Nobel za badania nad układem odporności

Amerykanin Bruce Beutler, Francuz Jules Hoffmann oraz pochodzący z Kanady Ralph Steinman zostali laureatami Nagrody Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii 2011 za odkrycia dotyczące funkcjonowania układu odpornościowego.

Tegoroczni laureaci dokonali przełomowych odkryć dotyczących tego jak działa nasz układ odpornościowy. Bruce Beutler i Jules Hoffmann wyjaśnili jak funkcjonuje tzw. wrodzony układ odpornościowy (innate immune system). Jest to pierwsza linia obrony systemu immunologicznego, gdy patogeny, takie jak bakterie i wirusy, pokonają bariery fizyczne, chemiczne i biologiczne organizmu. Jest to odpowiedź natychmiastowa, lecz nieswoista (nie jest skierowana przeciwko konkretnym zarazkom).

Zasługą Ralpha Steinmana było odkrycie komórek dendrytycznych, pełniących kluczową rolę w drugiej linii obrony immunologicznej, czyli w tzw. adaptacyjnym układzie odpornościowym (adaptive immune system). Tego rodzaju odporność wytwarza się po tym, jak organizm zetknie się z patogenem i go wyeliminuje, ale jednocześnie zapamięta go (jest to tzw. pamięć immunologiczna), tak by mógł uruchomić reakcję odpornościową natychmiast po ponownym ataku drobnoustroju.

Oba rodzaje odporności, wrodzonej i adaptacyjnej, funkcjonują dzięki temu, że układ odpornościowy potrafi rozróżnić własne molekuły od obcych, nazywanych antygenami. Są to białka i substancje chemiczne wzbudzające przeciwko sobie odpowiedź odpornościową w organizmie, do którego próbują wniknąć. Ponieważ organizm wytwarza przeciwko nim "pasujące" do nich przeciwciała, antygeny nazywane są generatorami przeciwciał.

Organizm odróżnia określające jego odrębność własne antygeny (są to tzw. autoantygeny). Należą do nich antygeny zgodności oraz grupy krwi i układu grupowego Rh. Antygeny zgodności tkankowej trzeba uwzględnić podczas przeszczepów narządów. Zgodność grup krwi ma ważne znaczenie przy jej przetaczaniu od jednej osoby do drugiej. Z kolei czynnik, np. Rh + u matki jest zagrożeniem dla jej dziecka, gdy odziedziczy ono po ojcu Rh - (bo jest traktowany jako obcy).

Pierwszą obroną przez patogenami jest choćby kaszel i kichanie, które mają je wyrzucić poza organizm (zarażając jednocześnie inne osoby, gdy zarazki, takie jak wirusy przeziębienia i grypy, roznoszone są drogą kropelkową). Skóra i drogi oddechowe wydzielają peptydy przeciwbakteryjne, natomiast w łzach, ślinie i mleku kobiecym są przeciwbakteryjne enzymy. Przed drobnoustrojami chronią też bardziej kwasowe wydzieliny, znajdujące się w żołądku czy w narządach płciowych. A także flora bakteryjna znajdująca się w przewodzie pokarmowym oraz w drogach moczowo-płciowych.

Zarazki, które mimo tych barier przenikną do wnętrza organizmu, napotykają na opór komórek i mechanizmów wrodzonego układu odpornościowego. Nie zapamiętuje on patogenów, z którymi zetknął się dany organizm, i nie dają długotrwałej odpowiedzi. Główną rolą komórek dendrytycznych jest pochwycenie, przeniesienie do węzłów chłonnych i zaprezentowanie układowi odpornościowemu obcego antygenu. Kształtem są one podobne do komórki nerwowej, gdyż mają wiele wypustek, tzw. dendrytów, stąd ich nazwa (podejrzewano nawet, że mogą pełnić funkcje nerwowe, ale to się nie potwierdziło).

Komórki dendrytyczne o "drzewiastym" wyglądzie są rozproszone w całym organizmie, występują w różnych tkankach i narządach, szczególnie w skórze i we krwi. Dlatego mogą szybko wychwycić pojawiające się patogeny, rozpoznając znajdujące się na ich powierzchni antygeny. I w węzłach chłonnych uaktywniają wtedy limfocyty, komórki odpornościowe z wbudowaną informacją o komórkach własnego organizmu. Limfocyty B wydzielają immunoglobuliny, przeciwciała, których zadaniem jest eliminowanie obcych substancji. Z kolei limfocyty T, które są głównie uruchamiane przez komórki dendrytyczne, udzielają pomocy limfocytom B w wytwarzaniu przeciwciał i niszczeniu obcej substancji.

Są różne rodzaje komórek dendrytycznych. Jednymi z najlepiej zbadanych są tzw. komórki Langerhansa (po raz pierwszy opisane w 1868 r. przez Paula Langerhansa.) Występują one w skórze, błonach śluzowych i narządach limfatycznych. Chronią przed patogenami, ale uczestniczą też w reakcjach alergicznych, gdy organizm traci zdolność tolerancji dla obcych substancji (np. wdychanych lub spożywanych wraz z jedzeniem). Mogą również spowodować odrzucenie przeszczepu. W latach 80. XX w. odkryto też komórki dendrytyczne krwi obwodowej, mało jeszcze poznane. Występują także tzw. splatające się komórki dendrytyczne i komórki dendrytyczne grudki.

Układ odpornościowy dąży do wyeliminowania groźnych dla organizmu patogenów. Ale usuwane są także substancje i komórki własnego organizmu, gdy są uszkodzone, chore, stare i martwe lub mogą być początkiem komórek nowotworowych. Od ponad 200 lat pamięć immunologiczna układu odpornościowego wykorzystywana jest w szczepieniach ochronnych, które są jednym z największych osiągnięć nowoczesnej medycyny. Do organizmu wprowadzane są wtedy unieszkodliwione zarazki albo jedynie ich białka, co wywołuje reakcję odpornościową na dany patogen. Dzięki temu po zetknięciu się z drobnoustrojem natychmiast wytwarzana jest przeciwko niemu reakcja odpornościowa.