www.VETserieus.nl Beste Student, De documenten op VETserieus.nl zijn alleen bedoeld als ondersteuning bij het studeren. De samenvattingen worden nagekeken door studenten tijdens het volgen van de lessen en waar nodig aangepast. Dit project heeft als doel foutloze samenvattingen te bieden die met hun tijd meegaan, ondanks dit streven is er altijd een kans dat er fouten in de documenten staan. Mocht je tijdens het lezen van de samenvatting fouten vinden kun je dat doorgeven via de contactpagina op de site of direct een mail sturen naar
[email protected] De student is verantwoordelijk voor zijn of haar leermethode en voor het uiteindelijke resultaat. Allemaal veel succes met de voorbereidingen!!
Hartelijke groet, VETserieus.nl
1
SAMENVATTING INFECTIE & AFWEER HC1 De voornaamste verschillen tussen een eukaryoot en een prokaryoot zijn: Prokaryoot Eukaryoot Minder dan 5 micrometer Meer dan 5 micrometer Membraan gebonden organellen afwezig Membraan gebonden organellen aanwezig 70S ribosomen 80S ribosomen cytoplasma; 70s mitochondria DNA is één molecuul, circulair DNA in chromosomen Geen nucleair membraan en nucleolus Nucleair membraan en nucleolus Replicatie door binaire fusie Replicatie door mitose. Bacteriën zijn prokaryoten. Unicellulair. Archaebacteriën zijn over het algemeen niet pathogeen, Eubacteriën wel. Ze hebben vaak harde celwanden die en peptidoglycaan laag bevatten, vermeerderen door binaire splitsing en hebben een grote morfologe diversiteit. De meeste bacteriën zijn tussen de 0,5-5 μm groot. Beweegbare bacteriën hebben vaak flagella. (figuur 7.1 Quinn) Capsule: een goed gevormde structuur die aan de celwand plakt en bestaat uit polysacchariden. Een slijmlaag wordt gevormd door een los netwerk van fibrillen om de cel. De capsules van de meeste bacteriën kunnen alleen door elektronenmicroscopen of door immunologische methoden met antisera specifiek voor de capsulaire antigenen worden aangetoond. - Functie: de bescherming van het bacterie tegen de omgeving, het plakken aan oppervlakken in het lichaam van de gastheer en interfereren met fagocytose. Celwand: een rigide en stevige celwand beschermt de bacterie tegen mechanische schade en osmotische lysis. Ze zijn niet-selectief permeabel en houden alleen grote moleculen tegen. Verschillen in de structuur en chemische compositie van celwanden in bacteriele soorten komen tot uiting in variatie in pathogeniciteit en beïnvloeden ander karakteristieken. Peptidoglycaan (een polymeer uniek in prokaryoten) dragen bij aan de stevigheid van de celwand. Bacteriën kunnen verdeeld worden in twee groepen: gram-negatieve en gram-positieve bacteriën, op basis van de kleur na kleuring door de Gram-methode en wordt bepaald door de compositie van de celwand. 1. Gram-postieve bacteriën: kleuren blauw en hebben een relatief dikke, uniforme celwand die bestaat uit peptidoglycaan en verschillende zuren. 2. Gram-negatieve bacteriën: kleuren rood, deze hebben celwanden met een complexe structuur bestaande uit een buitenste, lipide bilaag membraan (met LPS moleculen) en een periplasmische ruimte die een kleine hoeveelheid peptidoglycaan bevat. De binnenste membraan is gelijk aan een plasmamembraan. Suikers en aminozuren enteren door speciale kanalen: porinen, in de buitenste membraan. De polysaccharide zijketens van de LPS moleculen stimuleren antilichaam-productie en corresponderen op somatische antigenen. De buitenste membraan laat hydrofobe moleculen niet toe en daarom zijn Gram-negatieve bacteriën resistent tegen sommige detergentia die dodelijk zijn voor gram-positieve bacteriën. (figuur 7.2, Quinn) Plasmamembraan: flexibele structuren die bestaan uit fosfolipiden en proteïnen. Ze zijn alleen te zien met elektronen microscopen en bevatten geen sterolen (eukaryote plasmamembranen wel). - Functie: actief transport van voedingsstoffen naar de cel en eliminatie van metabolieten (energie nodig) en de plaats van het elektronentransport voor bacteriele ademhaling,
2
fosforylatie systemen en enzymen en carriers die functioneren in de biosynthese van DNA, celwand polymeren en membraanlipiden. Cytoplasma: bevat kernmateriaal, ribosomen, vloedingsstoffen en enyzmen en andere moleculen betrokken bij de synthese, behoud en metabolisme. Granulen kunnen aanwezig zijn onder de juiste condities. Ribosomen: plaats waar eiwit synthese plaatsvindt en bestaan uit twee subunits. Kernmateriaal: het bacteriele genoom bestaat uit een enkele haploide, circulaire chromosoom die dubbelstrengs DNA bevat. Kleine hoeveelheiden eiwit en RNA zijn ook geassocieerd met kernmateriaal. De genen op het chromosoom coderen voor alle vitale functies van de cel en de grootte varieert per soort. Tijdens replicatie wordt de DNA helix ontwonden en beide dochtercellen, geproduceerd door binaire splitsing, ontvangen een kopie van het originele genoom. Plasmiden zijn kleine circulaire delen van DNA die van het DNA worden gescheiden en zijn tot autonome replicatie in staat. Kopieën van plasmiden kunnen naar andere cellen getransporteerd worden door binaire splitsing of conjugatie. Plasmide DNA kan coderen voor karakteristieken als antibiotica-resistentie en exotoxine productie. Flagellen: maken gerichte beweging mogelijk. Ze bewegen in respons op fysische en chemische stimuli en kunnen gezien worden door elektronen microscopen, lichtmicroscopen mbv antilichamen specifiek voor flagellaire antigenen. (figuur 7.4, Quinn) Pili = fimbriae: fijne, rechte specialisaties aan de celwand van veel bacteriën die functioneren als adhesinen(adhesiefactoren) voor receptoren voor zoogdiercellen. De sex pillus (F) dient voor conjugatie. Endosporen: zeer resistente lichamen worden gevormd door sommige bacteriën om overleving tijdens ongunstige omgevingscondities te waarborgen. Ze worden geproduceerd binnen de bacteriële cel, vertonen variatie in een soort door vorm, grootte en positie in de moedercel. Activatie komt tot stand als respons op factoren als korte blootstelling aan hitte of zuur. Als omgevingscondities gunstig zijn zal initiatie van de kieming gebeuren. Het sporen-cortex en coat worden gedegradeerd, water wordt geabsorbeerd, calcium wordt vrijgegeven en uitgroei ontwikkeld. Uitgroei is een periode van actieve biosynthese en eindigt met de divisie van een nieuwe vegetatieve cel. De ‘normale’ sporen (schimmels) zijn verschillend van endosporen omdat hun functie voornamelijk met de reproductie te maken heeft, ipv de overleving. Schimmels zijn eukaryoten, multicellulair. Schimmels kunnen organisch materiaal verteren door uitscheiding van enzymen. Een klein aantal schimmels en gisten zijn pathogeen. Sommige fungi innerveren weefsels terwijl andere toxische bestanddelen produceren (mycotoxinen) die ziekte kunnen veroorzaken. Vermenigvuldigen sexueel een asexueel door middel van sporen. Groei aeroob bij 20-25˚C. Kunnen goed tegen hoge osmolariteit en lage pH waarden Ongevoelig voor antibiotica, die bacteriën wel doden of remmen. De meeste schimmels zijn saprofyten en veroorzaken geen ziekte. Dermatophyen zijn huidpathogenen die ringworm veroorzaken bij dieren en de mens. Schimmels groeien in schimmeldraden (hyphen) genaamd. Deze kunnen wel of niet vertakt zijn. Een aantal hyphen samen vormen een structuur die men mycelium noemt. Op de hyphen vindt vorming van vruchtlichamen plaats, waaraan sporevorming plaats vindt.
3
Diagnostiek van schimmels: 1. Met behulp van een UV-lamp, Wood lamp, soms flueorescentie. Ook wel zichtbaar onder de microscoop. 2. Direct preparaat maken van aangetaste haren/huidschilfers. Onder microscoop kijken naar arthrosporen . Deze methode is snel en eenvoudig heeft als nadeel dat de uitslag vaak vals negatief is. 3. Culturele methode Schimmel groeien op geschikt medium Duurt ongeveer een week Preparaat maken Kijken in microscoop Nadeel: het duurt lang. Voordeel: het sporulatiemodel is bekend men kan bepalen om welke schimmel het gaat Meest voorkomende Schimmels bij dieren 1)Microsporum soorten 2)Trichophyton soorten Deze geven huidinfecties 3) Aspergillus soorten Deze geven longinfecties Wanneer schimmels op Sabouraud platen groeien Pathogene schimmel: Wit van boven donker van onderen Niet pathogene schimmel: Donker van boven, wit van onderen Anti-schimmelmiddelen hebben een topicale applicatie.
Gisten zijn unicellulair. Gisten zijn eencellige schimmels. Zij vermenigvuldigen zich door knopvorming. Vooral van belang is Candida albicans. Verwarring met bacteriën omdat zij Grampositief kleuren. Groeien ook als bacterie kolonies op agar platen Algen leven over het algemeen in het water, ze bevatten chlorofyl. Velen zijn vrij levend in water, terwijl anderen op oppervlakken van rotsen en andere structuren groeien. Sommigen produceren pigment wat een andere kleur aan het wateroppervlak geven. Als de watertemperatuur hoog is wordt algen-groei gestimuleerd, wat leidt tot de productie van toxinen die de vissen kunnen aantasten. Virussen is een stukje DNA of RNA omgeven door een eiwit capside. Sommige virussen hebben daarnaast nog een envelop. Virussen zijn heel klein, 20-300nm en alleen te zien met een elektronen miscroscoop. Ze kunnen alleen vermenigvuldigen in levende cellen, ze leven zelf dus eigenlijk niet. Ze kunnen zowel eukaryoten als prokaryoten binnenvallen. Wanneer ze een bacterie binnenvallen worden ze ook wel bacteriofagen genoemd. Prionen blijken zonder nucleïne zuur te zijn. Het zijn verkeerd gevouwen eiwitten die in staat zijn om de gastheer eiwitten in incorrecte comformatie te dwingen als reactie op normale gastheercelproteinen. Ze zijn kleiner dan virussen en zijn de oorzaak van neurologische ziekten. Prionen hebben resistentie tegen veel fysische en chemische inactivatie procedures. Parasieten zijn eukaryoten en kunnen protozoa of helminthen zijn. De onderverdeling komt later. Soorten: dit zijn groepen van organismen met eenzelfde genetische en metabole eigenschappen.
4
Virussen worden niet in de nomenclatuur van Linnaeus omdat dit geen cellen zijn en niet onafhankelijk kunnen reproduceren. Ze worden verdeeld in groepen families op basis van hun virale morfologie en nucleïnezuur-type (RNA of DNA), en daarna adhv gastheren en klinische ziekten. Zoönotische agens: infectieus agens dat overgaat van dier naar mens en in de mens ziekte (zoönose) kan veroorzaken. Er zijn verschillende vormen van symbiose, samenleving; Commensalisme: één neutraal, één voordeel Mutualisme: beiden voordeel Parasitisme: één voordeel, één nadeel. Er zijn verschillende routes voor transmissie van infectieuze agentia: Oraal, direct contact (huid), aerosolen, inoculatie en trans-placentaal (verticaal). Methoden om als infectieus agens te overleven zijn: Zo weinig mogelijk afweer opwekken; effecten afweer ontwijken; afweer onderdrukken; snelle vermeerdering; in individuen met verminderde afweer (YOPI). De postulaten van Koch bepalen of een agens de oorzaak is van ziekte: 1. Het micro-organisme is tijdens ziekte aanwezig 2. Het kan geïsoleerd en groeien als reincultuur 3. Inoculatie van het agens geeft ziekte 4. Deze kan vervolgens opnieuw geïsoleerd. HC2 Het immuunsysteem heeft 4 belangrijke functies: herkenning, effect, regulatie en geheugen. De eerste afweer tegen indringers zijn fysieke en chemische barrières (huid, maagzuur etc.). De eerste cel die reageert is de witte bloedcel, zoals macrofagen, en zijn deel van de aangeboren afweer. Het adaptieve immuunsysteem begint direct te ontwikkelen maar heeft pas na een paar dagen effect. Wel is het dan efficiënter, doordat het specifiek is. Het wordt uitgevoerd door lymfocyten die antigenen herkennen. Ook de geheugenfunctie wordt uitgevoerd door de lymfocyten. Cellen van het immuunsysteem ontstaan in het beenmerg, veel immuuncellen rijpen daar ook. Daarna migreren ze naar perifere weefsels en circuleren in de bloedbaan en het lymfatisch systeem. De T-cellen rijpen in de thymus. Tijdens hun recirculatie ontvangen ze tonische signalen van hun receptoren die ze nodig hebben om te overleven. Alle bloedcellen ontstaan uit de (pluripotente) hemopoetische stamcel in het beenmerg > hieruit ontstaan andere progenitors waaruit minder verschillende soorten cellen kunnen ontstaan > hieruit ontstaan dan uiteindelijk de bloedcellen. (Fig. 1.3) Algemene myeloid progenitor: de precursor van macrofagen, granulocyten, mastcellen en dentrietcellen van het aangeboren immuunsysteem en megakaryocyten en rode bloedcellen.
Aangeboren afweer: Dendritische Cellen zijn gespecialiseerd in de opname, processing en antigeenpresentatie aan Tlymfocyten. Onvolwassen dendrietcellen migreren door de bloedstoom vanuit beenmerg naar de weefsels. Ze kunnen fagocyteren en nemen continu grote hoeveelheden extracellulair vocht op door macropinocytose. Ze vernietigen zo de pathogenen die ze opnemen. Als ze binnengedrongen microorganismen herkennen door bacteriële lipopolysaccahriden worden ze volwassen, migreren naar de lymfeknopen en kunnen T-lymfocyten dan activeren. Dendrietcellen kunnen dit door de antigenen
5
van het pathogeen op hun oppervlak te binden die kunnen herkend worden door de lymfocyten. Ook produceren ze co-stimulatorische moleculen die zorgen voor signalen die samen met het antigen de T-lymfocyten stimuleren tot proliferatie en differentiatie tot hun functionele vorm. Ze scheiden ook cytokines uit die het aangeboren en adaptieve immuunsysteem prikkelen. Volwassen dendrietcellen die antigenen kunnen presenteren aan inactieve T-lymfocyten die voor de eerste keer actief worden heten antigen-presenting cellen (APCs) en deze vormen een cruciale link tussen het aangeboren immuunsysteem en het adaptieve immuunsysteem. Als ze een pathogeen tegenkomen worden ze snel volwassen en migreren naar de lymfeknopen. (figuur 1.21, Janeway) Mestcellen ontwikkelen in de weefsels. Geven wanneer geactiveerd, stoffen af die de vasculaire permeabiliteit beinvloeden. Ze zijn belangrijk in allergische reacties en spelen een rol in de bescherming van interne oppervlakken van het lichaam tegen pathogenen en zijn betrokken bij de reacties op parasitische wormen. Ze hebben veel granules die worden vrijgegeven als de cel wordt geactiveerd. Granulocyten hebben granula’s in hun cytoplasma en vreemd gevormde kernen. Ook wel polymorfonucleaire leukocyten genoemd. Ze zijn kortlevend (paar dagen) en worden in grote aantallen geproduceerd tijdens een immuunreactie, welke dan de bloedstroom uit migreren naar de plaats van de infectie of ontsteking. • Neutrofielen: het grootste aantal en belangrijkste cellen in aangeboren immuunreacties. Ze nemen micro-organismen op door fagocytose en vernietigen deze efficiënt in intracellulaire vesikels mbv verteringsenzymen en andere substanties uit cytoplasmatische granules. • Eosinofielen en basofielen: hun granules bevatten een variëteit aan enzymen en toxische proteïnen, welke worden vrijgegeven als de cel wordt geactiveerd. Ze zijn belangrijk in de verdediging tegen parasieten, welke te groot zijn om te worden verteerd door macrofagen of neutrofielen. Maar hun belangrijkste functie ligt bij de allergische ontstekingsreactie waarin hun effecten schadelijk zijn. Macrofagen aanwezig in bijna alle weefsels en ontwikkelen uit monocyten, welke in het bloed circuleren en continu naar weefsels migreren waar ze vervolgens differentiëren. Macrofagen zijn lang-levende cellen en hebben verschillende functies in het aangeboren immuunsysteem: doden van binnengekomen micro-organismen (eerste verdediging aangeboren immuunsysteem) en het opstellen van pathogenen en geïnfecteerde cellen die aangevallen moeten worden door het adaptieve immuunsysteem. Een andere functie van macrofagen is het zorgvuldig sorteren van immuunreacties: ze helpen om ontstekingen in te perken, welke nodig is voor een succesvolle reactie, en ze secreteren signaalproteïnen die andere immuunsysteem cellen activeren en klaarmaken voor een immuunrespons. NK-cellen hebben geen antigeen-specifieke receptoren en zijn een onderdeel van het innate immuunsysteem. Ze kunnen sommige abnormale cellen herkennen en doden (bv tumorcellen). (fig. 1.4)
Specifieke afweer: Uit de algemene lymfoid progenitor ontstaan lymfocyten (B’s en T’s) en natural killer cells (NK cells). Hieruit kunnen ook dendritische cellens ontstaan. B-cellen differentieren in plasma cellen wanneer ze geactiveerd worden. Dit gebeurd door antigenbinding aan de receptor, BCR. BCR is de membraangebonden vorm van het antilichaam dat de B-cel na activatie tot plasmacel zal afgeven. Antilichamen worden als klasse Ig genoemd, immunoglobulines.
6
T-cellen: Inactieve lymfocyten hebben weinig cytoplasmatische cellen en weinig actief chromatine. (naïef) Om geactiveerd te worden moeten lymfocyten een interactie aangaan met antigenen (via de TCR-receptor) en co-stimulatory moleculen (effector). Deze triggeren hun proliferatie en differentiatie. Er zijn 3 klassen T-cellen: cytotoxische-T-cell (doden geïnfecteerde cellen door intracellulaire pathogenen), T-helpercellen (B-cel differentiatie, activatie macrofagen) en regulerende T-cellen (controleren immuunrespons door suppressie lymfocyten). Zowel B-cellen als T-cellen kunnen geheugencellen worden. Ze zullen snel in effectorcellen differentiëren bij een tweede blootstelling aan hun specifieke antigen. Lymfocyten circuleren in bloed en lymfe en zijn ook veel te vinden in de lymfoïde organen en weefsels. Georganiseerde weefsels die zeer veel lymfocyten bevatten in een frame van non-lymfoide cellen. In de primaire organen worden de lymfocyten gegenereerd. Dit zijn dus het beenmerg (Bursa van Fabricius bij vogels; Gastrointestinaal lymfoid weefsel bij konijnen, herkauwers, varkens) en de thymus in de secundaire organen matureren ze en wordt het adaptieve immuunsysteem geïnitieerd. Hier komen de T-lymfocyten een antigeen tegen. Dit betreffen de lymfeklieren, de milt en de mucosale lymfoïde weefsels van de gut, de nasale en ademhalingsroute en de urogenitale route (MALT) Voordat een specifieke immuunreactie (adaptief) wordt geïnitieerd is er al een aangeboren reactie geweest (meestal). Aangeboren immuunsysteem De huid en de mucus op de oppervlakte zijn vaak de eerste lijn van defensie. Macrofagen die in deze weefsels voorkomen vormen een belangrijke defensie tegen bacteriën. Deze macrofagen die de bacterie opeten na contact via de receptor scheiden cytokinen en chemokinen uit. De cytokinen is belangrijk om een reactie op te wekken bij naburig gelegen cellen. De chemokinen dienen als adres, waar de cellen naartoe moeten komen. Hierdoor komen bijvoorbeeld neutrofielen de bloedbaan uit. Deze stoffen samen initïeren een ontstekingsreactie. Als de adaptieve immuunrespons is getriggered, trekt de ontsteking ook de effectoren van het aangeboren immuunsysteem aan: antilichamen en effector T-cellen. Lokale ontsteking kan ook geactiveerd worden door een andere groep stoffen, het complement systeem. Dit is een groep van eiwitten met een grote verscheidenheid aan functie, waaronder het coaten van de bacterie zodat deze gemarkeerd wordt voor opname door de macrofaag. Ook de epitheelcellen langs de bloedbaan worden beïnvloed door complement factoren, waardoor de migratie van cellen vergemakkelijkt. De epitheelcellen op hun beurt scheiden weer cytokinen uit. Cytokines en complement fragmenten verannderen de hechtingseigenschappen van het endotheel waardoor leukocyten aan de wand hechten en door het endotheel dringen om vervolgens naar het ontstekingsweefsel te migreren: pijn. Neutrofielen zijn het eerst bij de ontsteking, gevolgd door monocyten die vlug differentiëren in macrofagen en eosinofielen. De pathogene herkenningsreceptoren van macrofagen, neutrofielen en dendrietcellen herkennen simpele moleculen en algemene patronen van moleculestructuren bekend als pathogeengeassocieerde moleculaire patronen (PAMPs) die aanwezig zijn op vele micro-organismen, maar niet de lichaamseigen cellen. De receptoren die ze herkennen heten patroon herkennings-receptoren (PRRs) en ze kunnen structuren als mannose-rijke oligosacchariden, peptidoglycanen en lipopolysacchariden in de celwand herkennen. De adaptieve immuunrespons wordt geïnitieerd door de herkenning van lichaamsvreemde structuren door het aangeboren immuunsysteem! De inductie van het adaptieve immuunsysteem vind plaats wanneer de dendritische cellen de pathogeen internaliseerd. De antigenen worden naar de perifere lymfoïde organen gebracht en aan de T-cellen getoond. Tijdens de migratie naar het perifere orgaan matureert de dendriet en wordt
7
hoog gespecialiseerd in antigeen presentatie. De dendritische cel pikt op deze wijze continu allerlei stoffen op, dit initieert een reactie zodra een T-lymfocyt hierop reageert. De dendritische cel produceert ook co-stimulerende moleculen die ook nodig zijn om de T-cel aan te zetten tot proliferatie en differentiatie. De T-cellen kunnen vervolgens weer de B-cellen in actie zetten. De dendritische cellen produceren eveneens cytokinen welke beide (adaptief en aangeboren) immuunsystemen aanzet. PRR receptoren (pattern recognition) zijn de receptoren die door het aangeboren immuunsysteem (dendrieten) worden gebruikt om te discrimineren tussen zelf en niet zelf. Deze patronen zijn vaak anders dan de antigenen die door T-lymfocyten herkend worden. Een toevoeging van vermoorde bacterie, adjuvant, is vaak nodig om een reactie uit te lokken. In plaats van het dragen van verschillende receptoren, met elke receptor die een andere eigenschap van een pathogeen herkent, draag een naïeve lymfocyt een antigen receptor die specifiek is voor een enkele chemische structuur. Elke lymfocyt uit de centrale lymfoid organen verschilt van een ander in zijn receptor specificiteit. De diversiteit is verkregen door een uniek mechanisme dat opereert tijdens de ontwikkeling van lymfocyten in het beenmerg en de thymus om miljoenen verschillende varianten van genen die coderen voor receptoren te genereren. Dit waarborgt het feit dat de lymfocyten in het lichaam miljoenen verschillende antigen receptoren dragen: het lymfocyt receptor repertoire van een individu. Alleen de lymfocyten die een antigen voor hun receptor tegenkomen en binden zullen geactiveerd worden om te prolifereren en differentiëren in effectoren. Na binding van een antigen worden antilichaam-producerende cellen geactiveerd om te delen en verschillende dochtercellen te produceren tot een aantal dat groot genoeg is voor een reactie: klonale expansie. Deze klonen of identieke cellen kunnen antilichamen produceren met een identieke specificiteit als dat van de oppervlaktereceptor van de moedercel die eerst tot activatie en klonale expansie is getriggered: klonale selectie theorie van de antilichamen productie. Postulaten van de klonale selectie theorie: • Elke lymfocyt heeft een enkele type receptor met een unieke specificiteit. • Interactie met een onbekend molecuul en een lymfocyt receptor die in staat is om dat molecuul te binden met een hoge affiniteit leidt tot lymfocyt activatie. • De gedifferentieerde effectorcellen die afstammen van de geactiveerde lymfocyt zullen receptoren dragen met eenzelfde specificiteit als de receptoren van de moedercel. • Lymfocyten die receptoren dragen die specifiek zijn voor lichaamseigen moleculen zullen verwijderd worden in een vroeg stadium in zijn ontwikkeling en is daarom niet aanwezig in het repertoire van volwassen lymfocyten. Hoe komt het dat lymfocyten lichaamseigen antigenen op de weefsels niet aanvallen? De blootstelling van onbekende weefsels tijdens embryonale ontwikkeling van muizen zorgde ervoor dat deze muizen immunologisch tolerant werden voor deze weefsels en ze dus niet aanvielen. De ontwikkeling van lymfocyten die potentieel zelf-reactief zijn worden verwijderd voor ze volwassen kunnen worden: klonale deletie. De mechanismen voor immunologische tolerantie worden nog steeds onderzocht. Morfologie van een antilichaam: • Constante regio: deze bepaald de effector functie van het antilichaam, dus hoe het antilichaam het antigen presenteert na binding. • Variabele regio: bestaat uit verschillende sequenties van aminozuren waardoor er verschillende structuren gevormd kunnen worden die antilichamen toestaan om specifiek te binden aan een eveneens vaste variatie van antigenen. Deze regio bepaald de antigenbindende specificiteit van het antilichaam. Er zijn twee identieke variabele regio’s in een antilichaam, en het heeft dus ook twee identieke antigen-binding sites.
