Vrozený imunitní systém zahrnuje buňky a mechanismy, které brání hostitele před infekcí jinými organismy, a to nespecifickým způsobem. To znamená, že buňky vrozeného systému rozpoznávají patogeny a reagují na ně obecným způsobem, ale na rozdíl od adaptivního imunitního systému neposkytuje hostiteli dlouhodobou nebo ochrannou imunitu. Vrozený imunitní systém poskytuje okamžitou obranu proti infekci a nachází se ve všech třídách rostlinného a živočišného života.
Vrozený systém je považován za evolučně starší obrannou strategii a je dominantním imunitním systémem, který se nachází v rostlinách, houbách, hmyzu a v primitivních mnohobuněčných organismech (viz Jiné formy vrozené imunity).
Zánět je jednou z prvních reakcí imunitního systému na infekci nebo podráždění. Zánět je stimulován chemickými faktory uvolněnými poraněnými buňkami a slouží k vytvoření fyzické bariéry proti šíření infekce a k podpoře hojení jakékoliv poškozené tkáně po odstranění patogenů.
Chemické faktory vznikající při zánětu (histamin, bradykinin, serotonin, leukotrieny) senzibilizují receptory bolesti, způsobují vazodilataci krevních cév na místě a přitahují fagocyty, zejména neutrofily. Neutrofily pak spouští další části imunitního systému uvolněním faktorů, které vyvolávají další leukocyty a lymfocyty. Zánětlivá reakce je charakterizována následujícím symptomatickým kvintetem: zarudnutí (rubor), teplo (kalor), otok (nádor), bolest (dolor) a možná dysfunkce dotčených orgánů nebo tkání (functio laesa).
Komplementový systém je biochemická kaskáda imunitního systému, která pomáhá nebo „doplňuje“ schopnost protilátek pročišťovat patogeny nebo je označovat k destrukci jinými buňkami. Kaskáda se skládá z mnoha plazmatických proteinů, syntetizovaných v játrech, především hepatocyty. Proteiny spolupracují, aby:
Prvky kaskády komplementu lze nalézt u mnoha druhů evolučně starších než savci, včetně rostlin, ptáků, ryb a některých druhů bezobratlých.
Buňky vrozené imunitní odpovědi
Snímek z elektronového mikroskopu normální cirkulující lidské krve. Lze vidět červené krvinky, několik uzlovitých bílých krvinek včetně lymfocytů, monocyt, neutrofil a mnoho malých destiček ve tvaru disku.
Všechny bílé krvinky (WBC) jsou oficiálně známy jako leukocyty. Leukocyty se nepodobají jiným buňkám těla a nejsou spojeny výhradně s žádným orgánem nebo tkání- ve skutečnosti účinně působí jako samostatné, jednobuněčné organismy. Leukocyty jsou schopny se samy pohybovat, interagovat, a dokonce i zachycovat věci. Na rozdíl od mnoha jiných buněk v těle se většina vrozených imunitních leukocytů nemůže sama dělit ani rozmnožovat, ale při tvorbě nových buněk se spoléhají na pluripotentiální hemopoetické kmenové buňky přítomné v kostní dřeni.
Mastové buňky jsou typem vrozené imunitní buňky, která sídlí v pojivové tkáni a ve sliznicích a je úzce spojena s obranou proti patogenům, hojením ran a je často spojována s alergií a anafylaxí. Při aktivaci žírné buňky rychle uvolňují do prostředí charakteristické granule bohaté na histamin a heparin spolu s různými hormonálními mediátory a chemokiny nebo chemotaktické cytokiny. Histamin rozšiřuje cévy, což způsobuje charakteristické známky zánětu, a nabírá neutrofily a makrofágy.
Slovo ‚fagocyt‘ doslova znamená ‚jedlá buňka‘. Jedná se o imunitní buňky, které pohlcují nebo požírají patogeny nebo částice. Aby fagocyt pohltil částici nebo patogen, roztahuje části své plazmatické membrány a obaluje membránu kolem částice, dokud není obalena (tj. částice je nyní uvnitř buňky). Jakmile je uvnitř buňky, napadající patogen je obsažen uvnitř endozomu, který se slučuje s lysozomem. Lysozom obsahuje enzymy a kyseliny, které zabíjejí a tráví částici nebo organismus. Fagocyty obvykle hlídkují v těle a hledají patogeny, ale jsou také schopny reagovat na skupinu vysoce specializovaných molekulárních signálů produkovaných jinými buňkami, nazývanými cytokiny. Fagocytární buňky imunitního systému zahrnují makrofágy, neurofily a dendritické buňky.
