Imunologijos ir imunotechnologijos pagrindai

3

IMUNOLOGIJOS IR IMUNOTECHNOLOGIJOS PAGRINDAI

Vytas Tamošiūnas, Ingrida Pumputienė, Raimonda Kvietkauskaitė

LOGIJOS ir TECHNOLOGIJOS p a g r i n d a i Vadovėlis

2015

UDK 612(075.8) Ta83

Recenzentai: Dr. Mykolas Mauricas (VMTI Inovatyvios medicinos centras) Prof. habil. dr. Aniolas Sruoga (Vytauto Didžiojo universitetas) Doc. dr. Vytautas Semaška (Lietuvos edukologijos universitetas) Vadovėlis apsvarstytas ir rekomenduotas išleisti Vytauto Didžiojo universiteto Gamtos mokslų fakulteto tarybos posėdyje 2013 m. vasario 21 d. (protokolo Nr. 2013/01).

Vadovėlio leidyba finansuota VDU klasterio KLIGEN B-08-01 lėšomis.

Leidinio rengėjai dėkoja Ritai Nikitenkienei, Marinai Jefimovai ir Miglei Datkūnaitei už patarimus ir techninį darbą.

ISBN 978-609-467-104-3 (spausdintas) ISBN 978-9955-34-541-1 (spausdintas) ISBN 978-609-467-105-0 (internetinis) ISBN 978-9955-34-542-8 (internetinis) © Vytas Tamošiūnas, 2015 © Ingrida Pumputienė, 2015 © Raimonda Kvietkauskaitė, 2015 © Vytauto Didžiojo universitetas, 2015 © „Versus aureus“ leidykla, 2015

5

IMUNOLOGIJOS IR IMUNOTECHNOLOGIJOS PAGRINDAI

Turinys

Santrumpos...........................................................................................................................................................9 PRATARMĖ.................................................................................................................................................................13 I dalis I skyrius 1. IMUNOLOGIJOS SAMPRATA 1.1. Pirmosios žinios..................................................................................................................................... 15 1.2. Imunologija ir imunotechnologija pasaulyje............................................................................ 16 1.3. Imunologija ir imunotechnologija Lietuvoje ............................................................................17 1.4. Imunologijos kryptys ir šakos......................................................................................................... 18 II skyrius 2. IMUNITETO RŪŠYS 2.1. Įgimtasis (nespecifinis) imunitetas................................................................................................ 22 2.2. Įgytasis (specifinis) imunitetas....................................................................................................... 25 III skyrius 3. IMUNINĖ SISTEMA: FILOGENEZĖ IR ONTOGENEZĖ 3.1. Nespecializuota apsaugos sistema............................................................................................... 29 3.2. Specializuota apsaugos sistema.................................................................................................... 33 3.3. Imuninės sistemos filogenezė........................................................................................................ 34 3.4. Imuninės sistemos ontogenezė..................................................................................................... 37 IV skyrius 4. IMUNINĖS SISTEMOS ORGANAI 4.1. Limfagyslės............................................................................................................................................. 42 4.2. Limfiniai organai ................................................................................................................................. 43 4.3. Pirminiai (centriniai) limfiniai organai.......................................................................................... 45 4.4. Antriniai (periferiniai) limfiniai organai....................................................................................... 47 4.5. Limfiniai audiniai kituose organuose........................................................................................... 49 4.6. Kiti imuninės apsaugos organai..................................................................................................... 50 V skyrius 5. IMUNOKOMPETENTINĖS LĄSTELĖS 5.1. Imunokompetentinių ląstelių genezė.......................................................................................... 54 5.2. Kamieninės ląstelės............................................................................................................................ 55 5.3. Fagocitinės ląstelės............................................................................................................................. 58 5.5. T limfocitai.............................................................................................................................................. 64 5.6. B limfocitai ............................................................................................................................................. 67 5.7. Bendros T ir B limfocitų savybės .................................................................................................... 72 5.8. Natūralūs naikintojai, arba NK ląstelės ....................................................................................... 74 5.9. Antigeną pateikiančios ląstelės...................................................................................................... 74

6

IMUNOLOGIJOS IR IMUNOTECHNOLOGIJOS PAGRINDAI

VI skyrius 6. IMUNINĖS SISTEMOS MAKROMOLEKULĖS 6.1. Makromolekulės, susijusios su įgimtuoju imunitetu.............................................................. 77 6.2. Makromolekulės, susijusios su įgytuoju imunitetu................................................................ 79 VII skyrius 7. ANTIGENAI 7.1. Antigenų rūšys....................................................................................................................................... 82 7.2. Antigenų savybės................................................................................................................................ 85 VIII skyrius 8. IMUNOGLOBULINAI (ANTIKŪNAI) 8.1. Imunoglobulinų struktūra................................................................................................................ 91 8.2. Imunoglobulinų genai....................................................................................................................... 93 8.3. Imunoglobulinų klasės ir jų savybės ........................................................................................... 98 IX skyrius 9. KOMPLEMENTAS 9.1. Komplemento sistema.....................................................................................................................106 9.2. Komplemento aktyvinimo būdai ...............................................................................................107 9.3. Komplemento sistemos reguliavimas ...................................................................................... 110 9.4. Komplemento receptoriai ..............................................................................................................111 9.5. Komplemento sistemos funkcijos............................................................................................... 112 X skyrius 10. CITOKINAI IR CHEMOKINAI 10.1. Citokinai ir jų rūšys.......................................................................................................................... 114 10.2. Pagrindiniai citokinai: veikimo būdai ir jų funkcijos ......................................................... 115 10.3. Citokinų receptoriai ....................................................................................................................... 119 10.4. Chemokinai ....................................................................................................................................... 121 10.5. Chemokinų receptoriai ................................................................................................................122 XI skyrius 11. SUKIBIMO (ADHEZIJOS) MOLEKULĖS 11.1. Sukibimo (adhezijos) molekulės ir jų rūšys.............................................................................125 11.2. Sukibimo (adhezijos) molekulių šeimos.................................................................................125 11.3. Leukocitų ekstravazacija .............................................................................................................. 128 XII skyrius 12. IMUNINIS ATSAKAS 12.1. Antigeno atpažinimas ................................................................................................................... 131 12.2. Antigeno sunaikinimo efektorinės sistemos .......................................................................134 12.3. Imuninio atsako reguliavimas ................................................................................................... 135 XIII skyrius 13. IMUNINĖS SISTEMOS PAKITIMAI 13.1. Pirminiai pakitimai........................................................................................................................... 137 13.2. Imuniteto nepakankamumas.....................................................................................................140 13.3. Imuninės sistemos ligos................................................................................................................143 13.4. Imuninės sistemos stimuliacija ir gydymas........................................................................... 147

