Prírodou inšpirované algoritmy
študijné materiály pre projekt mobilnej triedy umelej inteligencie
Bunky imunitného systému
Ako už bolo spomenuté, IS je tvorený zložitým systémom orgánov, buniek a molekúl. Imunitných buniek, ktoré tvoria základ imunitnej obrany, sa v ľudskom organizme nachádza okolo 1012, pričom každý deň obrovské množstvo týchto buniek umiera a je nahradzované novými. Ich konkrétne počty sa ale líšia aj od stavu v ktorom sa organizmus nachádza. Napríklad v prípade infekcie môže počet leukocytov narásť aj niekoľkonásobne. Môžeme ich nájsť roztrúsené po celom organizme - nachádzajú sa v krvi, lymfe, ale aj v jednotlivých orgánoch a tkanivách.
Existuje veľké množstvo rôznych druhov imunitných buniek a preto v tejto časti budú popísané len tie najdôležitejšie. Môžeme ich rozdeliť podľa toho, ku ktorému typu imunity patria:
Rozdelenie imunitných buniek
Neutrofily, makrofágy a príbuzné bunky
Do tejto skupiny buniek patria takzvané fagocytycké bunky (doslova pojedači buniek) (Buc, 2001), čo sú vlastne biele krvinky, schopné pojedať iné bunky. Patria k nešpecifickej imunite a sú to najpočetnejšie lymfocyty.
Neutrofily tvoria asi 60 až 70 % celkového množstva bielych krviniek v organizme a sú tak základnou silou nešpecifickej imunity. Spolu s makrofágmi vznikajú v kostnej dreni. Sú to asi 12 - 15 µm veľké guľovité bunky. V tele dospelého človeka ich denne vzniká okolo 1011, pričom majú veľmi krátku životnosť - v priemere okolo 6 hodín. Ak sa v tomto čase nestretne neutrofil s antigénom, umiera. V lymfatických uzlinách sa môžu vytvárať zásoby neutrofilov, ktoré sa v prípade infekcie dajú veľmi rýchlo použiť.
Makrofágy sú evolučne najstarší sprostredkovatelia vrodenej imunitnej reakcie. Aj keď tvoria iba 5 - 10 % populácie bielych krviniek, hrajú centrálnu úlohu nielen vrodenej ale aj špecifickej imunity. Po vzniku prechádzajú niekoľkými štádiami a na rozdiel od neutrofilov sú pri infekcii schopné sa deliť. Majú tiež vyššiu životnosť a keďže ich odpoveď na infekciu je pomalšia, dominujú v neskorších fázach vrodenej imunitnej reakcie.
Ďalším rozdielom medzi neutrofilmi a makrofágmi je v schopnosti prezentácie antigénu. Makrofágy (a tiež dendritické bunky), na rozdiel od neutrofilov, majú schopnosť na svojom povrchu prezentovať antigény. Pohltený antigén upravia a takto upravený antigén vystavia na svojom povrchu v spojení s MHC molekulami. Lymfocyty s touto schopnosťou sa označujú ako APC bunky (antigen presenting cell - bunky prezentujúce antigén). T lymfocyty totiž nie sú schopné rozpoznať antigén priamo, ale len vo väzbe s MHC molekulami.
Dendritické bunky sa vyskytujú najmä v slezine a lymfatických uzlinách. Aj keď nemajú schopnosť fagocytózy, sú príbuzné makrofágov. Ich úlohou je prezentácia antigénu T lymfocytom a predstavujú najúčinnejšie APC bunky. Časť dendritických buniek, nazývajú sa Langerhansove bunky, sa nachádza v koži, odkiaľ transportujú antigény do lymfatických uzlín a tam spúšťajú imunitnú reakciu.
NK bunky
NK bunky sa radia medzi lymfocyty, ktoré sú schopné rýchlo ničiť niektoré nádorové a vírusmi napadnuté bunky. Aj keď je ich funkcia podobná ako funkcia Tc lymfocytov, na rozdiel od nich NK bunky nepotrebujú pre svoju činnosť stimuláciu a aktiváciu od konkrétneho antigénu a Th lymfocytov. Na rozpoznanie toho, či má NK bunka zabíjať sa využívajú MHC I receptory. Ako bude neskôr podrobnejšie popísané MHC I slúži na identifikáciu buniek. Niektoré nádorové a vírusové bunky sa bránia proti Tc bunkám tým, že na svojom povrchu majú vystavenú buď nekompletnú, alebo žiadnu MHC I molekulu. NK bunky práve tieto bunky vyhľadávajú a ničia. Na zabíjanie používajú (podobne ako Tc lymfocyty) granule s cytotoxickými látkami.
NK bunky sa vyskytujú hlavne v krvi a slezine, kde tvoria asi 10 % populácie všetkých lymfocytov.
B lymfocyty
Špecifickú imunitnú odpoveď zabezpečujú dva rozdielne typy lymfocytov - lymfocyty T a B. B lymfocyty zodpovedajú za protilátkovú odpoveď, po interakcii s antigénom sa diferencujú na plazmatické bunky, ktoré vo veľkom množstve produkujú protilátky.
