CASTLE.PRI.EE

Записи с меткой «Патоген»

Случайно наткнулся на статью об иммунной системе. Это перевод книги, изданной на английском языке.
Автор кратко и понятно объяснил основные механизмы и принципы работы иммунной системы.
В этой статье я постарался, сократить объём (было 50 страниц) и изложить основное, самое важное.

Термины

Патоген — это микроорганизм, который способен вызвать болезнь.

Вирусы — очень маленькие патогены (гораздо меньше клеток).
Многие учёные считают, что вирусы существуют на границе живого и неживого. Некоторые считают их механизмами. Учёные определили, что вирусы могут размножаться только в клетках. Отсюда можно сделать вывод, что их создают искусственно в лабораториях и распространяют среди людей и животных. Есть несколько разных мнений, кто это делает. Одни считают, что это дело рук спецслужб, другие обвиняют фармакологические компании, третьи – инопланетян. «Ищи, кому это выгодно», скорее всего, фармакологические компании разрабатывают вирус и вакцины против него, а спецслужбы – распространяют вирус.

Аденовирус. Насморк, красные глаза, температура

Цель вируса — проникнуть внутрь клетки, преодолев все защитные барьеры, и наладить там производство самого себя, используя материалы клетки. Обычно клетка потом погибает.

Бактерии чаще всего представляют собой одноклеточные организмы. Они гораздо больше вирусов и обычно живут вне клеток человеческого организма (хотя некоторые могут забираться и внутрь).

Стрептококки оккупировали миндалины. Боль в горле и так далее.

В организме человека бактерии поглощают полезные вещества (например, железо). Бактерии часто убивают наши клетки. Кроме того, они выделяют токсины, как побочный продукт своей жизнедеятельности.

Вирусы гораздо меньше бактерий и во много раз меньше эритроцита.

Краткий обзор иммунной системы нашего организма

В левом верхнем углу бактерия проникает через небольшую ранку в коже.

Для начала она имеет дело с врождённой иммунной системой (innate system).

Врождённая иммунная система реагирует быстро, но ей нужна помощь, чтобы справиться с некоторыми патогенами.
Адаптивная иммунная система реагирует медленно, но зато способна справиться практически с любым противником.
Врождённая иммунная система имеет для борьбы с вредными бактериями и вирусами (все это в левой части рисунка):
Фагоциты (в частности, макрофаги / macrofage, которые умеют кушать бактерии)
Система комплемента / complement (белковые молекулы, которые умеют делать в бактериях дырки)
Натуральные киллеры / NK-cell (лимфоциты, которые умеют впрыскивать в бактерии разрушающие химические вещества)
Пока представим себе, что бактерию обнаружил и скушал макрофаг. Он сразу запускает сигнал тревоги — выбрасывает в окружающее пространство сигнальные белки: цитокины. Они попадают в кровь, и к месту инфекции из крови мигрируют лейкоциты. Бактерий обычно много, а макрофаги могут скушать несколько десятков. Поэтому нужны лейкоциты.
Фагоцит – это довольно большая клетка врождённой иммунной системы, которая поглощает бактерии, плохие клетки и отходы жизнедеятельности. Чем-то напоминает амёбу.

Фагоцит тянется ложноножкой к бактерии

Система комплемента – это сложный комплекс белковых молекул. Он может прикрепляться к бактериям и делать в них дырки.

Натуральный киллер (NK) – это лимфоцит врождённой иммунной системы, который в основном уничтожает клетки, заражённые вирусами.

NK-cell. Цвета для красоты.

Лейкоциты – белые кровяные тельца (нейтрофилы и прочие). Умеют поглощать патогены и создавать ловушки для них.

Капилляр с эритроцитами и лейкоцитами. Да, именно так выглядит кровь больного человека.

Антиген презентующие клетки (APC)
Самый важные из них – дендритные клетки. APC умеют выставлять наружу антигены. Другими словами, APC выставляет наружу пептиды, которые являются кусками вируса или бактерии.
Можно сказать, что APC являются основным связующим звеном между двумя иммунными подсистемами.

 

Антиген презентующая клетка (слева) показывает T-лимфоциту, что у неё есть.