7

IMUNOLOGIJOS IR IMUNOTECHNOLOGIJOS PAGRINDAI

II dalis XIV skyrius 14. Imunotechnologija 14.1. Antigenai............................................................................................................................................. 151 14.2. Adjuvantai.......................................................................................................................................... 152 14.3. Antikūnai............................................................................................................................................154 XV skyrius 15. IMUNOLOGINIAI METODAI: IMUNINIO SERUMO TYRIMAI 15.1 Agliutinacija .......................................................................................................................................166 15.2. Precipitacijos reakcija ................................................................................................................... 167 15.3. Komplemento sujungimo reakcija ..........................................................................................168 15.4. Imunofermentinės analizės metodas ..................................................................................... 170 15.5. ELISPOT metodas............................................................................................................................. 174 15.6. Radioimuninis metodas................................................................................................................ 175 15.7. Imunodifuzija ir jos variantai....................................................................................................... 177 15.8. Imunoelektroforezė ...................................................................................................................... 178 15.9. Imunoblotingas ...............................................................................................................................180 XVI skyrius 16. IMUNOLOGINIAI METODAI: IMUNOKOMPETENTINIŲ LĄSTELIŲ TYRIMAI 16.1. Rozečių metodas .............................................................................................................................184 16.2. Imunofluorescencijos metodas ................................................................................................185 16.3. Tėkmės citometrijos metodas ...................................................................................................187 16.4. Elektroninės mikroskopijos metodas...................................................................................... 191 XVII skyrius 17. TRANSPLANTACIJA 17.1. Transplantato atmetimo reakcijos............................................................................................. 193 17.2. Imuninės reakcijos prieš transplantatą....................................................................................195 17.3. Ląstelinio atmetimo mechanizmas...........................................................................................195 17.4. Humoralinio atmetimo mechanizmas ....................................................................................196 XVIII skyrius 18. IMUNOPROFILAKTIKA: SKIEPAI IR SKIEPIJIMAS 18.1. Bendros žinios apie skiepus.........................................................................................................198 18.2. Skiepų kalendorius.........................................................................................................................199 18.3. Dažniausia naudojami skiepai....................................................................................................200 BAIGIAMOSIOS MINTYS...................................................................................................................................205 Literatūra..........................................................................................................................................................207

9

IMUNOLOGIJOS IR IMUNOTECHNOLOGIJOS PAGRINDAI

Santrumpos

Ag (antigen) – antigenas AIDS (acquired immunodeficiency syndrome) – įgytasis imuniteto nepakankamumo sindromas Ak (antibody) – antikūnas

EALT (eye-associated lymphoid tissue) – akių gleivinės limfinis audinys EFIS (European federation of immunological societies) – Europos imunologų draugijų federacija

BaIS (Baltic society for immunology) – Baltijos šalių imunologų draugija

ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) –

BALT (bronchi-associated lymphoid tissue) – bronchų gleivinės limfinis audinys

Fab (fragment, antigen binding) – antigeną

BCG (Bacillus Calmette Guerin) – skiepai nuo tuberkuliozės bacilos Calmette Guerin pagrindu C (complement) – komplementas CC (β-chemokines subgroup) – β chemokinų pogrupis CXC (α-chemokines subgroup) – α chemokinų pogrupis CD (cluster of differentiation) – diferenciacijos antigenas CFA (colony stimulating factors) – kolonijas stimuliuojantys faktoriai CNS (central nervous system) – centrinė nervų sistema ConA (concanavalin A) – konkanavalinas A CR (complement receptor) – komplemento receptorius CTLA (Cytotoxic T lymphocyte antigen) – citotoksinių T limfocitų antigenas Da (dalton) – daltonas – atominės masės vienetas DNR (deoxyribonucleic acid) – dezoksiribonukleorūgštis EAACI (European academy of allergy and clinical immunology) – Europos alergologijos ir klinikinės imunologijos akademija

imunofermentinis tyrimas

prijungiantis imunoglobulino fragmentas Fas (member of the TNF receptor family) – TNF šeimos receptorius Fc (fragment, crystalizable) – Fc fragmentas imunoglobulino molekulėje, išskirtas kristalizuojant FcR (Fc receptor) – Fc fragmento receptorius FITC (fluorescein isothiocyanate) – fluoresceino izotiocianatas GALT (gut-associated lymphoid tissue) – žarnyno gleivinės limfinis audinys G-CSF (granulocyte colony-stimulating factor) – granuliocitų kolonijas stimuliuojantis faktorius GM-CSF (granulocyte-macrophage colonystimulating factor) – granuliocitų-makrofagų kolonijas stimuliuojantis faktorius H-2 (mouse major histocompatibility complex) – pelių didysis audinių dermės kompleksas HAT (hypoxanthine, aminopterin, thymidine) – hipoksantinas, aminopterinas, timidinas HGPRT (hypoxanthine-guanine-phosphorybosyl transferase, thymidinkinase) – hipoksantino guanino fosforibozilo transferazė, timidino kinazė