8
Elk antilichaam heeft dus een Y-vorm met twee identieke heavy chains en twee identieke light chains. Deze hebben beide een variabele en constante regio: de variabele regio’s van een heavy en light chain die combineren vormen een antigenbinding site, zodat beide chains een bijdrage aan de specificiteit leveren. De T-cel receptor van antigenen laat overeenkomsten zien met de B-cel antigen receptor, en de twee moleculen zijn zichtbaar aan elkaar verwant. De Tcel receptor toont verwantschap met een antilichaam. Het bestaat uit twee chains van dezelfde grootte: α- en βchains. Elke chain heeft een variabele en constante regio, en de combinatie van de variabele regio’s van de chains vormen de enkele site voor antigen binding Het cruciale verschil in de manier waarop de B-cellen en T-cellen receptoren aan antigenen binden: de T-cel receptor bindt niet direct met het antigen maar herkent fragmenten van antigenen die gebonden zijn op het oppervlak van andere cellen. Er is geen gesecreteerde vorm van de T-cel receptor; de functie van de receptor is het signaleren dat de T-cel een antigen gebonden heeft en de immuunologische reacties zijn vervolgens afhankelijk van de acties van de T-cel zelf. De presentatie van antigenen aan het celoppervlak gebeurd door MHC moleculen (major histocompatibility complex). De genen voor immunoglobuline variabele regio’s zijn geërfd van genen segmenten, elke codeert voor een deel of de variabele regio van een immunoglobuline polypeptide keten. Tijdens de ontwikkeling van B-cellen in het beenmerg zijn deze gensegmenten irreversibel betrokken bij DNA recombinatie van een stuk DNA dat codeert voor een complete variabele regio. Omdat er vele verschillende gensegmenten in één set aanwezig zijn, en verschillende gensegmenten met elkaar verenigd zijn in verschillende celen, genereert elke cel een uniek set van genen voor de variabele regio’s van de heavy en light chains van het antilichaam. Dus elke lymfocyt vertoont een enkele receptor. Dit mechanisme heeft 3 consequenties: 1. het staat een klein aantal van gensegmenten toe om een groot aantal verschillende proteïnen te genereren. 2. omdat elke cel een verschillende set van gensegmenten toegezegd krijgt, zal elke cel een unieke receptor specificiteit vertonen. 3. omdat gensegment herverdeling betrokken is bij een irreversibele verandering in het DNA van een cel, zullen alle dochtercellen dezelfde genen erven, zodat dezelfde receptor wordt gecodeerd. De diversiteit van receptoren wordt verder verhoogd door junctionele diversiteit, gecreëerd door de toevoeging of verwijdering van nucleotiden tijdens het samenbrengen van gensegmenten. Een individuele antigen receptor of antilichaam herkent een klein deel van de moleculaire structuur van een antigen: antigen determinant of epitoop. Macromoleculaire antigenen hebben vele epitopen en worden dus herkend door verschillende antigen receptoren.
9
B-cellen zijn gespecialiseerd in het herkennen van oppervlakte antigenen op pathogenen die buiten de cel liggen en differentiëren vervolgens in effector plasmacellen die antilichamen tegen dit pathogeen secreteren. Ze zijn dus in staat om een hele variëteit aan structuren te herkennen. T-cellen hebben effect op pathogenen die gastheercellen zijn binnengedrongen en activeren B-cellen. De T-cel receptor is gespecialiseerd in het herkennen van antigenen die in de cel zijn gegenereerd en vervolgens naar het oppervlak zijn gebracht. Peptiden bijvoorbeeld die zijn geproduceerd in een andere gastheercel worden naar het celoppervlak gebracht waar ze worden herkend en gebonden aan een bepaald type proteine: MHC moleculen die zijn gecodeerd door genen: major histocompatibility complex (MHC). Het antigen wat herkend wordt door T-cel receptoren is een complex van onbekende peptide antigen en een MHC molecuul. De overleving van lymfocyten is afhankelijk van: • Signalen die door de antigen receptor worden ontvangen. Als een lymfocyt niet zulke signalen ontvangt gaat het in apoptose. • Lymfocyten die sterk reageren op lichaamseigen antigenen worden verwijderd tijdens de ontwikkeling. • Als een receptor niet wordt gebruikt in een bepaalde periode na betreden van het receptor repertoire in de periferie, gaat de cel die deze draag dood en maakt plaats voor nieuwe lymfocyten. Als een naïeve lymfocyt zijn specifieke antigen herkend stopt het met migreren en vergroot. Het chromatine in de kern wordt minder dicht, nuceolen ontstaan, het volume van de kern en cytoplasma vergroot en nieuwe mRNAs en proteïnen worden gesynthetiseerd. in een paar uur ziet de cel er heel anders uit: lymfoblast. Deze lymfoblast gaat nu delen (elke lymfoblast produceerd ongeveer 1000 dochtercellen met identieke eigenschappen) wiens dochtercellen daarna in effectorcellen differentiëren. In het geval van B-cellen is dit een plasmacel die antilichamen maakt. In het geval van T-cellen zijn dit cytotoxische T-celen of helper T-cellen. Effoctor lymfocyten gaan niet weer in circulatie zoals naive lymfocyten. Sommige effector T-cellen detecteren en migreren naar de infectie, anderen blijven in de lymfoide weefsels om B-cellen te activeren. De plasmacellen migreren naar het beenmerg waar ze antilichamen aan het bloed afgeven. Nadat een naïeve lymfocyt is geactiveerd duurt het 4 a 5 dagen voor klonale expansie is voldaan en de lymfocyten in effectorcellen zijn gedifferentieerd. Het eerste adaptieve immuunrespons gebeurd dus een paar dagen nadat de infectie is begonnen en is gedetecteerd door het aangeboren immuunsysteem. De meeste effectorcellen sterven nadat het pathogeen is bestreden, hoewel er altijd een significant aantal overblijft om te differentiëren in memory cellen. De tweede antilichaam-reactie na een tweede infectie met hetzelfde pathogeen gebeurd na een kortere lag-fase; er wordt een hoger niveau bereikt en er worden antilichamen met een grotere affiniteit gesynthetiseerd (affiniteit maturatie). T-cel receptoren ondergaan geen hogere affiniteit voor hun antigen tijdens de immuunrespons, maar hebben een lagere drempelwaarde voor activatie van memory T-cellen in vergelijking met naive T-cellen. Dit resulteert door een verandering in de mate van reactie van de cel en niet door veranderingen in de receptor. Infecties ontstaan wanneer het pathogeen kan koloniseren of de barrières kunnen kruisen (vooral de interne epitheliale barrières doordat de huid droog is en meerdere lagen heeft en zo een grotere barrière vormt). In de afwezigheid van wonden of openingen, kunnen pathogenen de epitheliale barrières kruisen door het binden aan moleculen van de oppervlakken van onze interne organen of een infectie veroorzaken door een kolonie te vormen op deze oppervlakken. De epitheelcellen worden in het laatste geval beschadigd zodat het epitheel gekruist kan worden of om te voorkomen dat het pathogeen weggespoeld wordt door lucht of water.
10
Verdedigingsmechanismen: • Micro-organismen die omgeven zijn door mucus kunnen niet aan het epitheel hechten en mucosa epitheel kan bedekt zijn met trilharen die de pathogenen naar buiten werken. • Het oppervlakte epitheel produceert ook chemische substanties die de groei van microben remt en infectie voorkomt. (bv. Lysoszymen in speeksel en tranen, de zure pH van de maag en verteringsenzymen, galzouten, vetzuren en lysolipiden in het MDK, cryptdins en defensins gemaakt door Paneth-cellen in de darm). • Antimicrobiale proteïnen met andere werkingsmechanismen worden gesecreteerd in vocht dat de long en de darm bedekt die pathogenen omgeven en ervoor zorgen dat ze makkelijker worden gefagocyteerd door macrofagen. • De commensale bacteriën gaan competitie aan met pathogene micro-organismen voor voedingsstoffen en hechting aan oppervlakten. WC1 Een exogene infectie komt van bacteriën van buiten af, endogeen van commensale bacteriën na veranderingen in de omgeving of het individu. De meeste bacteriën geven ziekte na binnentreden van de epitheellaag, de productie van alleen toxinen die naar binnen komen kan echter ook al voldoende zijn. Adhesinen helpen bij het binnenkomen door aangrijpen op membranen van gastheercellen. De integrinen, receptoren op gastheercellen, zijn het aangrijppunt. De capsules van bacteriën kunnen echter binding met gastheercellen verhinderen. (figuur 7.2, Quinn) Gram-negatieve bacteriën: adhesinen op de toppen van fimbriae kunnen binden aan carbohydraat componenten van glycoproteinen en glycolipiden in membranen van gastheercellen. Een bacteriële soort kan verschillende types van fimbriae bevatten, elke met een bepaalde specificiteit voor een bepaalde receptor. Dit zorgt voor de hoeveelheid darmziekten die zijn geassocieerd met hetzelfde enteropathogeen. Sommige adhesinen zijn aanwezig op het oppervlak van gram-negatieve bacteriën en niet op fimbriae. Soms produceert de bacterie ook een receptor die vervolgens wordt geïncorporeerd in het membraan van de gastheercel. Zo bindt inimine aan de receptor proteïne Tir. Gram-positieve bacteriën: kunnen binden aan proteïnen van de extracellulaire matrix zoals fibrinogenen, fibronectine, laminine en collageen. Pathogenen moeten vermeerderen in de host om ziekte veroorzaken, dit noemen we kolonisatie. Succesvolle competitie met commensale bacteriën is noodzakelijk. De beschikbaarheid van ijzer is hier een limiterende factor in. Sommige bacteriën hebben echter een mechanisme ontwikkeld om Fe van hun gastheer te verkrijgen: de productie van componenten die de Fe van transferrine en lactoferrine af kan halen of de afbraak van erythocyten. Bacteriën kunnen zich verspreiden over het lichaam door de bloedstroom: vrij in het plasma of in fagocyten. In bacteraemia zijn bacteriën aanwezig in de bloedstroom maar delen niet. In septicaemia vermeerdere pathogene organismen in de bloedstroom en veroorzaken zo systemische ziekten. Verder hebben bacteriën een aantal strategieën om overleving te waarborgen. De schade die bacteriën aanrichten komt door een aantal factoren. Exotoxinen (gram + en -) en endotoxinen (alleen gram -) spelen hier een belangrijke rol bij. De verschillen en de effecten worden in onderstaande tabel weergegeven.
11
Exotoxinen Geproduceerd door levende bacteriën, gram –/+ Eiwitten Hitte labiel Hoog antigeen, neutraliseren antilichaam, specifieke activiteit Effecten Hoesten/ diarree (verspreiding) Interferentie eiwitsynthese Verhoging cAMP niveaus Verstoring functie zenuwweefsel Digestie van intertestinaal weefsel
Endotoxinen Vrijkomen na doden bacterie gram Lipopalysacchariden, lipide A, deel van celwand. Hitte stabiel Matig antigeen, niet specifiek Effecten Interactie met cellen van afweer Vrijkomen Interleukine-1, koorts Activatie complement, veranderingen in ontstekingsreactie Werken niet in de darm
Natuur, structuur en taxonomy virussen Viroiden zijn naakte stukjes RNA, prionen hebben geen nucleïnezuur. Virussen kunnen ingedeeld in categorieën, op basis van de nucleïnezuur compositie, DNA of RNA. Het genoom van virussen is gelegen in een capside en is haploid (behalve retrovirussen die diploid zijn). Naast de nucelocapside bevatten veel virussen een envelop. Deze bestaat uit glycoproteinen en een lipide bilaag. Hij dient als functie voor receptoren, membraanfusie. Voor veel virussen moet deze envelop intact zijn om infectieus te zijn. Vaak bevat de envelop epitopen voor de afweerreactie. Een matrix eiwit kan tussen de capside en de envelop zitten voor extra stevigheid. Voorbeelden: Dubbelstranded- DNA- envelop: Herpes, pokken Dubbelstranded- DNA- geen envelop: Adeno, papilloma Enkel stranded- DNA- envelop: Parvo Enkel stranded- RNA- envelop: Corona; Retro, Toga, Enkel stranded- RNA- geen envelop: picorna Virus uptake of penetratie is een energie-afhankelijk proces dat op een aantal manieren kan plaatsvinden: • Receptor gemedieerde endocytose: nadat een virus aan de receptoren van bepaalde plaatsen op het plasmamembraan hecht. De envelop van sommige virussen fuseert met de membraan van endosomen waarna de nucleocapside direct in het cytoplasma vrijkomt. • Fusie van de virale envelop met de plasmamembraan zodat afgifte van het nucleocapside aan het cytoplasma mogelijk is. • De directe introductie of translocatie van virale genomen in het cytoplasma via kanalen in de plasmamembraan (geen envelop voor nodig). Stages van virus replicatie: 1. hechting aan de oppervlaktereceptor van een gastheercel 2. binnendringen in de cel 3. uncoating van virale nucleinezuren 4. replicatie van virale nucleïnezuren en synthese van virus-coderende proteïnen. 5. samenkomen van nieuwgevormde viruspartikels en afgifte van de gastheercel
12
Uncoating: het proces waarbij het virale genoom wordt vrijgegeven in een vorm die geschikt is voor transcriptie. Bij virussen met een envelop kan transcriptie vaak gestart worden zonder complete uncoating. De synthese van virale proteïnen door gastheercellen, welke een centrale gebeurtenis in replicatie is, heeft de productie van viraal mRNA nodig. Deze DNA-virussen, die in de kern repliceren, kunnen gastheercel transcriptases produceren om viraal mRNA te synthetiseren. Andere virussen gebruiken hun eigen enzymen om mRNA te genereren. Membraanproteinen en glycoproteinen worden gesynthetiseerd op membraangebonden ribosomen, terwijl losse proteïnen en enzymen op vrije ribosomen in het cytoplasma worden gesynthetiseerd. korte, specifieke aminozuursequenties faciliteren de incorporatie van proteïnen op cellulaire locaties waar ze nodig zijn voor metabole activiteit. De meeste virale proteïnen ondergaan posttranslationele modificaties. Virussen zonder envelop hebben structurele proteïnen die spontaan associëren op een symmetrische manier om procapsiden te vormen. Het virale nucleïnezuur wordt geïncorporeerd in het procapside en dan treedt er splitsing van specifieke procapside polypeptiden plaats. Cellulaire desintegratie volgt. In virussen met envelop is de laatste stap van het proces van viron samenkomst de verwerving van de envelop door ontkieming van de celmembranen. Protozoa: dit zijn eencellige eukaryoten. Ze bezitten flagella, cilia of pseudopodia voor de beweging. Ze leven als parasieten en worden door pino- of fagocytose opgenomen. Sporozoit: het infectieuze stadium van een protozoa, de trophozoit het stadium in de host. Vaak is de reproductie aseksueel door binaire fissie of budding. Schizogonie: hierin groeit de protozoa tot een groot formaat waarbij de nucleus snel deelt. Dan heet het een meront/schizont. De schizont bestaat dan eigenlijk uit een groot aantal losse organismen, de merozoiten. Na scheuren komen deze vrij. Veel sporozoa hebben toch een periode van seksuele vermeerdering, waardoor meer genetische variatie ontstaat. Protozoa vermeerderen voornamelijk in een gastheer. X = ja; S= soms
Structuur
Bacterie Virus Protozo functie
DNA RNA DNA + RNA Ribosoom Mitochondrion Kernmembraan Chromosoom Nucleocapside Envelop Celwand Peptidoglycaan Kapsel Plasmamembraan Endosporen
x x x x
s s
x x x x x x
x x s x x s x s
Opslag gen. Materiaal Expressie gen. Materiaal Eiwitsynthese Energievoorziening Bescherming DNA opvouwing Bescherming, adhesie Binding aan gastheer Bescherming, stofuitwisseling Opbouw celwand Voorkomen adhesie, bescherming
x Ingekapselde bacterie
13
Fimbriae Plasmide Oocyste Flagel
s s s
s s
Uitstulping voor beweging Cirkelvormig DNA Ingekapseld protozoa staart
HC4 Nematoden zijn rondwormen. Mannetjes zijn kleiner dan vrouwtjes. Het heeft een levenscyclus van 5 stadia, L1 t/m 5, in elk stadium vervelt de worm. L3 is infectieus, L5 is zo goed als volwassen. Directe overdracht van de ene gastheer op de ander komt bijna niet voor. Vaak is het via de ontlasting (direct) waar de ontwikkeling plaats vind of in een tussengastheer (indirect). De directe weg via feces komt het meeste voor, waarbij via digestie de L3-worm binnenkomt. Bij de indirecte weg via een tussengastheer is overdracht vaak via digestie van de gastheer of steken (mug). De larven die binnenkomen kunnen op hun plaats blijven maar gaan vaak door het lichaam reizen. Een van de meest voorkomende routes is dan de hepatische-tracheale route: darm- lever- hart- longen – bronchieen – luchtpijp – slokdarm – darm. De larven worden in eitjes uitgescheden. Het ei van de Nematoda varieert in grootte, vorm en schaal. De binnenste membraan is dun en heeft lipide karakteristieken en is impermeabel. De middelste laag is stevig en dik. De buitenste laag bestaat uit proteïnen en is erg dik en plakkerig. Hoewel in sommige soorten de eischaal erg dun is. Het overlevingspotentiaal van het ei buiten het lichaam varieert, maar is verbonden met de dikte van de schaal, welke de larven beschermen tegen uitdroging. Buiten of in het lichaam komen de eitjes uit, vaak onder invloed van omgevingsfactoren zoals temperatuur en luchtvochtigheid (optimaal 18-26C; 100%). Wanneer het eitje de infectieuze vorm is, dus niet L3, dan is de gastheer de factor voor uitkomen. L1 en L2 overleven door opname van bacteriën, maar L3 is van de omgeving afgesloten door de cuticula van L2 en kan zich niet voeden. Het is afhankelijk van opgeslagen nutriënten. Groei van de larven wordt onderbroken tijdens vervellingen door perioden waarin het zich niet voedt of beweegt. De twee belangrijkste componenten van externe omgeving zijn temperatuur en vochtigheid. Bij een te hoge temperatuur is de ontwikkeling sneller en is het larve hyperactief waardoor het door zijn nutriënten heen eet en ze meestal L3 niet halen. Als de temperatuur te laag is vertraagt het proces of vindt het niet plaats. Het microklimaat van de feces is vaak genoeg om ontwikkeling van larven te bewerkstelligen, wat vochtigheid betreft. De voornaamste voedingsbron voor preparasitaire larven, in het ei of vrijlevend, is lipide. Larven die door hun voorraad heen zijn, zijn niet zo besmettelijk als deze die zich goed kunnen voeden. L1 en L2 voeden zich met bacteriën, L3 kan zich niet voeden en verbruikt zijn reserves.
14
Het adulte parasiet slaat zijn energie op als glycogeen. Ontwikkelingsstadia van Nematoda hebben een aerobe metabolisme, terwijl adulten een anaerobe en een aerobe metabolisme hebben. Prepatente periode: de tijd tussen opname van de larve en dat de symptomen zichtbaar worden. Hypobiose: wanneer de gastheer een te sterke immuunreactie heeft kan eeen halt in ontwikkeling worden toegeroepen De larven hebben de mogelijkheid om stil te bijven staan in de ontwikkeling op een specifiek tijdstip. Dit is facultatief en kan gebeuren onder een aantal stimuli, bijvoorbeeld seizoensgebonden. Wanneer het immuunsysteem dan zwak is komen er ineens weer heel wat larven tot ontwikkeling die eerder in rust waren. Dit geeft dan een periparturente periode (PPP) waarbij er ineens heel veel larven in de feces wordt gevonden. Morfologie : Niet gesegmenteerd;Bilateraal symmetrisch;Cuticula gevormd door subcuticulaire laag;Laterale lijsten met excretiekanalen;Dosale en ventrale lijst met zenuwbanen;Longitudinale spierbundels tussen lijsten;Gespierde oesophagus (behalve bij Trichuroidea);Lintvormige darm eindigend bij anus (vrouw);of cloaca (man) Vrouw: 2 buisvormige ovaria, oviducten, uteri Man: Buisvormige testis, ductus deferens,cloaca Trematoden zijn zuigwormen. Ze zijn meestal hermafrodiet en vermeerderen dus aseksueel. Een eitje van een nematoden wordt één worm, een eitje van een trematode kan honderden wormen geven: parthenogonie. In het ei ontwikkeld zich een embryo tot een peervormig larve, miracidium. onder bepaalde invloeden springt het ei open en komt het miracidium eruit. Het zwemt door het water en zoekt daar een goede gastheer door door het weefsel te penetreren. Na infectie ontwikkeld het miracidium zich in de gastheer tot een sporocyst, welke een aantal germinale cellen bevat. Hieruit ontstaat het eindstadium, de cercariae, en zijn eigenlijk kleine wormpjes, die van de gastheer weggaan. Vanuit de gastheer blijven cercariae geproduceerd worden, tot deze overlijdt. Morfologie Trematoden • Mond en buikzuignap • Oesophagus endarm(ceca)blind eindigend • Ovarium,uterus,2 testissen,dooierklieren(vitellaria)monden uit in genitaalporus>>de meeste trematoden zijn hermafrodiet
15
Cestoden zijn lintwormen en hermafrodiet. Ze hebben altijd een indirecte levenscyclus met een tussengastheer (blaasworm). Ze leven als adulte bijna altijd in de darmen en scheiden eitjes via de ontlasting uit. De tussengastheer eet deze eitjes op, de embryophore verdwijnt en er ontstaat een oncosphere. Deze gaat met haakjes door de mucose en komt in de circulatie (bloed/lymfe). Hierna ontwikkeld het zich in een aantal mogelijke larvale stadia. Voorbeelden zijn cysticercus, coenerus, strobilocercus, hydatide, cysticercoid of tetrathydium, ze worden uit de tussengastheer uitgescheden. In de eindgastheer komen ze dan in de darm. Je kunt ze goed herkennen aan een scolex en een gesegmenteerd lijf, proglottiden. Cestoden hebben geen digestieapparaat, ze nemen voedsel op via de cuticula.Lintwormen van de mens zijn: Taenia solium en Taenia Saginata. Bij een lintworm hoort een specifieke blaasworm. Enkele typen blaaswormen; 1.Cysticercus > C.bovis bij Taenia saginata 2.Coenurus > C.cerebralis bij T.multiceps 3.Hydatide > bij Echinococcus granulosus 4.Cysticercoid in vlo bij Dipylidium caninum
De levenscyclus van de Eimeria/coccidia wordt ingedeeld in 3 fasen. Ze zijn homogeen en hebben dus geen tussengastheer. Het zijn parasieten van epitheelcellen. Sporulatie: ongesporuleerde oöcysten komen in de feces naar buiten. Onder de goede omstandigheden gaat de nucleus delen. De delingsvormen kennen we dan als een sporoblast. Elke sporoblast vormt een celwand en heet dan een sporocyst. De binnenkant, protoplasma, blijft delen en vormt zo meerdere sporozoiten aan de binnenzijde. De oocyst bevat dus nu een buitenwand met vuier sporocysten die elk weer twee sporozoiten bevat. We noemen het nu een gesporuleerde oocyst. De gastheer raakt besmet door deze op te eten. De sporocysten komen dan vrij en de sporozoiten verlaten de sporocyst. Elke sporozoit penetreert een epitheelcel en wordt dan trophozoit genoemd. Elke trophozoit gaat delen door binaire fissie en vormt zo een meront/schizont, welke een groot aantal organismen genaamd merozoiten bevat. Op een gegeven moment knapt de schizont en de gastheercel en komen de schizoiten vrij om naburige cellen te infecteren. Deze vorm van aseksuele voortplanting stopt wanneer er mannelijke en vrouwelijke gametocyten worden gevormd. De macrogametocyten zijn vrouwelijk en bevat een cel, de microgametocyten zijn mannelijk en bevat meerdere microgameten. De fusie van beiden geeft een zygote en uiteindelijk een ongesporuleerde oocyste. De pathologie van deze parasieten heten vaak coccidiose en zien we bijvoorbeeld bij het schaap. Coccidia zijn gangbaar bij het schaap, maar 2 soorten zijn pathogeen en de coccidia zijn zeer gastheer specifiek. De pathogenese is de vernietiging van cryptcellen in de dunne darmen. De symptomen bij ernstige infectie zijn diarree en uitdroging en gewichtsverlies. Een immuunreactie wordt snel verkregen maar bij jonge dieren kunnen de problemen erger zijn. Volwassen dieren zijn bijna volledig resistent, maar niet helemaal. Ook bij de kat zien we deze ziekte voorkomen met een
16
directe levenscyclus, bij de hond is hij indirect. directe cyclus (Cysto-isospora spp. ook paratenische gastheer) •zeer gastheerspecifiek (ook locatie) •geslachtelijke en ongeslachtelijke voortplanting •aantal schizonten generaties → enorme aantallen •vermenigvuldiging intracellulair Een groep van de protozoa, sarcocystiidae, hebben een gelijke levenscylcus als de eimeriidae, maar dan met een aseksuele voortplanting in een tussengastheer en een seksuele in de eindgastheer. De tussengastheer is het rund, schaap of geit. De eindgastheer is de hond. WC 2 Tropisme: voorkeurslocatie van een agens. Paratenische gastheer: niet nodig voor de cylcus maar kan wel gebruikt worden voor bijvoorbeeld transport. Wordt niet ziek. Ziekte van de gastheer ontstaat door een aantal factoren: intracellulaire vermenigvuldiging, ruimte innemen, trektochten door lichaam, toxinen uitscheiding, mechanische gevolgen, buitensporige afweerreacties.
Neospora caninum: behoort tot de sarcocystiidae, protozoa. Heeft als eindgastheer de hond, waarin seksuele en aseksuele voortplanting plaatsvindt. De vermenigvuldiging is intra cellulair. De tussengastheer is vaak het rund, hier is aseksuele voortplanting. Het is een heterogeen protozo, Een indirecte cyclus dus. Honden zouden eventueel ook tussengastheer kunnen zijn, samen met rund, schaap, paard en geit, de prepatente periode is 8-23 dagen. De sporulatie vindt buiten de gastheer plaats, alle andere stadia binnen. De ziekteverschijnselen vinden plaats bij de rund door weefselbeschadiging van vermeerdering. Abortus of abnormale foetussen zien we veel. Indirecte cyclus •In hond zowel geslachtelijke (darm) als ongeslachtelijke (czs) voortplanting •In rund ongeslachtelijke voortplanting •Bradyzoïeten en tachyzoïeten •Vermenigvuldiging in tgh ingeperkt door immuunsysteem •Vermenigvuldiging intracellulair De toxoplasmagondii lijken op de neospora canis en kan ook abortus veroorzaken in de mens. De eindgastheer hier is de kat. Toxocara canis: dit is een worm. Het heeft een directe levenscyclus en vermeerderd seksueel in de gastheer. Dit is een hond of vos. Een vrouwtje legt zo’n 200000 eitjes per dag. De worm zelf is niet zo schadelijk. Het eitje wat het larvenstadium L3 bevat is infectief 4 weken nadat het door de feces is uitgescheiden (bij optimale temperatuur). Na opname en uitkippen in de dunne darm migreren de larven door de bloedstroom via de lever naar de longen, waar een tweede vervelling plaatsvindt. De larven keren terug via de trachea naar e darm waar de laatste twee vervellingen plaatsvinden. Deze levenscyclus komt alleen voor bij honden tot 2 a 3 maanden oud. In honden die ouder zijn dan 3 maanden komt deze hepatische-tracheale migratie niet meer voor maar wordt het vervangen door somatische migratie gevolgd door hypobiose. De L3 migreren door verschillende weefsels (lever, longen, hersenen, hart en skeletspieren). In zwangere teven gebeurd prenatale infectie doordat de larven verplaatsen zo’n 3 weken voor de partus naar de longen van de foetus waar ze vlak voor de geboorte vervellen. Daarna vindt in de jonge pup de hepatische-tracheale migratie plaats. De pup kan ook geïnfecteerd raken door het drinken van besmette melk tijdens de eerste drie weken van lactatie. Er is daarna géén migratie in de pup.
