Imunobiológia

Imunológia je samostatnou vednou disciplínou, patrí medzi biologické a lekárske vedy. Spoločne s molekulárnou biológiou a genetikou sa zaraďuje medzi najdynamickejšie sa rozvíjajúce vedné disciplíny. Uvedený vedný odbor sa začal formovať v rámci medicíny (lekárskej mikrobiológie) a dlhý čas sa aj spolu s ňou vyvíjal. Predmetom štúdia imunológie bola imunita organizmu, ktorá ho chránila pred účinkom patogénnych mikroorganizmov (napr. vírusy, baktérie, riketsie, patogénne huby a prvoky). Poznatky o imunite mali pre medicínu veľký a nenahraditeľný význam. Stali sa teoretickým podkladom pre diagnostiku, prevenciu a terapiu viacerých závažných infekčných ochorení. Na začiatku 20. storočia imunológia dostala ďalšie podnety od hematológie a zrodila sa imunohematológia. K ďalšiemu vývinu imunológie prispeli aj klinické poznatky o precitlivenosti, ktorá sa zisťuje u pacientov po ich kontakte s niektorými látkami (alergénmi) a zapríčiňuje vznik tzv. alergických ochorení. Postupne sa ukázalo, že všetky tieto fenomény (imunita proti mikroorganizmom, antigénová skladba buniek organizmov a reakcie z precitlivenosti) majú spoločné celulárne a molekulárne základy. Z uvedeného dôvodu imunológia rozšírila predmet svojho štúdia a v centre jej pozornosti je imunitný systém ako sústava vzájomne pospájaných tkanivových, bunkových a molekulových komponentov, zameraných na plnenie nevyhnutných funkcií živých organizmov.

Imunitný systém je v podstate informačným systémom, ktorý plní aj funkciu nášho šiesteho zmyslu. Rozpoznáva totiž také informácie, ktoré nedokážu rozpoznať ostatné zmysly, napr. bakteriálne infekcie, nádory. Vo všeobecnosti ide o integrovaný súbor viacerých druhov buniek a molekúl so špecifickými funkčnými úlohami. Je to difúzny orgán (netvorí ho presne ohraničená anatomická štruktúra), ktorý u dospelého človeka má hmotnosť asi 1 kg. Orgány imunitného systému klasifikujeme na primárne lymfatické (centrálne) a sekundárne lymfatické (periférne). Skladá sa približne z 1012 lymfocytov, ďalších biliónov buniek prezentujúcich antigén, profesionálnych fagocytov a iných prídatných buniek, ďalej asi z 1020 molekúl protilátok (imunoglobulínov) a ešte väčšieho počtu molekúl rôznych cytokínov, imunohormónov, iných mediátorov a receptorov. Imunitný systém patrí k základným informačným, integračným, riadiacim, kontrolným a regulačným zariadeniam organizmu. Jeho základnou funkciou je udržať homeostázu, individualitu a integritu jedinca tým, že rozpozná škodlivé od neškodlivého a chráni tak organizmus voči škodlivinám vonkajšieho i vnútorného pôvodu. Uvedená funkcia sa prejavuje ako:

• obranyschopnosť - schopnosť imunitného systému rozpoznať vonkajšie škodliviny (patogénne mikroorganizmy, parazity a ich cytotoxické produkty);
• autotolerancia - schopnosť imunitného systému rozpoznať vlastné bunky, tkanivá, orgány a za fyziologických okolností udržiavať toleranciu voči nim;
• imunologický dohľad - schopnosť imunitného systému rozpoznať vnútorné škodliviny (poškodené, starnúce, mutované bunky alebo tkanivá ) a postupne ich likvidovať.

Fylogenéza imunitného systému

Počas fylogenézy sa v živočíšnej ríši vytvorili rozmanité stupne obrany organizmov (špecifické i nešpecifické, molekulárne i bunkové). Vysoký stupeň dokonalosti pozorujeme najmä u fylogeneticky vyšších skupín organizmov. Obranné regulačné mechanizmy sú fylogeneticky mladšie ako hormonálne a nervové, navzájom sa však ovplyvňujú a závisia od seba.

