Wprowadzenie

Jesteśmy otoczeni przez miliardy bakterii i wirusów. Dla wielu z nich organizm ludzki jest jak chodzący szwedzki stół, oferujący prawie nieograniczone zasoby, które mogą wykorzystać jako źródło energii i do swojej reprodukcji. Szczęśliwie dla nas, dostanie się do organizmu człowieka nie jest łatwym zadaniem.

Z punktu widzenia tych maleńkich organizmów, człowiek jest trochę jak forteca. Skóra jest gruba i bardzo trudna do przeniknięcia. Dodatkowo skóra wytwarza różnorodne substancje, które szkodzą „najeźdźcom”. Otwory, takie jak oczy, nos i usta są chronione przez płyny i lepki śluz, który wychwytuje szkodliwych napastników. Układ oddechowy posiada mechaniczną ochronę w postaci rzęsek nabłonka dróg oddechowych, drobnych włosków, które usuwają cząsteczki. Intruzi, którzy dotrą tak daleko, jak do żołądka natkną się na bardzo kwaśny sok żołądkowy, który większość z nich zabije.

Jednak mimo naszej fantastycznej obrony, niebezpieczni intruzi wciąż mogą się przedostać. Niektóre przedostają się z naszym jedzeniem, a inne mogę się wśliznąć przez nos. I jak wszyscy dobrze wiemy wiele rzeczy może uszkodzić naszą skórę. Codziennie dochodzi do jakiś zadrapań czy skaleczeń i za każdym razem, gdy do tego dochodzi, jesteśmy narażeni na wtargniecie bakterii lub wirusów. Jaka zatem magiczna siła utrzymuje nas w zdrowiu przez większość czasu?

Kiedy się zranimy (skaleczymy lub zadrapiemy) i intruzi dostaną się do naszego organizmu, nasze komórki ulegają zniszczeniu. Umierające komórki wyzwalają automatyczną reakcję zwaną zapaleniem, która obejmuje rozszerzenie naczyń krwionośnych i zwiększenie przepływu krwi. Zapalenie dla organizmu jest odpowiednikiem alarmu przeciw­wła­manio­wego. Kiedy ten alarm się włączy, to ściąga olbrzymią ilość komórek obrony  do miejsca uszkodzenia. Zwiększony przepływ krwi pomaga komórkom obrony dostać się do tego miejsca. Jest to również odpowiedzialne za wystąpienie zaczerwienienia i obrzęku w tym miejscu.

Nasza obrona: komórki układu odporności

Komórki naszej obrony są częściej określane jako komórki układu odporności. Są one częścią wysoce efektywnych naszych sił obronnych zwanych układem odporności. Komórki układu odporności działają wspólnie z rożnymi białkami wyszukując i niszcząc wszystko co obce i niebezpieczne, gdy wtargnie do naszego organizmu. Na aktywację komórek układu odporności potrzeba trochę czasu, ale gdy już zaczną działać z pełną siłą, to bardzo niewiele wrogich organizmów miałoby jakąś szansę.

Komórkami układu odporności są krwinki białe (leukocyty) produkowane przez nasz szpik kostny w olbrzymich ilościach. Jest szeroki wachlarz różnych komórek układu odporności, ze swymi mocnymi i słabymi stronami. Pewne z nich wyszukują i niszczą/pożerają organizmy „intruzów”, podczas gdy inne niszczą zakażone lub zmutowane (nieprawidłowe) komórki organizmu. Jeszcze inne potrafią uwalniać specjalne białka nazywane przeciwciałami, które zaznaczają intruzów, aby zostały zniszczone przez inne komórki.

Ale wspaniałą/niezwykłą zaletą układu odporności jest jego zdolność do "pamiętania" wrogów, z którymi w przeszłości walczył. Gdy układ odporności wykryje już wcześniej "zarejestrowanego" intruza, to zacznie gwałtowniej i bardziej bezwzględnie w niego uderzy. W konsekwencji, intruz, który próbuje zaatakować organizm po raz drugi, najprawdopodobniej zostanie wcześniej zmieciony, zanim pojawią się jakieś objawy choroby. I gdy tak się dzieje, mówimy, że organizm został uodporniony.

Nasi główni wrogowie: bakterie i wirusy

Teraz, gdy wiemy już coś (trochę) o naszej obronie, przyjrzyjmy się bliżej naszym głównym wrogom. Najczęściej mikroorganizmami odpowiedzialnymi za atakowanie naszego organizmu są bakterie i wirusy.

