Sistem imun
Memori aktif jangka panjang didapat mengikuti infeksi oleh aktivasi sel B dan sel T. Imunitas aktif dapat juga dibuat melalui vaksinasi. Prinsip di balik vaksinasi (juga disebut imunisasi) yaitu untuk memperkenalkan antigen dari patogen untuk menstimulasi sistem imun dan mengembangkan imunitas spesifik melawan patogen tanpa menyebabkan penyakit yang berkaitan dengan organisme tersebut.
Induksi respons imun yang disengaja ini berhasil karena memanfaatkan spesifisitas alami sistem imun. Penyakit infeksi masih menjadi salah satu penyebab utama kematian pada populasi manusia, sehingga vaksinasi muncul sebagai manipulasi sistem imun manusia yang paling efektif.
Kebanyakan vaksin virus berasal dari virus yang dilemahkan, sedangkan banyak vaksin bakteri berasal dari komponen aseluler dari mikroorganisme, termasuk komponen toksin yang tidak berbahaya. Karena banyak antigen berasal dari vaksin aseluler tidak menginduksi respons adaptf dengan kuat, maka kebanyakan vaksin bakteri disediakan dengan penambahan adjuvan yang mengaktifkan sel penyaji antigen (APC) pada sistem imun bawaan dan memaksimalkan imunogenisitas.
Obat-obat berukuran besar (>500 Da) dapat memicu aksi penetralan oleh respons imun, terutama jika obat digunakan berulang-ulang atau pada dosis yang lebih besar. Hal ini membatasi obat-obat yang berbentuk peptida dan protein dengan ukuran besar (yang umumnya lebih besar dari 6000 Da). Pada beberapa kasus, obat tersebut tidak imunogenik, tetapi dapat diberikan
bersamaan dengan senyawa imunogenik, seperti pada kasus paklitaksel ("Taxol") serta kombinasi oksaliplatin dan siklofosfamid.
Metode komputerisasi telah dikembangkan untuk memprediksi imunogenisitas peptida dan protein, yang berguna dalam merancang antibodi untuk obat, menilai keganasan mutasi pada partikel pembungkus virus, dan validasi pengobatan calon obat dengan bahan peptida. Teknik zaman dulu memanfaatkan kecenderungan bahwa asam amino hidrofil memiliki konsentrasi lebih tinggi pada daerah epitop;; tetapi
banyak perkembangan terkini bersandar pada teknik pembelajaran mesin menggunakan basis data epitop yang diketahui ada, biasanya pada protein-protein virus yang sudah diteliti dengan baik, sebagai kumpulan percobaan.
Basis data yang dapat diakses publik telah dibuat untuk mengkatalogkan epitop dari patogen yang diketahui dapat dikenali oleh sel B. Penelitian berdasarkan bioinformatika terhadap imunogenisitas disebut juga "imunoinformatika".. Imunoproteomik merupakan studi kumpulan besar protein (proteomika) yang terlibat dalam respons imun.
Sistem imun adaptif dengan berbagai komponennya tampaknya muncul pada vertebrata pertama, sementara invertebrata tidak menghasilkan limfosit atau respons humoral berupa antibodi. Namun, banyak spesies yang memanfaatkan mekanisme-mekanisme yang agaknya merupakan prekursor imunitas vertebrata. Sistem imun pun dimiliki oleh organisme yang paling sederhana, misalnya bakteri menggunakan mekanisme pertahanan unik yang disebut sistem modifikasi restriksi untuk melindungi diri mereka dari patogen virus yang disebut bakteriofag.
Prokariota juga memiliki imunitas adaptif, melalui sistem yang menggunakan urutan CRISPR untuk mempertahankan fragmen genom dari faga yang telah kontak sebelumnya, yang memungkinkan prokariota menghalangi replikasi virus dalam bentuk interferensi RNA. Prokariota juga memiliki mekanisme pertahanan lain. Unsur-unsur penyerang sistem imun tubuh juga terdapat pada eukariota uniseluler, tetapi baru ada sedikit penelitian tentang peran mereka dalam pertahanan.
Reseptor pengenal pola (PRR) merupakan protein yang digunakan oleh hampir semua organisme untuk mengidentifikasi molekul yang terkait dengan patogen. Peptida antimikrobial yang disebut defensin adalah komponen evolusioner respons imun bawaan yang ditemukan pada semua jenis hewan dan tumbuhan, serta mewakili bentuk utama imunitas sistemik invertebrata. Sistem komplemen dan fagositik juga
digunakan oleh hampir semua bentuk kehidupan invertebrata. Ribonuklease dan jalur interferensi RNA digunakan pada semua eukariot, dan dipercaya memainkan peran pada respons imun terhadap virus.