17
Paratenische gastheren oals vogels en knaagdieren nemen de infectieve eitjes op waar deze blijven tot ze opgegeten worden door een hond. vermenigvuldiging dus alleen in de (eind)gastheer. •vermenigvuldiging is altijd geslachtelijk •vermenigvuldiging op zich is niet verantwoordelijk voor symptomen •1 vrouwtje legt tot 200.000 eieren per dag Echinococcus granulosus: dit is ook een worm, een lintworm. De eindgastheer zijn de hondachtigen, waarin geslachtelijke voortplanting plaatsvindt. De tussengastheren zijn de varken mens, hert, paard. Hier spreken we dan van een blaasworm en vind ongeslachtelijke voortplanting plaats. Dit is uitzonderlijk bij lintwormen. vermenigvuldiging in eind- en tussengastheer •geslachtelijke (eindgastheer) en ongeslachtelijke (tussengastheer) vermenigvuldiging •geslachtelijke vermenigvuldiging is niet verantwoordelijk voor symptomen •binnen de cestoden weinig soorten die aan ongeslachtelijke vermenigvuldiging doen!
De resistentie tegen parasitische infecties is te verdelen in twee klassen: 1. aangeboren resistentie: soortresistentie, leeftijdresistentie en soms fokresistentie 2. benodigde/verkregen immuniteit: afhankelijk van antigenische stimulatie en humorale en cellulaire responsen. Soortresistentie: fysiologische en biochemische factoren zorgen ervoor dat sommige soorten alleen kunnen ontwikkelen in hun natuurlijke gastheren, hoewel wel een klein beetje ontwikkeling daarbuiten plaatsvindt (meestal zonder klinische symptomen). Leeftijdsresistentie: veel dieren raken meer resistent tegen primaire infecties van sommige parasieten als deze matuur worden. Op latere leeftijd van de gastheer kan de parasiet zich niet goed ontwikkelen of raakt de larve in een rustfase. De meeste parasietensoorten hebben echter een effectief counter-mechanisme ontwikkeld; de parasieten overleven in hun larvale stadia in het weefsel van de gastheer en worden alleen geactiveerd tijdens de late zwangerschap om zo het jong in utero of door de transmammaire route te infecteren. Bij sommige parasieten is het juist omgekeerd en zijn jongere dieren meer resistent dan ouderen. Fokresistentie: sommige rassen van herkauwers zijn resistenter tegen bepaalde parasitische infecties dan andere rassen. Dit kan door andere genotypen voor bijvoorbeeld hemoglobine. Dit genotype wordt elke keer doorgegeven aan de nakomelingen. Immuunresponsen tegen helminthen zijn complex en waarschijnlijk afhankelijk van de antigenische stimulatie door sectretorische of excretorische producten die zijn afgegeven tijdens de ontwikkeling van het L3 larve naar het adult. Runderen en schappen kunnen geleidelijk resistent raken tegen bepaalde gastrointestinele nematoda. Zo kan een adulte, immune schaap grote hoeveelheden van een parasiet opnemen zonder klinische symptomen te vertonen. De effecten van de immuunrespons op Nematoda kunnen onderverdeeld worden in drie groepen: 1. de gastheer kan proberen de kans op reinfectie te verminderen door de migratie en de vestiging van larven te voorkomen. Ook soms door de ontwikkeling in een larvenstadium te stoppen. 2. adulte parasieten die wel kunnen ontwikkelen kunnen krimpen in grootte of hun vruchtbaarheid kan verlaagd worden. Gevolg is verlaagde pathogeniteit en grote reductie in de besmetting met eieren en larven, die de kans op reinfectie ook verkleinen. 3. de ontwikkeling van immuniteit na de primaire infectie kan geassiocieerd worden met het vermogen de adulte nematoden te doden en verwijderen.
18
Het infectieve stadium van de parasiet helminth is een huidpenetrator. De larven migreren via de bloedstroom naar de longen waar ze vervellen en via de trachea in de keelholte terechtkomen waar ze weer worden doorgeslikt. Als ze de dunne darm bereiken vervellen ze nog een keer en worden ze adult. De tijd tussen infectie en eierleggende adulten (prepatente periode) is 5-6 dagen. Na vijf dagen verlaagd de eierproductie snel en verlaten de wormen de darm door een immuunrespons. Luminale infecties veroorzaken een hypersensitiviteit van de darm met een verhoging van de mucosale mastcellen en de productie van worm-specifieke IgE wat bindt aan de mastcellen. Neonatale immunologische onresponsiviteit: de inabiliteit van jongere dieren om een juiste immuunrespons tegen sommige parasitische infecties te ontwikkelen. Concomintante immuniteit: beschrijft de immuniteit die actief is tegen binnengedrongen larvale stadium, maar niet tegen een bestaande infectie. Ziekte (schade) ontstaat onder andere door: –Vermenigvuldiging intracellulair –Uitscheidingsproducten (toxines) –Trektocht door lichaam/organen –Ruimte innemende processen. HC3 Bacterien zijn haploid met een circulaire, dubbelstrengse DNA chromosoom. Deze ligt vrij in het cytoplasma, is veel groter dan de parentale cel en bevat een groot aantal genen. Replicatie: door binaire fusie. De dochtercellen zijn genetisch identiek. Tijdens de replicatie wordt het DNA gekopieerd in twee dubbelstrengse dochtermoleculen, elke bestaat uit de parentale en nieuw-gesynthetiseerde streng: semiconservatieve replicatie. Transcriptie: de positieve DNA-streng wordt gestranscribeerd naar mRNA. Het DNA-afhankelijke RNA polymerase bindt aan de promoter op de positieve DNA-streng en schrijft mRNA af. Translatie: deze mRNA wordt door ribosomen en tRNA getransleerd in proteïnen. Plasmide: kleine genetische elementen die gelokaliseerd zijn in het cytoplasma en onafhankelijk kunnen repliceren. De meerderheid van plasmiden zijn circulair en bestaan uit dubbelstrengs DNA. Ze kunnen gastheercellen gebruiken voor replicatie. Sommigen kunnen ook in het genoom worden opgenomen en worden doorgegeven aan dochtercellen. Plamiden in het cytoplasma kunnen verdeld worden tijdens de replicatie, conjugatie en transformatie. Bacteriofagen: virussen die bacteriën infecteren. Hun replicatie is virulent of temperatuurafhankelijk. Het genoom kan bestaan uit DNA of RNA, enkelstrengs of dubbelstrengs. De replicatie is vergelijkbaar voor dierlijke virussen, hoewel het capside buiten de bacteriële cel blijft. De gastheerspecificitet van fagen is afhankelijk van chemische affiniteit tussen de hechtingsstructuren op de fagen en zijn specifieke receptoren op de bacterie. Het DNA wordt in het genoom van de gastheer opgenomen en doorgegeven. Er zijn voor bacteriën meerdere mechanismen waarop genetische variatie verkregen wordt. Mutatie en recombinatie van gensegmenten. Deze laatste berust op gensegmenten van verschillende bronnen die bij elkaar worden gegooid. Deze recombinatie van twee verschillende bacteriën kan op verschillende manier tot stand komen: -
Conjugatie: er wordt een sexpillus (F) gevormd tussen een donorcel en een acceptorcel. Genetisch materiaal kan in een plasmide door gegeven worden naar de andere bacterie.
19
Er zijn wel bepaalde voorwaarden of deze informatie uitgedragen kan worden. Het komt het meeste voor bij gram – maar kan ook bij gram +. In de laatste groep wordt echter geen pillus gevormd maar overdracht door dicht contact. - Transductie: in deze vorm wordt het dna van een bacterie in een bacteriophage gezet welke vervolgens weer een tweede bacterie kan infecteren. - Transformatie: na lysis van een bacterie komen vrije stukken chromosoom vrij welke dan door een andere bacterie opgenomen kan worden. Dit kan slechts bij een beperkt aantal bacteriesoorten. - Transposons: dit zijn beweeglijke genen die van een locatie in het genoom naar een ander kunnen gaan. Ze kunnen ook in een plasmide komen. Ze kunnen echter niet onafhankelijk repliceren, iets wat plasmiden wel kunnen. - Integronen en gencassetes: gen cassetes bevatten bepaalde informatie, zoals antibiotica resistentie. Deze informatie kan dan door integronen op de juiste plek gezet en tot expressie gebracht. De meeste informatie voor antibiotica resistentie zit in plasmiden. Plasmiden kunnen ook handig gebruikt worden voor genetische recombinatie technieken in laboratoria.
Enterobacteriën zijn staafjes van gram-negatieve bacterién, catalase positief. Ze fermenteren suikers, waaronder glucose, zijn facultatief anaeroob en vormen geen sporen. Ze maken soms lactose, waardoor ze roze kolonies geven op een rode voedingsbodem. Ze groeien goed op mac conkey, dus een niet verrijkte voedingsbodem met galzuren. De meeste zijn beweeglijk door flagella. Het zijn bacteriën die in de darm voor komen. Ze kunnen zowel pathogeen als niet zijn. De voornaamste pathogenen in deze groep zijn de E. Coli en de Salmonella. Een opportunistische pathogeen is de klebsiella. Er zijn maar weinig enterobacteriën die heamolyse produceren op bloed agar. E coli: mogelijk pathogeen, lactose fernenterend, heamolytisch op bloed agar, beweeglijk door flagella, commensaal. De virulente factoren van de E. coli bestaat uit capsules, enterotoxinen, endotoxinen, kolonisatie en andere uitscheidingsproducten. Klinische infecties blijven beperkt tot de darmen, bij opportunistische E. Coli kan het ook de urinebuis, melkklieren en baarmoeder bevatten. Enteric colibacillosis is een bekend verschijnsel bij jonge kalveren wat diarree geeft. Colisepticaemia is een systemische infectie wat vaak fataal is. Longontsteking en meningitis wordt ook gezien dan. Mastitis, blaasontsteking en oedeem kunnen tot slot ook aan de hand zijn. Salmonella geeft ook wat ziektebeelden. Ze zijn beweeglijk en niet- lactose ferementerend. Infectie is meestal door ingestie. Ze dringen cellen binnen en vermeerderen daar. Complement en facocytose ontwijken ze, door verstoppen in macrofagen. Het komt meestal voor in de darmen en lymfeklieren. De symptomen zijn koorts, diarree met bloed en depressie. Bloedvergiftiging is bij de E. coli en salmonella mogelijk. Een lauwe snuit is karakteristiek bij salmonella. Tot slot is salmonella vergiftiging bij kippen veelvoorkomend. Staphylococcen: dit zijn gram-positieve rondvormige coccen, die op druivenbosjes lijken. Het zijn commensalen op de huid en slijmlagen. Sommigen zijn opportunistisch pathogeen. Ze zijn facultatief anaeroob en catalase positief. Ze zijn niet beweeglijk en kunnen geen sporen vormen. De S. aureus is catalase negatief en anaeroob. De S. aureus en S. intermedius zijn pathogeen, beiden coagulase postief. De kolonies zijn vaak wit of geel en ze hebben heamolytische activiteit voor zowel alpha als bèta. Mastitis en epidermitis worden als klinische verschijnselen gezien. Vaccins zijn ineffectief om Staphylococcus infecties te voorkomen. Streptococcen: deze zijn infectieus voor veel dieren waarbij mastitis, meningitis en athritis kan ontstaan. Ze zijn facultatief anaeroob, catalase negatief en niet beweeglijk. Ze groeien op bloed agar.
20
Ze leven als commensalen in de mucosa en urogenitale route. pyogenische (pusvorming) Streptococci zijn geassocieerd met abcesvorming, septicaemias en andere vormen van zwerende/etterende condities. Virulentiefactoren zijn enzymen en exotoxine als streptolysines, hyaluronidase, streptokinase en proteasen. Polysaccharide caspules dragen ook bij aan de virulentie. De celwand proteïnen zijn anti-fagocytisch. Ze zijn fragiel buiten de gastheer. Streptococcus suis (varken) en trangles (paard) zijn veelvoorkomende klinische verschijnselen. Alleen S. suis is een zoonose. Mastitis komt bij de koe voor. - Strangles: een zeer besmettelijke ziekte van paarden door S. equi die het respiratoire kanaal en regionale lymfeknopen aantast. Vaak in jongere paarden. Transmissie gebeurd door de purelente exudaten van het respiratiore kanaal van uitgestoten abcessen. Incubatieperiode: 3-6 dagen Duur ziekte: 5-10 dagen. Er is een hoge koorts, depressie en anorexia gevolgd door oculonasale uitstoting. De lymfeknopen van het hoofd en de nek zijn gezwollen en pijnlijk. De mortaliteit is 5%. De dood is het gevolg van extra complicaties als longontsteking, neurologische betrokkenheid, asphyxia door druk van de lymfeknopen op de farynx, of heamorrhage (een immune gemedieerde ziekte). Antibiotica therapie met Penicilline wordt aanbevolen, maar heeft een incompleet effect als er abcessen zijn. Klinisch zieke dieren moeten geisoleerd worden. Gereedschap moet gedesinfecteerd worden. - Streptococcus suis infecties: geassocieerd met meningitis, arthritis, septicaemia en bronchopneumonia in varkens van alle leeftijden. Sporatisch endocarditis, neonatale dood en abortus. Streptococcus suis behoort tot de Lancefield groep D. de ziekte komt tot uiting bij intensief gefokte varkens als deze onderworpen zijn aan overdrukte, slechte ventilatie en andere stressfactoren. Zeugen die de organismen dragen kunnen hun vrucht infecteren wat leidt tot neonatale dood of naar carrier dieren die later in hun leven karakteristieke symptomen ontwikkelen. De meeste soorten S. suis zijn onderhevig aan penicilline of ampicilline, maar ook veranderingen in management zijn belangrijk bij de bestrijding en voorkoming van infectieuitbraken. Zoönose. WC3 Macrofagen in verschillende weefsels hebben eigenlijk allemaal een andere naam (bv. Kupffer cellen in the lever en microgliale cellen in neuraal weefsel). Daarom één verzamelnaam: mononuclaire fagocyten. Ze worden vooral in grote getallen gevonden in bindweefsel, in de submocasa van het gastrointestinele kanaal, in de long, langs bepaalde bloedvaten in de lever en in de milt. De tweede grote familie van fagocyten zijn de neutrofielen (of polymorfonucleaire neutrofilische leukocyten: PMNs), dit zijn kortlevende cellen die alleen in het bloed voorkomen bij een gezond dier. Deze cellen zijn belangrijk in het aangeboren immuunsysteem omdat ze pathogeen kunnen herkennen, opnemen en doden zonder een reactie van het adaptieve immuunsysteem op te wekken. Macrofagen en neutrofielen herkennen pathogenen door celoppervlakte receptoren. • Mannose receptor Op macrofagen, maar niet op monocyten of neutrofielen • Scavenger receptoren Bindt aan negatief geladen liganden zoals lipoteichoic zuren van gram-positieve bacteriën • C14 Op monocyten en macrofagen. Deze bindt het lipopolysaccharide van Gram-negatieve bacteriën. • Toll-receptoren Gevolg: fagocytose.
21
Phagosoom: het pathogeen in de vesikel dat is opgenomen door fagocytose. Deze phagosoom wordt geacidifeerd (zeer zuur milieu) wat het pathogeen in de meeste gevallen doodt. Phagolysosoom: de phagosoom gefuseerd met één of meerdere lysosomen. Macrofagen en neutrofielen functioneren door: 1. Fagocytose 2. Toxische producten (NO, O2- en H2O2), NADPH is nodig om O2 te vormen. Pyogenische of pus-vormende bacteriën: dode en stervende neutrofielen zijn het grootste component van pus die wordt gevormd bij sommige infecties door extracellulaire bacteriën. Pathogenen hebben verschillende strategieën ontwikkeld om het primaire immuunsysteem (macrofagen) te ontwijken: • Coating met een dikke polysaccharide capsule die niet wordt herkend door een fagocytose receptor. • Sommigen groeien door in de macrofaag doordat ze de acidificatie en fusie met lysosomen remmen. • Ze komen met zeer grote aantallen, zodat de reactie niet voldoende is om alles te verwijderen. • Cytokines en chemokines en andere mediatoren veroorzaken een ontsteking in het weefsel en trekken neutrofielen en plasmaproteïnen naar de infectiesite. Sommige pathogenen remmen cytokine en chemokine secretie dor signalen die door receptoren worden doorgegeven. Ontstekingen hebben drie essentiële functies in het weren tegen de infectie: • Het brengen van additionele effector moleculen en cellen naar de plaats van infectie om het doden van micro-organismen door macrofagen te bijzetten. • Induceren van bloed stremming (klotten) zodat er het micro-organisme zich niet kan verspreiden. • Promoten van de reparatie van beschadigd weefsel. Bij een ontsteking vinden vier veranderingen van de bloedvaten plaats: 1. Verhoogdfe vasculaire diameter (vasodilatatie) wat leidt tot een hogere bloedstroom (veroorzaakt hitte en roodheid) en een reductie in de stroomsnelheid. 2. De endotheelcellen worden geactiveerd om cel-adhesie moleculen te vertonen die de binding van circulerende leukocyten promoten. De combinatie van verlaagde stroomsnelheid en adhesie moleculen maakt het voor leukocyten mogelijk om aan het endotheel te hechten en in het weefsel te migreren: extravasatie. 3. Verhoogde vasculaire permeabiliteit waardoor vocht en protienen uit het bloed kunnen treden naar het weefsel toe (zwelling en pijn): endothele activatie. 4. Stremming (klotten) van microvaten op de plaats van infectie voorkomt de verspreiding van het pathogeen. Als er een wond is ontstaan worden twee beschermende enzym cascades geactiveerd: 1. Kinine systeem: van plasma proteases. Het wordt getriggerd door weefselschade om ontstekings-mediatoren te produceren zoals bradykinine. Deze zijn eer st in de inactieve, pro-enzym vorm. Als het systeem wordt geactiveerd knipt en activeert het ene protease een volgende protease enz. bradykinine veroorzaakt een verhoogde vasculaire permeabiliteit. 2. Coagulatie systeem: getriggerd in het bloed na schade aan bloedvaten. De activatie leidt tot de formatie van een fibrine klot die bloedverlies voorkomt en de entree voor andere microorganisen verhinderd.
22
Beide systemen kunnen ook geactiveerd worden door geactiveerde endotheelcellen, waardoor er geen wond of trauma nodig is om deze twee systemen te activeren (en toch een ontsteking veroorzaken). Proteïnen die patronen van moleculaire structuren op micro-organismen (en niet op lichaamseigen cellen) kunnen herkennen komen voor als receptoren op macrofagen, neutrofielen en dendritische cellen en als gesecreteerde moleculen. In tegenstelling tot de antigen receptoren zijn de receptoren van het aangeboren immuunsysteem aanwezig op alle cellen van hetzelfde celtype. De binding van het pathogeen aan deze receptoren veroorzaakt een snelle respons zonder de vertraging te hebben om eerst meer specifieke cellen te vormen zoals bij het adaptieve immuunsysteem wel moet. Het aangeboren immuunsysteem heeft vele fagocyterende receptoren die de opname van het pathogeen die ze herkennen stimuleren. Sommige zijn chemotaxische receptoren welke cellen naar de plaats van infectie begeleiden. Andere receptoren induceren de productie van effecormoleculen die een contributie geven aan de latere respons van het aangeboren immuunsysteem en het produceren van proteïnen die de initiatie van het adaptieve immuunsysteem teweeg brengen. Receptoren: • Mannose-bindende lectine (MBL): aanwezig als een vrij proteine in het bloedplasma. Het MBL-pathogeen complex is gedoemd tot fagocytose, door interacties met MBL of door de fagocytreceptoren voor complement, die ook worden gebonden aan het pathogeen. Het pathogeen wordt dus gedood en er worden andere cellulaire responsen geïnduceerd, zoals chemokine productie. Activatie lectine pad complement. • Surfactante proteïnen A en D: zijn aanwezig in het vocht van epitheleliale oppervlakken van de long. Ze binden en coaten het pathogeen met proteïnen zodat fagocytose door macrofagen meer voor de hand liggend is. • Macrofaag mannose-receptor: een celgebonden C-type lectine dat bindt aan bepaalde suikers op het oppervlak van vele bacteriën en sommige virusen (zoals HIV). De herkenningsmogelijkheden zijn hetzelfde als die van MBL. Omdat het een transmembranaire celoppervlakte receptor is kan het direct functioneren als fagocytose receptor. • Scavenger receptor: ook een fagocyterende receptor. Deze herkennen verschillende anionische polymeren en geacetyleerde low-density lipoproteinen. Deze receptoren zijn structureel heterogeen en bestaan in 6 verschillende vormen. Sommige scavenger receptoren herkennen structuren die zijn beschermd tegen normale gastheercellen door sialisch zuur. • fMLP receptor: op macrofagen en neutrofielen binden de N-geformylateerde peptides op bacteriën. Deze receptor is een chemotaxische receptor en begeleid neturofielen naar de plaats van infectie. Binding van pathogenen aan sommige receptoren van de macrofaag stimulerd niet alleen de fagocytose maar zendt ook signalen naar de cel die de geïnduceerde respons van het aangeboren immuunsysteem triggeren. Stimulatie van sommige receptoren door binding met het pathogeen produceren ook co-stimulerende moleculen op het celoppervlak die het mogelijk maken om zich als antigen presenterende cellen te gedragen voor T-lymfocyten en een adaptieve immuunrespons te initiëren. •
Toll-receptoren (TLRs): er zijn 10 TLR genen in muizen en mensen en elk van deze 10 geproduceerde proteïnen herkennen een verschillend set van moleculaire proteïnen die niet worden gevonden in normale vertebraten en zijn dus karakteristiek voor micro-organismen. Omdat er alleen 10 fucntionele TLR genen zijn, zijn deze receptoren niet zo specifiek. Sommige TLRs zijn celloppervlakte receptoren, en andere zijn intracellulair en gelokaliseerd
23
in de membraan van endosomen waar ze de aanwezigheid van pathogenen die zijn opgenomen door endocytose of macropinocytose detecteren. ♦ TLR-4: op macrofagen signaleren de aanwezigheid van bacterieel LPS door associatie met CD14 (de macrofaagreceptor voor LPS) en een proteine MD-2. CD14 bindt aan LPS. MD-2 bindt aan TLR-4 in de cel en is nodig voor de herkenning van LPS. Zodra het TLR-4:MD-2 complex interactie aangaat met het LPS-CD14 complex zendt het een signaal naar de kern die de transcriptiefactor NFkB activeert = Toll pathway ♦ TLR-2: signaleert de aanwezigeid van een verschillend set van microbiale constituenten zoals lipoteichoic zuur (LTA) van Gram-Postieve bacteriën en lipoproteinen van gram-negatieve bacteriën. ♦ TLR-3: stimulatie door een dubbelstreng RNA van een virus leidt tot de prductie van antivirale cytokine, interferon. Andere proteïnen, die dezelfde eigenschappen hebben als TLRs, zijn aanwezig in het cytosol van de cel en zijn in staat om microbiale producten te binden en NFkB te activeren. Op deze manier veroorzaken ze dus dezelfde respons als TLRs. Deze proteïnen heten NOD1 en NOD2. Deze herkennen fragmenten op de bacteriele celwand. NOD1: herkent een afbraakproduct van proteoglycanen van Gram-Positieve bacteriën. NOD2: herkent proteoglycanen van zowel Gram-Positieve als Gram-negatieve bacteriën. NOD proteïnen zijn aanwezig in cellen die regelmatig aan bacteriën worden blootgesteld (epitheel). In epitheelcellen is de expressie van TLRs zwak of afwezig en is NOD1 de belangrijkste activator van een aangeboren immuunrespons. Acivatie van NFkB door de Toll en NOD systemen leidt tot de productie van belangrijke mediatoren voor de aangeboren immuunsysteem, zoals cytokines en chemokines. Het leidt ook tot de expressie van co-stimulerende moleculen die essentieel zijn voor de inductie van het adaptieve immuunsysteem. Deze proteïnen (B7.1 en B7.2) worden geproduceerd door macrofagen en dendritische cellen als respons op LPS signalering door TLR-4. Adjuvants: substanties zoals LPS die co-stimulerende activiteit stimuleren. Deze worden al jaren gebuikt in mixen die co-injecteerd zijn met proteïnen antigenen om hun immunogeniteit te verbeteren. Opsonizatie: het coaten van een partikel met proteïnen die de fagocytose faciliteren. De systemische injectie met LPS veroorzaakt een collapse van circulatoire en respiratoire systemen: shock. Septische shock in mensen wordt veroorzaakt door te grote secretie van cytokines (TNF-alfa) als resultaat van ongecontroleerde systemische bacteriële infectie: sepsis. Salmonella typhi doordringt de mucosale membraan en wordt herkent door macrofagen en andere aangeboren fagocyterende cellen omdat het LPS en flagelline vertoont. Deze activeren de TLR4 en TLR5 wat leidt tot de productie van TNF-alpha: septische shock. Type 3 secretie systeem: de bacterie kan moleculen secreteren diedoor de celmembraan van cellen naar het cytosol kunnen migreren. Zo is S. typhi in staat om protease moleulen in het cytosol van de macrofaag te transporteren die bepaalde pathways inhiberen wat leidt tot de productie van TNFalpha. Innate-like lymfocyten (ILLs): geven een contributie aan de snelle respons voor infectie door vroeg maar met een gelimiteerde set van antigen-receptoren gensegmenten te gebruiken om immunoglobuline en T-cel receptoren te maken.