10

IMUNOLOGIJOS IR IMUNOTECHNOLOGIJOS PAGRINDAI

HLA (human leukocyte antigen) – žmonių leukocitų antigenas Hsp (heat schock proteins) – terminio šoko baltymai ICAM (intercellular adhesion molecules) – ląstelių sukibimo molekulės IFN (interferon) – interferonas Ig (immunoglobulin) – imunoglobulinas IL (interleukin) – interleukinas Ir (immune response) – imuninis atsakas ISCOM (immunostimulating complex) – imunitetą skatinantis kompleksas ITAM (immunoreceptor tyrosine-based activation motif) – imuninės sistemos aktyvinimo receptoriaus gale esanti konservatyvi aminorūgščių seka ITIM (immunoreceptor tyrosine-based inhibition motif) – imuninės sistemos slopinimo receptoriaus gale esanti konservatyvi aminorūgščių seka IUIS (International union of immunological societes) – Tarptautinė imunologų draugijų sąjunga kDa (kilodalton) – kilodaltonas – atominės masės vienetas LAD (leukocyte adhesion deficiency) – leukocitų sukibimo nepakankamumas LALT (larynx-associated lymphoid tissue) – gerklų gleivinės limfinis audinys LFA (lymphocyte function-associated antigen) – leukocitų funkcinis antigenas LPS (lipopolysaccharide) – lipopolisacharidas MAC (membrane attack complex) – komplemento membranos kompleksas MadCAM (mucosal cell adhesion molecule) – gleivinės ląstelių sukibimo molekulės MALT (mucosa-associated lymphoid tissue) – gleivinės limfoidinis audinys

M-CSF (macrophage colony-stimulating factor) – makrofagų kolonijas stimuliuojantis faktorius MEG-CSF (megakaryocyte colony-stimulating factor) – megakariocitų kolonijas stimuliuojantis faktorius MG (myastenia gravis) – sunkioji miastenija MHC (major histocompatibility complex) – didysis audinių dermės kompleksas MIP (macrophage inflammatory protein) – uždegimą skatinantis makrofagų baltymas NAD (nicotinamide adenine dinucleotide) – kofermentas nikotinamido adenino dinukleotidas NALT (nasal-associated lymphoid tissue) – nosies gleivinės limfinis audinys NK (natural killer) – natūralioji ląstelė naikintoja PGR (polymerase chain reaction) – polimerazės grandininė reakcija PECAM (platelet-endothelial cell adhesion molecule) – trombocitų ir endotelio ląstelių sukibimo molekulės PWM (pokeweed mitogen) – mitogenas, išskirtas iš amerikinės fitolakos RAG (recombination activating gene) – rekombinaciją aktyvinantys genai RNR (ribonucleic acid) – ribonukleorūgštis SALT (skin-associated lymphoid tissue) – odos limfinis audinys SDS (sodium dodecyl sulphate) – natrio dodecilsulfatas TC (cytotoxic T lymphocytes) – citotoksinis T limfocitas TCR (T cell-like receptor) – T ląstelių receptorius TGF (transforming growth factor) – transformuojantis augimo faktorius TH (T helper) – T ląstelė pagalbininkė

TIR (Toll-interleukin receptor) – interleukino Toll receptorius TLR (Toll-like receptor) – Toll baltymo receptorius TNF (tumour necrosis factor) – naviko nekrozės faktorius TP (thymopentin) – timopentinas

VALT (vascular-associated lymphoid tissue) – kraujagyslių limfinis audinys VCAM (vascular cell adhesion molecule) – kraujagyslių ląstelių sukibimo molekulės VEGF (vascular endothelial growth factor) – kraujagyslių endotelio augimo faktorius

IMUNOLOGIJOS IR IMUNOTECHNOLOGIJOS PAGRINDAI

PRATARMĖ Šiandien kiekvienam, ypač besidominčiam biologijos dalykais, būtina suvokti, kas yra imunitetas. Toks aktualumas dar labiau padidėja, nes farmacijos, farmacinių kompanijų atstovai (dažniausiai – ne imunologijos specialistai), net gydytojai sergamumą vienomis ar kitomis ligomis paprastai paaiškina ,,susilp­nėjusiu imunitetu“. Neretai ir profilaktinės medicinos atstovai (higie­ nistai, dietologai ir kt.) nesistengia paaiškinti, kuri gi imuniteto grandis susilpnėjusi? Suprantama, kad ne visi gali suvokti imuniteto susidarymą, tuo labiau – ištirti jį specializuotose laboratorijose. Galima teigti, kad visavertis žmogaus gyvenimas, žinoma, atsižvelgiant į amžių, mitybą, fizinį krūvį, stresą, neturi negrįžtamai paveikti konkrečios imuninės sistemos grandies ir negali išsivystyti vadinamasis ,,susilpnėjęs imunitetas“.

Tokiu būdu net minimalus supratimas apie imuninę sistemą gali daug pasakyti apie imunitetą, ypač esant imuniteto nepakankamumui ar sergant imuninės sistemos ligomis. Šioje knygoje bus kalbama apie svarbiausius imuninės sistemos formavimosi etapus, imuniteto komponentus ir veikimo mechanizmus, apžvelgiamos imuninės sistemos ligos, transplantacijos imunologiniai pagrindai, organizmo apsaugos (skiepų) veikimo mechanizmai.

Jau motinos įsčiose vaisius įgyja pirmųjų apsaugos požymių. Tuomet ir pradeda vystytis įgimtasis imunitetas, o vienos ar kitos grandies nebuvimas ar nutrūkimas sukelia įvairius imuninius sindromus, patologijas ar net imuninės sistemos ligas, apie kurias trumpai bus rašoma.

Ne visi žino, kas sudaro imuninę sistemą (pvz., ar skiriasi ši sistema vaiko ir suaugusio žmogaus organizme). Ar visi imuninės sistemos organai reikalingi suaugusiam žmogui? Pagaliau, kada imuninė sistema galutinai subręsta ar susilpnėja? Kaip nustatyti, kokius diagnostinius metodus taikyti imuninei būklei įvertinti?