Tidak seperti hewan, tumbuhan tidak memiliki sel fagositik, tetapi kebanyakan respons imun tumbuhan melibatkan sinyal kimia bersifat sistemik yang dikirim ke seluruh bagian tumbuhan. Sel-sel tumbuhan merespons molekul yang terkait dengan patogen yang dikenal sebagai pola molekuler terkait patogen (PAMP). Ketika bagian dari tumbuhan terinfeksi, tumbuhan
menghasilkan respons hipersensitif, yaitu sel pada tempat infeksi mengalami apoptosis dengan cepat untuk mencegah penyebaran penyakit ke bagian lainnya. Resistensi dapatan sistemik merupakan jenis respons pertahanan yang digunakan oleh tumbuhan agar resisten terhadap penyebab infeksi. Mekanisme peredaman RNA sangat penting pada sistem respons sistemik ini karena dapat menghalangi replikasi virus.
Evolusi sitem imun adaptif terjadi pada nenek moyang vertebrata berahang. Banyak molekul klasik pada sistem imun adaptif (seperti antibodi dan reseptor sel T) hanya dimiliki vertebrata berahang. Namun, molekul berbeda yang berasal dari limfosit ditemukan pada vertebrata tak berahang primitif, seperti ikan lamprey dan remang. Hewan tersebut memiliki sejumlah molekul disebut reseptor limfosit variabel
(VLR), mirip reseptor antigen pada vertebrata berahang, yang dihasilkan dari sejumlah kecil satu atau dua) gen. Molekul tersebut dipercaya berikatan pada patogen dengan cara yang sama dengan antibodi dan dengan tingkat spesifisitas yang sama.
Keberhasilan patogen bergantung pada kemampuannya untuk menghindar dari respons imun. Oleh karena itu, patogen telah mengembangkan beberapa metode yang menyebabkan mereka dapat menginfeksi inang, sementara patogen menghindari deteksi dan kehancuran akibat sistem imun. Bakteri sering menembus penghalang fisik dengan mengeluarkan enzim yang bisa menghancurkan penghalang tersebut, contohnya dengan menggunakan sistem sekresi tipe II. Selain
itu, patogen dapat menggunakan sistem sekresi tipe III, yaitu mereka dapat memasukan tuba berongga pada sel inang, yang menyediakan saluran langsung untuk protein agar dapat bergerak dari patogen ke inang. Protein yang dikirim melalui tuba sering digunakan untuk membuat tidak aktif pertahanan tubuh.
Strategi menghindar digunakan oleh beberapa patogen untuk menghindari sistem imun bawaan yaitu bersembunyi dalam sel inang (juga disebut patogenesis intraseluler). Dalam hal ini, patogen menghabiskan sebagian besar siklus hidupnya dalam sel inang yang dilindungi dari kontak langsung dengan sel imun, antibodi, dan sistem komplemen. Beberapa contoh patogen intraseluler termasuk virus, bakteri "Salmonella" yang terdapat pada makanan
beracun, dan parasit eukariot yang menyebabkan malaria ("Plasmodium falciparum") dan leismaniasis ("Leishmania spp."). Bakteri lain, seperti "Mycobacterium tuberculosis", hidup di dalam kapsul pelindung yang mencegah lisis oleh sistem komplemen. Banyak patogen mengeluarkan senyawa yang melemahkan respons imun atau mengarahkan respons imun ke arah yang salah. Beberapa bakteri membentuk biofilm untuk melindungi diri
mereka dari sel dan protein sistem imun. Biofilm terdapat pada banyak infeksi berhasil, seperti infeksi "Pseudomonas aeruginosa" kronis dan "Burkholderia cenocepacia," yang merupakan penanda dari infeksi fibrosis sistik. Bakteri lain menghasilkan protein permukaan yang mengikat pada antibodi, mengubah mereka menjadi tidak efektif; contohnya "Streptococcus" (protein G), "Staphylococcus aureus" (protein A), dan "Peptostreptococcus magnus" (protein L).
Mekanisme yang digunakan oleh virus untuk menghindari sistem imun adaptif adalah lebih rumit. Pendekatan paling sederhana yaitu dengan cepat mengubah epitop yang tidak esensial (asam amino dan gula) pada permukaannya, sementara terus menyembunyikan epitop esensial. Proses ini dinamakan variasi antigenik. Contohnya yaitu HIV, yang bermutasi dengan cepat, sehingga protein pada selubung virus