowano ponad 50 rodzajów cytokin. Aby dana cytokina mogła związać się z powierzchnią komórki, musi ona posiadać „pasujący” do niej marker, zwany receptorem. Różne typy komórek mają różne receptory, a zatem poszczególne cytokiny mogą wywierać na nie mniejszy lub większy wpływ. Dodatkowo, niektóre cytokiny wywołują więcej niż jedno działanie, a wiele cytokin może wywoływać podobne działania. To pozorne „nakładanie się” jest ważne, ponieważ ustawia nasz układ odpornościowy tak, by mógł zapobiegać infekcjom na wiele sposobów. Umożliwia również przeżycie osobom urodzonym z niedoborami odporności. Więcej o tym aspekcie układu odpornościowego znajdziesz w rozdziale zatytułowanym „Co się dzieje, gdy układ odpornościowy nie działa prawidłowo.”
Oprócz cytokin i APC, dwa podstawowe typy komórek są kluczowe dla wysiłków adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej – limfocyty T i limfocyty B.
Komórki T
Komórki te są ważne w moderowaniu adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej. Można o nich myśleć jak o szefach i sierżantach policji, którzy upewniają się, że odpowiednia liczba pracowników odpowiada na daną sytuację. Każdy z trzech typów limfocytów T pełni odrębną rolę:
- Helper T cells oversee cytokine signaling to activate B cells and increase the efficiency of other immune cells, such as macrophages.
- Cytotoxic T cells are important in viral infections in that they kill cells that have been infected by viruses.
- Regulatory T cells regulate the immune response. Sygnalizują one zwiększoną aktywność na początku infekcji i odwrotnie, sygnalizują zmniejszenie odpowiedzi, gdy infekcja jest pod kontrolą.
Komórki B
Po aktywacji, komórki B zaczynają się rozmnażać, szybko zwiększając swoją liczbę. W naszym przykładzie, komórki B są oddziałami oficerów, którzy zjeżdżają na miejsce zbrodni. I podobnie jak broń, którą noszą żołnierze, komórki B są również uzbrojone. Jedynym celem większości komórek B jest wydzielanie dużych ilości przeciwciał. Komórki B, które wydzielają przeciwciała, znane są również jako komórki plazmatyczne.
Przeciwciała wydzielane przez komórki B są kluczową bronią adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej. Są one specyficzne dla patogenu, który atakują, więc mogą się z nim związać i zneutralizować go. U ludzi istnieje pięć różnych klas przeciwciał, znanych również jako immunoglobuliny (Ig): IgG, IgM, IgA, IgE i IgD. Każde z nich ma unikalne właściwości i rolę.
- IgG jest najbardziej rozpowszechniona i występuje we krwi i tkankach. Zidentyfikowano cztery różne podkategorie IgG. U typowych dorosłych ponad 70 gramów (lub 17 łyżeczek) IgG krąży w krwiobiegu każdego dnia, monitorując obecność patogenów. IgG krąży również w przestrzeniach między tkankami. Jest to również typ przeciwciała, który jest dzielony przez łożysko w czasie ciąży.
- IgM również krąży we krwi. IgM jest jednym z najwcześniejszych typów przeciwciał, które pojawiają się podczas infekcji. Podczas gdy te przeciwciała są specyficzne dla patogenu, są mniej skuteczne niż przeciwciała IgG, które pojawiają się później podczas infekcji. Ponieważ IgM występuje jako pentamer, czyli 5 cząsteczek IgM podróżujących razem, nie opuszcza krwi i nie dostaje się do tkanek, jak IgG. Zgrupowanie tych cząsteczek rekompensuje mniejszą skuteczność w porównaniu z IgG. Pomyśl o tym jak o pięciu obywatelach powstrzymujących podejrzanego przed opuszczeniem miejsca przestępstwa w porównaniu z jednym policjantem z bronią. Pięciu obywateli może otoczyć przestępcę, utrudniając mu ucieczkę, ale gdy jeden oficer przybywa z zasobami policyjnymi, możliwość ucieczki jest jeszcze mniejsza.
- IgA znajduje się we krwi, ale jego najważniejszą rolą jest ochrona powierzchni błon śluzowych. Z tego powodu przeciwciała IgA mają tendencję do znajdowania się na wyższych poziomach w przewodzie pokarmowym i oddechowym. IgA są również powszechnie obecne w mleku matki.
- Przeciwciała IgE znajdują się tuż pod skórą i wzdłuż naczyń krwionośnych. Są one najbardziej skuteczne w zwalczaniu infekcji spowodowanych przez pasożyty. Ten typ przeciwciał jest najczęściej związany z reakcjami alergicznymi.
- IgD jest mniej dobrze poznany, ale może odgrywać rolę w ochronie przed infekcjami dróg oddechowych i zapobieganiu atakom naszego układu odpornościowego na własne komórki i tkanki, znane jako antygeny „własne”. IgD znajduje się w drogach oddechowych i na niskim poziomie we krwi.
Zobacz ten krótki film o tym, jak działają przeciwciała.
Po sukcesie, przygotowanie na przyszłość
Większość komórek, które są aktywowane podczas infekcji, umiera podczas lub wkrótce po niej. Jednak niewielki podzbiór komórek B i T pozostaje na zawsze. Nazywane są one komórkami pamięci. Komórki te rozpoznają specyficzne antygeny. Na przykład, większość z nas posiada komórki pamięci B i T, które monitorują nasz organizm pod kątem grypy. Niezależnie od tego, czy nasze pierwsze zetknięcie z grypą było wynikiem infekcji, czy też szczepienia, nasz układ odpornościowy przeszedł proces aktywacji i odpowiedzi na atak. Ta pierwsza odpowiedź nazywana jest pierwotną odpowiedzią immunologiczną. Komórki pamięci, które pozostają po pierwotnej infekcji, służą jako strażnicy wypatrujący ponownego pojawienia się grypy. Jeśli tak się stanie, komórki te szybko się aktywują, umożliwiając układowi odpornościowemu wytworzenie szybszej i skuteczniejszej odpowiedzi immunologicznej na ten drugi (lub trzeci, czwarty itd.) atak.
Odpowiedzi immunologiczne napędzane przez komórki pamięci nazywamy odpowiedziami wtórnymi. W naszym policyjnym przykładzie, pomyśl o reakcjach pamięciowych jak o doświadczonych oficerach. Oficerowie z większym doświadczeniem są w stanie przewidzieć, co się dzieje, co pozwala im reagować szybciej, pewniej i skuteczniej. W ten sam sposób komórki pamięciowe pozwalają adaptacyjnemu układowi odpornościowemu na szybsze rozpoczęcie ataku. Taka gotowość skraca czas reakcji o kilka dni. Rezultaty mogą być widoczne na kilka sposobów. Niektórzy ludzie mogą nie mieć żadnych objawów i nawet nie zdawać sobie sprawy, że zostali narażeni po raz drugi. Niektórzy ludzie będą mieli objawy, ale nie będą one tak poważne. Prawdopodobnie będą też chorować przez mniej dni.
Zobacz ten krótki film o tym, jak działa adaptacyjny układ odpornościowy.