Iki šiol neaišku, kas yra antigenas, kuris sukelia antikūnų gamybą, ir ar visuomet ją sukelia? Kokiomis savybėmis pasižymi antigenai? Ar skiriasi antigenai ir alergenai? Kokias ligas jie sukelia ir pan.?

Daug klausimų kyla ir dėl ląstelių dalyvavimo. Egzistuoja dvi nuomonės: imuninį atsaką gali sukelti tik specializuotos imuniteto ląstelės (makrofagai, limfocitai, plazminės ir kt.); atsake netiesiogiai dalyvauja visos kraujo ląstelės.

Kalbant apie ląsteles, dažnai kyla klausimas, ar jos ,,atsimena“ ligos sukėlėją. Žinoma, į šį klausimą atsakyti nesunku, nes tuo paremtas vakcinacijos (skiepų) būtinumas kūdikystėje ar vaikystėje. Kartais vakcinuojami ir suaugę žmonės, jeigu jie keliauja į tam tikrų užkrečiamųjų ligų paplitimo regionus.

13

14

IMUNOLOGIJOS IR IMUNOTECHNOLOGIJOS PAGRINDAI

Ar pakanka organizmo apsaugai tik ląstelių? Žinoma, kad nepakanka – imuninės sistemos darbe dalyvauja ir kiti komponentai: komplemento baltymai, sukibimo (adhezijos) molekulės, imunoglobulinai (antikūnai), citokinai ir chemokinai (populiariai dar vadinami ,,molekuliniais kurjeriais“) ir kitos imunitetui susidaryti reikalingos molekulės.

Vis dėlto, ar imunitetas susidaro visais atvejais? Svetimą medžiagą organizmas gali toleruoti arba ją atsakyti. Pasirodo, tolerancija ir atsakas labai įvairūs ir, norint juos aprašyti, reikia gerai žinoti jų susidarymo mechanizmus.

Pvz., tam, kad būtų persodintas vienas ar kitas organas, reikia gerai pažinti tiek recipiento, tiek donoro imuninę sistemą, žinoti „atmetimo“ reakcijos mechanizmus.

Turint minimalių imunologijos žinių, galima suvokti ir imunotechnologijos pagrindus.

Imunologijos metodų kompleksas leidžia įvertinti imuninės sistemos būklę, nustatyti ligą, parinkti donorus ir kt., bet tam reikia imunologų specialistų, imunologijos laboratorijų ir atskiros įrangos.

Regis, ne vienam rūpi, ypač šiais naujųjų technologijų laikais, ar galima imunologijos principus panaudoti kuriant naujas technologijas? Vienareikšmiškai. Šie principai buvo naudojami jau seniai, kai buvo gautos pirmosios vakcinos, imuniniai serumai ir kt., o dabar šiuos principus naudoja imunotechnologai, ruošdami vakcinas, gamindami monokloninius ir polikloninius antikūnus, citokinus ir kitus imunologinius produktus.

Pateiktoje pratarmėje iškelta daug imunologijos problemų, kurios bus aptartos šioje knygoje.

Knyga skirta biomedicinos mokslus studijuojantiems studentams, magistrantams, doktorantams, taip pat visiems, kurie domisi biologija ar siekia supras­ti imuniteto susidarymą, funkcijas ir galimybes.

Autoriai

I Dalis

I dalis I skyrius 1. IMUNOLOGIJOS SAMPRATA 1.1. Pirmosios žinios Dabar daugelis žino, kad imunologija – mokslas apie imunitetą, kitaip tariant, apie žinduolių organizmo apsaugą, gebėjimą atpažinti svetimas medžiagas, jas neutralizuoti ir pašalinti iš organizmo. Terminas ,,imunitetas“ (lot. immunis – neimlus) biologijoje vartojamas įvairiais atvejais: •• organizmo neimlumas infekciniams ir neinfekciniams veiksniams ar kitoms svetimoms medžiagoms, turinčioms antigeninių savybių, t. y. imuninės sistemos atpažįstamų kaip organizmui „svetimų“ medžiagų – antigenų; •• organizmo apsaugos būdas, kurio pagrindinė užduotis – išsaugoti vidinę homeostazę, apginti nuo visko, kas jam genetiškai svetima; •• gebėjimas atpažinti, neutralizuoti ir pašalinti iš organizmo genetiškai svetimas struktūras (įvairius biopolimerus, virusus, bakterijas, parazitus, transformuotas bei infekuotas ląsteles), aišku, siekiant išsaugoti organizmą. Žinoma, šioms užduotims vykdyti gali būti naudojami ir kiti būdai. Šiuolaikinė imunologija, kaip atskira mokslo šaka, susiformavo tik XIX a. antroje pusėje. Iki tol imunologija buvo mikrobiologijos, fiziologijos ir infekcinių ligų taikomoji mokslo šaka. Imunologijos pasiekimų taikymas iki šiol susijęs su medicina, farmacija, veterinarija, biotechnologija ir kitomis mokslo šakomis.

Užuominų apie organizmo apsaugą randama egiptiečių, kinų, indų ir kitų Rytų šalių atstovų, gyvenusių keletą tūkstančių metų prieš mūsų erą, raštuose. Dažnos ligų epidemijos padėjo žmonėms suvokti kai kuriuos dėsningumus: ne visi žmonės per epidemijas susirgdavo; persirgusieji ir pasveikusieji antrą kartą ta pačia liga nesusirgdavo (,,atsimindavo“ ligos sukėlėją) – susidarydavo antikūnai ir specialios ląstelės. Jau XI a. Kinijoje buvo kovojama su raupais, įpurškiant į sveiko žmogaus nosį išdžiovinto, sergančio raupais pūslelių

15

16

IMUNOLOGIJOS IR IMUNOTECHNOLOGIJOS PAGRINDAI

turinio. Indijoje žmonės rinkdavo sergančiųjų raupais pūlius ar pūslelių medžiagą ir ją sveikiesiems įtrindavo į įbrėžtą odą. Persijoje panašios procedūros buvo atliekamos pirtyse.

