VEDAT BULUT

İmmünolojideki bazı temel fikirleri ve terimleri açıklamak gerekir. İmmün system yapıları tanır ve konağa ait olmayanları yabancı olarak algılar. Böylece immün sistem hücreleri ve organları değişime uğrar ve yabancı işgalciyi bedenden dışarı atmaya çalışır. Bu işleve biz immün yanıt demekteyiz.

İmmün system iki koldan çalışır:

1) Özgül olmayan ya da doğal immün sistem

2) Özgül ya da edinsel immün sistem

Bütün canlılar- kutçuklar, meyva sinekleri gibi alt canlılardan bizim gibi omurgalılara kadar- hastalıklardan korunmak için bir çok mekanizmaya sahiptirler. Bu mekanizmaların çoğu hastalığa neden olan ve patojen dediğimiz türe özgül değildir. Bunu açarsak, bütün patojenleri az çok aynı şekilde tanır ve yok etmeye çalışır. Özgüllük kavramı bütün patojenlere ayrım yapmadan korunmadan ziyade, patojenin türünün belirlenerek sadece ona yönelik immün yanıt şeklinde ifade edilir. Özgüllük immünolojide önemli bir kavramdır. Vücut yabancı bir maddeyi algıladığında, sadece ona karşı immün yanıt gelişir, diğerlerine değil. Örneğin siz kızamık hastalığından etkilendiğinizde ve iyileştiğinizde, kızamık virüsüne karşı bağışık hale gelirsiniz. Yani, eğer kızamık virüsüyle tekrar karşılaşırsanız, immün sistem bu virüsle tekrar hastalanmamanız için savaşır. Kabakulak virüsüyle veya diğer virüslerle karşılaştığınızda Kızamık virüsüne karşı bağışıklanan immün sisteminiz kabakulak ahstalığına karşı sizi korumaz. Diğer bir deyişle, immün sistem bir patojene karşı yönelir tüm muhtemel patojenlere karşı değil. Yani özgüldür.

Bunu açıklamadan once bilmeniz gerekir ki, özgül olmayan diğer koruyucu mekanizmalar bazı patojenlere karşı seçerek yanıt üretmez ve bir çok farklı patojene karşı işlev görür. Bu mekanizmaların içinde yer alan doğal immünitenin hücreleri aynı zamanda edinsel veya özgül dediğimiz yanıtlarla da ilişkilidir. Bazı mekanizmalarsa sadece doğal immüniteye aittir. Doğal immünitenin ikinci farklı yönü belleğin gelişmemesidir. Yani bir patojenle karşılaşınca daha iyi, daha güçlü yanıt vermez. Halbuki, edinsel immune yanıt giderek daha güçlenir ve iyi yanıt üretir. Bu tür bir bağışıklık sayesinde aynı patojenle karşılaşıldığında belirli bir klinik oluşmadan patojen yok edilir. İmmün sistemin bu özelliği Bellek olarak bilinir. Bu şekilde, immune system daha once karşıklaştığı patojenleri hatırlar ve daha etkin bir saldırı başlatır. Bu nedenle, immünolojistler özgül immune yanıtın belleğe sahip olduğunu, doğal immünitenin belleğe sahip olmadığını söylerler.

Tüm çok hücreli canlılar dünyanın diğer yapılarıdnan bir tür koruyucu kılıfla ayrılır.

İnsanların kılıfı derimiz ve tüm sindirim ve solunum yollarını kaplayan mukoza zarlardır. Bizim vücudumuz içinde ağızdan anüse uzanan sindirim yolunda bir epitel doku vardır ve biz buna mukoza zarı demekteyiz. Bizim dış yüzeyimizi kaplayan epitel dokuysa deridir. Muhtemelen sizlerin de farkına vardığı gibi, deriniz ve ağzınız bakterilerle kaplıdır. Bu bakterilerin bir çoğu enfeksiyona neden olma yeteneğine de sahiptir. Küçük bir kesi veya yaralanma hemen daima enfekte olur. Fakat bozulmamış deri ve mukoza yüzeylerde biz çoğunlukla enfeksiyon geçirmeyiz. Çünkü, bu yüzeyler bakterilerden bir tabakadır. Bakteri, virus gibi patojenleri vüzudumuza girmekten alı koyan ve enfeksiyon sıklığını azaltan önemi bir yapıdır. 

Sadece deri bir fiziksel engel değildir. Aynı zamanda, deri sebase bezlerden salınan sebum denilen yağlı bir salgıyla kaplanmıştır. Mukoz membranlarsa mukus denilen akıcı bir salgıyla kaplanır.

