Doğuştan gelen bağışıklık sistemi

Doğuştan gelen bağışıklık sistemi ya da doğal bağışıklık diğer organizmaların enfeksiyonlarına karşı spesifik olmayan yolla koruma yapan ev sahibinin savunmasındaki hücreleri ve mekanizmaları kapsayan bir bağışıklık sistemi çeşididir.

Yani, doğuştan gelen bağışıklık sistemindeki hücreler patojenleri edinilmiş bağışıklıktan farklı şekilde, soysal olarak tanır ve yanıt oluşturur; uzun süreli olarak koruma yapmaz. Doğuştan gelen bağışıklık sistemi, enfeksiyonlara karşı anlık koruma sağlar ve hayattaki bütün bitki ve hayvan sınıflarında bulunur.

Doğuştan gelen bağışıklık sisteminin evrimsel süreçte meydana gelen eski koruma stratejisi olduğu ve bitkilerde, mantarlarda, böceklerde ve ilkel çok hücrelilerdeki baskın olarak bulunan bağışıklık sistemi olduğu düşünülmektedir (bakınız #Doğuştan gelen bağışıklığın diğer şekilleri).

Enflamasyon, bağışıklık sisteminin enfeksiyona ya da irritasyona karşı oluşan ilk yanıtlarından biridir. Enflamasyonda yaralanmış hücrelerce salınan kimyasal faktörler ve yaygın enfeksiyon karşısında fiziksel bir bariyer kurmak için yapılır ve zarar görmüş dokuların patojenlerden arındırılarak iyileştirilmesi sağlanmaya çalışılır.

Enflamasyon sırasındaki kimyasal faktörler (histamin, bradikinin, serotonin, lökotrienler) ağrı reseptörlerini hassaslaştırır, kan damarlarının vazodilatasyonuna yol açar ve fagositleri özellikle de nötrofilleri çeker. Nötrofiller de salınan faktörlerce diğer lökositler ve lenfositleri davet ederek bağışıklık sisteminin diğer parçalarını tetiklerler.

Kompleman sistemi, bağışıklık sisteminin biyokimyasal kaskadları, patojenleri ya da diğer hücrelerce yıkılan ürünlerini temizlemek için "yardımcı" ya da "tamamlayıcı" (komplemanter) olan antikor yeteneğindeki sistemdir. Kaskadlar, karaciğerde, öncelikle hepatositlerde sentezlenen bazı plazma proteinlerinden oluşur.

Beyaz kan hücreleri "lökositler" olarak bilinir. Lökositler vücudun diğer hücrelerinden farklıdırlar, tamamen organ ya da doku parçalarıyla ilişkilendirilmezler, bu yüzden işlevleri tek hücreli canlılarınkine benzer olarak bağımsızdır. Lökositler serbestçe hareket edebilir, döküntüleri, yabancı parçacıkları ya da istilacı mikroorganizmaları yakalayabilir ve bunlara etki edebilir. Vücudun diğer hücrelerinden farklı olarak, doğuştan gelen çoğu bağışıklık lökositi bölünemez ya da kendi kopyalarını oluşturamazlar; fakat kemik iliğinde kan yapım hücrelerince yapılabilirler.

Doğuştan gelen lökositler şunlardır; doğal öldürücü hücreler, mast hücreleri, eozinofiller, bazofiller, makrofajlar, nötrofiller ve dendritik hücreler gibi fagositik hücreler. Bu hücreler, bağışıklık sistemince tanınan ve yok edilen enfeksiyonun nedeni olan patojenler üzerine etki ederler.

Mast hücreleri, bağ dokuda ve muköz membranlarda yerleşik olarak bulunan ve patojenlere karşı savunmayla ve sıcaklıkla (calor) yakından alakalı, fakat daha çok alerji ve anafilaksi ile ilişkilendirilen doğuştan gelen bağışıklık sistemi hücrelerinin bir çeşididir.

Mast hücreleri aktive olduklarında, hızla karakteristik histamin, heparince zengin ve çeşitli hormonal arabulucuları ve kemokinler ya da kemotaktik sitokinleri ve granüllerini ortama salarlar. Histamin, enflamasyonun tipik belirtisi olarak kan damarlarını genişletir ve nötrofilleri ve makrofajları toplar.