1721 m. ponia M. W. Montagu į Didžiąją Britaniją iš Turkijos atvežė šios procedūros principą – varioliacijos (lot. variola – raupai) metodą. Šis metodas greitai paplito ir kitose Europos šalyse, taip pat ir Lietuvoje (D. Adomaitienė ir kt., 2001).

Lietuvoje pirmosios imunologijos žinios (1785–1905 m.) siejamos su Vilniaus universiteto profesoriais, kurie, skaitydami bendrosios higienos, chirurgijos ir patologijos paskaitas, jau kalbėjo apie varioliacijos metodą.

1.2. Imunologija ir imunotechnologija pasaulyje Į Didžiąją Britaniją atsivežtas skiepijimo būdas buvo taikomas neilgai, nes, neteisingai jį naudojant, kartais kildavo epidemijos. 1798 m. E. Jenner (Didžioji Britanija) bandymais įrodė, kad žmogų skiepijant karvės raupų medžiaga galima jį apsaugoti nuo tikrųjų raupų. Šis metodas pavadintas vakcinacija, arba skiepijimu. 1880 m. L. Pasteur (Prancūzija) sukūrė bendruosius skiepijimo principus, pagamino skiepus nuo juodligės, raudonligės, pasiutligės.

I. Metchnikoff (Rusija) 1884 m. paskelbė ląstelinę imuniteto teoriją ir tvirtino, kad fagozitozė padeda organizmui gintis nuo infekcijos. P. Ehrlich (1897 m., Vokietija) teigė, kad organizmui apsisaugoti nuo infekcijos didelę reikšmę turi humoraliniai (susiję su krauju, limfa ar kitais biologiniais skysčiais) kraujo serumo veiksniai. Šie teiginiai pagrindė humoralinio imuniteto teoriją. 1890 m.

E. A. Behring (Vokietija) ir Sh. Kitasato (Japonija) sukūrė difterijos ir stabligės imuninius serumus. Jų darbai padėjo atsirasti naujai imunologijos šakai – seroterapijai (imunoterapijai ir imunoprofilaktikai). K. Landsteiner (Austrija) 1900 m. aprašė žmogaus eritrocitų izoantigenus – atrado žmogaus kraujo grupes. J. Bordet (1901 m., Belgija) įrodė, kad imuninę hemolizę (eritrocitų irimą) gali sukelti antikūnai prieš eritrocitus ir komplementas. Ši komplemento sujungimo reakcija buvo pritaikyta infekcinėms ligoms diagnozuoti.

1953 m. P. B. Medawar (Didžioji Britanija) ir M. Hašek (Čekija) atrado imuninės tolerancijos reiškinį. 1959 m. F. M. Burnet (Australija) sukūrė įgytojo imuniteto kloninės atrankos teoriją. Šios teorijos principai buvo taikomi persodinant ląsteles, audinius ar organus. Ląstelinės imunologijos pradininkas yra J. Miller (Australija), kuris nustatė, kad imuniteto susidarymą lemia atskiros ląstelių populiacijos. T limfocitai lemia ląstelinį imunitetą, o B limfocitai – humoralinį imunitetą. Pradėjus taikyti fizikinius, cheminius, biocheminius tyrimo metodus susiformavo imunologijos šaka – imunochemija. G. M. Edelman (JAV) ir R. R. Porter (Didžioji Britanija) išaiškino imunoglobulinų cheminę

I Dalis

I skyrius

struktūrą (1972 m.). 1980 m. buvo atrastas didysis audinių dermės kompleksas ir žmogaus leukocitų antigenai (G. D. Snell, JAV; J. B. Dausset, Prancūzija; B. Benacerraf, JAV). 1984 m. C. Milstein (Didžioji Britanija) ir G. F. Köhler (Vokietija) sukūrė monokloninių antikūnų gavimo technologiją, N. K. Jerne (Danija) – imunoreguliacijos, 1987 m. S. Tonegava (Japonija) – antikūnų sintezės genetinės įvairovės teoriją. 1996 m. P. C. Doherty, R. M. Zinkernagel (Šveicarija) atrado ląstelinio imuniteto specifiškumą. Imunologijos srityje už svarbius atradimus mokslininkai gavo daugiau nei 20 Nobelio premijų.

1.3. Imunologija ir imunotechnologija Lietuvoje J. Briotet (1785 m.) skiepijo žmones nuo raupų, dėstė chirurgijos kursą Vilniaus universitete, kur skaitė paskaitas apie varioliaciją. A. Becu (1802 m.) buvo nuvykęs tobulintis į Didžiąją Britaniją pas E. Jenner ir 1803 m. išleido monografiją Apie vakcinaciją arba vadinamuosius karvių raupus. 1808–1831 m.

Vilniuje veikė J. Frank ir A. Becu įsteigtas Vakcinacijos institutas. 1897 m. Vilniuje gydytojo V. Orlovskio iniciatyva įkurta Pastero stotis, kurioje buvo gaminami skiepai, skiepijama nuo pasiutligės, atliekami moksliniai stebėjimai.

A. Jurgeliūno iniciatyva 1918 m. Kaune įsteigtas Higienos institutas, veikęs iki 1940 metų. Jame buvo atliekami serologiniai tyrimai, gaminami raupų, pasiutligės skiepai, skiepijami žmonės. 1933–1946 m. Kaune veikė Serologijos (iki 1938 m. Bakteriologijos) institutas, kuriame gaminti antitoksiniai difterijos ir stabligės imuniniai serumai, skiepai nuo vidurių šiltinės.