Daha ötesi, sindirim ve solunum yollarının yüzeyinde siliya ve pili vardır (Cilium ve pilus tekil, cilia ve pili çoğuldur). Bu yapılar küçük parmaklara benzer şekilde epitel uzantılarıdır ve devamlı hareket ederek mukusun da yardımıyla hücrelerin yüzeyindeki bakterileri uzaklaştırır. Bu fiziksel mekanizmalar her zaman başarılı olmamakla beraber, bakteriler, virüsler gibi enfeksiyon yapan organizmaları sorun oluşturabilecekleri iç kısımlara ulaşmaktan korur.

Aynı zamanda, fizyolojik bariyerler de mevcuttur. Örneğin, çoğu bakteri asidik (düşük pH) ortamlarda kolay üreyemez. Vücudumuzda mide, idrar yolları gibi dış çevreye açılan bazı kısımları düşük pH’a sahiptir. Bu alanlarda bakteri üremesine karşı koruyuculuk sağlar. Asiditeye ek olarak, epiteliyal hücreler hastalığ aneden olan organizmaları öldüren veya engelleyen bir çok protein üretirler ve salgılarlar.

Göz yaşı, tükrük ve diğer mukoza zarlar lizozim denilen bir enzim salgılar. Lizozim bakteri hücre duvarlarını tahrip eder ve böylece bakterilerin parçalanmasını (lizis) sağlar. Bakteri veya virüsleri öldürebien diğer proteinler interferon ve kompleman gibi kanda ve vücut sıvılarında bulunan bakteriyosidal (bakteri-öldürücü) proteinlerdir.

Deri ve diğer epitelyal dokular ve kan dolaşımında çevrelerindeki maddeleri, özellikle bakteri ve virüsleri yutarak, tahrip eden obur hücreler içerir. Bu hücreler fagositler (yiyen hücreler) olarak bilinir. Bu işlevin adıysa fagositozdur. Genellikle, hücre zarının içe çökmesiyle oluşur. Bu şekilde, yüzeye tutunan, yapışan veya vücut sıvılarında serbest yüzen her hangi bir madde içeri alınır, yutulur. Bu içe kıvrılarak ve iki membrane ucunun birleşmesiyle ortaya çıkan vezikül yapılarına endozomlar veya fagozomlar demekteyiz. İçerisinde parçalayıcı enzimler bulunduran lizozomlar bu yapıyla birleşerek fagolizozomları oluşturur. Lizozomların içerisinde polisakkaritler, proteinler, lipitler ve nükleik asitleri parçalayan enzimler vardır ve böylece çoğu patojen tahrip edilir.

Sonunda, eğer bakteriler deriyi bozarak içeri girmeyi başarırlarsa, enfeksiyon başlatırlar. Enfeksiyonun yayılımını azaltmak ve kısıtlamak için bölgede yangısal yanıt gelişir. Yangısal yanıt bölgedeki kan damarlarının genişlemesi (vazodilatasyon), kızarıklık ve bölgede vücıt sıcaklığının artışı gibi özellikleri içerir. Bu kan damarlarının genişlemesi geçirgenliğin artmasıyla beraber gelişir. Böylece, dolaşımdaki sıvı ve hücreler dokuya geçiş yaparlar. Etkilenen alandaki şişme ve ağrı bu nedenledir ve fagositer hücrelerin bölgede birikmeleri sağlanmış olur. Burada fagositer hücreler bakteri veya virüsleri sindirirler ve iltihap (püy) oluştururlar.

Sözünü ettiğim gibi, bu süreçlerin çoğu organizmalarda basit immune sistemle oluşur ve bu yapılar çok özgül değildir. Fakat, bu onların bir kaçı insanlarda özgül olmayan ve özgül olan yanıtlar arasında bir köprü kurarlar. Komplemanın etkisi, fagositlerin etkinleşemsi ve yangı yanıtının tümü insanlarda özgül immune yanıtlarla güçlendirilir. Şimdi, immün yanıtın daha özgül ve daha şaşırtıcı kavramları, yani özgül veya edinsel immune yanıttan söz etmek isterim. İlk olarak, bu sistemde yer alan hücre ve organlardan once, bu yanıtların özelliklerini gözden geçirelim. Öncelikle, edinsel immune yanıt özgüldür ve ikincil olarak gelişir, ayrıca bellek sahibidir.