24
Het adaptieve immuunsysteem gebruikt veel dezelfde effector mechanismen die ook door het aangeboren immuunsysteem worden gebruik, maar de adaptieve is in staat om deze met een veel grotere precisie te gebruiken. Cytokines: worden gesecreteerd door macrofagen als respons op pathogenen (interleukines). 1. Hematopoietine familie: groeihormonen en veel interleukines met een rol in zowel het adaptieve als aangeboren immuunsysteem. 2. TNF familie: (TNF-alpha) functioneert ook in zowel het adaptieve als aangeboren immuunsysteem. Veel leden zijn membraangebonden. 3. Chemokines: deze kleine proteïnen induceren de directe chemotaxis in nabijgelegen cellen. Alle chemokines zijn gerelateerd in hun aminozuursequentie en hun receptoren zijn transmembranaire G-gekoppelde receptoren. Chemokines functioneren als chemoattractanten voor leukocyten, rekruteren monocyten, neutrofielen en andere effecotrcellen van het bloed naar de plaats van infectie. Sommige chemokines functioneren ook in de ontwikkeling van lymfocyten en migratie en angiogenese. (a) CC chemokines: twee cisteines bij de amino-terminus. Binden aan CC chemokine receptoren (9 stuks). Deze chemokines promoten de migratie van monocyten, lymfocyten en andere celtypen. (b) CXC chemokines: twee cysteines worden gesplitst door één aminozuur. Binden aan CXC receptoren die op verschillende celtypen zitten. Deze receptoren worden allemaal gebonden aan verschillende chemokines. Deze chemokines begeleiden lymfocyten naar de juiste plaats in de B-cel-gebieden van de milt, lymfeknopen en darm. Rol chemokines: • Ze hebben invloed op de leukocyten als deze langs het endotheel rollen op de plaats van de ontsteking; ze vervangen dit rollen in een stabiele binding door het triggeren van een conformatieverandering in de adhesie moleculen (leukocyte integrines), waardoor de leukocyten de bloedvatwand kunnen doordringen door tussen endotheelcellen door te dringen. • Ze begeleiden de migratie van de leukocyten over de chemokine concentratiegradient gebonden aan de extracellulaire matrix en oppervlakken van endotheelcellen. Deze gradient stijgt in concentratie dichter bij de infectie. Peptiden die als chemoattractanten voor neutrofielen functioneren worden door de bacteriën zelf aangemaakt. dus: neutrofielen worden naar de plaats van infectie gebracht door: 1) Chemokines 2) Complement fragmenten 3) Bacteriële peptiden Chemokines werken niet alleen in de rekrutering van cellen. Ze hebben ook de actie van vasoactieve mediatoren nodig om leukocyten dichtbij het endotheel van bloedvaten te brengen, en cytokines zoals TNF-alpha om de nodige adhesiemoleculen op de endotheelcellen te induceren. De meeste adhesiemoldeculen, vooral die op leukocyten, zijn genoemd naar hun functie en niet naar hun structuur. Zo zijn leukocyte functionele antigenen LFA-1, LFA-2 en LFA-3 leden van twee verschillende proteine families.
25
Selectines: membraan glycoproteinen met een domein dat bindt aan specifieke carbohydraatgroepen. Deze worden geïnduceerd op geactiveerd endotheel en initiëren endotheel-leukocyten interacties door binding van liganden aan passerende leukocyten. • P-selectine: wordt binnen een paar muinuten na de infectie tot expressie gebracht op het oppervlak van lokale endotheelcellen na de productie van TNF-alpha door macrofagen. • E-selectine: kort na de expressei van P-selectine op het endotheeloppervlak wordt mRNA coderende E-selectine gesynthetiseerd en binnen twee uur brengen endotheelcellen voornamelijk E-selectine tot expressie. Beide proteïnen gaan interactie aan met oppervlaktestructuren van neutrofielen. De volgende stap in leukocyt rekrutering is afhankelijk van sterkere adhesie door binding van intracellulaire adhesie moleculen (ICAMs) op het endotheel aan integrines van de leukocyten. Leukocyt adhesie deficiëntie: mensen met deze ziekte hebben een defect in de integrines van leukocyten en leiden aan terugkerende bacteriële infecties en onvolledige heling van wonden. Extravasatie: de migratie van leukocyten uit de bloedvaten gebeurd in vier stappen: 1) P-selectine verschijnt op endohteeloppervlakken binnen een paar minuten als reactie op de blootstelling aan B4, het complementfragment C5a, of histamine. E-selectine worden enkele uren later tot expressie gebracht en herkennen structuren van bepaalde leukocyten. De interactie van P-selectine en E-selectine met deze structuren staan monocyten en neutrofielen toe om reversible aan de bloedvatwand te binden, zodat circulerende leukocyten langs het endotheel wat behandeld is met ontstekingscytokines te kunnen ‘rollen’. 2) Chemokines binden aan specifieke receptoren op de leukocyten en signaleren de cel om een conformatieverandering in LFA-1 en CR3 op de rollende leukocyt te ondergaan. Dit verhoogd sterk de adhesieve eigenschappen van de neutrofiel. Er is een betere adhesie en de leukocyt bindt stevig aan het epitheel, het rollen is gestopt. 3) De leukocyt doordringt de endotheelwand. De interacties met structuren op de leukocyt en de intercellulaire junctions van endotheelcellen maken het mogelijk om tussen de endotheelcellen door te dringen. Daarna penetreert het de basaalmembraan door enzymen die de extracellulaire matrix proteïnen van deze membraan afbreken. De migratie door de basaalmembraan heet diapedese en het maakt dat de leukocyt de subendothele weefsels kan enteren. 4) De migratie van leukocyten door de weefsels onder invloed van de concentratiegradiënt van chemokines. Neutropenia: ziekten waarbij het aantal neutrofielen sterk is verlaagd. Deze patiënten zijn erg gevoelig voor dodelijke infecties die veroorzaakt zijn door vele pathogenen en commensale organismen. Ontstekingsmediatoren stimuleren endotheelcellen ook om proteïnen tot expressie te brengen die bloed stremming (klotting) in kleine lokale vaten te induceren waardoor de bloedstroom wordt stopgezet in die vaten. Het pathogeen kan de bloedstroom niet binnendringen en kan niet verspreiden naar andere organen. TNF-alpha is hierbij zeer belangrijk. Als dit ontbreekt verspreid de infectie zich via het bloed naar andere organen. Sepsis: de aanwezigheid van een infectie in de bloedstroom. Wordt vergezeld door TNF-alpha die geproduceerd is door macrofagen in de lever, milt en andere systemische plaatsen. Deze systemische afgifte van TNF-alpha veroorzaakt vasodilatatie wat leidt tot een verlies aan bloeddruk en een verhoogde vasculaire permeabiliteit, wat leidt tot een verlies aan plasmavolume en uiteindelijk een shock. In septische shock wordt intravasculaire bloedstremming (klotting) ook getriggerd door TNF-alpha, wat leidt tot een generatie van klotten in kleine vaten. Deze grote consumptie van
26
stremmingsproteinen veroorzaakt een verlies aan vermogen om (ander) bloed goed te laten stremmen. Deze conditie leidt vaak tot uitvallen van vitale organen nieren, lever, hart, longen). Septische shock is dus vaak dodelijk. Endogene pyrogenen: lichaamseigen moleculaire structuren (bv. Cytokines) die koorts veroorzaken. Exogene pyrogenen: bacteriële componenten (bv. LPS) die koorts veroorzaken. Endogene pyrogenen veroorzaken koorts door de synthese van de prostaglandine E2 te induceren (de expressie van het enzym dat deze E2 maakt wordt geïnduceerd door cytokines). E2 werkt in op de hypothalamus wat resulteert in een verhoogde hitteproductie door bruin vet en verhoogde vasoconstrictie wat het verlies aan hitte door de huid verlaagd. Exogene pyrogenen zijn in staat koorts te veroorzaken door de productie van endogene pyrogenen en het direct induceren van het enzym dat E2 maakt. Koots is voordelig voor de afweer omdat de meeste pathogenen beter groeien bij lagere temperaturen en omdat het adaptieve immuunsysteem meer intens is bij deze temperaturen. Acute fase respons: een shift in de proteïnen die worden gesynthetiseerd en gesecreteerd door de lever in het plasma. In deze respons gaan de niveaus van sommige plasma proteïnen naar beneden, terwijl de hoeveelheden van anderen stijgen. De proteïnen waarvan de synthese wordt geïnduceerd heten acute fase proteïnen. Sommigen van deze imiteren de actie van antilichamen maar, itt antilichamen, hebben deze proteïnen een brede specificiteit voor PAMPs en zijn alleen afhankelijk van de aanwezigheid van cytokines voor hun productie. Bv. C-reactieve proteinen en MBL. Na een dag of twee produceert de acute fase respons van de gastheer verschillende proteïnen met functionele eigenschappen van antilichamen maar zijn in staat een brede variatie aan pathogenen te binden. Een ander effect van cytokines geproduceerd door fagocyten sis de inductie van leukocytose: een verhoogd aantal circulerende neutrofielen. Deze komen van twee bronnen: het beenmerg en plaatsen in bloedvaten waar ze los aan de endotheelwand hadden gebonden. Dus leveren de effecten van cytokines een contributie aan de controle van een infectie terwijl de adaptieve immuunrespons wordt ontwikkeld. Interferonen: proteïnen die worden geproduceerd na de infectie van cellen met virussen. Ze interfereren met de virale replicatie in ongeïnfecteerde weefselcellen en blokkeren dus de spreiding van virussen naar ongeïnfecteerde cellen. Deze antivirale effectormoleculen (INF-alpha, INF-beta) zijn zeer verschillend van INF-gamma; dit cytokine is niet direct geïnduceerd door een virale infectie maar wordt later pas geproduceerd en heeft een belangrijke rol in het adaptieve immuunrespons op intracellulaire pathogenen. De synthese van interferonen is een respons op de aanwezigheid van dubbelstrengs RNA omdat dit een inducer is van INF-a en INF-B. Dubbelstreng RNA vormt het genoom van sommige virussen en kunnen gemaakt worden als deel van de infectieve cyclus van alle virussen. Dubbestrengs RNA wordt ook gevonden in dierlijke cellen maar ze zijn dan vrij korte moleculen, terwijl viraal RNA erg lang is zodat ze herkend worden als een verschillend moleculair patroon door de Toll-receptor TLR-3. Deze induceert dan de synthese van INF-alpha en INF-beta. Interferonen maken verschillende contributies voor de verdediging tegen virale infecties: • Inductie van een staat van resistentie tegen virale replicatie in alle cellen. INF-a en INF-B die door de geïnfecteerde cel worden gesecreteerd binden aan een gemeenschappelijke interferon receptor op zowel de geïnfecteerde cel als de naburige ongeïnfecteerde cellen. Deze receptor is gekoppeld aan een tyrosine kinase die snel nieuwe gentranscriptie induceerd. Deze nieuw gesynthetiseerde proteïnen helpen de virale replicatie te inhiberen. Voorbeeld proteïnen: ♦ Oligoadenylaat synthetase: indirecte degradatie viraal RNA (dus tussenstappen)
27
•
•
♦ PKR kinase: indirecte inhibitie van translatie waardoor het virale replicatie wordt geremd. ♦ Mx: nodig voor cellulaire resistentie tegen influenza virus replicatie Inteferonen hebben een rol in het proces van herkenning van pathogenen door het aangeboren immuunsysteem en activatie van een adaptieve immuunrespons. ♦ Andere TLRs (zoals TLR-4) induceren deze interferonen als respons op de herkenning van bacteriële celwand-componenten. Deze interferonen induceren de expressie van co-stimulatore moleculen op macrofagen en dendritische cellen, welke het mogelijk maken om zich als antigen-presenterende cellen te gedragen zodat ze T-cellen kunnen activeren. Dus een macrofaag en een dendritische cel die geactiveerd worden als hun Toll-receptoren pathogenen binden zijn in staat andere macrofagen en dendritische cellen te signaleren en rekruteren naar de aangeboren en adaptieve immuunrespons. ♦ INF-alpha en INF-beta stimuleren ook de verhoogde expressei van MHCmoleculen op alle celtypen. (MHC-moleculen: de presentatie van delen van het pathogeen). Naast macrofagen en dendritische cellen activeren ze ook NK-cellen om virus-geinfecteerde cellen te doden.
Plasmacytoid dendritische cellen: circulerende dendritische cellen die accumuleren in perifere lymfoide weefsel tijdens een infectie en kunnen tot 1000x meer interferonen produceren dan andere celtypen. HC5 Fungi zijn eukaryoot, niet fotosynthetische heterotrofen die exoenzymen produceren en nutriënten uit de omgeving opnemen door absorptie. De twee algemene morfologische vormen van fungi zijn de schimmel en de gist. Schimmels: groeien als vertakkende filamenten genaamd hyphen. Gisten: unicellulaire gisten hebben een ovale of sferische uiterlijk. Een gist is een ééncellige schimmel. Omgevingsfactoren bepalen vaak de vorm van de dimorfe fungus (schimmel of gist). Fungi groeien aeroob en velen van hen zijn strikte aeroben (kunnen niet leven in de afwezigheid van zuurstof). Temperaturen voor de optimale groei van verschillende groepen van pathogene fungi en de incubatietijd die nodig is voor de ontwikkeling van een kolonie verschillen per groep. Reproductie door sporenvorming kan seksueel of aseksueel. In sommige soorten komt beide voor. Fungi tolereren hoge osmotische druk en zure omgevingen met pH = 5,0. Saprofytisme symbiose: Saprotrofe schimmels leven op dood organisch materiaal dat ze afbreken tot stoffen die voor andere organismen (dieren, platen) opneembaar zijn. Parasitisme symbiose: Parasitaire schimmels leven ten koste van een levende gastheer. Mutualistische symbiose: er is sprake van een duurzame relatie tussen een schimmel en een plant of dier, waarbij beide voordeel hebben van de relatie. De hyphale celwanden zijn sterk en behouden de osmolaire stabiliteit. Ze bestaan uit carbohydraat componenten zoals chitine met cellulose. In gisten bestaan proteïnen van de celwand uit polysacchariden en soms ook lipide componenten. Sporen die via de lucht verspreiden ontkiemen op locaties waar de omgevingsfactoren gunstig zijn.
28
Er zijn twee soorten sporen die worden verkregen door aseksuele sporenvorming in schimmels: • Conidia: gevormd op conidiophoren • Sporangiosporen: gevormd in een sporangium (zakvormige structuur) van een sporangiophore, alleen door het phylum Zygomycota. In de meeste gisten is aseksuele splitsing door budding. Dochtercellen splitsen van hun oudercellen na de formatie van een septa op de plats van budding. De kolonies van gisten zijn zacht, rond en glad. Mechanismen betrokken bij fungale ziekten: • Weefsel invasie (mycosis) ♦ Superficiale mycose: huid en andere keratineseerde structuren en muceuze membranen. Dermatomycose: infecties van de huid of mucocutane junctions ontstaan door groei van fungi op de oppervlakte. Dermatophytose: invasie en destructie van structuren door dermatophyten. ♦ Subcutane mycose: dermis en subcutane weefsels. Ontstaat door lokale invasie van de dermis en subcutis door fungi. Vaak gevolgd door de penetratie van een vreemd lichaam. Phaeohyphomycose: als infectie is veroorzaakt door gepigmenteerde fungi. Mycetomas: tumor-achtige granulomateuze lesies. ♦ Systemische mycose: respiratorische en digestieve kanalen en andere orgaansystemen. • Toxine productie (mycotoxicosis) • Inductie van hypersensitiviteit Factoren die vatbaar maken voor fungale infectie: • Wijzigingen in de normale flora als resultaat van lange antimicrobiale therapie. • Immunosuppressie (gevolgd op corticosteroide therapie of virale infectie) • Blootstelling aan hoge infectieve dosis van sporen. • Immunologische defecten • Getraumatiseerde weefsels • Persistente vocht op de huid Diagnose van fungale ziekten: • Klinische symptomen en ziektegeschiedenis (vooral voor dermatophytosen). • Specimen voor diagnose: haren en huidcellen • Directe microscopische benadering van natte preparaten (bv. Ringworm). • Fungi worden geisoleerd op Sabouraud dextrose agar welke de groei van de meeste bacteriën remt. • Histopathologische demonstratie van fungale hyphen of gistvorming is nodig om de significantie van infecties aan te tonen. WC4 Virussen kunnen enorm verschillen in de verdraagzaamheid voor omgevingsfactoren. Envelop virussen worden bijvoorbeeld snel opgelost door lipide oplossen stoffen. Virussen in het algemeen zijn gevoelig voor uv en straling. Omdat retrovirussen diploïde zijn, zijn ze meer resistent dan anderen. Weefselcultuur is belangrijk voor viruspropagatie; inoculatie van kippenembryo’s en proefdieren worden gebuikt voor de isolatie en propagatie van bepaalde virussen. Deze propagatie is nodig voor
29
1. de isolatie en identificatie van virussen die betrokken zijn bij ziekten 2. voor de titratie van virussen voor vaccin productie. Het is belangrijk om de minimum dosis van het virus dat klinische symptomen veroorzaakt te bepalen. Titratie kan ook gebruikt worden om het totaal aantal virionen te meten of om het aantal infectieve vironen te berekenen. 3. voor de provisie van kuddes voor research doelen. Permissief: als een gastheercel de virus replicatie toestaat is deze permissief. Is een niet stabiele status. Virale aanwezigheid in celcultuur kan gezien worden door de beschadiging van cellen door cytopathische virussen. Gelabelde antilichamen kunnen gebruikt worden voor detectie. Voor het kwnatificeren van een virus is een verdunningsmethode gebruikelijk. Aan de hand van de verdunning en aantal celbeschadigingen (plaques) kun je bepalen hoeveel virus er is. Hier komt het aantal plaque forming units uit per ml verdunning. Cytopathische virussen doden de cellen die ze infecteren door necrose. Celdood door necrose ontstaat vaak later in de virale replicatiecyclus nadat de productie van nakomelingen voltooid is. Cytolyse verzorgt dan de afgifte van virionen. Wanneer de cel zelf in apoptose gaat is dit niet productief voor het virus, necrose wel. Niet cytopathische virussen zijn in latente staat niet productief, wanneer ze wel productief zijn zien we vaak een persisterende infectie. Belangrijke aspecten van virussen die nodig zijn voor overleving zijn: 1. De capaciteit om snel te vermeerderen, dit wel met mate, te snel is destructief voor de gastheer en het virus. Transmissie vind dan niet plaats door de snelheid van dood. 2. Replicatie tot een hoge titer (aantal antistoffen in het serum). 3. Het vermogen in bepaalde belangrijke weefsel te repliceren. Dit is vaak belangrijk voor de levenscyclus van het virus. Het tropisme is belangrijk voor bepaalde ziektepatronen en het voorkomen van anderen. Immunologisch minder sterke gebieden is hier ook een voorbeeld van. 4. De uitscheiding gebeurd voor langere periodes. 5. Het ontwijken van gastheerdefensie. 6. Het vermogen om na uitscheiding in de buitenwereld te overleven (capside vorming). 7. Verticale transmissie. RNA virussen muteren veel sneller door de afwezigheid van proofreading. Binnen een viruspopulatie zien we meerdere varianten door de snelle mutatie. We noemen dit een quasispecies concept, waarbij binnen een virussoort meerdere varainten voorkomt. Genetische recombinatie tussen virussen kan voorkomen wanneer twee virussen dezelfde cel infecteren. Dit kan op drie verschillende manieren: 1. Intramoleculaire recombinatie: uitwisseling van nucleotide sequenties. Dit gebeurt vaker tussen verwante virussen. Ook recombinatie tussen virus en cellulair DNA is mogelijk. 2. Reassortment gebeurt in RNA virussen met gesegmenteerde chromosomen. De segmenten worden dan in andere volgorde geplaatst. Ook tussen virussen in dezelfde cel kan uitwisseling van segmenten plaatsvinden. 3. Multipliciteit activatie gebeurd wanneer een infectieus virus ontstaat uit twee onschadelijke virussen in één cel. Dit is ook belangrijk te realiseren bij geattenueerde virussen voor vaccinatie. Virussen kunnen zich binnen het lichaam op verschillende wijzen verspreiden maar ze kunnen ook op locatie bij een lichaamsoppervlakte blijven. De cyclus van een virus door het lichaam is een kenbare stapsgewijze cyclus. Het virus repliceert eerst lokaal en daarna in locale lymfeklieren. Ze krijgen van
30
hier uit toegang tot de bloedbaan en veroorzaken een eerste viremia waardoor ze naar het doelorgaan kunnen. De virussen die hier geproduceert worden maken een tweede viremia wat ze weer naar de oppervlakten brengt om daar uitgescheden en verspreidt te kunnen worden. Sommige virussen repliceren in macrofagen die voor de verspreiding zorgen. Neutrofielen door de korte levensduur niet vaak. Met viremia wordt de intrede van een virus in het bloed bedoeld. HC6 Positieve selectie: de redding van dubbel-positieve cellen van apoptose en hun ontwikkeling in CD4 of CD8 single-positieve cellen. Ze worden gered als ze in staat zijn lichaamseigen MHC moleculen te herkennen. Alleen 10-30% van de T-cel-receptoren die worden gegenereerd door gen herverdeling zullen in staat zijn het juiste zelf-peptide:zelf MHC complex te herkennen en dus functioneren in zelf MHC-ingeperkte responsen tegen vreemde antigenen. Het gebeurt door corticale epitheelcellen. De MHC moleculen aanwezig in de omgeving waar T-cellen ontwikkelen bepalen de MHC-begrenzing van de mature T-cel receptor repertoire. De MHC moleculen die tot expressie worden gebracht door de thymische stromale cellen bepalen welke mature T-cellen zelf MHC zijn. De meest evan de ontwikkelende thymocyten brengen receptoren tot expressie die gecodeerd worden door transgenen. Thymocyten met een bepaalde T-cel receptor kunnen ontwikkelen tot een dubbel-positieve stadium in de thymussen die verschillende MHC moleculen dan diegenen waar die cel vandaan kwam, vertoonden. Deze transgene thymocyten ontwikkelden verder dan een dubbel-positieve stadium en werden alleen mature T-cellen als de thymus dezelfde MHC moleculen vertoonde als die waar de oorspronkelijke T-cel ook vandaan kwam. Negatieve selectie: T-cellen wiens receptoren zelf-peptide: zelf MHC complexen te sterk herkennen ondergaan apoptose. Zo worden potentiële zelf-reactieve cellen verwijderd. Als de T-cel receptor van een ontwikkelende thymocyt bindt aan een antigen op stromale of beenmerg afkomstige cellen in de thymus, ondergaat het apoptose. Deze respons van immature T-cellen aan stimulatie door antigenen is de basis van negatieve selectie. Eliminatie van deze T-cellen in de thymus voorkomt hun potentiële schadelijke activatie als ze worden blootgesteld aan dezelfde peptiden als ze mature T-cellen zijn en dus echt een reactie teweeg kunnen brengen na binding. Negatieve selectie kan in alle stadia van ontwikkeling plaatsvinden, en positieve en negatieve selectie hoeven niet per se achter elkaar plaats te vinden. Een probleem bij dit proces is echter wel dat veel weefsel-specifieke proteïnen niet in de thymus voorkomen. De stromale cellen die aanwezig zijn in de medulla van de thymus brengen wél deze proteïnen tot expressie door het gen AIRE (autoimmune regulator). AIRE komt tot expressie in stromale cellen die gelokaliseerd zijn in de medulla van de thymus. Negatieve selectie kan dus ook plaatsvinden voor proteïnen die anders beperkt zijn tot weefsels buiten de thymus. Mutaties in AIRE geven autoimmune ziekten: autoimmune polyglandular syndroom type 1 of autoimmune polyendocrinopathy-candidiasis-ectodermale dystrophie (APECED). Negatieve selectie vindt plaats in zowel de medulla als de cortex van de thymus en wordt gemedieerd door verschillende celtypen. Echter de meest belangrijke celtypen zijn de dendritische cellen en de macrofagen, samen met AIRE. Deze antigen-presenterende cellen kunnen ook mature Tcellen in perifere lymfoide weefsels activeren en de zelf-antigenen gepresenteerd door deze cellen zijn daarom de meest belangrijke bron voor potentiële autoimmune responsen. T-cellen die reageren op zulke zelf peptiden moeten onmiddellijk in de thymus geëlimineerd worden.
31
Gen herverdeling: de V regio’s van de receptoren worden gecodeerd in verschillende delen (gensegmenten). Deze worden bijeengebracht in de ontwikkelende lymfocyt door somatische DNA recombinatie om een complete V regio te produceren. Een volledige V regio bestaat uit twee of drie types van gensegmenten, waarvan elke meerdere kopieën in het genoom heeft. De selectie van deze gensegmenten van elk type tijdens de gen herverdeling gebeurd willekeurig, en een groot aantal mogelijke combinaties staan voor de diversiteit in het receptor repertoire. Antilichaam repertoire: het totale aantal antilichaam specificiteit die verkrijgbaar is voor een individu. Het aantal antilichaam specificiteit op een gegeven tijdstip is echter gelimiteerd door het aantal B-cellen in het individu en de eerdere blootstellingen aan antigenen. In gewoon DNA van niet-lymmfoide cellen zijn de V- en C-regio sequenties gelegen op een apart DNA fragment, maar in DNA van antilichaam producerende B-cellen liggen ze op hetzelfde DNA fragment. Hieruit volgt dat herverdeling van het DNA is gebeurd. De segmenten van genomisch DNA in immunoglobuline genen worden verdeeld in cellen van Blymfocyten, maar niet in andere cellen: somatische recombinatie. De V-regio van een heavy of light chain wordt gecodeerd door meer dan één gensegment. Voor de light chin wordt de V regio door twee aparte DNA segmenten gecodeerd. 1. Variabele of V gensegment: codeert voor het grootste deel 2. Joining of J gensegment Een heavy chain V regio wordt gecodeerd in drie segmenten. Naast de V en J heavy chains is er ook nog een derde gensegment: Diversity of D gensegment. Deze ligt tussen de V en J segmenten. Zie figuur: om een complete light chain of heavy chain mRNA te maken wordt het exon van de V regio bij de C regio gebracht door RNA splicing na transcriptie. Tot nu toe hebben we de formatie van een V regio besproken met maar één enkele kopie van het gensegment. Er zijn echter meerdere kopieën van alle gensegmenten in het genomische DNA. Het is de willekeurige selectie van één gensegment van elk type dat de grote diversiteit van V regio’s mogelijk maakt. Omdat er veel V, D en J gensegmenten zijn, is geen enkele essentieel. Dit reduceert de evolutionaire druk op elk gensegment om intact te blijven, en dit resulteert in een groot aantal pseudogenen (genen die coderen voor een niet-functioneel proteïne). Omdat deze ook herverdeling kunnen ondergaan net zoals een normaal gensegment, is een significante proportie van de herverdeling geïncorporeerd met een pseudogen en zullen dus niet functioneel zijn. Er zijn twee light chains: κ- en λ-chains. De immunoglobuline gensegmenten die elk van deze ketens vormen zijn georganiseerd in drie clusters of genetic loci (de κ-, λ- en heavy chain loci) waarvan elke een complete V regio kan vormen. Elk locus ligt op een verschillend chromosoom. De gen herverdeling die gensegmenten combineert om zo een complete V regio te vormen genereert diversiteit op twee manieren: 1. Combinatoriele diversiteit: er zijn verschillende kopieën van elk gensegment, en verschillende combinaties van gensegmenten kunnen gebruikt worden in verschillende herverdelingen. 2. Junctionele diversiteit: geïntroduceerd in de joints tussen de verschillende gensegmenten als resulaat van additie en subtractie van nucleotides door een recombinatieproces. 3. Een derde manier is de vele mogelijke combinaties van heavy en light chain V regio’s die paren om een antigen bindingsite te vormen in het immunoglobuline molecuul.