B lymfocyty vznikajú v kostnej dreni. Ich vývoj možno rozdeliť na dve štádiá - na štádium nezávislé a na štádium závislé od prítomnosti antigénu v organizme. Štádium nezávislé od antigénu sa odohráva v kostnej dreni a predstavuje dozrievanie nezrelých B lymfocytov na zrelé, plne funkčné bunky. Odhaduje sa, že každý deň sa vyprodukuje približne 5 x 107 nových B lymfocytov, pričom do obehu sa dostáva len niečo okolo 10 % z nich (Buc, 2001). Zbytok je eliminovaný negatívnou a pozitívnou selekciou, pričom väčšinou ide o lymfocyty ktoré sú citlivé na vlastné bunky.
Zrelé B lymfocyty, označované aj ako naivné, opúšťajú kostnú dreň, krvou a lymfou sa dostávajú do sekundárnych lymfatických orgánov, najmä sleziny a lymfatických uzlín (de Castro a Timmis, 2002). Ak sa B lymfocyt stretne s antigénom, pre ktorý nesie špecifický receptor, aktivuje sa a začne sa diferencovať na plazmatické bunky. Ich úlohou je samotná produkcia protilátok. Súčasne sa diferencuje aj na pamäťové bunky. Tie neprodukujú protilátky, ale majú predĺženú životnosť a imunitnému systému umožňujú rýchlejšiu reakciu na opakovanú infekciu rovnakým typom antigénu. Diferenciácia B lymfocytov na plazmocyty či pamäťové B lymfocyty je úplne závislá od prítomnosti antigénu v organizme, preto toto obdobie označujeme ako štádium závislé od antigénu. Ak sa naivný B lymfocyt so "svojím" antigénom nestretne, hynie, približne za 4 až 8 týždňov.
Hlavnou zbraňou B lymfocytov sú protilátky, tiež nazývané imunoglobulíny. Vďaka rozpoznávaniu konkrétnych druhov molekulových vzorov, hrajú dôležitú úlohu v špecifickej imunite. Molekula protilátky sa skladá z dvoch identických ľahkých reťazcov (L) a z dvoch identických ťažkých reťazcov (H). Tieto reťazce sa potom rozdeľujú na konštantnú a variabilnú oblasť.
Schematické znázornenie protilátky
Podľa štruktúry konštantnej oblasti rozdeľujeme protilátky do piatich kategórií, z ktorých každá sa stará o inú oblasť imunity (napr. imunita na slizniciach, novorodenecká imunita). Variabilná oblasť slúži na naviazanie antigénu. Pre každý antigén pritom existuje špecifická protilátka (v ľudskom organizme ich existuje viac ako 107 rôznych druhov protilátok), líšiaca sa od ostatných práve vo variabilnej oblasti. Tvar variabilnej oblasti je pritom tvorený skupinou génov vybraných z niekoľkých génových knižníc genómu materskej bunky.
Schematické znázornenie vytvorenia molekuly protilátky z génových knižníc
T lymfocyty
Podobne ako B lymfocyty, aj T lymfocyty vznikajú v kostnej dreni. Na rozdiel od nich, ale dozrievajú v týmuse. Medzi ich funkcie patrí regulácia aktivity iných buniek a tiež zabíjanie infikovaných buniek. T lymfocyty môžeme rozdeliť na tri hlavné skupiny: T pomocné bunky (Th - helper), T cytotoxické bunky (Tc) a T supresorové, alebo regulačné bunky (Ts). Okrem nich môžu, podobne ako B lymfocyty, vytvárať T lymfocyty aj pamäťové bunky.
Na rozdiel od B lymfocytov T lymfocyty nevedia rozpoznať antigén priamo, ale len v podobe MHC II, ktorý je prezentovaný APC bunkami.
T pomocné bunky sú nevyhnutné na aktiváciu B lymfocytov, ostatných T lymfocytov, makrofágov a NK buniek. Th takto tvoria základ celého imunitného systému. Pri ich poškodení alebo zničení, napr. vírusom HIV, sa celý imunitný systém zrúti.
T cytotoxické bunky sú schopné eliminovať vírusy, nádorové bunky a iné typy útočníkov. Po aktivácii sa napoja na nepriateľskú bunku a pomocou cytotoxínov ju zničia.
Imunitný systém nás chráni pred množstvom potenciálne patogénnych mikroorganizmov, zatiaľ čo sa vyhýba reakcie s vlastnými zložkami tela. Zlyhanie tejto tolerancie vedie k vývoju autoimmúnych chorôb, ktoré postihujú približne 5 % populácie. T supresorové lymfocyty majú za úlohu potláčať takéto nežiadúce reakcie imunitného systému. Ich úlohou je brzdiť činnosť ostatných buniek zodpovedných za imunitnú reakciu a takto chrániť organizmus pred alergickými reakciami a autoimúnnymi chorobami.