Цитокины – это сигнальные белковые молекулы, с помощью которых информация о воспалении или инфекции распространяется в организме.

 

Интерлейкин 1 (IL-1). Сигнальный белок.

Адаптивная иммунная система

Адаптивная иммунная система (adaptive system) работает гораздо медленнее (и сложнее).

Для начала, антиген презентующие клетки иммунной системы (APC) берут куски патогена и путешествуют в лимфоузлы, где встречаются с
T-лимфоцитами / T-cell. Если T-лимфоциты видят, что кусок патогена является чужеродным, то они превращаются в один из двух видов:
либо в Т-киллеры (cytotoxic T-cell, которые умеют убивать)
либо в Т-хелперы (T-helper cell, которые активируют B-лимфоциты / B-cell).
B-лимфоциты умеют производить огромное количество антител / antibody). Антитела доставляются к месту инфекции и помогают другим клеткам иммунной системы обнаруживать и уничтожать патогены. Процесс выработки антител медленный и концентрация достигает пика через 10–15 дней.
Т-киллеры – это лимфоциты адаптивной иммунной системы, которые также уничтожают больные клетки организма.

Т-киллер уничтожает раковую клетку.

B-лимфоциты – это клетки адаптивной иммунной системы, которые умеют производить антитела. Их производится около 100 миллионов видов, поэтому наш организм может справиться с большинством патогенов.

B-лимфоцит

После перенесённой инфекции часть специфичных к ней B-лимфоцитов надолго остаётся в организме, значительно ускоряя иммунный ответ в случае повторного заражения этой же инфекцией.
Антитела – белковые молекулы, которые синтезируются B-лимфоцитами. Обычно человеческий организм умеет синтезировать 100 миллионов разных антител—это огромное разнообразие необходимо для распознавания постоянно меняющихся вирусов и прочих патогенов.

Наиболее распространённым в организме является иммуноглобулин G. Он умеет прикрепляться к бактериям, вирусам и грибкам.
У нас отсутствует иммунитет к ОРВИ, так как эти вирусы очень быстро мутируют. Организму приходится снова запускать процесс при контакте с новым подвидом вируса.

Слева — основные компоненты врождённой иммунной системы. Справа — адаптивной иммунной системы.

Кратко, как это происходит. Патоген попадает внутрь организма и его атакует врождённая иммунная система (фагоциты, лейкоциты, система комплемента). Информация о патогене попадает в специальные органы (например, лимфоузлы посредством антиген презентующих клеток), где с ней знакомятся клетки адаптивной иммунной системы (T-лимфоциты). Запускается производство антител посредством B-лимфоцитов. Антитела приходят на помощь и значительно упрощают работу врождённой иммунной системе.

Как организм отличает свои клетки от чужих?

Фагоцит путешествует по нашему телу и вступает в контакт с разными бактериями. Одни полезные и нужные, а другие подлежат уничтожению.
Фагоциты стремятся отрастить рецепторы, которые распознают критически важные и специфичные для вредных бактерий молекулы. Бактерии стремятся избавиться от этих специфичных молекул и заменить их чем-то другим, чтобы рецепторы перестали работать.

Фагоцит обнаруживает вредную бактерию.

В данном случае фагоцит успешно распознает маннозу, которая входит в состав гликопротеинов многих бактерий. Бактерии сложно избавиться от этого компонента мембраны, эту бактерию фагоцит уничтожит. У полезных бактерий такой компонент мембраны отсутствует.

Как организм узнает, что у клетки проблемы внутри?

Внутри клетки есть устройства, которые постоянно дробят на мелкие кусочки всё подозрительное. Эти кусочки клетка выставляет наружу через комплекс белковых молекул (MHC). Иммунная система (например, T-киллер) изучают эти куски в поисках антигенов и определяют, клетка больная или здоровая.

Процесс демонстрации клеткой своих внутренностей.

Природа заложила каналы для мониторинга клеток!
Некоторые вирусы умеют блокировать MHC или сильно уменьшать их количество. Натуральные киллеры смотрят, если на поверхности мало MHC, то клетка – больная и её нужно ликвидировать.

Как организм производит такое многообразие антител?

