Jak działa układ odpornościowy?

Działanie układu odpornościowego, chroniącego nas przed różnego rodzaju zagrożeniami – tak jak każdej innej części organizmu ludzkiego – zależy ostatecznie od geometrycznego kształtu cząsteczek. Jak można się było spodziewać po czymś, co ewoluowało miliony lat, układ odpornościowy jest skomplikowany i działa wielopłaszczyznowo. Wiemy w głównych zarysach, jak funkcjonuje, lecz nadal są problemy z wyjaśnieniem (i zrozumieniem) wielu szczegółów, gdyż ciągle poznajemy nowe mechanizmy molekularne. Dość łatwo pojąć, jak działa każdy element maszynerii odpornościowej z osobna i jak dopasowuje się do innych, lecz istnieje tak wiele pośrednich etapów i procesów, że każde wyjaśnienie niknie we mgle dziwnych nazw i tajemniczych funkcji.

W odpowiedzi odpornościowej głównym zadaniem jest rozpoznanie „wroga” przez organizm – sprawdzenie, czy jest to atakujący wirus, czy jedna z własnych komórek, która zaczęła niewłaściwie się dzielić. Pierwszą linię obrony stanowi pewien rodzaj białych krwinek, zwanych limfocytami B (od bone marrow – szpik), wytwarzanych w szpiku kostnym. Każdy limfocyt B nosi na swojej powierzchni cząsteczki białka powyginane w skomplikowane kształty. Wyobraźmy sobie każdą z tych cząsteczek jako klucz. Limfocyt B poszukuje obcego obiektu, mającego cząsteczkę będącą zamkiem do tego klucza – na przykład białka na zewnętrznej błonie wirusa lub bakterii. Gdy znajdzie taki zamek, komórka limfocytu B zaczyna się gwałtownie dzielić, wytwarzając białka zwane przeciwciałami, które noszą te same klucze co komórka B. Przeciwciała wiążą się z każdą z cząsteczek zamka, jaką znajdą, albo blokując bezpośrednio ich funkcjonowanie, albo przyciągając inne składniki układu odpornościowego w celu ich zniszczenia.

Limfocyt B zawiera dużą liczbę wzorów różnych cząsteczek, które natrafiając na swe molekularne odpowiedniki, zaczynają się mnożyć. Z pewnych oszacowań wynika, że układ odpornościowy człowieka jest w stanie wyprodukować ponad 2 miliardy różnych kluczy, z których u danej jednostki rolę odgrywa jedynie niewielki podzbiór. Lecz gdy już jakieś określone przeciwciało zostało wytworzone, limfocyty B zachowują o nim pamięć – dlatego zetknięcie z taką chorobą jak odra daje odporność na całe życie i dlatego szczepionki są tak skuteczne. Niekiedy jednak ta początkowa odpowiedź słabnie z czasem, co powoduje, że wiele szczepień wymaga powtórzenia, i wyjaśnia, dlaczego taka choroba jak ospa wietrzna może powrócić w późniejszym okresie życia jako półpasiec.

Jeśli atakujący drobnoustrój zdoła przedostać się do wnętrza organizmu, dochodzi do głosu inny rodzaj białej krwinki, zwany limfocytem T, ponieważ wytwarzany jest w grasicy (thymus). W każdej komórce krótkie łańcuchy białek przenoszone są na jej powierzchnię przez wyspecjalizowaną cząsteczkę zwaną MHC (major histocompatibility complex – główny układ zgodności tkankowej). Jeżeli limfocyt T rozpozna białko przyniesione przez MHC jako obce, co wskazuje na to, że komórka została zaatakowana, zapoczątkowuje szereg procesów chemicznych prowadzących do jej zniszczenia. Wirus wywołujący AIDS (co omawiane jest w innym miejscu książki) atakuje limfocyty T, osłabiając w ten sposób układ odpornościowy i sprawiając, że pacjent staje się podatny na wiele rodzajów zakażeń bakteryjnych i wirusowych.

W przyszłości może być wprowadzonych wiele nowych sposobów leczenia, koncentrujących się na układzie odpornościowym. W ciągu ostatnich kilku lat naukowcy uzyskali gatunki przekształconych genetycznie myszy, wytwarzających ludzkie przeciwciała. Być może kiedyś w wielkich kadziach firmy „Przeciwciała” będą produkowane partie ludzkich przeciwciał wstrzykiwanych następnie bezpośrednio do organizmu, by walczyły z chorobami wirusowymi. Naukowcy poczynili również niezmiernie doniosłe kroki w kierunku uzyskiwania szczepionek.

Inna obiecująca wiadomość dotyczy zaprzęgnięcia limfocytów T do walki z nowotworami. Niektórzy badacze sądzą, że jedną z głównych funkcji patrolujących limfocytów T jest rozpoznawanie i likwidacja rakowatych komórek, zanim rozrosną się one w nowotwór. Jednakże w wielu przypadkach nowotwory nie wywołują żadnych lub powodują nieznaczne reakcje ze strony układu odpornościowego, widocznie z tego powodu, że ma on wbudowany czynnik bezpieczeństwa. Wydaje się, że zanim limfocyt T może przystąpić do akcji, musi otrzymać od komórki dwa sygnały: rozpoznania obcego układu białko-MHC, jak to było omawiane wcześniej, oraz sygnał od oddzielnej cząsteczki, rozpoznawany przez odrębny receptor w komórce T. Ta druga cząsteczka raczej działa jak bodziec dla układu odpornościowego niż jako bezpośredni uczestnik w jego odpowiedzi. Komórki nowotworowe, do których włączono w laboratoriach te pochodne cząsteczki, są gwałtownie atakowane przez limfocyty T i naukowcy starają się wykorzystać to odkrycie do opracowania udoskonalonych metod leczenia nowotworów.

Przypuszczam, że w medycynie układu odpornościowego zostanie poczyniony duży postęp dzięki poznaniu funkcji poszczególnych cząsteczek, a następnie wykorzystaniu tej wiedzy w leczeniu chorób.