Większość bakterii żyje wolno, ale niektóre żyją w innych organizmach, włączając w to organizmy ludzi. Niefortunnie wiele bakterii, która ma ludzkich gospodarzy produkuje toksyny (trucizny), które niszczą organizm. Ale nie wszystkie bakterie są szkodliwe. Wiele z nich jest obojętna, a wiele jest wręcz potrzebnych człowiekowi bo pełnią ważne funkcje dla naszego organizmu.

Bakterie są kompletnymi organizmami, które mogą się reprodukować (rozmnażać) przez podział komórki. Wirusy, z drugiej strony, nie potrafią się samodzielnie reprodukować i potrzebują one do tego komórek gospodarza. Przejmują nad komórkami gospodarza (ludzi czy innych organizmów) kontrolę i oszukują je tak, aby produkowały nowe wirusy, które zaatakują dalsze komórki. Najczęściej, w czasie tego procesu, komórka gospodarza ulega zniszczeniu.

Patogeny i antygeny

W życiu codziennym często mówimy o wirusach, bakteriach i toksynach. Ale gdy czytamy o układzie odporności często napotykamy na terminy antygen i patogen. Antygen to obca substancja, która wyzwala reakcję ze strony układu odporności. Na powierzchni bakterii i wirusów są często znajdywane antygeny. Patogen to mikroskopowy organizm powodujący chorobę. Przykładami patogenów są wrogie bakterie, wirusy i grzyby chorobotwórcze.

Układ odporności – bardziej konkretnie

Jest jednym z najbardziej fascynujących wynalazków natury. Z łatwością chroni nas przez miliardami bakterii, wirusów czy innych patogenów. Większość z nas na co dzień nie dostrzega, że nasz układ odporności cały czas jest w stanie gotowości, aby kontratakować na pierwszy sygnał/objaw inwazji szkodliwych mikroorganizmów.

Układ odporności jest niezwykle złożony. Składa się z wielu narządów, bardzo wielu rodzajów komórek i białek, które mają różne zadania, aby zwalczyć obcych „najeźdźców”.

Układ dopełniacza

Pierwsza linia układu odporności, która spotyka najeźdźców, takich jak np. bakterie, to grupa białek nazwana układem dopełniacza. Białka te pływają swobodnie w krwi i mogą szybko znaleźć się w zaatako­wa­nym miejscu, gdzie będą mogły reagować bezpośrednio z antygenami – cząsteczkami rozpoznanymi jako obce.

Gdy białka układu dopełniacza zostaną uaktywnione, to potrafią one:

• Uruchomić/wyzwolić reakcje zapalną
• Przyciągnąć komórki żerne, takie jakie jak makrofagi do miejsca
• Przylgnąć¹ do „intruzów” tak, aby komórki żerne łatwiej ich unicestwiły
• Zniszczyć „intruzów”

¹ Przylgnąć = w biologii opłaszczyć – zjawisko polegające na tym, że określone cząsteczki mogą przyłączać się do powierzchni patogenu i następnie ułatwiać fagocytozę komórkom żernym.

Komórki żerne (fagocyty)

Jest to grupa komórek układu odpornościowego wyspecjalizowana w znajdowaniu i "pożeraniu" bakterii, wirusów i martwych lub uszkodzonych komórek. Występują trzy główne rodzaje: granulocyty, makrofagi i komórki dendrytyczne.

	Granulocyty często stanowią pierwszą linię obrony w czasie infekcji. Atakują one wszelkich „intruzów” i tak długo ich „gryzą”, aż ich zniszczą. Ropa z zakażonych ran zawiera przeważnie martwe granulocyty. Poza tym mała część populacji granulocytów jest wyspecjalizowana w atakowaniu większych parazytów, takich jak robaki.
	Makrofagi ("wielcy pożeracze") na inwazję odpowiadają wolniej niż granulocyty, ale są większe, żyją dłużej i mają znacznie większe możliwości. Makrofagi odgrywają również kluczową rolę w alarmowaniu pozostałych części układu odporności2. Pochodzą one z białych krwinek zwanych monocytami, które gdy przejdą z krwi do tkanek, ulegają przekształceniu w makrofagi.
	Komórki dendrytyczne są również komórkami żernymi czyli "fagami" i pożerają intruzów tak jak granulocyty i makrofagi. I podobnie jak makrofagi, komórki dendrytyczne pomagają aktywować cały układ odporności2. Potrafią one oczyszczać płyny ustrojowe z obcych cząsteczek i mikroorganizmów.