Phagocyty často pohltí vlastní buňky hostitele. Když buňky odumírají, ať už během normálních procesů (tzv. apoptózy), nebo v důsledku bakteriální nebo virové infekce buňky, fagocytární buňky jsou zodpovědné za jejich odstranění ze systému. Tím, že fagocytóza pomáhá odstraňovat odumřelé buňky, aby uvolnila místo novým zdravým buňkám, je důležitou součástí procesu hojení po poranění tkáně.
Makrofágy, z řečtiny, což znamená „velká žravá buňka“, jsou velké fagocytární leukocyty, které jsou schopny cestovat mimo oběhový systém tak, že se pohybují přes buněčnou membránu kapilárních cév a vstupují do oblastí mezi buňkami ve snaze o invazi patogenů. Ve tkáních se makrofágy specifické pro jednotlivé orgány odlišují od fagocytárních buněk přítomných v krvi zvaných monocyty. Makrofágy jsou nejúčinnější fagocyty a mohou pozřít značné množství bakterií nebo jiných buněk.
Vazba bakteriálních molekul na receptory na povrchu makrofágu vyvolá pohlcení a zničení bakterií prostřednictvím generování „respiračního výboje“. Patogeny také stimulují makrofág k produkci chemokinů, které přivolávají buňky na místo infekce.
Neutrofily, spolu s dalšími dvěma typy buněk; eozinofily a bazofily (viz níže), jsou známé jako granulocyty díky přítomnosti granulí v jejich cytoplazmě nebo jako polymorfonukleární buňky (PMN) díky jejich charakteristickým lalokovitým jádrům. Neutrofilní granule obsahují celou řadu toxických látek, které působí tak, že zabíjejí nebo inhibují bakterie a plísně. Podobně jako makrofágy napadají neutrofily patogeny aktivací „respiračního výboje“. Hlavními produkty neutrofilního respiračního výboje jsou silná oxidační činidla včetně peroxidu vodíku, volných kyslíkových radikálů a chlornanu. Neutrofily jsou nejrozšířenějším typem fagocytů, běžně představují 50 až 60% z celkového počtu cirkulujících leukocytů a jsou obvykle prvními buňkami, které dorazí na místo infekce. Kostní dřeň normálního zdravého dospělého jedince produkuje více než 100 miliard neutrofilů denně a více než desetkrát tolik za den během akutního zánětu.
Dendritické buňky (DC) jsou fagocytární buňky přítomné ve tkáních, které jsou v kontaktu s vnějším prostředím, především kůží (kde jsou často nazývány Langerhansovy buňky), vnitřní sliznicí nosu, plic, žaludku a střev. Jsou pojmenovány pro svou podobnost s neuronálními dendrity, ale dendritické buňky nejsou nijak spojeny s funkcí nervového systému. Dendritické buňky jsou velmi důležité v procesu prezentace antigenu a slouží jako spojení mezi vrozeným a adaptivním imunitním systémem.
Basofily a eozinofily jsou buňky příbuzné neutrofilům (viz výše). Při aktivaci patogenem se z bazofilů uvolňuje histamin, jsou důležité v obraně proti parazitům a hrají roli při alergických reakcích (například při astmatu). Při aktivaci eozinofily vylučují řadu vysoce toxických bílkovin a volných radikálů, které jsou vysoce účinné proti bakteriím a parazitům, ale jsou také zodpovědné za většinu poškození tkáně, ke kterému dochází při alergických reakcích. Aktivace a uvolňování toxinů eozinofily jsou přísně regulovány, aby se zabránilo nevhodné destrukci tkáně.