32
In κ-chain: V κ: 40 gensegmenten J κ: 5 gensegmenten
In λ-chain: V λ: 30 gensegmenten J λ: 4 gensegmenten
In heavy chain: V H: 40 gensegmenten J H: 6 gensegmenten D H: 25 gensegmenten In totaal 200 V κ regio’s In totaal 120 V λ regio’s In totaal 6000 V H regio’s Omdat zowel de heavy als de light-chain V regio’s een bijdrage leveren aan de antilichaam specificiteit kunnen alle 320 verschillende light-chains met de 6000 verschillende heavy chains combineren. Niet alle V gensegmenten worden gebruikt met dezelfde frequentie omdat: 1. Sommige zijn algemeen in antilichamen terwijl anderen niet zo vaak voorkomen. 2. Niet elke heavy chain is met elke light chain te combineren. Bepaalde combinaties zullen geen stabiel molecuul kunnen vormen. De light chain veranderd dan net ze veel van conformatie totdat een juiste combinatie is gemaakt of zal worden geëlimineerd. In zowel de heavy als light chains is de diversiteit van CDR3 verhoogd door de additie en deletie van nucleotides op twee stappen in de formatie van junctions tussen gensegmenten. De toegevoegde nucleotiden zijn P- en N-nucleotiden. Nucleotiden worden verwijderd uit segment junctions door exonucleases. De heavy-chain CDR3 kan dus korter zijn dan zelfs het kleinste D-segment. Als het totale aantal nucleotiden die toegevoegd zijn willekeurig is, is dit vaak in strijdt met het reading frame. Zulke frameshifts zullen leiden tot een non-funtionele proteïne. Nonproductieve herverdeling: de DNA herverdeling die leidt tot zulke proteïnen. Er zijn ook secundaire modificaties die alleen in B-cellen voorkomen, en dus niet in T-cellen. Deze zorgen allemaal voor meer diversiteit in het antilichaam repertoire dat bijdraagt om het antilichaam respons meer effectief te maken. 1. Somatische hypermutatie: introductie van puntmutaties in de V regio’s van immunoglobuline genen in geactiveerde B-cellen, wat varianten produceert die sterker binden aan het antigen. 2. Gen conversie: in sommige soorten is deze meer significant dan de combinatoriele diversiteit in de V regio’s tijdens de ontwikkeling van de immature B-cellen. 3. Class switching: maakt het voor antilichamen mogelijk om met dezelfde antigen specificiteit maar verschillende functionele eigenschappen geproduceerd kunnen worden. AID: het enzym dat betrokken is bij de secundaire modificaties. Somatische hypermutatie: gebeurd alleen in mature B-cellen die al zijn geactiveerd door hun corresponderende antigen en is afhankelijk van signalen van geactiveerde T-cellen. Somatische hypermutatie is vooral gericht op herverdeelde V regio’s, die actief worden getranscribeerd in Bcellen, en komen niet voor in inactieve loci omdat het enzym AID een enkelstrengs DNA substraat nodig heeft. Andere genen die worden getranscribeerd in de B-cel, zoals de C regio’s, worden niet aangetast terwijl de herverdeelde Vh en Vl genen worden gemuteerd en getranscribeerd zelfs als ze een nonproductieve herverdeling hebben ondergaan en dus geen functioneel proteïne coderen. Affiniteits maturatie: Klonen van B-cellen met de hoogste affiniteit voor antigenen hebben een voordeel in de overleving. Sommige mutante immunoglobuline moleculen binden hun antigen beter dan de originele B-cel receptoren en deze worden geselecteerd om te ontwikkelen.
33
De basenveranderingen worde n gedistribueerd door de hele V regio, mar niet compleet willekeurig. Er zijn bepaalde mutatie hotspots. Cytidine deanimatie naar Uracil door het enzym AID is het belangrijkste mechanisme van somatische hypermutatie. De diversiteit van T-cel receptoren wordt echter volledig verkregen door gen herverdeling en somatische hypermutatie vindt niet plaats. Hypermutatie is een adaptieve specialisatie van B-cellen om antilichamen met een zeer hoge affiniteit voor hun antigen te creëren die hun functies zeer efficiënt zullen uitvoeren. Omdat T cellen deze specialisatie niet nodig hebben is deze nooit ontwikkeld. Bovendien zijn veranderingen en deleties in receptor-binding specificiteiten in mature Tcellen schadelijker voor de immuunrespons dan in B-cellen. Gen conversie: sommige soorten hebben weinig of geen diversiteit in hun V, D en J gensegmenten die de genen van B-cellen vormen, en de v regio’s zijn dus hetzelfde in de meeste immature B-cellen. Deze migreren echter naar speciale microomgevingen waar ze snel prolifereren en verder diversificatie ondergaan. In vogels en konijnen komt genconversie vaak voor: een proces waarbij korte sequenties in de V regio worden vervangen met sequenties van een V gensegment pseudogen. Na de gen herverdeling is er geen verdere V D J recombinatie meer en alle dochtercellen van die Bcel zullen dus dezelfde genen tot expressie brengen. Echter kunnen verschillende C regio’s worden vertoont in de dochtercellen als deze cellen ontwikkelen en prolifereren als reactie op een immuunrespons. De eerste antigenen receptoren die tot expressie worden gebracht door B-cellen zijn IgM en IgD. Later in de immuunrespons kan dezelfde V regio ook IgG, IgA of IgE antilichamen produceren. Deze verandering is de klasse switching (of isotype switching). Het is irreversiebele DNA recombinatie en wordt gestimuleerd door externe signalen zoals de cytokines van T cellen of mitogenische signalen van pathogenen. Deze switchen ontstaan nadat de B cellen zijn gestimuleerd door een antigen. de switch regio is een regio met herhaalde DNA sequenties waar recombinatie voor klasse switching kan plaatsvinden. Alle switch recombinatie produceren genen die coderen voor een functioneel proteïne omdat alle switch sequenties in een intron liggen en dus geen frameshift mutaties kunnen veroorzaken. HC7 Het respiratoire kanaal heeft twee effectieve reinigingsmechanismen en een algemene: 1. Een deken van mucus geproduceerd door Gobletcellen 2. Een flow geproduceerd door epitheelcellen met ciliën. 3. Alveolaire macrofagen Desondanks is dit kanaal de meest algemene ingang voor virussen. Alle virussen die binnendringen via deze weg hechten aan specifieke receptoren op de epitheelcellen. Veel virussen blijven lokaal maar kunnen ook invasief zijn. De oesophagus wordt niet zo vaak geïnfecteerd door zijn sterke epitheel en snelle passage van doorgeslikt materiaal over het oppervlak. Het maag-darm kanaal is beschermd door mucus met specifieke secretorische antilichamen. Maar de peristaltiek zorgt ervoor dat virionen veel in contact komen met het epitheel. Ook kunnen ze opgenomen worden door M cellen die tegen het ileumepitheel aan liggen waar ze worden doorgegeven aan mononucleaire cellen waar ze kunnen repliceren. Virussen die darminfecties geven zijn over het algemeen zuur en gal-resistent (uitzonderingen). Sommige enterische virussen zijn niet alleen resistent tegen inactivatie door proteolytische enzymen in de maag en darm, hun infectiviteit kan ook verhoogd worden. Arbovirussen: De meeste virussen die verspreiden door tussengastheren (Arthropoda) repliceren ook in deze vector. Infectie kan ook gebeuren door de beet van een geïnfecteerd dier.
34
Kleine scheuren of obstructies in de mucosa en epitheel van de vagina kun ontstaan tijdens seksuele activiteit en vormt toegang voor virussen. Tropisme: de capaciteit van een virus om selectief cellen in specifieke organen te infecteren. Virale tropisme is afhankelijk van virale en gastheerfactoren. Zo moet er een interactie kunnen plaatsvinden tussen virale proteïnen en overeenkomstige cellulaire receptoren van de gastheer. Deze receptoren zijn vaak ingeperkt tot bepaalde celtypen in bepaalde organen en alleen deze cellen kunnen dus geïnfecteerd raken (= tropisme). Andere intracellulaire factoren zoals enhancers (korte sequenties die weefselspecifieke transcriptie reguleren) zijn nodig voor productieve infectie. Tijdens de incubatie periode verspreid de infectie door het lichaam op stapsgewijze manier: 1. Het virus repliceert eerst lokaal in weefsels 2. Daarna in lokale lymfeknopen. 3. Entree in de bloedstroom (primaire viremie) 4. Doelorganen (vnl lymfe-organen en lever) 5. Verspreiding en infectie van de volgende gastheer Virussen die het lichaam via het repiratoire of maag-darmkanaal binnendringen kunnen snel verspreiden in de laag van vocht die de epitheliale cellen bedekken. Deze virussen hebben ook een korte incubatie periode. Er is weinig of geen invasie naar subepitheliale weefsels omdat verspreiding via de feces of hoesten, niezen, eten en drinken mogelijk is en er dus geen invasie nodig is. Ze repliceren ook niet in diepere weefsels omdat daar geen juiste receptoren aanwezig zijn of omdat knip-proteases alleen aanwezig zijn in het epitheel of omdat de temperatuur daar niet optimaal is. De verspreidingspatronen worden bepaald door de localisatie van de insertie van virale oppervlakte glycoproteinen in de plasmamembraan van de gastheercel. Virale glycoproteinen localisatie is afhankelijk van specifieke signaal sequenties in de glycoproteinen zelf. Als de virionen de lymfeknopen binnendringen worden ze blootgesteld aan macrofagen. Ze kunnen dan geïnactiveerd en vernietigd worden door macrofagen en dendritische cellen zodat hun antigenen worden geproduceerd aan lymfocyten en een immuunrespons op gang komt. Sommige virussen kunnen echter repliceren in macrofagen, dendritische cellen of lymfocyten. Sommige virionen kunnen direct via lymfeknopen de bloedstroom betreden. Transfusie van geïnfecteerd bloed, niet steriele instrumenten en de beet van Arthropoda vectoren kunnen zorgen dat virussen gelijk in de bloedstroom terecht komen. Primaire viremie: De eerste entree van een virus in de bloedstroom. deze kan klinisch stil zijn. Virus replicatie kan dan plaatsvinden in doelorganen wat leidt tot de productie van veel hogere concentraties. Secundaire viremie. Deze kan leiden tot infecties in andere delen van het lichaam. Omdat virionen die circuleren in het bloed vlug worden verwijderd door macrofagen zijn grote aantallen nodig om viremie te introduceren. De viremie wordt grotendeels behouden door de infectie van endotheelcellen. Echter als virussen falen om een significante viremie te genereren komt dit vaak doordat hun capaciteit om in de bloedstroom te dringen (invasief) niet goed genoeg is In het bloed kunnen virionen vrij in het plasma of geabsorbeerd worden in leukocyten, platelets of erytrocyten. Virionen die worden gedragen door leukocyten (lymfocyten of monocyten) worden niet bestreden en zijn beschermd tegen antilichamen en andere plasma componenten en kunnen zo naar verdere weefsels getransporteerd worden. Neutrofielen hebben een zeer korte levensduur en
35
hebben sterke antimicrobiale mechanismen en ze worden maar zelden geïnfecteerd hoewel ze wel aan fagocytose doen. De antivirale actie van macrofagen is afhankelijk van de leeftijd en genotype van de gastheer en de plaats van origine in het lichaam. Ook de staat van activatie is belangrijk. Trojan Horse mechanisme van invasie: virussen kunnen weefsels binnendringen door de mobiele monocyten/macrofagen als deze over cappilaire of sinusoidale wanden migreren (diapedese). Virionen kunnen ook meer passief tussen endotheelcellen en basaalmembranen passeren of ze kunnen endotheelcellen infecteren en hun pad door deze barrière heen groeien. Infectie van het respiratoire kanaal leidt tot: 1. Lokale beschadiging van de golf die door cilien werden geproduceerd. 2. Lokaal verlies van de integriteit van de bedekkende mucus 3. Multifocale beschadiging van de epitheelcellen. De pathofysiologische effecten van virale diarree zijn de consequenties van de destructie van epitheelcellen in de darm en hun vervanging door immature cellen die niet normale absorptie, resorptie en enzym-secretorische functies kunnen uitoefenen. Een belangrijke route voor infectie van het CZS zijn de perifere zenuwen. Deze virussen moeten celceljunctions kunnen passeren. Doordat virussen door axonen ook vanuit het CZS naar perifere weefsels kunnen dringen kan er reactivatie van latente infecties plaatsvinden. Doordringen van de bloed-hersen barrière door virussen: • Penetreren van deze barrière doordat ze klein genoeg zijn. • Infecteren van het endotheel en door deze barrière heen groeien. • Localiseren in bloedvaten in de meninges en binnendringen door progressieve estensie. • Infecteren van de choroide plexus en ependym en verder invasie door de cerebrospinale vocht. In de meeste gevallen is dit een dood eind en kunnen de virussen zich niet verspreiden. Infectie en schade aan het reticuloendotheel en lymfoide weefsels verzekeren een binnengedrongen virus ervan bescherming te hebben tegen verwijdering en ontsteking of immunologische inactivatie. De uitgang van een virus is vaak de lichaamsopening of oppervlakte die ook betrokken waren bij de entree van het virus. Sommige virussen worden echter verspreid door meerdere lokaties/mechanismen. De hoeveelheid virus die wordt verspreid in een excretie of secretie is belangrijk voor de transmissie. Zeer lage concentraties kunnen irrelevant zijn tenzij er grote volumes bij betrokken zijn. Sommige virussen kunnen ook in hoge concentraties voorkomen en dan is er maar een kleine hoeveelheid nodig om de kans op transmissie naar een andere gastheer zo hoog mogelijk te maken. De huid is de belangrijkste bron van virussen in ziekte waarbij de transmissie gebeurt via direct contact of via kleine obstructies. Virussen worden geproduceerd in zeer hoge aantallen in vesiculaire lesies en worden verspreid als deze vesikels breken. Urine, contact met de mucosa van de vagina tijdens gemeenschap, melk en bloed zijn andere transmissie-routes van virussen.
36
WC5 Belangrijke factoren voor de overleving van bacteriën zijn temperatuur, vochtigheid, zuurstof en voedingsstoffen. Vaak wordt hitte gebruikt om bacteriën te inactiveren, invriezen juist om ze te bewaren. Ander inactivatiemethoden zijn lage pH en hoge osmotische druk. Bij de vorming van endosporen zijn hogere temperaturen voor langere tijd nodig. Wanneer een bacterie in een medium wordt gebracht zien we een kenmerkende curve voor de bacteriegroei. De lag fase is voorafgaand aan deling en de cellen verzamelen dan voedingsstoffen voor de deling. De exponentiële fase is de delingsfase. Uiteindelijk is dit gelimiteerd door de voedingsstoffen en de productie van toxinen. Er is een stationaire fase waarin de aantallen gelijk blijven. Uiteindelijk komen ze in een aflopende fase waarin meer bacteriën dood gaan dan delen. Toevoeging van continu nieuwe voedingsstoffen en verwijdering van afvalstoffen kan de bacterie in de exponentiële fase houden. Microaerofielen hebben een klein beetje zuurtsof nodig. Verder heb je anaeroob, aeroob en facultatief, dat is beiden. Om te groeien heeft een bacterie nodig: pH, temperatuur, osmolariteit, nutriënten. Manieren van bacteriën om zich aan het immuunsysteem te ontrekken zijn: voorkoming van herkenning (verschillende coats; intra-cellulair verblijven; in weefsel met weinig immuunsysteem zitten zoals neuraal en ogen; inkapselen; antigenen variatie; snelle vermenigvuldiging). Verder productie van toxinen die het immuunsysteem vernietigen; proteasen die antilichamen knippen; FCFactor die antilichamen verkeerd om bindt; kapsels van suikerlaag op oppervlakte die antilichaambinding voorkomen. Macrofagen moeten de bacterie herkennen om op te eten. Voor een bacterie om pathogeen te zijn: aanhechtingsmogelijkheden (flagella, fimbriae, plakkerig kapsel) voor binnenkomen; bestand tegen maagzuur; toxine productie. Commensale bacteriën kunnen helpen dit voorkomen door bijvoorbeeld de darmwand en de aanhechtingsmogelijkheden te bezetten, competitie, kolonisatie resistentie door gebruik van deze plaatsen en voedingsstoffen. E. Coli in de darm helpt daarnaast bij vertering en maakt vitamine K12 aan. 2 redenen voor het veroorzaken van een ziekte in de gastheer is verspreiding en gebruikt voedingsstoffen uit kapotte cellen. Bij heftige ziekte (emerging disease bijv.) is het nadelig omdat de verspreiding dus ook niet goed gaat door te snelle doding gastheer. Een niet-pathogene E. coli kan dit wel worden door genetische veranderingen. Een plasmide is hiervoor geschikt en transformatie en conjugatie het meest voorkomend. Clostridium: dit zijn gram positieve, catalase negatieve en fermentatieve bacteriën. Ze behoeven een verrijkt medium voor groei. Ze zijn beweeglijk door flagella en produceren endosporen. De meeste pathogenen zijn strikt anaeroob. Ze leven in water en zee, als commensalen in de darmen en endosporen komen in de spieren en lever voor. Na activatie kunnen deze endosporen ziekte veroorzaken. Clostridium tetani is de verwekker van tetanus. HC8 en 9 Lymfeknopen: zeer hoog georganiseerde lymfoide organen gelokaliseerd op punten waar lymfevaten bij elkaar komen. Het collecteert extracellulair vocht vanuit de weefsel en brengt het terug naar het bloed. Éénrichtingsverkeer. Afferente lymfevaten: draineren vocht vanuit de weefsels en dragen pathogenen en antigendragende cellen vanuit het geïnfecteerde weefsels naar de lymfeknopen. High endotheliale venulen (HEV): speciale bloedvaten waar lymfocyten vanuit het bloed de lymfeknopen binnendringen tussen de wanden van deze speciale bloedvaten. in de lymfeknopen: • Cortex: de B-cellen zijn gelokaliseerd in follikels. • Paracorticale gebieden (of T-cel zones): gebied met T-cellen.
37
Lymfocyten die vanuit het bloed naar de lymfeknopen migreren passeren eerst de paracorticale gebieden, en omdat ze worden aangetrokken door dezelfde chemokines, antigen-presenterende dendritische cellen en macrofagen worden hier ook gelokaliseerd. B-cellen hebben niet alleen antigenen maar ook T-helpercellen nodig om geactiveerd te worden. De organisatie van de lymfeknoop verzekert het dat voordat de naive B-cellen de follikels enteren dat ze door een T-cel zone heen migreren. Sommige van de B-cel follikels hebben ook germinal centers, waar geactiveerde B-cellen intense proliferatie ondergaan en differentiëren in plasmacellen. Milt: het collecteert antigenen van het bloed en is betrokken bij de immuunrespons naar bloedgedragen pathogenen. Lymfocyten enteren en verlaten de milt via bloedvaten. Het collecteert ook oude rode bloedcellen. • Rode pulpa: de plaats voor het verwijderen van rode bloedcellen • Witte pulpa: geïsoleerde gebieden waar lymfocyten en andere zones langs arteriolen liggen. • Periarteriolaire lymfoide sheath (PALS): T-lymfocyten rondom arteriolen. Marginale zone: rondom een germinal center. Het heeft vooral macrofagen en een residente, niet circulerende populatie van B-cellen. In de Peyer’s patches worden antigenen van de epitheliale oppervlakten van het gastrointestinale kanaal gecollecteert door gespecialiseerde epitheliale cellen: M-cellen. De lymfocyten vormen een follikel wat bestaat uit een centraal gedeelte van B-cellen met daaromheen een klein aantal T-cellen. Lymfocyten enteren de Peyer’s patches vanuit het bloed en verlaten deze via efferente lymfevaten. Effector lymfocyten die zijn gegenereerd in de Peyer’s patches migreren door het lymfesysteem naar de bloedstroom waar ze naar de mucosa weefsels migreren om daar hun functie uit te oefenen. De perifere lymfoide organen zijn geen statische structuren maar veranderen dramatisch als er een infectie optreedt. Zo zijn de lymfeknopen opgezwollen als de B-cel follikels van een lymfeknoop vergroten doordat de B-cellen proliferen om germinale centers te vormen. MALT: mucosa associated lymfoid tissue: bescherming van mucosale oppervlakken. Het heeft geen aanvoerende lymfevaten. GALT: Gut associated lymfoid tissue. Peyer’s patches, lymfoide follikels, appendix, neus- en keelamandelen en mesenterische lymfeknopen. NALT: nasal associated lymfoid tissue BALT: bronchus associated lymfoid tissue Lymphopoiesis: de productie van nieuwe lymfocyten. Centrale lymfoide organen: plaats waar lymphopoiesis plaatsvindt. Dit zijn het beenmerg voor Bcellen en de thymus voor T-cellen. Perifere lymfoide organen: lymfeknopen, milt en MALT. In mature individuen is de ontwikkeling van nieuwe T-cellen in de thymus vertraagd en T-cel aantallen worden behouden door de langlevende individuele T-cellen en de divisie van mature Tcellen buiten de centrale lymfoide organen. B-cellen worden continu geproduceerd, ook tijdens adulte leven. De cellen van de lymfoide stamlijn (B-cellen, T-cellen, NK-cellen) stammen allemaal af van algemene lymfoid progenitors, welke zelf ontwikkelen uit de pluripotente hematopoietische stamcel waaruit alle bloedcellen ontstaan. Eigenschappen die nodig zijn voor de functie van de mature cel worden langzaam verkregen, tegelijkertijd met het verlies van eigenschappen die meer karakteristiek zijn voor de immature cel. Bij
38
lymfocyt ontwikkeling worden cellen eerst gebonden aan de lymfoide stamlijn, en daarna pas tot Bof T-cel. De stromale cellen uit het gespecialiseerde micro-omgeving van het beenmerg produceeren signalen voor de ontwikkeling van lymfocyt progenitors vanuit hematopoietisceh stamcellen en voor de differentiatie van B-cellen. Zulke signalen werken in op ontwikkelende lymfocyten en zetten sleutelgenen aan die het ontwikkelingsprogramma activeren. De contributie van de stromale cellen: 1. ze vormen specifieke adhesieve contacten met de ontwikkelende lymfocyten door interacties tussen celadhesie moleculen en hun liganden. 2. ze bieden membraangebonden cytokines en chemokines die de lymfocyte differentiatie en proliferatie controleren. De hematopoietische stamcellen differentiëren eerst in MultiPotente Progenitor cellen (MPPs) die zowel lymfoide als myeloide cellen kunnen produceren maar niet langer zelfvernieuwende stamcellen zijn. Het volgende stadium is de early lymfoid progenitor (ELP). Signalen door receptoren zijn nodig voor de differentiatie van deze cel tot de Early T-lineage Precursor (ETP) of de Common Lymfoid Progenitor (CLP). De CLP laat de pro-B-cel ontstaan, waarin immunoglobine gen herverdeling start. Bepaalde transcriptiefactoren werken samen om de expressie van proteïnen te controleren die de pro-B-cel status bepalen. Zodra deze cellen ontwikkelen migreren ze naar het beenmerg, maar blijven in contact met de stromale cellen. De vroegste stamcellen legen in een regio genaamd het endosteum. Ontwikkelende B-cellen maken contact met reticulaire stromale cellen en terwijl ze ontwikkelen migreren ze naar de centrale sinus van het beenmerg. De laatste stadia van ontwikkeling van B-cellen in volwassen B-cellen gebeurd in de perifere lymfoide organen. Bepaalde cytokines op de stromale cellen zijn nodig om de groei van hematopoietische stamcellen en de vroege B-lineage progenitors (pro-B-cel) te stimuleren. Stadia in B-cel ontwikkeling: early pro-B-cel, late pro-B-cel, large pre-B-cel, small pre-B-cel en mature B-cel. Expressie van de functionele heavy chain staat de formatie van de pre-B-cel receptor toe, wat het signaal is voor de cel om in een volgend stadium te ontwikkelen: de herverdeling van de light chain. T-cel ontwikkeling in de thymus omvat wat processen die niet aanwezig zijn in de B-cellen, zoals de generatie van twee verschillende lijnen van T-cellen: γ:β en de α:β stamlijnen, die verschillende antigen-receptoren dragen. Ontwikkelende T-cellen ondergaan ook een extensieve selectieproces dat afhankelijk is van de interacties met thymocyten en die de vorm van het T-cel repertoire bepalen om zelf-MHC restrictie te en zelftolerantie te waarborgen. De thymus bestaat uit meerdere lobben. • Thymische cortex: bevat alleen immature thymocyten en een paar macrofagen. • Medulla: bevat meer mature thymocyten, dendritische cellen en macrofagen. • Thymische stroma: in jonge individuen bevat de thymus grote aantallen ontwikkelende T-cel precursors in dit netwerk van epitheel. Dit produceert een juiste micro-omgeving voor de ontwikkeling van T-cellen analoog aan die van B-cellen door de stromale cellen van beenmerg. T-lymfocyten ontwikkelen van een lymfoide progenitor in het beenmerg die ook B-cellen ontwikkelen. Sommige van deze progenitors verlaten het beenmerg en migreren naar de thymus. Daar ontvangen ze een signaal om specifieke genen aan te zetten (Notch signaal). Dit signaal zorgt ervoor dat er T-cellen ipv B-cellen worden gemaakt.