Prezentacja antygenu

Prezentacja antygenu – termin obejmujący znaczeniem mechanizmy odpornościowe, które polegają na „ukazaniu” antygenu limfocytom T przy udziale cząsteczek MHC. Głównym celem prezentacji antygenów jest rozwinięcie odpowiedzi swoistej na dany antygen. Charakterystyczne jest to, że antygeny nie są przedstawiane w formie pierwotnej (natywnej), lecz w formie przetworzonej.

Ze względu na zróżnicowanie cząsteczek MHC*, prezentacja antygenu może się przejawiać w jednej z trzech postaci:

*MHC - ang. major histocompatibility complex - główny układ zgodności tkankowej. Stanowi go zespół białek odpowiedzialnych za prezentację antygenów limfocytom T.

• Cząsteczki MHC klasy I, które prezentują antygeny limfocytom Tc (cytotoksycznym), biorą udział w obronie przeciwko patogenom wewnątrzkomórkowym, np. wirusom. Jeżeli taki antygen zostanie rozpoznany jako obcy, komórka prezentująca będzie zabita, jego obecność na cząsteczce MHC klasy I świadczy bowiem o istnieniu patogenu we wnętrzu komórki. Zabijając komórkę, limfocyt Tc zabija zwykle także występującego w niej pasożyta. Można powiedzieć, że w ten sposób jednostka (komórka) jest poświęcana dla dobra ogółu (organizmu).
• Cząsteczki MHC klasy II, które prezentują antygeny limfocytom Th (pomocniczym), nie wywołują śmierci komórki prezentującej antygen. W tym przypadku taka komórka rozpoczyna wydzielanie cytokin, które pobudzają limfocyt Th. Limfocyty Th są istotnymi komórkami regulującymi odpowiedź odpornościową. Dzięki temu cząsteczki MHC klasy II uczestniczą w pobudzeniu innych komórek, za pośrednictwem limfocytów T pomocniczych.
• Prezentacja krzyżowa jest mechanizmem umożliwiającym pobudzenie zarówno limfocytów Th, jak i limfocytów Tc, przy czym biorą w niej udział zarówno cząsteczki MHC klasy I, jak i klasy II. Nie jest to jednak prosta kombinacja dwóch poprzednio wymienionych rodzajów prezentacji antygenu. Zachodzi ona w charakterystyczny sposób z udziałem określonych komórek, które prezentują antygeny jednocześnie na MHC obu klas i nie są zabijane przez limfocyty Tc.

² Makrofagi i komórki dendrytyczne należą do tzw. komórek prezentujących antygen (Antigen Presenting Cells).

Limfocyty – komórki T i komórki B

Limfocyty należą do krwinek białych (leukocytów) i pochodzą ze szpiku kostnego, ale migrują do różnych części układu limfatycznego, takich jak węzły chłonne, śledzona czy grasica. Są dwa główne rodzaje limfocytów: komórki T i komórki B. Układ limfatyczny obejmuje również system transportowy – układ naczyń limfatycznych – służący do transportu oraz magazynowania limfocytów. Układ limfatyczny zaopatruje/dostarcza limfocyty naszemu organizmowi i odfiltrowuje tkanki z martwych komórek i mikroorganizmów, które nas zaatakowały, takich jak np. bakterie.

Na powierzchni każdego limfocyta znajdują sie receptory, które umożliwiają im rozpoznawanie obcych substancji. Receptory te są bardzo wyspecjalizowane i pasują tylko do jednego swoistego antygenu. Aby to zrozumieć działanie takich specyficznych receptorów pomyślcie o ręce, która może chwycić tylko jeden rodzaj przedmiotu, na przykład tylko jabłko. Taka ręka byłaby prawdziwym mistrzem w chwytaniu jabłek, ale nie byłaby w stanie chwycić cokolwiek innego. W naszym organizmie taki pojedynczy receptor odpowiadałby ręce, która wychwytuje swoje „jabłka”. Limfocyty przemierzają nasz organizm póki nie natrafią na antygen, który ma właściwy kształt i  rozmiar pasujący do ich specyficznego receptora. Wydaje się, że może fakt, iż receptory każdego limfocyta mogą pasować tylko do jednego szczególnego rodzaju antygenu będzie stanowił ograniczenie, ale organizm radzi sobie z tym dzięki produkcji takiej mnogości różnorodnych rodzajów limfocytów, że układ odporności jest w stanie rozpoznać niemal każdego intruza.