NK buňky jsou složkou vrozeného imunitního systému a jsou charakteristické tím, že NK buňky napadají hostitelské buňky, které byly infikovány mikroby, ale samy nenapadají mikroby. NK buňky napadají a ničí nádorové buňky a virálně infikované buňky procesem známým jako „chybějící já“, což je termín používaný k popisu buněk s nízkou hladinou markeru povrchu buňky zvaného MHC I (major histocompatibility complex) – situace, která může nastat v důsledku virové infekce hostitelských buněk. Byly pojmenovány „přírodní zabiják“ kvůli počáteční představě, že nevyžadují aktivaci, aby zabily buňky, které jsou „chybějící já“.
Podobně jako jiné „nekonvenční“ podskupiny T buněk nesoucí invariantní T buněčné receptory (TCR), jako jsou CD1d-restricted Natural Killer T lymfocyty, vykazují γδ T lymfocyty vlastnosti, které je řadí na hranici mezi vrozenou a adaptivní imunitou. Jeden z nich, γδ T lymfocyty mohou být považovány za součást adaptivní imunity v tom, že přeskupují TCR geny tak, aby vytvářely spojovací rozmanitost a rozvíjely paměťový fenotyp. Nicméně různé podskupiny mohou být také považovány za součást vrozeného imunitního systému, kde mohou být omezené TCR a/nebo NK receptory použity jako receptor pro rozpoznávání vzorů. Například podle tohoto paradigmatu velké množství Vγ9/Vδ2 T lymfocytů reaguje během několika hodin na běžné molekuly produkované mikroby a vysoce omezené intraepiteliální Vδ1 T lymfocyty reagují na stresované epiteliální buňky.
Buňky vrozeného imunitního systému účinně brání volnému růstu bakterií v těle, nicméně mnoho patogenů má vyvinuté mechanismy, které jim umožňují vyhnout se vrozenému imunitnímu systému.
Mezi únikové strategie, které obcházejí vrozený imunitní systém, patří intracelulární replikace, například u bakterie Salmonella nebo ochranné kapsle, která zabraňuje lýze komplementem a fagocyty, jako u bakterie Mycobacterium tuberculosis. Druhy bakterií Bacteroides jsou obvykle komenzální bakterie, které tvoří podstatnou část savčí gastrointestinální flóry. Některé druhy (například B. fragilis) jsou oportunní patogeny, které způsobují infekce peritoneální dutiny. Tyto druhy unikají imunitnímu systému tím, že ovlivňují receptory, které fagocyty používají k pohlcení bakterií a inhibují fagocytózu, nebo napodobováním hostitelských buněk tak, že je imunitní systém nerozpozná jako cizí. Staphylococcus aureus inhibuje schopnost fagocytu reagovat na chemokinové signály. Jiné organismy, jako M. tuberculosis, Streptococcus pyogenes a Bacillus anthracis, využívají mechanismy, které přímo zabíjejí fagocyty.
Bakterie mohou také tvořit biofilmy, aby se chránily před buňkami a bílkovinami imunitního systému; nedávné studie naznačují, že takové biofilmy jsou přítomny v mnoha úspěšných infekcích, včetně chronických infekcí Pseudomonas aeruginosa a Burkholderia cenocepacia charakteristických pro cystickou fibrózu.
Jiné formy vrozené imunity
Obrana hostitele u prokaryot
Bakterie (a možná i jiné prokaryotické organismy) využívají unikátní obranný mechanismus, nazývaný restrikční modifikační systém, aby se chránily před patogeny, jako jsou bakteriofágy. V tomto systému bakterie produkují enzymy, nazývané restrikční endonukleázy, které napadají a ničí specifické oblasti virové DNA invazních bakteriofágů. Metylace vlastní DNA hostitele ji označuje jako „já“ a zabraňuje jejímu napadení endonukleázami. Restrikční endonukleázy a restrikční modifikační systém existují výhradně u prokaryot.