Antijen teriminden söz etmek gerekir. Antijen immün yanıt uyarabilen bir maddedir. Antikor üretimine yol açarlar. Bütün antijenler antikor üretimine yol açmayabilir ve antikorlarla ilişkisiz diğer immune yanıtları da uyarabilirler. Serum albümini ve bir çok kan proteinleri gibi zararsız maddeler canlılarda antikor üretimine yol açabilir. Bu nedenle, onlar da antijen olaak sınıflandırılır. Patojen grip virüsü, malrya parazitleri veya kolera bakterileri gibi hastalığa neden olma yeteneğine sahip organizmaları ifade eder. Bütün patojenler antijenik yapıya sahiptir, fakat bütün antijenler patojenik değildir.

Sizler yama redid olarak bilinen bir immune yanıt türünü duymuş olabilirsiniz.

Şimdi edinsel immune sistemin 5 büyük özelliğini ele alırsak:

1) Özgüldür,

2) çevreye uyum sağlar,

3) farklılaşır,

4) bellek vardır,

5) öz ve öz olmayan yapıları algılar

I want to introduce some basic ideas in immunology, define some important terms. The immune system recognizes a substance and identifies it as foreign--that is, not a normal component of the host--and then the  immune system cells and organs alter their properties and behavior in order to remove the invader from the body--and it is these changes that we call the immune response.

The immune system is divided into two branches. The specific or “acquired” immune response, I want to tell you that all animals—from invertebrates like worms or fruit flies to other vertebrates to us--have a number of mechanisms that help to protect them from disease. Most of these mechanisms are not specific to a particular kind of disease-causing organism, or pathogen. Rather they affect all pathogens more or less equally well. What I just said invokes the concept of “specificity”, which means a response tailored to one kind of pathogen rather than an indiscriminate protection against many different pathogens. “Specificity” is one of the central ideas in immunology, so I want to digress a moment to explain what immunologists mean when they talk of specificity or of specific responses, and why they think that’s important. When the body detects a foreign substance, it mounts an immune response against that substance and no other. For example, if you get the measles, and you recover from the disease, you become immune to the measles virus. That is, if you get re-exposed to the measles virus your immune system will fight off the virus before you develop the symptoms of the disease again. That’s what we mean when we say you’re immune to (i.e., protected against) measles. But the fact that you’re immune to measles virus doesn’t protect you from infection from the mumps virus. If you’re exposed to the mumps virus, you’ll still get mumps, but then you’ll become immune to mumps as well, but not to chicken pox, and so on. That is, the immune system only responds to one pathogen at a time, not to all possible pathogens. In other words, it is specific.

Before we address that, it’s important for you to know that there are other protective mechanisms that aren’t specific, because they don’t single out particular pathogens; rather they operate against many different pathogens. Although some of the mechanisms that provide this “innate” immunity involve cells that are also involved in acquired, or specific, responses, some mechanisms are unique to the innate response. A second way that innate responses differ from acquired responses is that they don’t get better over time or after exposure to particular pathogens. Now specific immune responses do improve with practice. That’s why the first time you’re exposed to measles virus, your immune system is a little sluggish in responding, so you usually get sick before your immune system can fight off the infection. But the next time you’re exposed to the same virus, your response is quicker and bigger, so the virus is usually eliminated before it can cause a noticeable disease. This feature of the immune system is called “immunological memory”. Somehow the immune system remembers what pathogens it has encountered before and it gets better at attacking them. So, to say this as an immunologist would: specific immune responses have a “memory”; non-specific responses do not.

All multicellular animals are separated from the rest of the world by some sort of protective covering. Ours is our skin and the mucous membranes lining our digestive and respiratory tracts. We’ve basically got a tube running through us that’s outside our bodies proper, but lining that tube, our digestive tract, is an epithelium called a mucous membrane. And on our outside is an epithelium called our skin. As you’re probably aware, your skin and mouth are crawling with bacteria, and many of these bacteria are capable of causing infection. A small cut or scratch almost always gets infected. But mostly we don’t have these infections. That’s because the skin forms a protective layer that separates the bacteria from the bodily fluids that bacteria need to grow rapidly. By holding the bacteria, viruses, etc., away from the interior of our bodies, the skin greatly reduces the incidence of infection.

Not only is there a physical barrier on the skin, but the skin is covered with oily secretions called sebum, secreted by sebaceous glands, and the mucous membranes produce a viscous secretion called mucus. These secretions act to immobilize and slow the movement and growth of bacteria.

What’s more, the linings of the digestive tract and respiratory tract have cilia or pili (these are plurals; the singular is cilium and pilus), which are small finger-like projections of the surfaces of epithelial cells that move, thereby sweeping away mucus and the embedded bacteria that are on the surfaces of cells. These are all physical mechanisms that prevent infectious organisms like bacteria and viruses from reaching places where they can cause trouble, although of course they aren’t always successful.