Limfocyty T

Limfocyty (komórki) T tworzą dwie główne i odmienne grupy: limfocyty pomocnicze T (helper cells) i limfocyty T zabójcy (killer cells). Nazwa limfocyty T pochodzi od łacińskiej nazwy grasicy – thymus – gruczołu położonego za mostkiem. Limfocyty T powstają w szpiku kostnym,  następnie migrują do grasicy gdzie dojrzewają.

Limfocyty pomocnicze Th (helper) stanowią główną siłę napędową i regulującą układ odporności. Ich podstawowym zadaniem jest aktywacja limfocytów B oraz limfocytów T zabójców. Jednak limfocyty pomocnicze Th same muszą być wcześniej aktywowane. Dzieje się to wówczas, gdy makrofag lub komórka dendrytyczna, która wcześniej pochłonęła intruza, przemieści się do pobliskiego węzła chłonnego i zaprezentuje informację o załapanym patogenie. Komórka żerna (fagocyt) przedstawia fragment antygenu intruza na swej powierzchni w procesie znanym prezentacją antygenu. Limfocyt pomocniczy Th zostaje aktywowany, gdy jego receptor rozpozna antygen. Raz aktywowany limfocyt pomocniczy Th zaczyna się dzielić i produkować białka, które aktywują limfocyty B i T jak również inne komórki układu odporności.

Limfocyt T zabójca (killer cell) jest wyspecjalizowany w atakowaniu komórek organizmu zakażonych wirusami, a czasem bakteriami. Atakuje również komórki raka. Limfocyt T zabójca posiada receptory do wyszukiwania każdej komórki, która pasuje. Komórka, jeśli jest zakażona, jest szybko zabijana. Zakażone komórki są rozpoznawane dzięki drobnym śladom intruza - antygenowi, który może być wykryty na ich powierzchni.

Limfocyty B

Limfocyt B poszukuje antygenu pasującego do jego receptorów. Jeśli znajdzie taki antygen to przyłączy się do niego i wewnątrz limfocyta B jest uruchamiany sygnał spustowy. Ale żeby zostać w pełni aktywowanym, limfocyt B potrzebuje jeszcze białka produkowanego przez limfocyty pomocnicze Th. Gdy to nastąpi limfocyt B zaczyna się dzielić produkując swoje klony komórkowe i w czasie tego procesu powstają dwa nowe typy komórek: komórki plazmatyczne i limfocyty pamięci B.

Komórka plazmatyczna jest wyspecjalizowana w produkcji  swoistych białek zwanych przeciwciałami, które będą oddziaływać na taki antygen, który pasuje do receptora limfocyta B. Przeciwciała uwalniane przez komórki plazmatyczne potrafią wyszukać „intruzów” i pomóc w ich zniszczeniu. Komórki plazmatyczne produkują przeciwciała w niezwykłym tempie i potrafią uwalniać dziesiątki tysięcy przeciwciał na sekundę. Gdy Y-kształtne przeciwciała napotkają pasujący antygen, przyłączają się do niego. Przyłączone przeciwciała służą jako „smakowita otoczka” dla komórek żernych, takich jak makrofagi. Przeciwciała neutralizują również toksyny i unieszkodliwiają wirusy, zapobiegając zakażaniu przez nie nowych komórek. Każde ramię Y-kształtnego przeciwciała może przyłączyć się do różnego antygenu. Tak więc gdy jedno ramię łączy się z jednym antygenem na jednej komórce, to drugie ramie może przyłączać się do innej komórki. W ten sposób patogeny są zbierane w większe grupy, które łatwiej jest sfagocytować komórkom żernym. Poza tym bakterie i inne patogeny pokryte przeciwciałami są łatwiejszym celem na atak białek układu dopełniacza.

Limfocyty pamięci B (komórki pamięci B) są drugim rodzajem komórek produkowanych przez kategorię limfocytów B. Komórki te mają wydłużony okres życia i dlatego mogą „pamiętać” swoistych intruzów. Również kategoria limfocytów T może produkować komórki pamięci, mają one nawet dłuższy okres życia niż limfocyty B pamięci. Gdy intruz próbuje powtórnie zaatakować organizm, to limfocyty pamięci B oraz T, które już go znają, pomagają aktywować układ odporności znacznie szybciej. Najeźdźcy zostają wprost “wymieceni”, zanim zakażona osoba poczuje jakiekolwiek objawy. Organizm został uodporniony na intruza.

Aktywacja limfocytów pamięci B