Imunitný systém bezstavovcov

Imunitný systém sa vyvíjal ako obranné zariadenie, ktoré chránilo jedincov určitého biologického druhu pred splynutím s jedincom iného biologického druhu. Mechanizmy rozpoznávania vlastných komponentov a určité možnosti obrany organizmu nachádzame i u veľmi jednoduchých organizmov. Niektoré baktérie a mikroskopické huby sú schopné vylučovať do svojho okolia antibiotiká - jedovaté látky pre iné baktérie, čím im zabránia rásť a rozmnožovať sa vo svojom životnom priestore. Prokaryotické organizmy navyše obsahujú enzýmy - restrikčné endonukleázy, ktoré sú schopné štiepiť cudzorodú DNA, pričom vlastná DNA je chránená metyláciou, prípadne neobsahuje cieľové miesto pre vlastné endonukleázy. Prokaryoty však nemajú ešte vyvinutý imunitný systém, ale disponujú obrannými mechanizmami, ktoré zabezpečujú napr. určitú výhodu v boji o okolité živiny. Najstarším imunitným mechanizmom je fagocytóza. Využívajú ju už baktérie a jednobunkové prvoky. Pri týchto organizmoch fagocytóza plní predovšetkým funkciu prijímania potravy. Rôzne špecializované molekuly, ktoré sú schopné rozpoznať vlastné a cudzie biochemické štruktúry, sa objavujú u najjednoduchších mnohobunkových bezstavovcov (hubky a mechúrniky). V hemolymfe sa nachádzajú aj špecifické primitívne protilátky - heteroaglutiníny, pripomínajúce aglutiníny, precipitíny, lyzíny, opsoníny, aj antitoxíny. Náznaky imunitného systému je možné pozorovať pri ostnatokožcoch (Echinodermata), fungujúci rozpoznávací imunitný systém je dobre pozorovateľný pri plášťovcoch (Tunicata). Základné bunky imunitného systému - lymfocyty sa spoločne s pravými protilátkami (imunoglobulínmi) objavujú až u kruhoústnic (Cyclostomata, stavovce). Dobre je preskúmaný obranný systém hmyzu (Insecta). Hmyz s nedokonalou premenou disponuje tromi skupinami buniek spätých s obranou: koagulocytmi, plazmocytmi a granulocytmi. Pri hmyze s dokonalou premenou sa okrem týchto troch typov obranných buniek popisujú zložité obranné enzýmy a primitívne protilátky, dokonca sa zistili isté obranné bunky i antigény podobné ľudským.

Imunitný systém stavovcov

Vývoj obranného mechanizmu stavovcov má svoje osobitosti a je dokonalejší ako pri bezstavovcoch. K spoločným znakom imunitného systému stavovcov možno zaradiť:

• vznik bunkových a látkových obranných línií (molekúl) v monocyto-makrofágovom systéme (najmä v kostnej dreni) z východzej kmeňovej bunky;
• spolupôsobenie bunkových a látkových systémov pri likvidácii cudzieho faktora a vlastného pozmeneného;
• vyzrievanie obranného mechanizmu najmä v lymfatickom systéme, lymfatický systém sa stáva obligatórnym organizačným stupňom obranného mechanizmu stavovcov.

Antigénovo špecifické imunitné mechanizmy (adaptívna imunita) sa objavili u stavovcov pred 500 miliónmi rokov súbežne v dvoch odlišných systémoch. U bezčeľustných stavovcov (Agnatha, napr. sliznatky a mihule) boli identifikované špecializované bunky adaptívnej imunity – lymfocyty. Až u čeľustných stavovcov (Gnathostomata) sa vytvorila adaptívna imunita založená na molekulách imunoglobulínovej rodiny proteínov. U drsnokožcov (Chondrichthyes) je týmus už diferencovaným orgánom, podobne aj slezina, v ktorej môžeme štrukturálne aj funkčne rozlíšíť červenú a bielu dreň (pulpu). Týmus je hlavným orgánom riadiacim humorálnu odpoveď proti T-závislým antigénom. U niektorých druhov bola v týmuse dokázaná prítomnosť plazmatických buniek a tvorba protilátok. Týmus veľmi citlivo reaguje na stres. Bola popísaná jeho rýchla involúcia následkom odchytu alebo transportu. Slezina je rozlíšená na červenú a bielu pulpu, štrukturálne je však menej organizovaná. Slezina rýb je považovaná za najväčší lymfatický orgán a je taktiež hlavným miestom tvorby protilátok. Pri obojživelníkoch (Amphibia) a plazoch (Reptilia) sú hlavnými imunokompetentnými orgánmi týmus, kostná dreň a lymfatické tkanivo v oblasti čreva. Svojou anatomickou stavbou sa týmus väčšiny druhov plazov najviac podobá týmusu cicavcov. Imunitný systém vtákov (Aves) je morfologicky veľmi podobný imunitnému systému cicavcov. Obsahuje však zvláštny primárny lymfatický orgán - Fabriciovu burzu (bursa Fabricii), ktorý sa objavuje asi na 4. deň embryogenézy ako výrastok membrány kloaky. V tomto orgáne dochádza medzi 18. dňom embryogenézy a 6. týždňom po vyliahnutí k tvorbe primárneho repertoáru protilátok. U cicavcov (Mammalia) sa prvýkrát objavujú protilátky triedy Ig E (prípadne ďalší receptor pre antigén Ig D). U cicavcov môže matka poskytnúť pasívnu imunologickú obranu pre vyvíjajúci sa zárodok dvoma spôsobmi: cez placentu počas zárodku v tele, alebo kolostrom a mliekom po narodení. Relatívny význam týchto dvoch systémov je u rozličných živočíšnych druhov rôzny a je podmieňovaný množstvom faktorov. Z nich medzi najvýznamnejšie patria štruktúra placenty a najmä počet placentových membrán.

Ontogenéza imunitného systému

Ontogenéza imunitného systému je podmienená intrauterinným vývinom endogénnou genetickou zákonitosťou. Postnatálny vývin môže byť následne ovplyvnený vonkajším prostredím. Dôležitý je aj vývin buniek a funkcií zodpovedných za imunitu počas vývinu a rastu jedinca. Plod toleruje cudzie látky, ale ich tolerancia spravidla klesá s dĺžkou gestácie. Protilátky sa tvoria až po narodení v poradí IgM, IgG a IgA, pričom je pozorovaná možnosť prestupu imunity z matky na dieťa (IgG). Ak sa plod dostal do kontaktu s antigénom na konci gravidity – možno u neho objaviť IgM (výsledok intrauterinnej infekcie).