There are also physiological barriers. For example, most bacteria grow poorly under acidic conditions (i.e., low pH), and a number of parts of the body that are exposed to the outside world, such as our stomachs and our urinary tracts, have low pH. This serves to inhibit bacterial growth in these areas. In addition to acidity, there are a number of proteins that epithelial cells produce and secrete that inhibit or kill many kinds of disease-causing organisms.

Tears, saliva, and other mucous secretions contain lysozyme, an enzyme that destroys bacterial cell walls, and thus causes bacteria to break open (= lyse). Other proteins that can inhibit or kill bacteria or viruses include interferon and complement, a group of bacteriocidal (bacteria-killing) proteins in the blood.

The skin, other epithelial tissues, and the bloodstream contain a variety of voracious cells that can take up and destroy materials in their environment, especially bacteria and viruses. The cells are called phagocytes (or “eating cells”) and the process of uptake and destruction is called phagocytosis. In general this occurs by invagination of the cell’s membrane, which takes up anything specifically stuck to the surface of the cell or anything that’s floating around free in the fluid surrounding the cell (like bacteria in the bloodstream). These “vesicles” formed by the infolding of the membrane fuse to form structures called endosomes (“inside bodies”) or phagosomes which in turn fuse with structures called lysosomes (“lysing=bursting bodies”), and this generates secondary lysosomes. These contain a number of degrading enzymes that break down polysaccharides, proteins, lipids, and nucleic acids, thus destroying most biological cells and viruses.

Finally, if bacteria or viruses do manage to break the skin and begin an infection there is an “inflammatory response” to invasion or infection that helps to wall off the affected area and to reduce the spread of the infection. This response includes an increase in size of blood vessels in the area of the infection (=vasodilation), leading to redness and a rise in temperature at the site of the infection. This enlargement of the blood vessels in accompanied by an increase in permeability of the blood vessels, which allows both fluid and cells to leave the bloodstream and enter the tissue. This causes swelling and pain in the affected area, and allows phagocytic cells to accumulate in the area of the infection, where they can digest the bacteria or viruses (and create pus).

As I mentioned, most of these processes occur in organisms with simple immune systems, and they aren’t very specific. But several of them actually bridge the gap between non-specific and specific responses in higher organisms. The action of complement, the activity of phagocytes, and the inflammatory response are all enhanced in higher vertebrates by specific immune responses.

Now I want to talk about the more specific and more amazing aspects of the immune response-- the specific or acquired immune reactions. First, I’ll to review the characteristics of this response before describing some of the cells and organs that participate. I’ve already mentioned some of the salient characteristics of acquired responses. First, they’re specific, and second, they have memory. If you give a second pathogen to the animal at the same time that you re-expose it to the first pathogen, you only get a primary response to the second pathogen.

The term "antigen": an antigen is any substance that can induce an immune response; it's shorthand for "generator of antibodies". It has been retained even though we know that not all antigens induce antibody formation; they might induce different kinds of immune responses that don’t involve antibodies. Even innocuous substances like serum albumen, a common blood protein, will cause an animal to produce antibodies, and thus they are classed as antigens. "Pathogen" refers to organisms that have the ability to cause disease, such as flu virus, malarial parasites, or cholera bacteria. All pathogens are antigens, but not all antigens are pathogens. It gets turned up or down in response to the need. Finally, you may know that one kind of immune response is called graft rejection. That is, if I take a bit of tissue--like some skin or heart or liver--from one animal and transplant it to another animal, what will happen? The second animal will reject the transplant. For example, if I take some skin from a rabbit and transplant it to a second rabbit, the skin graft will eventually shrivel up and disappear. But if I take a piece of skin from a rabbit, and place it on another region of the same rabbit, what will happen? Essentially nothing. The graft will “take”, and the cells will thrive and grow and become part of the rabbit’s natural skin. You’ve probably heard of operations where parts of people’s own bodies are used in grafting procedures--such as skin grafts for burns, or blood vessel grafts for coronary bypass operations. The immune system can distinguish between the normal components of its own body and abnormal components, even components from other members of the same species. This property is usually called “self-nonself discrimination”. When it breaks down, then the immune system may attack and destroy some of the body’s normal components, and therefore willcause a kind of illness called an autoimmune disease. So those are the big five characteristics of acquired immune responses in vertebrates—they are specific, adaptive, and diverse; they have memory, and they +how self-nonself discrimination.