1939 m. V. Girdzijauskas pirmasis apgynė medicinos daktaro disertaciją iš imunologijos srities. Jis laikomas medicininės imunologijos pradininku Lietuvoje. Nuo 1970 m. imunologiniai tyrimai daugiausia buvo atliekami Imunologijos, Eksperimentinės ir klinikinės medicinos, Biochemijos, Biotechnologijos, Ekologijos institutuose, Lietuvos AIDS centre, Vilniaus universitete, Kauno medicinos universitete, Lietuvos veterinarijos akademijoje, kituose institutuose ir klinikose. Tiriamas imuninis atpažinimas (N. Janulevičiūtė, I. Pumputienė), vietinis imunitetas (A. Kondrotas), imunogenezės reguliacija (I. Dumalakienė, V. Tamošiūnas), imunitetas, susirgus vėžinėmis ligomis (E. Moncevičiūtė-Eringienė, D. Characiejus, V. Pašukonienė), imunobiotechnologiniai procesai (A. Žvirblienė, M. Mauricas, I. Girkontaitė), ekologinės imunologijos ypatumai ir jų modeliavimas (J. Ačaitė, I. Jonauskienė), transplantacinis imunitetas (N. Šekštelienė, L. R. Pikelytė, R. Malickaitė, T. Rainienė), retrovirusinis imunitetas (A. Laiškonis, S. Čaplinskas), reprodukcinė imunologija (A. Eidukaitė), užkrečiamųjų ligų diagnostika ir imunoprofilaktika (A. Ambrozaitis, V. Usonis, B. Morkūnas), imunogenetika (A. Sruoga), gyvūnų ir paukščių imunitetas (P. Sadauskas, J. Pieškus, A. Šiaurys).

17

18

IMUNOLOGIJOS IR IMUNOTECHNOLOGIJOS PAGRINDAI

Imunologijos ir imunotechnologijos tema išleista nemažai vadovėlių bei monografijų: A. Svičiulis, V. Vaičiuvėnas ir B. Tilindis Imunologija (1989); V. Tamošiūnas Molekulinės imunologijos ir imunochemijos pagrindai (1991); A. Kondrotas, J. Pieškus Vietinis imunitetas (1998); G. Mikalauskienė, J. Pieškus Imunologijos praktikos darbai (1999); J. Pieškus, A. Šiaurys Paukščių imunitetas (2000); J. Pieškus Veterinarinės imunologijos pagrindai (2001); D. Adomaitienė, N. Janulevičiūtė, R. Kazakevičius ir V. Vaičiuvėnas Klinikinės imunologijos įvadas (2001); I. Girkontaitė, R. Kvietkauskaitė, V. Valčeckienė, N. Gerasimčik Imunotechnologija (2008).

Nuo 1991 m. veikia Lietuvos imunologų draugija, nuo 1991 m. – Baltijos šalių (Lietuva, Latvija, Estija) imunologų draugijų asociacija (BAIS), priklausanti Europos (EFIS) ir Pasaulio (IUIS) imunologų draugijoms (1992). Šiuolaikinė imunologija ir imunotechnologija vystėsi lygiagrečiai su kitomis mokslo šakomis, papildydamos vienos kitas. Per visą savo egzistavimo laiką imunologija ir imunotechnologija sėkmingai naudodavo kitų biologinės ir technologinės krypčių mokslo šakų pasiekimus bei atradimus, ypač žmogaus fiziologijos, biochemijos, molekulinės biologijos ir biotechnologijos srityse.

Sparčiai vystantis inžinerijai, elektronikai, informacinėms technologijoms bei vykstant šių sričių integracijai į biomediciną, atsirado naujų technologijų, patobulėjo senieji tyrimo metodai, todėl imunologijos neįmanoma įsivaizduoti be šiuolaikinių besivystančių imunotechnologijų.

1.4. Imunologijos kryptys ir šakos Plačiąja prasme imunologija – mokslas apie imunitetą, nagrinėjantis sudėtingus procesus, į organizmą patekus svetimoms medžiagoms – antigenams, tačiau būtina smulkiau aprašyti ir imunologijos šakas, nurodyti tyrimų kryptis, specifiškumą, rezultatus (1 lent.).

Viena iš artimiausių imunologijos šakų – alergologija, nes alergijų išsivystymą lemia imuniniai mechanizmai, kurie pasireiškia padidėjusiu jautrumu kai kuriems atskiriems produktams, vaistams ir aplinkos veiksniams. Alergija gali būti nulemta antikūnų ir imunokompetentinių ląstelių. Daugeliu atvejų antikūnai, sukeliantys alergines reakcijas, priklauso IgE izotipui. Kai kuriais alergijų atvejais, pavyzdžiui, sergant alerginiu kontaktiniu dermatitu, odos uždegimas atsiranda dėl padidėjusio tam tikros rūšies imunokompetentinių ląstelių (limfocitų) aktyvumo.

Imunochemija – imunologijos šaka, tirianti antigenų ir antikūnų biosintezę, struktūrą, tarpusavio sąveiką. Trumpai tariant, ši mokslo šaka nagrinėja cheminius imuniteto procesus: antigenų, antikūnų, komplemento komponentų, citokinų, didžiojo audinių dermės komplekso, sukibimo (adhezijos)

I Dalis

I skyrius

molekulių sandarą ir prigimtį, imunokompetentinių ląstelių augimą ir brendimą, stimuliuojančių veiksnių cheminę sudėtį, struktūrinę organizaciją. Dabar imunochemija dažniausiai vadinama molekuline imunologija, nes padeda suvokti imuniteto susidarymo molekulinius mechanizmus.

Imunogenetika kaip atskira imunologijos šaka tiria antigenų specifiškumo, paveldėjimo dėsnius, genetinių mechanizmų reikšmę imuninėms reakcijoms, antikūnų sintezės įvairovės genetinius mechanizmus, nagrinėja klonų selekcijos ir kitų imuniteto teorijų pagrindus. Praktikoje imunogenetikos principai naudojami nustatant kraujo grupes, transplantacinių antigenų tapatybę, parenkant donorus ar recipientus organams bei audiniams persodinti.

Imunomorfologija – viena iš imunologijos šakų, tirianti imuninės sistemos bei jos komponentų morfologiją, naudojanti anatomijos, histologijos ir citologijos metodus. Ši imunologijos šaka tiria imuninės sistemos organų formą, dydį ir struktūrą, atsiribodama nuo jų funkcijų. Imunomorfologija nagrinėja limfinio audinio formavimosi, struktūros ir organų susidarymo morfologines savybes ontogenetinio ir filogenetinio vystymosi periodais.