39
De meeste ontwikkeling vindt plaats in de cortex. Alleen mature single-positieve cellen worden gevonden in de medulla. De progenitors van het beenmerg enteren de cortico-medulaire junction en migreren naar de buitenste cortex. In deze subcapsulaire regio van de thymus prolifereren grote immature dubbel-negatieve tymocyten. Contact met de MHC moleculen zorgt ervoor dat ze overleven (positieve selectie). De overgebleven ontwikkelende, single-positieve T-cellen migreren van de cortex naar de medulla waar de negatieve selectie plaatsvindt. De antigen-presenterende cellen in deze omgeving zijn dendritische cellen en brengen co-stimulatore moleculen tot expressie, die normaal afwezig zijn in de cortex. Speciale medullaire epitheelcellen presenteren perifere antigenen voor de inductie van zelftolerantie. De thymocyten beïnvloeden de verdeling van thymische epitheelcellen waarvan ze afhankelijk zijn voor overleving en induceren de formatie van reticulaire epitheelstructuren die de ontwikkelende thymocyten omgeven. De thymus is onafhankelijk gekoloniseerd door vele macrofagen. De thymus stopt met groeien na de geboorte (soms nog een aantal weken door: muis). Het aantal Tcellen die geproduceerd worden door de thymus is het grootst voor de puberteit. Hierna begint hij te krimpen en is de productie van nieuwe T-cellen laag, maar gaat wel door het verdere leven. Verwijdering van de thymus na de puberteit heeft geen verlies van T-cel functie of aantallen tot gevolg. Dus is er al een significante T-cel repertoire aangelegd die behouden blijft zonder de productie van nieuwe T-cellen. Geisoleerde lymfoide follikels: ze bestaan net als Peyer’s patches uit epitheel met M-cellen over een georganiseerde lymofide weefsel, maar bevatten voornamelijk B-cellen en ontwikkelen alleen na de geboorte. Peyer’s patches zjin al aanwezig in de fetale darm. Dezelfde geïsoleerde follikels worden gevonden in de wand van het respiratoire kanaal (BALT) en de neus (NALT). Peyer’s patches en geïsoleerde lymfoide follikels zijn verbonden door lymfevaten om zo de mesenterische lymfeknopen te draineren. De immuunresponsen die worden gegenereerd als antigen wordt herkend in GALT is anders dan de respons die ontstaat na stimulatie in de lymfeknopen of milt omdat de micro-omgeving van de GALT zijn eigen hoeveelheid lymfoide cellen, hormonen en andere immunomodulerende factoren heeft. De mesenterische lymfeknopen en Peyer’s patches differentiëren onafhankelijk van het systemische immuunsysteem tijdens foetale ontwikkeling en er zijn andere specifieke chemokines en receptoren bij betrokken. WC6 B-cellen zijn gespecialiseerd om antilichamen te maken en dus extra-cellulaire pathogenen. T-cellen zijn gespecialiseerd voor intra-cellulaire pathogenen. Ook kunnen ze indirect voor extra cellulaire pathogenen werken door B-cellen te stimuleren. Immuniteit gemedieerd door antilichamen noemen we humorale immuniteit, door cellen cellulair. De meest directe methode waarop antilichamen werken is door neutralisatie, door binding wordt de toegang tot cellen gestopt. Deze variant is belangrijk bij virussen. Bij bacteriën is dit niet voldoende en berust de werking dus ook op het helpen van de macrofaag door antilichamen. Antlichamen kunnen bijvoorbeeld de herkenning door macrofagen versterken. Deze variant kennen we als opsonisatie. De laatste functie van antilichamen is de complement activatie. Deze wordt ook door het aangeboren immuunsysteem geactiveerd, maar antilichamen op de bacteriele oppervlakten vormen receptoren voor binding van het eerste complement factor. Dus zodra antilichamen binden wordt het complement systeem versneld. De binding van complement maakt de bacterie ook weer beter herkenbaar voor fagocytose. Soms kan complement zelf de bacterie vernietigen. Uiteindelijk worden alle moleculen die door antilichamen gebonden zijn bezorgd bij de fagocyten. Complement en macrofagen zijn niet antigeen specifiek maar hangen dus af van de specificiteit van antilichamen.
40
Antilichamen kunnen niet in cellen komen waar wel pathogenen kunnen zitten. De destructie van deze pathogenen hangt af van een cellulaire respons van T-cellen. De zogenaamde cytotoxische Tcellen voeren deze functie uit door het doden van geïnfecteerde cellen. Ze herkennen deze cellen door presentatie van de antigenen op het celoppervlak. T-cellen bestaan uit twee groepen cellen, CD4 en CD8, afhankelijk van welk eiwit ze op hun oppervlakte hebben. Cytotoxische T-cellen hebben CD8 en doden cellen, CD4 cellen hebben een helpende functie voor verschillende antigeenpresenterende cellen. CD4 cellen kunnen in verschillende effectorcellen differentiëren. TH1 cellen activeren macrofagen en helpen met lysosoomfusie, eveneens helpen ze B-cellen voor antilichaamproductie door co-stimulerende signalen (cytokinen) en interactie. Deze laatste signalen zijn vrijwel altijd noodzakelijk voor een B-cel om actief te worden. TH2 cellen zijn helemaal en volledig toegewijd aan het helpen van de B-cellen voor antilichaam productie. Een antilichaam herkend een antigen aan epitoop. De doelcellen van de T-cellen hebben dus antigeen presentatie op hun oppervlak. De MHC moleculen zorgen hiervoor. MHCI klasse tonen peptiden uit het cytosol en dus mogelijk voor virale eiwitten (alle cellen). MHCII doet dit voor peptiden uit intracellulaire vesicelen en dus voor parasieten in macrofagen en B-cellen (antigeen presenterende cellen: dendrieten, macrofagen, B-cellen). CD8 bindt aan MHCI, CD4 aan MHCII. De expressie van MHC klassen wordt gereguleerd door interferonen en andere cytokinen. Interferonen worden vroeg in virale infecties geproduceerd en stimuleren MHCI aanmaak. AIDS (Acquired immune deficiency syndroom): veroorzaakt door de virussen HIV1 en HIV2. deze ziekte vernietigd T-cellen, dendritische cellen en macrofagen die CD4 dragen, wat leidt tot infecties met intracellulaire bacteriën en andere pathogenen die normaal gecontroleerd worden door deze cellen. Bij vaccinatie van een levend geattenueerd virus is het onderscheid tussen een ziek dier en een gevaccineerd dier niet te maken. De cytotoxische t-cel is alleen betrokken bij levende vaccins, humorale afweer bij alle vaccins. WC7 De T-cel receptor is een immunoglobuline, de TCR niet. De immunoglobuline wordt ook als antilichaam uitgescheden, terwijl de T-cel dit niet kan en maar één bindingsite heeft (BCR 2). TCR reageert ook niet op een heel pathogeen maar op een peptidefragment gebonden aan een MHC. De MHC moleculen zijn zeer polymorfisch en de verschillende vormen verschillen voornamelijk in de spleet op het moelcuul. In deze spleet wordt het peptidefragment gebonden. Een belangrijk element aan een MHC molecuul is dat ze onstabiel zijn als ze geen peptide gebonden hebben en dat ze meerdere peptiden moeten kunnen binden. Er zijn eveneens nog verschillen tussen MHCi en II. I: binding is stabiel door verankering aan beide kanten van de spleet. Ze binden peptiden van 8-10 aminozuren en die liggen in een langwerpige vorm. II: deze peptiden zijn veel langer. De twee eigenschappen van MHC-moleculen die het moeilijk maken voor pathogenen om het immuunsysteem te ontwijken zijn: 1. Het MHC is polygenetisch: het bevat meerdere verschillende MHC-klasse 1 en 2 genen, zodat elk individu een set van MHC moleculen bezit met verschillende peptide binding specificiteiten. 2. Het MHC is zeer polymorf: er zijn meerdere varianten van elk gen in de populatie. De genen die coderen voor de α-ketens van MHC-klasse 1 moleculen en de α en β-ketens liggen op hetzelfde chromosoom, de genen voor het β2-microglobuline en de invariante keten liggen op verschillende chromosomen. Deze genen heten HLA-genen in mensen en H-2 genen in muizen.
41
Er zijn drie klasse 1 α-ketens in mensen: HLA-A, HLA-B en HLA-C. er zijn ook drie paren van MHCklasse 2 genen: HLA-DR, HLA-DP en HLA-DQ. Bij veel mensen bevat de HLA-DR cluster een extra βketen gen van welk zijn product kan binden met een DR-α-keten. Dit betekend dat er drie sets van genen zijn die 4 types MHC-klasse 2 moleculen kunnen laten ontstaan. De aanwezigheid van verschillende genen voor elke MHC klasse betekend dat elk inidividu de benodigheden heeft om veel meer peptiden te kunnen presenteren dan dat er maar één MHCmolecuul van elke klasse tot expressie werd gebracht. De transcriptie van MHC-klasse 1 wordt gestimuleerd door de blootstelling aan bepaalde interferonen. Deze worden geproduceerd door virale infecties als onderdeel van het aangeboren immuunrespons, zodat dit effect het vermogen van cellen om virale proteïnen te produceren en deze presenteren aan het celoppervlak, verhoogd. Dit helpt om de juiste T-cellen te activeren en het aangeboren en adaptieve immuunrespons te stimuleren. Expressie van alle moleculen wordt geïnduceerd door een bepaald interferon (INF-γ) via de productie van een transcriptionale activator: MHC klasse 2 transactivator CIITA. Afwezigheid van CIITA veroorzaakt een immunodeficientie door de nonproductie van MHC-klasse 2 moleculen. Elk MHC-klasse 1 en 2 allelen allel komt relatief frequent voor in de populatie zodat er maar een kleine kans is dat de corresponderende MHC loci op beide homologe chromosomen van een individu hetzelfde allel vertonen (homozygoot). De meeste individuen zijn dus heterozygoot. De combinatie van MHC allelen gevonden op een enkel chromosoom is bekend als MHC haplotype. Expressie van allelen is codominant, zodat elk product van elke allel tot expressie wordt gebracht. Door dit polymorfisme wordt het aantal mogelijke MHC-moleculen verdubbeld en wordt de diversiteit verhoogd. Met drie MHC-klasse 1 genen en vier mogelijke sets MHC-klasse 2 genen op elk chromosoom 6 van een mens, heeft ieder individu zes MHC-klasse 2 moleculen en acht MHC-klasse 2 moleculen op zijn cellen. Voor MHC-klasse 2 genen kan het aantal nog verhoogd worden door de combinaties van α- en β-ketens die gecodeerd worden door verschillende chromosomen. In muizen is aangetoond dat dit niet altijd een stabiele binding oplevert zodat de exacte aantal verschillende MHC-klasse 2 moleculen die tot expressie gebracht kunnen worden afhankelijk is van welke allelen aanwezig zijn op elk chromosoom. Monomorfe ketens: de ketens die niet variëren in sequentie tussen verschillende individuen. Veel van de polymorfen in MHC-moleculen veranderen de aminozuren die rond de ‘zakken’ liggen en veranderen dus de binding specificiteit. Dit veranderd ook de anchor residuen van peptiden die kunnen binden. het set van anchor residuen die binding aan een gegeven allel van MHC-klasse 1 of 2 toestaan is het sequentie motif. MHC-restrictie: antigen herkenning door T-cellen is afhankelijk van de aanwezigheid van specifieke MHC-moleculen in de antigen-presenterende cel. Deze T-cellen binden het complex MHC, en niet alleen het peptide. De binding is dus ook afhankelijk van het soort MHC-molecuul. MHCI Proteasoom: proteïne degradatie in het cytosol. Het proteasoom is belangrijk in de productie van peptide liganden voor MHC-klasse 1 moleculen en is onderdeel van de ubiquitin-afhankelijke degradatie van cytosolische proteïnen (structuren met ubiquitin gebonden worden gedegradeerd) wat leidt tot een efficiëntere presentatie van peptiden door MHC-klasse 1 moleculen.
42
Defective ribosomal products (DRiPs): worden herkend en gemerkt met ubiquitin voor snelle degradatie door het proteasoom. Dit zorgt ervoor dat eigen proteïnen en proteïnen van pathogenen veel peptiden genereren voor migratie naar het proteasoom voor eventuele presentatie door MHCklasse 1 proteïnen. ERAAP (Endoplasmic Reticulum Aminopeptidase associated with Antigen Processing): peptiden die te lang zijn om MHC-klasse 1 moleculen te binden kunnen naar het ER getransporteerd worden, waar de amino-einden kunnen worden geknipt door dit aminopeptidase ERAAP. Cross-presentatie: de presentatie van exogene antigenen door MHC-klasse 1 moleculen aan CD8 Tcellen. Als exogene proteïnen het cytosol hebben bereikt kunnen ze gedegradeerd worden door het proteasoom en hun peptiden kunnen terug naar het ER worden getrasnporteerd waar ze in MHCklasse 1 moleculen worden geladen. Cross-presentatie gebeurd voor antigenen op weefsel of cellen, virussen, bacteriën en tumor antigenen. Het gebeurd voornamelijk in dendritische cellen die CD8 presenteren op hun celoppervlak; ze zijn zeer efficiënt in het opnemen van exogene antigenen van het endosomale systeem door fagocytose en transloceren van deze antigenen naar het cytosol voor processing en presentatie door MHC-klasse 1 moleculen.. Alleen als een peptide is gebonden wordt het MHC-klasse 1 molecuul van het ER losgelaten en toegestaan om naar het celoppervlak te migreren. Nieuw gesynthetiseerde MHC-klasse 1 moleculen die het ER binnentreden worden gebonden aan een chaparone proteïne: Calnexine. Deze houdt het MHC-molecuul in een deels gevouwen staat in het ER. Zodra de α- en β2-keten samenkomen, dissocieert Calnexine van het molecuul en wordt er een MHC-klasse 1 loading complex aan gebonden. Deze bestaat uit de volgende componenten: • Calreticuline: chaperone functie. • Tapasine: TAP-geassocieerd proteïne die de brug vormt tussen TAP en het MHC-molecuul waardoor transport van het peptide naar het MHC-molecuul mogelijk wordt gemaakt. • Erp57: chaperone proteïne die een rol heeft in het breken en hervormen van de disulfide binding in het MHC-klasse 1 α2 domein tijdens peptide lading. • TAP: transporter van peptide naar de peptide-binding-cleft van het MHC-klasse 1 molecuul. In cellen met mutante TAP genen blijft het MHC-klasse 1 molecuul in het ER onstabiel en wordt uiteindelijk terug naar het cytosol getransporteerd waar het wordt gedegradeerd. Naast TAP heeft het complex eigenlijk een peptide-editing functie; de ruil van lage-affiniteit peptiden gebonden aan het MHC-klasse 1 molecuul voor peptiden van een hogere affiniteit. De binding van een peptide aan het gedeeltelijk gevouwen MHC-molecuul zorgt ervoor dat het loslaat van het MHC-klasse 1 complex. Het volledig gevouwen MHC-klasse 1 molecuul en zijn gebonden peptide kunnen nu het ER verlaten en naar het celoppervlak getransporteerd worden. MHC-moleculen moeten opgeslagen zijn om onmiddellijk te reageren op virale peptiden die naar het celoppervlak moeten worden gebracht zodra de cel geïnfecteerd is. Mechanismen van virussen met betrekking tot het MHC-klasse 1 pathway: • sommige virussen produceren immunoevasines die het mogelijk maken voor het virus om immuunherkenning tegen te gaan door de presentatie van peptide:MHC-klasse 1 complexen tegen te gaan in een geïnfecteerde cel. Tap blokkade • Virussen kunnen ook voorkomen dat de peptide:MHC complexen het celoppervlak bereiken door de MHC-klasse 1 moleculen in het ER te houden. • Verschillende virale proteïnen kunnen de degradatie van nieuwe MHC-klasse 1 moleculen katalyseren: dislocatie.
43
MHC II Sommige pathogenen repliceren in de intracellulaire vesikels in macrofagen en zijn deze proteïnen niet beschikbaar voor de proteasomen in het cytosol. Na activatie van het macrofaag worden de proteïnen in deze vesikels gereduceerd en gedegradeerd door proteases in deze vesikels in peptidefragmenten die kunnen binden aan MHC-klasse 2 moleculen. Op deze manier kunnen ze naar het celoppervlak gebracht worden waar ze herkent kunnen worden door CD4 T-cellen. Proteïnen die de cellen binnenkomen door endocytose worden naar endosomen gebracht. Deze worden steeds zuurder en fuseren uiteindelijk met lysosomen. Deze endosomen en lysosomen bevatten proteases die worden geactiveerd bij lage pH en degraderen de proteïne antigenen in deze vesikels. Dit is belangrijk bij de antigen-presentatie door MHC-klasse 2 moleculen. De pathway van de MHC-klasse 2 moleculen begint met hun translocatie naar het ER, waar moet worden voorkomen dat deze ‘open’ MHC-klasse 2 moleculen worden gebonden aan de onjuiste ongevouwen of gedeeltelijk gevouwen peptiden en proteïnen die al in het ER aanwezig zijn. Dit wordt voorkomen door de invariant chain (Ii) die wordt geassocieerd met het MHC-klasse 2 molecuul waardoor de groeve wordt geblokkeert en er geen andere peptiden of proteïnen gebonden kunnen worden. Ook zorgt deze Ii ervoor dat MHC-klasse 2 moleculen naar het endosoom compartiment MIIC wordt gebracht, waar lading van het juiste antigen peptide kan gebeuren. Tijdens deze periode dat het MHC-klasse 2 molecuul in dit compartiment verblijft wordt het Ii geknipt door proteases in dit endosoom. Hierdoor raakt het MHC-klasse 2 los van de membraan van het endosoom en blijft er een CLIP (Class 2-associated Invariant chain Peptide) in de peptide-bindingcleft achter. CLIP moet gedissocieerd of vervangen worden om een peptide te laten binden. Dit gebeurt wanneer er een andere peptide (antigeen) met hogere affinitiet is. Net als MHC-klasse 1 moleculen, binden MHC-klasse 2 in ongeïnfecteerde cellen aan peptiden van eigen proteïnen. MHC-klasse 2 moleculen die geen peptide binding na dissociatie van de Ii zijn onstabiel en worden snel gedegradeerd. Andere onderdelen van het MHC-klasse 2 pathway: HLA-DM: in MIIC compartiment. Stabiliseert ‘lege’ MHC-klasse 2 moleculen die anders worden aggregeert. Het katalyseert ook zowel de afgifte van CLIP als de binding van andere peptiden in het ‘lege’ MHC-klasse 2 molecuul en de afgifte van onstabiel gebonden peptiden. Het vermogen van HLADM om deze onstabiel gebonden peptiden te verwijderen (peptide editing) zorgt ervoor dat het peptide:MHC-klasse 2 complex op het celoppervlak van de antigen-presenterende cel lang genoeg overleven om de juiste CD4 T-cellen te stimuleren. HLA-DO: in intracellulaire vesikels. Is een negatieve regulator van HLA-DM, binding aan dit molecuul inhibeert de katalyse van de afgifte van CLIP en de binding van andere peptiden aan het MHCmolecuul door HLA-DM. Tijdens ontstekingsreacties stimuleert het interferon IFN-γ, geproduceerd door NK-cellen en T-cellen, de expressie van HLA-DM en is het in staat om de inhiberende effecten van HLA-DO te overschrijden. Peptide-binding is eigenlijk irreversiebel. Deze stabiele binding zorgt ervoor dat zelfs zeldzame peptiden naar het celoppervlak worden getransporteerd door MHC-moleculen en staat de presentatie hiervan voor langere tijd toe voor een effectieve antigen presentatie. Als een peptide toch dissocieerd van het celoppervlak-gebonden MHC-molecuul, moeten het voor peptiden uit de directe omgeving niet mogelijk te binden aan de ‘lege’ celoppervlak-gebonden MHCmolecuul. De meeste lege MHC-klasse 1 moleculen worden snel van het celoppervlak afgehaald. Dit zorgt ervoor dat de T-cellen selectief reageren op geïnfecteerde cellen, en niet op gezonde cellen die een naburig peptide hebben opgenomen.
44
Antilichamen en T-celreceptoren zijn aan elkaar verwante structuren. Beiden hebben een variabel deel, een zware en een lcihte keten. Er is veel variatie in de moleculen door verschillende segmenten die willekeurig aan elkaar geplakt worden; stukjes tussen segmenten worden random met nucleotiden opgevuld; alpha en bèta ketens worden random samengevoegd en bij antilichamen (Bcellen) nog een vierde mechanisme: somatische hypermutatie in de variabele regio. Selectie van soort T-cel (CD4/CD8) gebeurt door binding aan MHc klassen. Eerst zijn T-cellen geen van beiden, dan allebei en na selectie één van beiden. Door na selectie te binden aan MHC krijgen ze een overlevingssignaal (positieve selectie). Bij een te sterke binding aan MHC krijgen ze een negatief signaal omdat dit duidt op een autoimmuun reactie. Immers eigen stoffen zijn veel aanwezig maar in de thymus de echte antigenen nog niet. HC10 Het complement systeem bestaat uit een groot aantal plasma eiwitten die interacteren om pathogenen te opsoniseren en ontsteking te induceren. Veel van deze factoren worden pas actief na knipping door een protease, hiervoor heten ze zymogenen. De proteasen reactie zijn succesief waardoor een hele cascade ontstaat. Er zijn 4 manieren waarop het complement helpt tegen infectie: opsoniseren van pathogenen zodat ze door fagocytose worden opgenomen; functioneren als chemoattractanten voor andere cellen; activeren adaptief immuunsysteem en tot slot het beschadigen van bacteriën door het boren van gaatjes in het membraan. Het activeren van adaptief immuunsysteem gaat deels door het opsoniseren en deels doordat b-cellen receptoren hebben voor complement factoren. Er zijn 3 verschillende paden door welke het complement systeem kan worden geactiveerd: 1. Klassieke pathway: wordt geïnitieerd door de binding van C1q, het eerste proteïne in de complement cascade, aan het oppervlak van het pathogeen. Het kan direct binden aan het oppervlak van sommige bacteriën door drie mechanismen: (a) Het kan direct binden aan componenten van de celwand van bacteriën. (b) Het kan binden aan C-reactieve proteïnen, een acute-fase proteïne van plasma die bindt aan bacteriën. (c) C1q is de link tussen de effector mechanismen van het aangeboren en adaptieve immuunsysteem door binding aan antilichaam-antigen complexen. 2. Lectine pathway: wordt geïnitieerd door de binding van bepaalde proteïnen (Mannosebinding-lectine-Associated Serine Proteases: MASP-1 en 2) aan de matrix van carbohydraten op het oppervlak van pathogenen. Onder deze proteïnen valt ook het mannose-bindinglectine MBL, welke bindt aan carbohydraten met mannose die aanwezig zijn op verschillende pathogen-oppervlakten. Op vertebrate cellen is deze mannose bedekt door andere suikergroepen. MBL is dus in staat om de complement activatie te initiëren door binding aan pathogene oppervlakten, terwijl het niet wordt geactiveerd op gastheercellen. 3. Alternatieve pathway: wordt geïnitieerd door binding van spontaan geactiveerde complement component C3 in plasma op het oppervlak van een pathogeen. Ongeacht welk pad geactiveerd wordt leidt complement activatie tot de activatie van c3 convertase welke C3 in C3a en C3b knipt. De productie van C3 convertase is dus ook het samenkomende punt van de 3 paden. Het C3 convertase gevormd door vroege gebeurtenissen van complement activatie wordt gebonden aan het pathogeen oppervlak. Daar wordt het gesplitst in C3a en C3b. de C3b moleculen gedragen zich als opsonines; ze binden covalent aan het pathogeen en markeren het voor destructie door fagocyten met receptoren voor C3b. C3b bindt ook aan het C3 convertase zelf om een C5 convertase te vormen die dan weer C5a en C5b produceren. C5b initieert de late gebeurtenissen van complement activatie. Het membraan-attack-complex wat gevormd wordt prikt een porie in de celmembranen van bepaalde pathogenen, wat tot hun dood leidt. In de lectine en klassieke pathway wordt C3 convertase gevormd uit C2a en C4b: C4b2a. in de alternatieve pathway is een homologe C3 convertase gevormd door C3b en Bb: C3bBb).