Fagositoz terimi literatürde "yiyen hücre" anlamına gelir. Bu bağışıklık hücreleri patojenleri ya da parçacıkları tam anlamıyla yutarlar. Patojenin ya da partikülün yutulması için bir fagosit plazma membranını ileriye doğru uzatır ve parça tamamen sarılınca da uzantılarını birleştirir, böyle partikül hücre içine alınmış olur. İstilacı patojen hücre içindeyken endozom içine alınmış olur ve lizozom ile birleştirilir. Lizozom, parçacıkları ya da canlıları öldüren ve sindiren enzimleri ve asitleri içerir. Fagositler genellikle vücutta patojenleri aramak için dolaşır haldedirler, sitokinler olarak adlandırılan hücrelerce üretilen yüksek özellikli moleküler sinyallerin bir grubuyla tepkimeye de girebilme yeteneğindedirler. Bağışıklık sisteminin fagositik hücreleri; makrofajlar, nötrofiller ve dendritik hücrelerdir. Ev sahibinin kendi hücrelerinin fagositozu düzenli dokuların gelişimi ve bakımının bir parçasıdır. Ev sahibi hücreler "apoptozis" olarak adlandırılan programlanabilir hücre ölümü ya da bakteriyal veya viral enfeksiyon sonucu gerçekleşen hücre yaralanmalarında fagositik hücrelerce etraflarını etkilemeden yok edilirler.

Makrofajlar Yunanca "büyük yutan hücre" anlamına gelir, kılcal damarlar boyunca hücre membranını geçerek vasküler sistemin dışına çıkabilen ve istilacı patojenleri kovalayarak hücreler arası alanlara girebilen büyük fagositik lökositlerdir. Dokularda, organlara özelleşmiş makrofajlar fagositik hücrelerden farklılaşarak kanda "monosit" olarak adlandırılırlar. Makrofajlar en becerikli fagositlerdir ve bakterilerin, mikropların ya da diğer hücrelerin önemli miktardaki sayılarını fagosite ederler.

Nötrofiller eozinofil ve bazofiller gibi, sitoplazmalarında granüller taşıyan, diğer hücrelerden taşıdıkları parçalı hücre çekirdekleriyle ayrılan "polimorfonüklear (PMNler) hücreler" ya da "granülosit" olarak bilinen hücrelerdendir. Nötrofil granülleri, bakterileri ve mantarları öldüren ya da gelişmelerini baskılayan çeşitli toksik maddeler içerirler.

Makrofajlara benzer olarak, nötrofiller de patojenlere bir "respiratör yangı"yı aktive ederek saldırılar. Nötrofillerin respiratör yangısının ana ürünleri oldukça güçlü hidrojen peroksit, serbest oksijen radikalleri ve hipoklorit gibi gibi oksitleyici ajanlardır. Nötrofiller fagositlerin en çok bulunan tipleridir, normalde dolaşan lökositlerin %50-60 oranında bulunurlar ve genellikle bir enfeksiyonda bölgeye ulaşan ilk hücrelerdir.

Sağlıklı normal bir yetişkinin kemik iliği her gün 100 milyardan daha fazla nötrofil üretir ve akut enflamasyon sırasında gün içinde 10 kereden fazla üretim yapar.

Dendritik hücreler (DC) dış çevreyle iletişim halinde olan dokularda, özellikle deri (deride "Langerhans hücreleri" olarak isimlendirilirler) burun, akciğerler, karın ve bağırsaklar ve diğer iç mukozal sınırlarda bulunan fagositik hücrelerdir. Sinir hücreleri nöronlara benzeyişlerinden dolayı böyle isimlendirilmiş olsalar da, sinir sistemiyle ilgileri yoktur. Dendritik hücreler antijen sunumu sürecinde doğuştan gelen ile edinilmiş bağışıklık sisteminde arasında bağlantı oluşturduklarından oldukça önemli bir role sahiplerdir.

Bazofiller ve Eozinofiller nötrofillerle bağlantılı hücrelerdir. Bir patojence etkinleştirildiklerinde, bazofiller paratizlere karşı savunmada ve (astım gibi) alerjik reaksiyonlarda önemli rolü olan histamini salarlar. Aktivasyon sırasında eozinofiller, bakterileri ve parazitleri öldürmede oldukça etkili fakat doku harabiyeti sırasında oluşan alerjik reaksiyonlardan da sorumlu olan, yüksek oranlı toksik proteinlerin ve serbest radikallerin alanlarını saklar. Eozinofillerin etkinleştirilmesi ve toksin salınımı bu yüzden herhangi bir doku harabiyetinin önlenmesiyle oldukça ilişkilidir.