Viena iš medicinos ar veterinarijos plačiai naudojamų imunologijos šakų – imunodiagnostika, t. y. organizmo būklės ar ligos nustatymo metodas, pagrįstas antigeno ir antikūno sąveikos principais. Ligos diagnozuojamos, nustatant antigenus ar jiems būdingus specifinius antikūnus, kurių randama kraujo serume ar kituose biologiniuose skysčiuose (seilėse, piene, šlapime ir kt.). Galima išskirti ir nustatyti pačius ligos sukėlėjus – mikrobus, virusus parazitus ir t. t. Pagrindiniai imunodiagnostikos metodai: agliutinacija, precipitacija, komplimento sujungimo reakcija, imunodifuzija, imunofluorescencija, radioimuninė analizė, imunofermentinė analizė, imunoblotingas.

Dar viena imunologijos šaka – imunofarmakologija, kuri tiria vaistų poveikį imuninei sistemai. Yra trys pagrindinės kryptys: imunologinių metodų panaudojimas farmakologiniuose tyrimuose; vaistų įtakos imuniniams procesams tyrimai; vaistų veikimo mechanizmų, susijusių su imunine sistema, tyrimai.

Dažnai nustatomi imunopatologiniai sutrikimai, kurie išsivysto dėl įvairių pažeidimų ar net ligų, bet būdingi imuninei sistemai. Tipiškos ligos, atsirandančios dėl imuninių kompleksų (antigeno ir antikūno sąveikos metu susidarantis darinys) formavimosi. Šioms ligoms priskiriamas reumatoidinis artritas, sisteminė raudonoji vilkligė, bakterinis endokarditas, odos kraujagyslių uždegimas. Dažnai pasitaiko ir kitų autoimuninių ligų: hemolizinė naujagimių anemija, trombocitopenija, Adisono (antinksčių žievės funkcijos nepakankamumas), sunkioji miastenija (raumenų silpnumas). Patekę į organizmą retrovirusai sukelia imuniteto nepakankamumą, ypač įgyto imunodeficito (AIDS) atveju. Imuninės sistemos pažeidimai (imunopatologija) lemia infekcinių, navikinių ir kitų ligų vystymąsi, o atsiradusios ligos sutrikdo imuninės sistemos funkcijas ir pusiausvyrą.

19

20

IMUNOLOGIJOS IR IMUNOTECHNOLOGIJOS PAGRINDAI

Imunotechnologija labai artima biotechnologijai, kai biologinei gamybai panaudojami ne mikroorganizmai, fermentai ir kt., o imuninė sistema ar atskiri jos elementai, skirti imuninės sistemos produktams gauti, jų savybėms nustatyti bei panaudoti. Šalia cheminių medžiagų dažnai naudojami biologinės imuninės kilmės vaistai. Imunoterapija – tai ligų gydymas imuniniais preparatais (serumais, vakcinomis, imunoglobulinais (antikūnais)) ir kitomis imunitetą skatinančiomis medžiagomis. Nustatyta, kad efektyviausia gydomos užkrečiamos ligos, kai kurios neužkrečiamos ligos, sunkūs nudegimai.

Infekcijos metu į organizmą pakliūna ir ligos sukėlėjų (bakterijų, virusų, parazitų ir kt.), kurie ne tik sukelia ligą, bet veikia visas imuninės sistemos grandis. Šiuos imuninės sistemos pokyčius infekcijos metu tiria atskira imunologijos šaka – infekcinė imunologija.

Norint išvengti užkrečiamųjų ligų, ypač jų epidemijų, kūdikystėje ir vaikystėje arba keliaujant į kai kurias šalis, būtina imunoprofilaktika – apsisaugojimas nuo užkrečiamų ligų skiepais (vakcinomis).

Taigi imunologija plačiąja prasme yra mokslas apie sudėtingus imuniteto susidarymo mechanizmus. Žinoma, imunologijos ir jos atskirų krypčių bei šakų pasiekimai tampriai susiję su kitų mokslų laimėjimais. Nuo šių laimėjimų priklauso imunologinių tyrimų metodai, gautos informacijos apimtis, pagaliau, ir mūsų žinios apie imunitetą.

1 lentelė. Imunologijos šakos Imunologijos šakos

Tiria

Alergologija

Padidėjęs jautrumas (alerginės reakcijos maistui, vaistams, aplinkai)

Imunodiagnostika

Organizmo būklės įvertinimo ir ligų nustatymo imunologiniai metodai

Imunofarmakologija

Farmacinių preparatų (vaistų) poveikis imuninei sistemai

Imunogenetika

Antigenų paveldėjimo dėsniai, genetinių mechanizmų reikšmė imuninėms reakcijoms

Infekcinė imunologija

Ligos sukėlėjų nustatymas ir poveikis imuninei sistemai

Imunomorfologija

Imuninės sistemos organų forma, dydis ir struktūra

Imunopatologija

Būdingi imuninei sistemai sutrikimai ir pažeidimai

Imunoprofilaktika

Apsisaugojimas nuo užkrečiamų ligų skiepais (vakcinomis)

Imunotechnologija

Imuninės sistemos veikimo principai biologiniams preparatams gauti

Imunoterapija

Ligų gydymas imuniniais preparatais

Molekulinė imunologija (imunochemija)

Imuniteto susidarymo molekuliniai mechanizmai

I Dalis

I skyrius

SANTRAUKA •• Šiuolaikinė imunologija, kaip atskira mokslo šaka, susiformavo XIX a. antroje pusėje. Iki tol imunologija buvo mikrobiologijos, fiziologijos ir infekcinių ligų taikomoji mokslo šaka.

•• Imunologija – atskiras mokslas apie imunitetą, kuris apsaugo organizmą, sugeba atpažinti svetimas medžiagas (taip pat ir ligų sukėlėjus), jas neutralizuoti ir pašalinti iš organizmo.