45
C3b werkt opsoniserend, C3a pro-ontsteking. Door binding van C3b aan C3convertase wordt C5 convertase gevormd, welke weer C5a geeft, belangrijk v oor ontsteking. C5b helpt uiteindelijk mee aan het porie vormende complex, membraan aanval. Deze wordt gevormd van de eindproducten van de complement cascade. Het effect hiervan klinkt dramatisch maar is redelijk mild vergeleken met de andere complement effecten. Alleen een paar pathogenen worden op deze manier gedood. De kleine complement fragmenten C3a, C4aen C5a binden aan specifieke receptoren om een lokale ontstekingsreactie te produceren. Het opsoniseren van pathogenen wordt bewerkstelligd door de complement receptoren op phagocyten. Zo worden ze dus herkend. Een afbraakproduct van C3b, C3dg, kan door de immunoglobuline receptor van B-cellen herkend worden. Een antilichaamrespons is het gevolg, en activeert het klassieke pad van complement weer. Antilichaam-antigeen. Sequentie variabiliteit wordt niet verdeeld over het antilichaam maar is geconcentreerd in bepaalde segmenten. Deze variabiliteit kun je gemakkelijk terugvinden in de variability plot, waarin de aminozuur sequenties van veel verschillende antilichaam V-regio’s worden vergeleken. Drie variabele segmenten kunnen geindentificeerd worden in de VH en VL domeinen. Deze zijn hypervariabele regio’s HV1, HV2 en HV3, waarvan HV3 de meest variabele is. De regio’s tussen de hypervariabele regio’s die de rest van het V-domein vertegenwoordigen, hebben minder variabiliteit en zijn framework regio’s. hier zijn er vier van: FR1, FR2, FR3 en FR4. Omdat zowel de VH en VL domeinen bijdragen aan de antigen-binding site, is de combinatie van deze ketens ook belangrijk bij de diversiteit in antigen specificiteit. Combinatoriale diversiteit: het combineren van verschillende ketens om zo meer verschillende specificiteiten te genereren. Epitoop of antigenisch determinant: de structuur die wordt herkend door een antilichaam. Dit kunnen polysacchariden, suikergroepen enzovoort zijn. In veel gevallen wordt een immuunrespons opgewekt na herkenning van een antilichaam van een proteïne. Alle structuren die dan worden herkend door antilichamen zitten op het oppervlak van het proteïne. Zulke plaatsen bestaan vaak uit aminozuren van verschillende delen van polypeptide ketens die bij elkaar zijn gebracht door proteïne vouwing. Epitopen van deze soort zijn conformationele of discontinue epitopen omdat hun structuur die herkend wordt bestaat uit verschillende segmenten van het proteïne die door de 3D structuur bij elkaar gebracht zijn. Continue of lineaire epitopen: een epitoop die bestaat uit een enkel segment van een polypeptide keten. De interactie tussen een antigen en een antlichaam kan verstoord worden door: • Hoge zoutconcentraties: door het verzwakken van de electrostatische interacties en Hbruggen. • Extreme pH: door het verzwakken van de electrostatische interacties en H-bruggen. • Detergentia • Competitie met hoge concentraties van het pure epitoop zelf. De binding is daarom reversiebel en niet covalent. Hydrofobe interacties: als twee hydrofobe structuren bij elkaar komen in water klonteren ze samen. De kracht van deze interactie is proportioneel aan het oppervlak dat wordt afgeschermd van water. Voor sommige antigenen zorgen hydrofobe interacties voor de meeste bindingsenergie. In sommige gevallen zijn er watermoleculen in de ‘zakken’ van de peptide-binding-cleft waardoor de specificiteit van het antilichaam wordt vergroot.
46
Aromatische aminozuren in de antigen bindingsplaatsen kunnen participeren in zowel de hydrogene binding en hydrofobe interacties. het is daarom geschikt voor het geven van diversiteit in antigen herkenning en is over-gepresenteerd in de antigen bindingsplaatsen. Over het algemeen dienen hydrofobe en VanderWaals-krachten om het dichter bij elkaar trekken van twee oppervlakken die complementair aan elkaar zijn. Elektrostatische interacties tussen geladen zijketens en hydrogene bindingen daarentegen, accomoderen specifieke eigenschappen of reactieve groepen terwijl het de interactie versterkt. HC11 De therapeutische waarde van antibiotica hangt af van hun selectieve toxiciteit: deze drugs doden of remmen bacteriële pathogenen zonder directe toxiciteit voor het dier wat de behandeling krijgt. Dit komt in veel gevallen door biochemische verschillen in structuren of metabole paden tussen bacteriële en zoogdiercellen. Antibacteriële agentia zijn vaak bacteriostatisch of bactericidaal. Bacteriostatische agentia: remmen de groei van de bacterie waardoor het immuunsysteem van de gastheer de infectie weg kan nemen. Bactericidale agentia: veroorzaken schade die niet meer gerepareerd kan worden en bacteriële celdood door irreversiebel te binden aan doelstructuren. • Remming van celwand synthese Antibacteriële agentia die cross-binding van peptidoglycaan (unieke component van bacteriële celwand) verhinderd. Sommige bacteriën zijn tolerant voor dit soort antibiotica. Hoewel hun celwand is beschadigd en hun groei wordt geremd, overleven de bacteriën toch. Omdat sommige antibacteriële agentia niet de buitenste membraan van Gram-negatieve bacteriën kunnen penetreren, is hun spectrum beperkt tot Gram-positieve bacteriën. Deze antibiotica heten bèta lactam en zijn bactericidaal. Voorbeelden zijn: peniciliine en cephalosporinen. • Remming van celmembraan functie Als de funtionele integriteit van de celmembraan wordt verstoort kunnen macromoleculen en ionen uit de cel ontsnappen, wat leidt tot celschade en celdood. Vaak bactericidale agentia. Het gebruik is gelimiteerd omdat de selectiviteit voor alleen bacteriële celwanden minimaal is en deze dus ook toxisch is voor dierlijke cellen. Vaak zijn ze bactericidaal. • Remming van proteïne synthese De selectieve toxiciteit van sommige antibiotica komt door de verschillen in structuur tussen prokaryote en eukaryote ribosomen (70/80S). Zulke antibiotica binden aan receptoren op de subunits van bacteriële ribosomen wat resulteert in de vorming van nonfunctionele proteïnen. Resistentie kan ontstaan (intrinsiek) doordat er geen specifieke receptor is op het ribosoom, extrinsiek kan het verkregen worden door plasmiden die codeert voor enzymen die de antibiotica degraderen. Tot slot kan het transportsysteem ontbreken. Tetracyclines blokkeren de binding van tRNA aan de acceptor sites waardoor de additie van aminozuren aan de polypeptide keten wordt verhinderd. De meeste van deze stoffen zijn bacteristatisch, sommigen bactericide. • Remming van nucleïnezuur synthese Antibiotica werken op DNA gyrase die de strengen van DNA van elkaar scheidt tijdens bacteriële DNA replicatie. Andere antibiotica werken op het DNA afhankelijke RNA polymerase wat RNA synthese voorkomt (Gram-positieve en mycobacterien). Sommige antibiotica breken DNA strengen af (anaerobe bacteriën). Ze kunnen zowel bacteriostatisch of bactericidaal zijn. Combinaties van antibacteriële drugs: Additieve effect: als de gecombineerde actie gelijk is aan de som van de antibiotica apart. Synergistisch effect: als de gecombineerde actie groter is dan de som van de antibiotica apart. Antagonisme: als de gecombineerde actie kleiner is dan de som van de antibiotica apart.
47
De activiteit van antibacteriële agentia wordt beïnvloed door de plaats en snelheid van absorptie, de plaats van excretie en de weefseldistributie en het metabolisme van het agens. Antibacteriële activiteit kan beïnvloed worden door interacties tussen het pathogeen en het medicijn en tussen gastheer en pathogeen. • Drug-pathogeen interactie: als pathogenen niet zo vatbaar zijn voor bacteriële drugs overleven en vermenigvuldigen ze en produceren klinische ziekte. Door hun locatie zijn intracellulaire bacteriën vaak resistent tegen chemotherapeutische agentia. Een medicijn dat gebonden is aan proteïnen of andere weefselcomponenten kunnen een gereduceerd effect hebben. Producten van ontstekingsreacties zoals pus kunnen antibacteriële agentia absorberen. De zure omgeving in necrotische weefsels kunnen ook de activiteit van sommige medicijnen remmen • Host-pathogeen interactie: antimicrobiale drug kunnen de immuunrespons van de gastheer beïnvloeden en de normale flora veranderen. Acute responsen kunnen chronisch worden door medicijnen die de groei van het pathogeen remmen maar tegelijkertijd de overleving waarborgen. Antibacteriële drugs resistentie kan gecodeerd liggen in het bacteriële chromosom of plasmiden. Resistentie genen kunnen verplaatst worden door transductie, conjugatie, transformatie of transposons. Resistentie voor een drug resulteert vaak in kruis-resistentie voor andere agentia in dezelfde klasse. Resistentie mechanismen: • De productie van enzymen door bacteriën die de drug vernietigen of inactiveren. • Reductie van bacteriële celwand permeabiliteit. • Ontwikkeling van alternatieve metabole paden. • De antibiotica kan uit de cel worden verwijderd door efflux-pompen • De doelstructuur van antibiotica kan veranderd worden. Een tets om de gevoeligheid te meten is de Kirby-Bauer test (practicum). Hierbij kunnen voor een bacteriesoort meerdere antibiotica tegelijk getest worden. De MIC is de hoogste verdunning mogelijk met een groeiinhibitie. Lager dan deze is de bacterie dus ongevoelig. Dit gaat over groei inhibitie. Hetzelfde kan bepaald worden voor bactericidale concentratie, MBC. De mechanismen waarmee virussen ziekte produceren is niet alleen gerelateerd aan de directe beïnvloeding van cellulaire functies maar ook door indirecte effecten die veroorzaakt zijn door de reactie van de gastheer op de infectie. Virale infecties kunnen leiden tot subacute, acute of chronische ziekte, waarbij subacuut minder erg is dan acuut. Een latente infectie vertoont geen klinische verschijnselen, maar af en toe wel onder bepaalde omstandigheden. Het virus gaat niet weg. Virulentie: relatieve vermogen van virussen om ziekte in de gastheer te veroorzaken. Het is afhankelijk van zowel het virus als de gastheer en wordt beïnvloed door dosis en route van opname en soort, leeftijd en immuun status van de gastheer. Virussen kunnen het lichaam binnendringen door wonden, krassen, beten, geïnfecteerde naalden. De mucosa heeft een beschermende slijmlaag met veel antilichamen. In het respiratoire kanaal kunnen infectieve agentia naar de mondholte worden gebracht door ciliën. Peristaltiek en de urineflow elimineren infectieve agentia. Sommige virussen worden juist meer virulent door blootstelling aan enzymen van de gastheer, die normaal het virus inactiveren. Een standaard route voor infectie: infectie – replicatie locaal – verspreiding naar regionale lymfeklieren – toegang tot bloedbaan = primaire viremie – replicatie in beenmerg, vasculair
48
endotheel, milt en andere organen – secundaire viremie – leasies in doelorganen – klinische verschijnselen en shedding. Arbovirussen: virussen behouden in de natuur door biologische transmissie tussen vertebrate gastheren door haematofage arthropoda. De virussen vermeerderen in vectoren als muggen en vliegen. Deze vector blijft levenslang geïnfecteerd. De mens en dier als gastheer zijn vaak een dood eind voor het virus omdat ze niet een significante viremie ontwikkelen om bij te dragen aan de transmissie van het virus of te snel dood gaan. Door overleving in een vector blijft het virus bestaan. Na infectie vindt lokale spreiding van cel tot cel plaats. Factoren die het vermogen van virussen om systematisch te spreiden limiteren zijn: • De afwezigheid van juiste celreceptoren • De afwezigheid van cellen die betreding van het virus toestaan. Optimale virale replicatie gebeurt in delende celen of op temperaturen lager dan de lichaamstemperatuur. Het lichaam heeft een aantal mechanismen om het virus uit de circulatie te elimineren: complementsysteem en fagocyterende cellen van de lever, milt, long en lymfeknopen. De magnitude en duur van de viremie wordt bepaald door de hoeveelheid virus wat de bloedstroom is binnengetreden en de effectiviteit van de klaringsmechanismen. Mechanismen van het virus om uit de bloedbaan naar doelorganen te migreren: • Infecteren van endotheelcellen en na replicatie worden ze in het weefsel vrijgegeven. • Na endocytose door endotheelcellen kunnen virussen getransporteerd worden naar het basale oppervlak en daar worden afgegeven aan weefsels door exocytose. • Virussen kunnen naar weefsels getransporteerd worden doordat ze in lymfocyten of monocyten zitten die uit de bloedbaan treden. Ook macrofagen kunnen op die manier verspreiden. Sommige virussen (met name die zonder envelop) kunnen ook in axonen van neuronen getransporteerd worden naar andere locaties. Transmissie virussen. Dit gaat vaak gepaard met het begin van klinische verschijnselen maar kan soms ook al eerder zijn. Respiratoire virussen: vaak via aerosolen door niezen of hoesten. Enterische virussen: enorme hoeveelheden in feces en kunnen overleven in harde omstandigheden. Lichaamsvochten zoals urine, melk, speeksel of traanvocht bevatten ook bepaalde virussen. Hierbij moet je goed denken aan bloed ook. Arbovirussen: produceren vaak viremien met hoge titer van korte duur. Ze zijn dus afhankelijk van goede vectoren voor transmissie, de eindgastheer gaat te vroeg dood. Verticale transmissie via de transplacentale route. Acute infectie: gekarakteriseerd door korte klinische ziekte met snelle eliminatie van het virus uit weefsels. Er kan veel virus uitgescheiden worden in een korte periode (bv. Via feces). Om infectie te behouden moet het virus dat acute infectie veroorzaakt zeer besmettelijk (influenza) zijn of in staat zijn voor langere periode in de omgeving te overleven (parvo). Persisterende virale infectie: gekarakteriseerd door langdurige infectie met constante of intermitterend shedding. Deze infecties, die in eerste instantie acuut kunnen zijn, kunnen persisteren in latente of chronische vorm. Latente infectie: gekarakteriseerd door persistentie van het virus in een nonproductieve vorm. Periodieke reactivatie van productieve infectie met verspreiding van het virus kan voorkomen.
49
Chronische infectie: gekarakteriseerd door de constante aanwezigheid van het virus en met intermitterende of continue shedding. Langzame infecties: gekarakteriseerd door lange incubatieperioden van maanden of jaren. Deze infecties resulteren vaak in dood. Virussen die lang in het lichaam verblijven hebben vaak een aantal strategieën om te overleven. Het eerste is natuurlijk het reduceren van pathogene infecties, omdat de gastheer dan te snel dood gaat. Vaak zijn persisterende virussen dus ook niet lytisch voor de gastheercellen. Een aantal lytische virussen kunnen dit echter ook, herpes en adenovirus. Daarnaast moet een virus de immuunreactie omzeilen. Dit door: immunologisch geprivilegieerde plekken (neuronen hebben geen MHCI of II), in latente status gaan, frequente mutatie, downreguleren MHC I en II, interferentie met cytokone en interferonen. Mechanismen om het immuunsysteem te ontwijken: • Door noncytocidale infectie Virussen die chronische infecties veroorzaken doden vaak hun gastheercel waarin ze repliceren niet. Infecties veroorzaken weinig of geen schade behalve dat er soms bepaalde immunopathologische complicaties kunnen ontwikkelen later in de ontwikkeling. Retrovirussen zijn vaak niet lytisch. • Door cel-cel spreiding Sommige cellen versmelten met elkaar waardoor het virale genoom van een geïnfecteerde cel die fuseert zich kan verspreiden zonder te worden blootgesteld aan het immuunsysteem van de gastheer die extra-cellulair is. • Door infectie van nonpermissieve, rustende of ongedifferentieerde cellen. Virussen kunnen productieve replicatie ondergaan in het ene celtypen, maar nonproductieve latente infectie in het andere. Zelfs in een gegeven celtype kan de permessiviteit afhankelijk zijn door de status van cellulaire differentiatie of activatie. • Door infectie met beperkte virale genexpressie Virale latentie kan behouden blijven door beperkte expressie van virale genen die de capaciteit hebben de gastheercel te doden. Tijdens latente infectie brengen sommige virussen alleen een paar genen tot expressie die nodig zijn voor het behoud van deze latentie. Tijdens reactivatie wordt het hele virale genoom opnieuw gestranscribeerd (vaak door immunosuppressie of de actie van bepaalde cytokines of hormonen). Deze strategie beschermd het virus tijdens zijn latente status. • Door destructie van immuun effectorcellen en macrofagen. Replicatie in cellen van de lymfoide en reticuloendotheliale systemen. Vaak persisterende infecties. AIDS. • Door de down-regulatie van MHC antigen expressie Virale persistentie wordt voordelig door reductie van de concentratie van MHC moleculen op het celoppervlak. Neuronen hebben sowieso al geen MHC moleculen. • Door cytokines. Sommige virussen hebben genen ontwikkeld die de specifieke antivirale acties van de effectormoleculen saboteren door te interfereren met cellulaire proteïnen. • Door het neutraliseren van antilichamen Epitopen op de plasmamembraan van geïnfecteerde cellen kunnen gemaskeerd worden door carbohydraten. Deze zorgen ervoor dat de cel niet worden herkend door B- en T-cellen of dat de cel niet de optimale signalen afgeeft voor een juiste immuunrespons. Sommige virussen maken eiwitten aan die antilichamen vernietigen. • Door inductie van nonneutraliserende antilichamen. Veel persisterende infecties worden gekarakteriseerd door de aanwezigheid van lage hoeveelheden antilichamen en hoge concentraties antilichamen tegen nonneutraliserende virale epitopen. Deze nonneutraliserende antilichamen werken vaak tegen virale proteïnen of immunodominante epitopen
50
die niet relevant zijn voor klaring. Ze kunnen de binding van neutraliserende antilichamen blokkeren door sterische hinder. • Door inductie van de immunologische tolerantie • Door beslaglegging in immunologische weefsels Het brein is van het immuunsysteem gescheiden door de bloed-hersen barrière. Neuronen vertonen dus weinig MHC-antigen op hun oppervlak en loopt daardoor bescherming mis door cytotoxische Tcellen. • Door integratie van viraal genoom in het genoom van de gastheer. De integratie van viraal DNA in het genoom van de geslachtscellen van de gastheer zorgt ervoor dat het behouden blijft van de ene generatie op de andere. Integratie in alleen somatische cellen wordt niet doorgegeven aan de nakomelingen behalve door placenta of bij de partus. • Door genetische/antigenische drift Drie mechanismen voor diarree, vaak veroorzaakt door Rotavirussen: • het virus tast de cellen in de crypten aan waardoor geen nieuwe darmcellen gemaakt kunnen worden. • het virus tast de toppen van de villi aan • de absorptieve cellen worden vervangen door onvolledig ontwikkelde epitheelcellen waarvan de absorptieve capaciteit en enzymatische activiteit sterk verminderd zijn. Persisterende infecties zijn belangrijk om de volgende redenen: 1. ze kunnen gereactiveerd worden en terugkerende ziekte in de gastheer veroorzaken. 2. ze kunnen leiden tot immunopathologische ziekten. 3. ze kunnen geassocieerd zijn met neoplasie. 4. ze kunnen virale overleving toestaan in gevaccineerde dieren en kuddes. 5. ze kunnen van epidemiologische waarde zijn. WC9 Dictyocaulus viviparus (Longworm/roundworm/nematode) De adulte man is 4,0-5,5 cm en de adulte vrouw is 6-8 cm lang. Eindgastheer Rund, directe levenscyclus. Levenscyclus de adulte vrouw zijn ovo-vivipaar en produceren eieren met volledig ontwikkelde larven die bijna meteen uitkomen. De L1 migreert naar de trachea, worden doorgeslikt en komen in de feces terecht. Onder optimale condities (voorjaar) wordt het L3 stadium bereikt binnen 5 dagen, maar duurt vaak langer. De L3 verlaten de feces door hun eigen beweeglijkheid of door opname van een fungus. Er is een goede overleving als L3. Na opname penetreert de L3 de darmwand en migreren naar de mesenterische lymfeknopen, waar ze vervellen. De L4 migreren via het lymfe en het bloed naar de longen en breken door de capillairen naar alveoli ongeveer 1 week na infectie. De laatste vervelling gebeurt in de broncheoli een paar dagen later en de jonge adulten migreren naar boven waar ze volwassen worden. PPP = 3-4 weken
51
Diagnose Een ELISA van de longworm kan detecteren of er antilichamen zijn tegen D. viviparus. Ook kan in de feces gezocht worden naar larven (alleen tijdens patente fase). Echter zijn vaak de klinische symptomen (ademhalingsproblemen) die de diagnose stellen. Normaal worden alleen kalveren in hun eerste grazingsseizoen klinisch geïnfecteerd, omdat de oudere dieren vaak een sterke immuniteit hebben opgebouwd. Epidemiologie L3 kunnen overleven van de herfst tot de late lente in significante aantallen om een infectie te initiëren en vaak ziekte te veroorzaken. Drager dieren hebben een klein aantal adulte wormen in de bronchi tot de volgende grazingsseizoen. Behandeling Benzimidazolen en levamisolen zijn zeer effectief tegen alle stadia van longwormen. Om een maximale efficiëntie te krijgen moet het medicijn zo vroeg mogelijk toegediend worden. Natuurlijk moeten de besmette koeien niet meer op het geïnfecteerde land gezet worden. De beste controle wordt echter verkregen door kalveren op jonge leeftijd te immuniseren met een longworm vaccin. Dit vaccin is effectief tegen het voorkomen van klinische ziekten, maar voorkomt niet de vestiging van kleine hoeveelheden adulte longwormen. Dus kunnen de weiden geïnfecteerd blijven, hetzij met lage concentraties. Echinococcus granulosus/equinus, Lintworm, Cestoden. Maar 6.0 mm lang en dus moeilijk te vinden in een geopende darm. Ze leven in de eindgastheer dus ook in de darm. In de obligate tussengastheer voornamelijk in de lever en longen. Eindgastheer • E. granulosus granulosus: hond en kat • E. granulosus equinus: hond en vos Tussengastheer • E. granulosus granulosus: knaagdieren, mens, primaten en varken. Paarden en ezels zijn resistent. • E. granulosus equinus: paard en ezel. Levenscyclus PPP van eindgastheer = 40-50 dagen. Overleving van de oncosfeer in de omgeving buiten de gastheer: 2 jaar. In de tussengastheer is de overleving als blaasworm ook lang. Na opname van de oncosfeer door de tussengastheer penetreert het de darmwand en migreert het via het bloed naar de lever, lymfe of de longen. In de meeste gevallen ontsnappen de oncosferen naar de systemisce circulatie en ontwikkelen in andere organen of weefsels. Groei in de tusengastheer is langzaam en het volwassen stadium wordt pas bereikt na 6-12 maanden. In de lever en de longen kan de cyste een diameter hebben tot 20 cm en in andere weefsels nog veel groter. Deze cyste bestaat uit een buitenmembraan en een binnen epitheel waarvan capsules met een aantal scolices afgesnoerd worden door budding. Soms worden complete dochtercysten gevormd in de moedercyste of extern in andere delen van het lichaam. Pathogenese De adulte worm is niet pathogeen. Als de oncosferen via de circulatie naar andere plaatsen worden gebracht zoals de nier, pancreas, CZS of beenmerg, kan de druk van de groeiende cyste een aantal klinische symptomen veroorzaken.
52
Klinische symptomen Geen symptomen in de hond en infectie in runderen of schapen veroorzaken ook geen symptomen. Menselijke infectie kan resulteren in ademhalingsproblemen of vergroting van het abdomen afhankelijk of de longen en lever zijn geïnfecteerd. Diagnose Moeilijk door kleine grootte. Als gevonden is identificatie gebaseerd op de grootte, ovoide vorm en enkele genitale porie. Behandeling Sommige medicijnen zijn zeer effectief. Na behandeling moeten de honden opgesloten worden voor twee dagen om de geïnfecteerde feces af te scheiden van andere dieren. In mensen moeten cysten chirurgisch verwijderd worden, hoewel sommige medicijnen ook effectief blijken te zijn. Controle wordt bereikt door de regelmatige behandeling van honden om alle adulte wormen te verwijderen en om infectie van honden te voorkomen door ze geen andere dieren te laten eten. Lintworm infecties verlopen altijd via een tussengastheer (blaasworm). Opname in eindgasheer via jager/prooirelatie. Blauwtong (virus) Virale ziekte van schapen en knaagdieren welke wordt overgebracht door bijtende insecten zoals muggen en vliegen. Het is niet direct besmettelijk. De ‘strengheid’ van de ziekte wordt beïnvloed door het serotype van het virus, het ras van het schaap en omgevingsfactoren. Epidemiologie Vrouwelijke muggen die zich voeden met dieren met een viremie worden geïnfecteerd en het virus repliceert in hun weefsels. Deze muggen blijven levenslang geïnfecteerd. Na een aantal dagen kunnen ze andere dieren infecteren door ze te steken. De opkomst van muggen is temperatuursafhankelijk en dus seizoensgebonden. Verspreiding gebeurd door de migratie van een geïnfecteerd dier naar een ongeïnfecteerde plaats of door migratie van de vectoren (muggen). Hoewel ze niet ver kunnen vliegen, kunnen ze over lange afstanden getransporteerd worden door de wind of andere manieren. Pathogenese en pathologie Na infectie repliceert het virus in regionale lymfeknopen. Het wordt dan via het bloed of lymfe naar andere lymfoide weefsels getransporteerd waar verdere replicatie gebeurd. Het virus lokaliseert en vermeerderd in het endotheel van kleine bloedvaten wat vasculaire schade veroorzaakt. Er kan ook sprake zijn van een secundaire bacteriële infectie daardoor. De initiatie en ontwikkeling van laesies gebeurd vaak in de mondholte, rond de mond en de hoef. In de bloedstroom is het virus goed gebonden aan erytrocyten, waardoor misschien het virus ontsnapt aan antilichamen. Er treedt uiteindelijk een goede immuniteit op. Klinische symptomen Zeer variabel van subklinische tot ziekten met hoge mortaliteit afhankelijk van de voedingsstoffen, blootstelling aan zonlicht en leeftijd. De incubatieperiode in schapen is 10 dagen. Geïnfecteerde dieren zijn depressief met vasculaire verstopping van de lippen. Oedeem in de lippen, gezicht, oogleden en oren ontwikkeld. De tong wordt gezwollen en blauw. Abortus kan gebeuren en de mortaliteit kan oplopen tot 30%.