Doğal öldürücü hücreler (NK hücreleri), doğuştan gelen bağışıklık sisteminin bileşenlerindendir. Doğal öldürücü hücreler, mikroplarca enfekte edilmiş ev sahibi hücreleri bulup onlara saldırırlar, doğrudan mikroplar üzerine etki etmezler. Örneğin; "kendini-kaybetme" olarak bilinen süreçte tümör hücrelerini, virüsle enfekte olmuş hücreleri yok ederler. Bu terim, ev sahibi hücrelerin viral enfeksiyonları sırasında ulaşılabilinen yeri- hücre yüzeyinde düşük seviyede bulunan MHC I (major histokompatibilite komleksi) olarak bilinen markerları tarif eder. İsimleri olan 'doğal öldürücü', etkinleştirilmeye ihtiyaç duymadan "kendini-kaybetmiş" hücreleri öldürdüklerinden verilmiştir.

Diğer geleneksel T hücreleri altkümelerine benzer olarak CD1d gibi T hücre reseptörleri (TCR'ler), sınırlandırılmış doğal öldürücü hücrelerdir; γ ve δ T hücrelerinin doğal ve edinilmiş bağışıklık arasında yer almalarını sağlayan karateristik özelliklerini sergilerler. Bir yandan γ ve δ T hücreleri edinilmiş bağışıklık sisteminin, TCR genlerinin düzenlenmesiyle çeşitlilik kavşağının üretilmesi ve hatırlanabilir bir fenotipi geliştirme içeriği olarak anlaşılabilirler. Her nasılsa, çeşitli altkümeler; patern tanıma reseptörleri olarak kullanılabilen bağlı TCR'ler ve doğal öldürücü hücreler, doğuştan gelen bağışıklık sisteminin parçaları olarak da düşünülebilirler.

Örneğin, buna göre Vγ9/Vδ2 T hücrelerinin büyük bir kısmı, mikroplarca üretilen genel moleküllere saatlerce karşılık verir ve intraepiteliyal Vδ1 T hücrelerine yüksek oranda bağlanır.

Doğuştan gelen bağışıklık sistemi hücreleri tesirli biçimde vücuttaki bakterilerin serbestçe gelişmelerini önlerler, bununla beraber bazı patojenler kendilerini doğuştan gelen bağışıklık sisteminden koruyacak bazı mekanizmalar geliştirmişlerdir.

Bacteroides türleri normalde memelilerin sindirim sistemi florasının önemli kısmını oluşturan kommensal bakterilerdir. Bazı türler ise (örneğin B. fragilis) karın boşluğunda enfeksiyonlara yol açabilen fırsatçı patojenlerdir.

Staphylococcus aureus fagositlerin kimokin sinyalleriyle yanıt oluşturma yeteneğini baskılar. M. tuberculosis, Streptococcus pyogenes ve Bacillus anthracis gibi diğer organizmalar ise direkt fagositleri öldüren mekanizmalar geliştirmişlerdir.

Bakteriler ve (belki bazı diğer prokaryotik organizmalar) kendilerini bakteriyofaj gibi diğer patojenlerden korumak için restriksiyon-modifikasyon sistemi olarak bilinen eşsiz bir savunma mekanizması kullanırlar. Bu sistemde bakteriler, istilacı bakteriyofajlardaki viral DNA'nın spesifik bölgelerine saldırıp onları yokeden restriksiyon-modifikasyon endonükleaz olarak bilinen enzimi üretirler. Restriksiyon-modifikasyon endonükleazlar ve restriksiyon-modifikasyon sistemi sadece prokaryotlarda bulunur.

Omurgasızların lenfositleri veya vücut bağışıklığına bağlı antikorları yoktur ve bağışıklık sistemleri çok hücrelilerinkine, ilk olarak omurgalılarda görülen edinilmiş bağışıklığa benzer. Yine de omurgasızların olan mekanizmaları omurgalıların bağışıklığının öncüleri gibidir.