•• Imunologija ir imunotechnologija vystėsi lygiagrečiai su kitomis mokslo šakomis, papildydamos viena kitą, sėkmingai naudojo biologijos ir technologinius pasiekimus, ypač fiziologijos, genetikos, biochemijos, molekulinės biologijos ir biotechnologijos srityse.

•• Atsirado nauji tikslai ir siauresnės imunologijos kryptys: alergologija (nagrinėja padidėjusį jautrumą vaistams, aplinkai, maistui); imunodiagnostika (susijusi su organizmo imuninės būklės įvertinimu, ligų nustatymu imunologiniais metodais); imunofarmakologija (tiria vaistų poveikį imuninei sistemai bei imuniniams procesams); imunochemija (tyrinėja imuninių reakcijų cheminius pagrindus); imunogenetika (nagrinėja antigenų, imunoglobulinų, receptorių ir kitų imuninės sistemos molekulių genus, paveldėjimo dėsnius); infekcinė imunologija (tiria imuninės sistemos pažeidimus infekcijos metu); imunomorfologija (nagrinėja limfinių audinių ar organų formavimosi laiką, struktūros ir morfologines savybes ontogenetinio ir filogenetinio vystymosi metu); imunopatologija (nagrinėja imuninės sistemos sutrikimus ir pažeidimus); neuroimunologija (nagrinėja ryšius tarp nervų ir imuninės sistemos normos ir patologijos atvejais bei šios sąveikos įtaką organizmui); molekulinė imunologija (tiria molekulinius imuniteto susidarymo mechanizmus).

•• Nauja imunologijos kryptis – imunotechnogija naudoja imunologinius metodus ir imuninės sistemos komponentus pramoniniu būdu gaminant imuninius produktus, kurie gali būti ir imuninės sistemos pakaitalais.

•• Imunoterapijos uždavinys – imuniteto nepakankamumo ar imuninės sistemos ligų gydymas imuniniais preparatais. Norint išvengti užkrečiamųjų ligų kūdikystėje, vaikystėje ar atsidūrus kituose žemynuose, yra būtina imunoprofilaktika, t. y. apsisaugojimas nuo užkrečiamų ligų skiepais (vakcinomis).

•• Lietuvoje pirmosios imunologijos žinios (1785–1805 m.) siejamos su Vilniaus universiteto profesoriais J. Briotet, A. Beku, J. Franku, kurie skaitydami paskaitas kalbėjo apie skiepijimą nuo raupų, parašė pirmas monografijas, įsteigė Vakcinacijos institutą. Dabartinės imunologijos pradininku laikomas profesorius V. Girdzijauskas, kuris 1939 m. apgynė medicinos daktaro disertaciją. Joje nagrinėjo endokrininės sistemos liaukų įtaką agliutininams susidaryti. 1922 m., skaitydamas medicininės mikrobiologijos kursą, profesorius A. Jurgeliūnas dėstė infekcinę imunologiją, 1918 m. įkūrė Kauno valstybinį higienos institutą.

•• Šiuo metu imunologijos kursai (priklausomai nuo universitetų specializacijos) skaitomi Vilniaus, Lietuvos sveikatos mokslų, Vytauto Didžiojo, Gedimino technikos, Lietuvos edukologijos universitetuose.

21

Ta83

Tamošiūnas, Vytas; Pumputienė, Ingrida; Kvietkauskaitė, Raimonda Imunologijos ir imunotechnologijos pagrindai. Vadovėlis / Vytas Tamošiūnas, Ingrida Pumputienė, Raimonda Kvietkauskaitė. – Kaunas: Vytauto Didžiojo universitetas; Vilnius: Versus aureus, 2015. – 208 p.: iliustr., pav., bibliogr.

ISBN 978-609-467-104-3 (spausdintas) ISBN 978-9955-34-541-1 (spausdintas) ISBN 978-609-467-105-0 (internetinis) ISBN 978-9955-34-542-8 (internetinis) Knygos pradžioje supažindinama su imuniteto tyrimo istorija, vystymosi dėsningumais, skirtingomis jo formomis, pagrindiniais imuniteto elementais. Atskirose dalyse aptariamos imunokompetentinės ląstelės, jų antigenai, receptoriai. Daug dėmesio skirta įvairioms molekulėms (antigenams, antikūnams, citokinams ir kt.), dalyvaujančioms imuninėse reakcijose.

Imunotechnologijos ir kitų mokslų vystymasis ne tik padėjo suprasti imuniteto susidarymo ypatumus, bet ir atvėrė galimybę gauti imunologinių produktų (vakcinų, serumų, antigenų, antikūnų ir kt.). Jau seniai žinoma, kad imunologinių produktų gavimas ir panaudojimas yra susijęs su ligų profilaktika, tačiau dabar daug giliau suvokiama jų taikymo esmė ir dėsningumai. Šiame vadovėlyje medžiaga išdėstyta skyriais, kurie baigiasi trumpa santrauka, atspindinčia svarbiausius pasiekimus toje srityje.

Knyga skirta biomedicinos mokslus studijuojantiems studentams, magistrantams, doktorantams, taip pat tiems, kurie domisi biologija ar siekia suprasti, kaip susidaro imunitetas, jo funkcijas ir galimybes.

UDK 612(075.8)

Vytas Tamošiūnas, Ingrida Pumputienė, Raimonda Kvietkauskaitė Imunologijos ir imunotechnologijos pagrindai

Redaktorė Agnė Bolytė Dailininkas maketuotojas Rimantas Tumasonis 2015 03 06. Tiražas 300 egz. Užsakymo Nr. K14-103.

Išleido: Vytauto Didžiojo universitetas K. Donelaičio g. 58, LT-44248 Kaunas www.vdu.lt | leidyba@bibl.vdu.lt „Versus aureus“ leidykla Rūdninkų g. 10, LT-01135 Vilnius www.versus.lt | info@versus.lt