Антиген — любое вещество, которое организм считает чужеродным. Таких веществ множество. Поэтому организму необходимо производить около 100 миллионов разновидностей антител, чтобы уметь распознавать все эти антигены.
Антитела (antibody) в целом похожи, но у них есть часть, которая весьма разнообразна. Собственно, эта часть и умеет распознавать антигены.

Антитело со стабильной частью (серые) и изменяемой частью (красные).

У антител главная задача – прикрепляться к патогенам и сигнализировать клеткам иммунной системы о том, что это можно уничтожать. Кроме того, бактерии, облепленные антителами, теряют подвижность, что облегчает фагоцитам охоту за ними.
Антитела помогают клеткам иммунной системы обнаруживать и уничтожать патогены.

B-лимфоцит обнаруживает бактерию с подходящим антигеном, активируется и начинает со скоростью 2000 штук в секунду производить антитела.

Как распространяется сигнал от места инфекции?

Представьте, что вы лейкоцит и вас носит по капиллярам и артериям с довольно приличной скоростью. И вот где-то на периметре атака бактерий! Ваша задача выйти из капилляра и ринуться на помощь. Как это сделать?

Выход лейкоцитов из крови;

Как только бактерии обнаружены макрофагами, они сигнализируют цитокинами о том, что нужна помощь. Цитокины распространяются во всех направлениях. Когда они достигают капилляра, по которому “плывут” лейкоциты, в стенке капилляра раздвигается и лейкоцит устремляется по цитокиновому следу к месту воспаления.

Как уничтожаются бактерии и клетки

1. Макрофаг обнаруживает бактерию с помощью своих рецепторов или с помощью антител. Он окружает бактерию и поглощает её. Живая бактерия плавает в специальном пузырьке внутри макрофага. Внутри макрофага есть пузырьки с энзимами, они разрушают белки, так что могут разрушить и сам макрофаг. Они хранятся в пузырьках-лизосомах.

Макрофаг сливает вместе пузырёк с бактерией и лизосомой. Энзимы и бактерия оказываются вместе, после чего бактерия разрушается.

2. Сначала антитела прикрепляются к бактерии.
Система комплемента прикрепляется к антителам, которые расположены рядом. Затем белки комплемента перфорируют мембрану и её разрывает.

Система комплемента дырявит мембрану бактерии.

Антитела являются системой наведения для уничтожения бактерий.

Бактерия, облепленная антителами и макрофаг.

3. T-киллеры (клетки адаптивной иммунной системы) прикрепляется к больной клетке. Затем он выбрасывает белок перфорин, который делает в мембране клетки дырку. Потом выбрасывается гранзим, который проникает в клетку и запускает процесс её самоубийства.

Процесс запуска разрушения инфицированной клетки.

Память адаптивной иммунной системы

B-лимфоциты запоминают информацию о перенесённых инфекциях, потом организм реагирует гораздо быстрее.
B-лимфоциты умеют вырабатывать антитела (plasma B-cell), а часть B-лимфоцитов превращается в клетки памяти (memory B-cell). Они имеют на своей поверхности рецепторы, которые распознают данный антиген. Клетки памяти живут долго.

Например, если при первом иммунном ответе приличная концентрация антител достигается через 15 дней, то при повторном скорость в 100 раз больше.

Теперь представьте, что происходит с организмом во время прививки. Укол обходит все первичные защитные блоки. Организм бросает все силы на борьбу с врагом. Организм и иммунная система ослаблены. А вирус изменили, а у Вас отсутствует иммунитет к новому штамму. В организме полно мёртвых клеток, так как на их удаление мало сил, нужно уничтожать нового врага.  

Матери целуют своих детей

У грудных детей плохо работает адаптивная иммунная система, поэтому антитела они получают с молоком матери. (дети которых кормили грудью, меньше болеют).
После поцелуя в организм матери попадают патогены, которые есть у ребёнка. Иммунная система матери реагирует на них, memory B-cells активируются и вырабатывают большое количество нужных антител. Ребёнок сосёт молоко вместе с антителами и успешно борется с патогенами.
Так что, мамы, почаще целуйте своих детей, пока кормите их грудью. Ну и потом тоже можно, правда на здоровье ребёнка это уже вряд ли повлияет.
https://mdubakov.medium.com/immune-system-for-mere-mortals-74de44bdb733