Patern tanıma reseptörleri, neredeyse bütün organizmalarca, mikrobiyal patojenlerle ilişkili molekülleri tanımlamak için kullanılan proteinlerdir. Toll benzeri reseptörler, bütün insanlar da dahil vücut boşluğuna sahip bütün organizmalarda (sölomlular) tanıma reseptörlerinin ana sınıfını oluştururlar. Kompleman sistemi yukarıda görüldüğü gibi, bağışıklık sisteminde organizmadan patojenleri temizlemeye yardımcı olan bir biyokimyasal kaskaddır ve hayattaki bütün canlılarda bulunur. Yengeçler, kurtlar gibi çeşitli böcekleri de içeren bazı omurgasızlar, profenoloksidaz (proPO) olarak bilinen sistemin değişmiş şekli olan kompleman yanıtını kullanırlar.

Antimikrobiyal peptidler doğuştan gelen bağışıklık sisteminin evrimsel süreçte korunmuş ve hayattaki bütün canlı sınıflarında ve omurgasıların sistemik bağışıklığının temeli olarak bulunan bileşenleridir. Böceklerin bazı türleri 'defensinler ve kekropinler olarak bilinen antimikrobiyal peptidleri üretirler.

savunmalarında üretrikleri kimyasal bileşenlerle metabolik yanıt oluşturup, enfeksiyonla savaşabilir ya da kenidlerini böcek veya diğer otoburlara karşı daha az çekici kılabilirler.

Bitkiler omurgasızlar gibi antikor ya da T-hücresi yanıtı veya patojenleri saptlayan ve onlara saldıran hareketli hücreler üretmezler. Bununla beraber bitkiler sadece birkaç hayvanın yapabildiği gibi enfeksiyon yerine yenilenebilir ve kullanıldıktan sonra atılabilir parçalar üretirler. Bitkinin bazı parçalarını atması ya da ayırması enfeksiyonun yayılmasının durdurulmasına yardımcı olur.

Bitkiler, patojenleri tanımlamak için patern tanıma reseptörleri kullanırlar ve enfeksiyondan kurtulmaya yardımcı olan bazal bir yanıt oluşturmak için kimyasal sinyaller üretirler.

Bitkinin bir parçası mikrobiyal ya da viral bir patojenle enfekte edildiğinde oluşan özel elicitorlar tarafından tetiklenen bir zıt etkileşim durumunda, bitki sınırlı bir hipersensivite yanıtı (HR) oluşturur, enfeksiyonun olduğu bölgede bitkinin diğer parçalarına yayılmasını engelleyen hızlı programlanmış hücre ölümü gerçekleştirilir. HR'nin hayvanlardaki pyroptozis'e benzer bazı özellikleri vardır, hücre parçalanmasını hücre ölümü sırasında düzenleyen bir sistin proteaz olan VPE'nin kaspas-1-benzeri proteolitik aktivitesinin gerekliliği gibi.

Bitkilerde yaygın şekilde bulunan ve patojenleri saptlayan "resistans" (R) proteinleri, R geni tarafından kodlanırlar. Bu proteinler, hayvan bağışıklık sisteminde yararlı olan NOD ve Toll benzeri reseptörlere benzer domainler içerir. Sistemik kazanılmış dayanıklılık (SAR), tüm bitkiyi birçok enfeksiyon ajanına karşı dirençli hale getiren bir savunma yanıtı tipidir. SAR, salisilik asit ya da jasmonik asit gibi kimyasal mesajcıların ürününü bağlar.

Bu kimyasalların bitki çapında yolculuğu, bitkinin enfekte olmamış diğer bölgelerindeki hücreleri savunma bileşikleri üretmeleri için uyarır. Salisilik asit SAR'ın geliştirilmesinde zorunlu bir madde olmakla birlikte, sinyalin taşınmasından sorumlu değildir. Son bulgular, jasmonatların sinyalin bitkinin uç bölümlerine taşınmasnda rolü olduğunu göstermektedir. RNA interferens mekanizmaları, virüs çoğalmasını engelleyebildikleri için bitkinin sistemik yanıt sisteminde önemlidirler. Jasmonik asit yanıtı'', yapraklarda böceklerin verdiği hasarlarca uyarılır ve metil jasmonatın oluşumunu sağlar.