Obrana hostitele u bezobratlých
Bezobratlí nemají lymfocyty ani humorální imunitní systém založený na protilátkách a je pravděpodobné, že s prvními obratlovci vznikl multikomponentní adaptivní imunitní systém. Nicméně bezobratlí mají mechanismy, které se zdají být prekurzory těchto aspektů imunity obratlovců. Receptory pro rozpoznávání vzorců jsou bílkoviny používané téměř všemi organismy k identifikaci molekul spojených s mikrobiálními patogeny. Tollovité receptory jsou hlavní třídou receptorů pro rozpoznávání vzorců, která existuje u všech coelomatů (zvířat s tělesnou dutinou), včetně lidí. Komplementový systém, jak bylo popsáno výše, je biochemická kaskáda imunitního systému, která pomáhá vyčistit patogeny z organismu a existuje ve většině forem života. Někteří bezobratlí; včetně různého hmyzu, krabů a červů využívají modifikovanou formu reakce komplementu známou jako systém prophenoloxidázy (proPO).
Antimikrobiální peptidy jsou evolučně konzervovanou složkou vrozené imunitní odpovědi vyskytující se u všech tříd života a představují hlavní formu systémové imunity bezobratlých. Několik druhů hmyzu produkuje antimikrobiální peptidy známé jako defensiny a cecropiny.
Příslušníci všech tříd patogenů, které infikují člověka, infikují také rostliny. I když se přesné patogenní druhy liší podle infikovaných druhů, bakterie, houby, viry, hlístice a hmyz mohou způsobit choroby rostlin. Stejně jako u zvířat, rostliny napadené hmyzem a/nebo chorobami používají soubor komplexních metabolických reakcí, které vedou k tvorbě obranných chemických sloučenin, které bojují s infekcí nebo činí rostlinu méně atraktivní pro hmyz a jiné býložravce. (viz: Obrana rostlin proti býložravcům).
Rostliny podobně jako bezobratlí nevytvářejí protilátky ani T buňky nereagují, ani jejich buňky neobíhají k detekci patogenů. Některé části některých rostlin jsou navíc považovány za jednorázové a nahraditelné, a to způsobem, jakým to dělá jen velmi málo živočichů. Zazdění nebo vyřazení části rostliny pomáhá zastavit šíření infekce.
Většina imunitních reakcí rostlin zahrnuje systémové chemické signály vysílané po celé rostlině. Rostliny používají receptory pro rozpoznávání vzorců k identifikaci patogenů a k zahájení bazální reakce, která produkuje chemické signály, které bojují s infekcí. Když se část rostliny nakazí, rostlina produkuje lokalizovanou hypersenzitivní reakci (HR), při které buňky v místě infekce procházejí rychlou programovanou buněčnou smrtí, aby se zabránilo šíření nemoci do dalších částí rostliny. HR má určité podobnosti se zvířecí pyroptózou, například požadavek kaspázové proteolytické aktivity VPEγ, cysteinové proteázy, která reguluje rozložení buněk během buněčné smrti.
Proteiny „rezistence“ (R), kódované geny R, jsou široce přítomny v rostlinách a detekují patogeny. Tyto proteiny obsahují domény podobné NOD Like Receptors a Toll-like receptorům využívaným v přirozené imunitě zvířat. Systémová získaná rezistence (SAR) je typ obranné reakce, která činí celou rostlinu odolnou vůči širokému spektru infekčních agens. SAR zahrnuje produkci chemických poslů, jako je kyselina salicylová. Některé z nich cestují rostlinou a signalizují dalším buňkám, aby vytvořily obranné sloučeniny k ochraně neinfikovaných částí, např. listů. Samotná kyselina salicylová, ačkoliv je nepostradatelná pro expresi SAR, není translokovaným signálem zodpovědným za systémovou odpověď. Nedávné důkazy naznačují roli jasmonátů v přenosu signálu do distálních částí rostliny. Mechanismy tlumení RNA jsou také důležité v systémové odpovědi rostliny, protože mohou blokovat replikaci viru. Reakce kyseliny jasmonové, je stimulována v listech poškozených hmyzem a zahrnuje produkci methyljasmonátu.
Kostní dřeň – Thymus (Hassallovy krvinky)
Hilum – Trabekulae – červená buničina (Kordy Billrothovy, Okrajová zóna) – bílá buničina (Periarteriolární lymfoidní pochvy)
Subkapsulární sinus – Paracortex – Lymfatické cévy – Vysoké endoteliální venuly