53
Diagnose Gebaseerd op klinische symptomen en postmortum laesies. Conformatie door isolatie en identificatie van het virus (uit milt of lymfeknopen) of aantoning van blauwtong-specifieke antilichamen door ELISA. Controle Verbod op handel met landen waar de ziekte is geïdentificeerd. Populaties van insecten vectoren kunnen gereduceerd worden door het gebruik van larviciden bij broedplekken. Insecticiden kunnen tijdelijk voorkomen dat het dier gestoken wordt. Vaccins zijn ook succesvol voor vele jaren en geven bescherming tegen virulente virussen van een homoloog serotype. Canine Distemper (virus) Het Canine Distemper Virus (CDV) produceert een infectie in vele orgaansystemen in honden en carnivoren. Epidemiologie Het virus is relatief labiel en de transmissie kan alleen gebeuren door direct contact of door aerosolen. Infectie verspreid snel onder jonge honden van 3-6 maanden als het immuunsysteem verkregen van de moeder afzwakt. Het aantal honden in populaties is meestal te laag om continue infectie te behouden, waardoor ongevaccineerde honden vatbaar zijn en significante uitbraken van de ziekten kunnen ontstaan. Pathogenese Het virus, dat repliceert in het bovendeel van het respiratoire kanaal, verspreid naar de amandelen en de bronchiale lymfeknopen. Een viremie wordt veroorzaakt, gevolgd door de spreiding naar andere lymforeticulaire weefsels. Virale reproductie veroorzaakt lymfocytolysis en leukopenia wat resulteert in immunosuppressie en kan er een secundaire viremie worden ontwikkeld. De hoeveelheid spreiding naar andere weefsels of organen wordt bepaald door de snelheid en effectiviteit van de immuunrespons. In de afwezigheid van een significante respons, verspreidt het CDV naar de respiratoire, urinaire, gastrointestinele en zenuwstelsel. Spreiding naar de huid kan ook ontstaan. Klinische symptomen De incubatie periode is ongeveer een week, maar kan uitlopen tot vier weken of meer. De striktheid en duur van de ziekte zijn variabel en worden beïnvloed door de virulentie van het virus, de leeftijd en de immuun status van het geïnfecteerde dier en de snelheid van zijn immuunrespons op de infectie. Zwelling van amandelen en keel, hoesten, overgeven en diarree zijn vaak consequenties van de secundaire infecties. Huiduitslag op abdomen komt ook voor. Acute ziekte kan leiden tot genezing of de ontwikkeling van neurologische symptomen (paresis, myoclonus) en uiteindelijk de dood. Ook herstel dragers komen voor. Diagnose Virale antigenen aantonen door immunofluorescentie. Secties van lymfeknopen, de urineblaas en cerebellum voor de aantoning van virus antigenen. Eosinofiele inclusies in zenuw- en epitheelcellen. ELISA is een manier om antlichamen aan te tonen en cerebrospinale vocht. Controle Vaccins leveren bescherming voor puppies nadat het immuunsysteem verkregen van de moeder is verzwakt.
54
Parasietische ziekten ontstaan voor een aantal redenen: toename in aantal infectieuze stadia, verandering is gastheer gevoeligheid, introductie van een gevoelige populatie en de introductie van een infectie in een schone omgeving. De besmetting van de omgeving wordt beïnvloed door een aantal factoren: biotisch potentiaal afhankelijk van vermeerdering, de dichtheid van een populatie en andere populatiefactoren, hypobiose (tijdelijke stop op de ontwikkeling van de larve in de gastheer) en diapause (overwinteren door een stop in ontwikkeling). Een voorbeeld van veranderde gevoeligheid van de gastheer zijn is: dracht, lactatieperiode, dieet, steroïde therapie, andere infecties, chemotherapie en hypersensitiviteit. De introdcutie van een gevoleige populatie kan komen door: afwezigheid van verkregen immuniteit, afwezigheid van leeftijdsimmuniteit, verlenging van infectieuze stadia. Een endemisch aanwezige ziekte leidt in een bepaald tijdstip tot een vast aantal ziektegevallen, een epidemie is een plotselinge stijging hiervan. Binnen een endemie kunnen er wel periode van meer gevallen voorkomen, zoals de griep, dan spreken we van een hyper-endemische periode. Dit is dan naar verwachting en te voorspellen, dus geen epidemie, waarvoor een drempelwaarde is afgesproken. Het tijdstip van een epidemie valt wel vaak samen met het tijdstip van een normale hyper-endemische periode. Een epidemie kan daarnaast ook ontstaan als een micro-organisme niet endemisch aanwezig is. Ro (reproductieratio) staat voor het aantal nieuw besmette gevallen per één besmet dier. R van 4 betekent dus dat één ziek dier 4 nieuwe besmet. Bij Ro is de epidemie dus op zijn hoogte punt bij 1, daarna dooft hij uit. De drempeldichtheid van gevoelige dieren speelt hier een rol bij. Bestrijding wil dat Ro minder dan één wordt. De benodigde vaccinatiegraad is daar waar Ro het eerst onder de 1 komt. Voor macroparasieten is de Ro minder te berekenen. Wel kunnen we dan kijken naar het aantal nakomelingen per worm = infectiedruk. Populatieimmuniteit wil zeggen dat er zo’n groot deel van de populatie immuun is, dat de gevoelige dieren via hen ook immuun zijn, ondanks dat ze zelf geen immuniteit bevatten. Dit omdat de overdracht dan zo klein is dat ze een te kleine kans hebben om besmet te raken. Deze ontstaat wanneer de proportie gevoelige dieren kleiner is dan de drempel dichtheid. Er wordt in de epidemiologie een onderscheid gemaakt tussen micro- en macroparasieten. Microparasieten: virussen, bacteriën, protozoa, schimmels. Directe multiplicatie in gastheer, klein, korte generatie-intervallen, langdurige en sterke immuniteit, acute infectieduur. Macroparasieten: helminthen, arthropoda. geen directe multiplicatie in de gastheer, groot, lang genaratie interval, kortdurende of onvolledige immuniteit, chronische (her)infecties. Verspreiding van infectie kan op een anatal manieren plaatsvinden: 1. Airborne: via lucht of aerosolen 2. Contact: direct fysiek contact 3. Vehicle: via objecten, water en voedsel (dood) 4. Vector: via tussengastheer of vector. 5. Verticaa: moeder op baby/foeutus Dan nog wat terminologie: Pandemie: epidemie over meerdere continenten Index case: eerste geval van de ziekte Contagiositeit: maat waarin de agens infectieus is (eigenschap van agens) Infectieusiteit: mate van besmettelijkheid voor anderen (eigenschap gastheer) Incubatieperiode: tijd tussen oplopen infectie en klinische verschijnselen. Morbiditeit: aantal ziektegevallen door besmetting Mortaliteit: aantal sterftegevallen na besmetting Incidentie: aantal nieuwe besmettingen per tijdseenheid Prevalentie: voorkomen ziekte op een tijdstip in een populatie. Reservoir: locatie waar het organism normal voorkomt Bron: waar de besmetting vandaan komt.
55
Drager: zijn wel besmet maar niet ziek. Effectief contact: overdracht van een agens waarbij het tweede individu ook weer infectieus is. HC12 Anthelmintische resistentie (door helminthen) Drug resistentie is erfelijk en herhaalde dosis zal daarom selecteren voor een verhoogde proportie van resistente individuen. De mechanismen zijn onder andere de verschillen in metabolisme van het medicijn in de parasiet en/of mutaties aan de bindingsplaats van het medicijn. De verschillen in de snelheid van het opduiken van resistentie op verschillende plaatsen is verklaart door het aantal parasiet generaties en biotische potentiaal van de parasietsoort die betrokken is en ook de proportie van de totale populatie die niet behandeld is met het medicijn. Hoge frequentie en onderdosis dragen bij aan de resistentie tegen een medicijn. Antiviral agents • Relatively new antimicrobials • Development boosted by HIV epidemic • Directed against steps in virusreplication • Effective against the virus: minimal toxicity for the host cells • Preferentially no induction of resistance Mechanisms of antiviral action • Inhibition of penetration of cells – Passive immunization – Amantadine • Inhibition of intracellular viral protein synthesis – Idoxuridine – Vidarabine – Acyclovir (Zovirax ®) • Inhibition of virus assembly or release – 2-deoxy-D-Glucose – Rifampicin inhibits DNA dependant RNA polymerase – Interferons • Induction of proteins that break down viral RNA Antibiotic resistance • Enzymes that degrade antibiotics • Mutations that alter target molecule • Efflux pumps • Gene duplication • Alternative metabolic pathway Antibiotic resistance • Acquired resistance – Transformation – Conjugation – Bacteriophages • Intrinsic resistance – Mycoplasma-penicillin resistance • “Colonisation resistance”
56
WC10 Naïve T-cellen circuleren de bloedbaan en de perifere lymfoïde organen. Ze moeten een antigeen in de vorm van MHC-peptide complex tegen komen om effector t-cel te worden. Alle effector t-cellen werken op de gastheercel zelf, niet het pathogeen (dit doen B-cellen, macrofagen etc.) T cellen kunnen uiteindelijk voornamelijk splitsen in CD8 -> cytotoxisch; CD4 -> Th1, Th2 of Th17 en geheugencellen. De activatie van naïve T-cellen wordt gecontroleerd door verschillende signalen: 1. Antigen-specifieke activatie van de T-cel receptor. 2. Interactie van co-stimulerende moleculen op antigen-presenterende cellen met liganden op T-cellen. 3. Cytokines die de differentiatie in verschillende typen effectorcellen controleren. Al deze gebeurtenissen worden in beweging gezet door vroege signalen die ontstaan van de initiële detectie van pathogenen door het aangeboren immuunsysteem zoals de Toll like receptoren voor de detectie van antigeen. De start van het aangeboren immuunsysteem gebeurt in de perifere lymfoïde organen, dus het antigeen moet ook hier naar toe gebracht (dendrieten of vrije diffusie) Naive T-cellen circuleren van de bloedstroom naar lymfeknopen, milt en Mucosa Associated Lymfoid Tissue (MALT) en weer terug naar het bloed. Ze komen dus veel dendritische cellen in de lymfoide weefsels tegen en ‘scannen’ deze dendritische cellen op peptide:MHC complexen op hun oppervlak. Naive T-cellen die hun antigen niet tegenkomen circuleren gewoon verder. Een T-cel die zijn antigen wel herkend op het oppervlak van een dendritische cel stopt met migreren en kan de lymfeknoop niet meer uit. Het prolifereert voor een aantal dagen, ondergaat klonale expansie en differentieert. Aan het eind van deze periode kan deze het efferente lymfevat (bij de milt direct in het bloed) weer door en kan de bloedstroom weer betreden, waarna ze naar de infectie migreren. De migratie van naive T-cellen in perifere lymfoide weefsels is afhankelijk van hun binding aan high endothelial venules (HEVs) door interacties die niet antigen-specifiek zijn. Deze cel-cel-interacties worden uitgevoerd door celadhesie moleculen (selectinen, integrines, leden van de immunoglobuline superfamilie en sommige mucin-like moleculen). L-selectine op naive T-cellen begeleiden hun uittreding uit het bloed naar de lymfoide weefsels door de initiatie van een lichte binding aan de wand van de HEV, dit resulteert in het ‘rollen’ langs het endotheel. Deze L-selectine binden aan vasculaire addressinen die tot expressie worden gebracht op het endotheel (bv. CD34, glyCAM-1 en MAdCAM-1). De interactie tussen L-selectine en deze vasculaire addressinen is verantwoordelijk voor de specifieke migratie van naive T-cellen naar lymfoide organen. Het werkt alleen niet in z’n eentje, mar heeft ook integrines en chemokines nodig om lymfocyten het endotheel te passeren. P-selectine en E-selectine worden tot expressie gebracht op het endotheel op plaatsen van infectie en kunnen effectorcellen naar de infectie leiden. De B-cel antigen receptor (BCR) heeft twee functies in B-cel activatie: 1. Het signaleert de cel wanneer er een antigen is gebonden. 2. De BCR verplaatst het gebonden antigen naar intracellulair, waar het gedegradeerd kan worden en worden gebonden aan MHC-klasse 2 moleculen. Deze wordt herkend door een helper T-cel die al zijn gedifferentieerd als reactie op hetzelfde pathogeen. Deze maken cytokines die ervoor zorgen dat de B-cel prolifereert en zijn nakomelingen differentiëren in antilichaam-secreterende cellen en memory-cellen. Het verhogen van de affiniteit van het antilichaam voor een antigen en de klasse switching van antilichamen (van IgM naar bv. IgA) is afhankelijk van de interactie van antigen-stimulerende B-cellen met helper T-cellen en andere cellen in het perifere lymfoide organensysteem. Dus antilichamen die worden geïnduceerd door alleen antigenen hebben een lagere affiniteit dan deze die geïnduceerd worden door T-cellen.
57
Thymus-afhankelijke antigenen: antilichamen respons op eiwit- antigenen hebben antigenspecifieke T-helpercellen nodig. Om deze hulp te ontvangen moeten B-cellen dus het antigen op het oppervlak presenteren op zo’n manier dat het antigen ook herkend kan worden door de T-helpercel. Dit gebeurd wanneer het antigen wordt gebonden door antilichamen aan het oppervlak op de B-cel en worden opgenomen in het cytosol. Na degradatie in peptiden worden deze gebonden aan MHCklasse 2 moleculen en gepresenteerd aan het celoppervlak. Helper-Tcellen kunnen deze peptiden:MHC complexen dan herkennen en activerende signalen naar de B-cel sturen die de B-cel tot prolifereren en differentiëren in antilichaamproducerende plasmacellen aanzet. De specifieke activatie van de B-cel door zijn bijbehorende T-helpercel door hetzelfde antigen, is afhankelijk van het vermogen van de B-cel om de juiste peptiden op het celoppervlak te presenteren. Thymus-onafhankelijke antigenen: deze kunnen antilichaamproductie induceren zonder de hulp van T-cellen. Het tweede signaal dat nodig is voor het activeren van antilichaamproductie is geleverd door de herkenning van een algemene microbiale constituent (polysacchariden) of door massieve cross-linking van B-cel receptoren, wat gebeurd waneer een B-cel bindt aan herhaalde epitopen op de bacteriële cel. B-cel responsiviteit naar een antigen is sterk versterkt door signalering door het celoppervlakte B-cel co-receptor complex, wat reageert op complement factoren op het antigen. Linked herkenning: een gegeven B-cel kan alleen geactiveerd worden door een T-helpercel welke reageert op hetzelfde antigen. het epitoop dat herkend worden door de T-helpercel moet fysiek verbonden zijn aan het epitoop dat herkend wordt door de B-cel, de twee cellen hoeven niet per se hetzelfde epitoop te herkennen. Dit heeft belangrijke consequenties voor de regulatie en manipulatie van de humorale respons: 1. Het helpt om zelftolerantie te waarborgen, omdat dat betekend dat een autoimmune respons zal ontstaan alleen als zowel de zelf-reactieve T-cel als de zelf-reactieve B-cel beide aanwezig moeten zijn op hetzelfde tijdstip. 2. Voor de ontwikkeling van vaccins. Adulten maken zeer effectieve thymus-onafhankelijke responsen, maar deze zijn zwak in kinderen. Om een effectief vaccin te maken voor kinderen wordt er een andere structuur aan het antigen geplakt, zodat de thymus-afhankelijke route ook geactiveerd wordt. Er zijn wel oplossingen bedacht om te zorgen dat de b en T cellen elkaar tegen komen. Zeker omdat ze van oorsprong een ander gebied in de perifere organen bezetten: resp. primaire lymfoide follikelen en de t-cel gebieden. Als circulerende naive B-cellen naar de lymfoide weefsels migreren door HEVs komen ze eerst door de T-cel zone en migreren snel naar de primaire follikel. Maar B-cellen die een antigen dragen worden op de grens tussen het follikel en de t-cel zone weggevangen (door adhesiemoleculen) en daardoor is de kans groot dat hij de juiste T-helpercel tegenkomt. Antigen-gestimuleerde B-cellen die geen interactie aangaan met T-cellen die deze herkennen, gaan dood binnen 24 uur. Na de ontmoeting van de antigeen-presenterende B-cel met zijn T-helpercel, migreren ze uit de T-zone:Bzone grens om hun proliferatie en differentiatie voort zetten. In de milt migreren ze naar de grens tussen de T-zone en rode pulpa waar ze de primaire focus van klonale expansie realiseren. In de lymfeknopen is de primaire focus gelokaliseerd in de medulla. Plasmablasten: sommige prolifererende B-cellen differentiëren in antilichaam-synthetiserende plasmablasts in de primaire focus. Andere migreren naar het lymfoide follikel en differentiëren verder voordat ze plasmacellen worden. Plasmablasten zijn cellen die al zijn begonnen met secreteren van antilichamen maar zijn ook nog aan het delen en hebben nog steeds veel eigenschappen van geacitveerde B-cellen die interactie met T-cellen toestaan. Na een paar dagen stoppen deze met delen en differentiëren verder naar plasmacellen of gaan in apoptose. Sommige
58
plasmacellen leven kort, de meeste gaan naar het beenmerg. Ze gaan geen interactie meer aan met T-cellen maar zijn nog wel gevoelig voor overlevingssignalen (IL-6/CD40) Sommige B-cellen migreren, samen met hun T-helpercel, naar de primaire lymfoide follikel, waar ze verder prolifereren en uiteindelijk een germinal center vormen. Primaire follikels zijn aanwezig in ongestimleerde lymfeknopen in de afwezigheid van infectie en bevatten rustende B-cellen geclusterd rond een dens netwerk van folliculaire dendritische cellen: deze cellen trekken zowel naive als geactiveerde B-cellen naar de follikels door een chemokine te secreteren die wordt herkend. Deze germinal center reactie draagt bij aan de late respons, zou het pathogeen chronische infectie of herinfectie kunnen veroorzaken. B-cellen ondergaan bepaalde belangrijke modificaties in het germinale center: somatische hypermutatie, affinity maturation en class switching. De geselecteerde B-cellen worden memory B-cellen of plasmacellen. Somatische hypermutatie: geeft een serie klonen van cellen die een klein beetje verschillen. Dit leidt uiteindelijk door selectie tot affiniteit maturatie. Uiteindelijk ontstaan in de germinale centra dus beter gespecialiseerde cellen! Centroblasten: snel prolifererende B-cellen en reduceren de expressie van oppervlakte antilichamen. Centrocyten: sommige B-cellen reduceren hun deelsnelheid en brengen veel meer oppervlakte antilichamen tot expressie. Deze ontstaan uit centroblasten. Cytotoxische T-cellen doden hun doelcellen door hun in apoptose te laten gaan. Leden van de TNFfamilie (Fas en Fas-ligand) reguleren het aantal lymfocyten door een soortgelijk mechanisme. Geactiveerde lymfocyten brengen zowel Fas en Fas-ligand tot expressie (algemene regulatie immuunreactie), en geactiveerde cytotoxische T-cellen kunnen andere lymfoctyen doden door de activatie van caspases, welke apaptose in het doellymfocyt induceren. Dus Fas-Fas-ligand interacties zijn belangrijk in het stopzetten van lymfocyt proliferatie nadat het pathogen een immuunrespons heeft opgewekt en deze is verwijderd. Het apoptotische mechanisme kan ook op cytosolische pathogenen inwerken; de nucleases die zijn geactiveerd in apoptose om cellulaire DNA te vernietigen, vernietigen ook viraal DNA. Dit voorkomt de verspreiding van virionen. Apoptose wordt geprefereerd voor necrose omdat cellen die doodgaan door necrose intacte pathogenen vrijlaat. Deze kunnen dan doorgaan gezonde cellen te infecteren of macrofagen parasieteren. Het eerste mechanisme van cytotoxische T-cellen: calcium afhankelijke vrijlating van cytotoxische granules na herkenning van antigenen op het oppervlak van de doelcel. Deze cytotoxische granules zijn gemodificeerde lysosomen die verschillende proteïnen bevatten. Deze proteïnen zijn in een actieve vorm opgeslagen, maar de condities in de granules zorgen ervoor dat ze pas kunnen functioneren na hun afgifte. Een van de stoffen is perforine die het celmembraan aantast. Granulysine heeft anti-bacteriële activiteit en induceert apoptose. De derde is granzymen, die in combinatie met perforine de cel doodt. Cytotoxische T-cel kan maar één cel tegelijkertijd aanvallen en veroorzaken geen verdere weefselschade door het stevige contact met de doelcel. Cytotoxische T-cellen kunnen hun doelcellen snel doden doordat ze de proteïnen in cytotoxische granules synthetiseren en opslaan tijdens de eerste ontmoeting met de naïve cytotoxische precursor T-cel met zijn specifieke antigen. De meeste cytotoxische T-cellen geven ook cytokines af, welke een bijdrage leveren aan de immuunrespons. IFN-gamma bijvoorbeeld inhibeert virale replicatie, activeert macrofagen en verhoogt de expressie van MHC klasse I. De pathogenen die zich handhaven in het vijandelijke milieu van de fagosomen in macrofagen doen dat door de fusie van lysosomen met de fagosomen waar ze in zitten te inhiberen of door te voorkomen dat de vesikel waar ze in zitten steeds zuurder wordt (alleen door lage pH worden
59
lysosomale proteases actief). Deze pathogenen kunnen verwijderd worden als de macrofaag wordt geactiveerd door een Th1-cel. Deze synthetiseren membraan-associeerde proteïnen en oplosbare cytokines die lokale en verspreide acties hebben waardoor de immuunrespons tegen deze intracellulaire pathogenen wordt gecoördineerd. Th1-effectorcellen activeren de macrofagen ook om de opgenomen pathogenen te doden, en activeren B-cellen om een kleine maar zeer effectieve dosis van antilichamen isotypen te secreteren. Macrofagen hebben IFN-gamma nodig voor activatie. Andere signalen maken de macrofaag gevoelig voor dit interferon, door CD40 op het oppervlak te plakken. Sommige pathogenen infecteren de macrofaag chronisch en maken de macrofaag inactief. CD4 Tcellen zijn nodig om meer activerende signalen af te geven zodat de macrofaag geactiveerd wordt en het pathogeen kan doden (macrofaag activatie). Macrofagen hebben twee signalen nodig voor activatie: INF-y (door Th1-cellen) en het signaal dat nodig is om op deze INF-y te reageren. Th1 helpt in beiden. In tegenstelling tot de snelle reactie van cytotoxische T-cellen, moeten de Th1-cellen die hun specifieke antigen tegenkomen eerst nog de transcriptie van effector cytokines en celoppervlakte moleculen induceren. Door dit lange tijdsbestek moeten Th1-cellen veel langere aan hun doelcellen vastgebonden blijven dan cytotoxische T-cellen. De nieuwe cytokines worden dan door microvesikels naar en door de plaats van contact met de macrofaag gebracht. Door de INF-y signalen en het directe contact met de Th1-cel kan de macrofaag veranderen in een potente antimicrobiale effectorcel. Geactiveerde macrofagen fuseren hun lysosomen efficiënter met de fagosomen en maken oxygene radicalen en NO die een potente antimicrobiale activiteit hebben. Ook synthetiseren ze antimicrobiale peptiden en proteasen die afgegeven kunnen worden tegen extracellulaire parasieten. Additionele veranderingen in de geactiveerde macrofaag is om het immuunsysteem beter te induceren. Macrofagen blijven niet altijd in deze actieve staat omdat dat veel energie kost en er dan veel eerder weefselschade optreden door de afgifte van oxygene radicalen, NO en proteasen die ook toxisch zijn voor de gastheer. Sterke regulatie van de activiteit van macrofagen door Th1-cellen zorgt dus voor een effectief en specifiek mechanisme van verdediging zonder weefselschade te veroorzaken. Om dezelfde reden wordt macrofaag activatie geinhibeerd door cytokines (THF-B en IL-10). Deze inhibitoire cytokines worden geproduceerd door CD4 Th2-cellen en de inductie van Th2-cellen is dus belangrijk in het beperken van macrofaag activatie. Pathogenen die niet in vesikelen in de macrofaag zitten maar in het cytosol worden gedood door cytotoxische T-cellen ten koste van de hele macrofaag. Een andere belangrijke fucntie van Th1 cellen is het aantrekken van fagocyterende cellen naar plaats van ontsteking. Ze maken groeifactoren voor nieuwe productie in het beenmerg en ze veranderen de eigenschappen van endotheelcellen. Wanneer een pathogeen dit alles weerstaat zien we een chronische infectie van de pathogeen omringt door macrofagen welke weer omringd zijn door lymfocyten. Gefuseerde macrofagen kunnen reuzecellen vormen. Dit patroon heet een granuloom. WC11 Artikel: Virussen zijn met name goed in het omzeilen van het immuunsysteem omdat ze vaak ‘stil’ zijn, ze de cel niet direct doden, intieme relaties aangaan met de cel, intra-cellulair zijn. Strategieën voor het omzeilen is de simpelste ‘hit and run’. Snelle infectie en snelle uitscheiding voordat het immuunsysteem op touw staat. Andere mogelijkheden zijn: Verstoppen: intra-cellulair, immunologische privilege plekken, nadoen van gastheer antigen, binden van antilichamen (Fc moleculen) op z’n kop.
60
Het tolerant maken van de gastheer is een andere mogelijkheid. Immuuncellen (Th2, TH1 en anderen) beïnvloeden. Antigeen variatie: mutatie, recombinatie, switchen in genexpressie. Immunosuppressie. Sommige virussen produceren stoffen genaamd immunoevasinen waardoor er geen antigen op MHC klasse I wordt geladen. Dit kan op verschillende manieren voorkomen worden: blokkeren TAP transporter; vasthouden MHCI in ER, dislocatie van MHCI in het cytosol waar ze worden afgebroken. Manieren waarmee een pathogeen het immuunsysteem kan omzeilen: • Antigenische variatie: het veranderen van zijn antigenen. Zeer belangrijk in extracellulaire pathogenen, die worden geëlimineerd door antilichamen die werken tegen hun oppervlaktestructuren. Er zijn drie vormen van antigenische variatie: ♦ Veel infectieuze agentia hebben een brede variatie van antigenische types. Dit zijn serotypes en worden herkend door andere, specifieke antilichamen. Er zijn bijvoorbeeld 84 vormen van een pathogeen (Streptococcus pneumonia) op hetzelfde tijdstip. ♦ Een enkel virustype is verantwoordelijk voor de ziekte (bv. Influenza, RNA virus met mantel en gesegmenteerd genoom). Omdat het virus snel wordt verwijderd door immuunsystemen van individuen, kan het gevaar lopen dat zijn potentiële gastheren opraken als het niet de volgende mechanismen had: Antigenische drift: wordt veroorzaakt door random puntmutaties in de genen die coderen voor oppervlakteproteinen zoals hemagglutinine en neuraminidase. Er kunnen ook mutaties optreden waardoor de epitopen veranderen en dus niet meer herkend worden door antilichamen en cytotoxische T-cellen. Omdat deze veranderingen vrij klein zijn blijft er toch een soort immuniteit behouden en is het voor het virus moeilijk om een epidemie te veroorzaken. Antigenische shift: ontstaat doordat de RNA segmenten van twee verwante virussen in dezelfde cel worden uitgewisseld. Het veroorzaakt grote veranderingen in het hemagglutinie van het virus en wordt (bijna) niet herkend door het immuunsysteem en kan dus epidemie veroorzaken. ♦ Geprogrammeerde genherverdelingen. • Door te zorgen dat het MHC-complex met het antigen niet aan de oppervlakte gepresenteerd wordt: ♦ Expressie van de TAP-transporter wordt downgereguleerd. ♦ Intacte MHC-moleculen worden terug naar het cytoplasma getransporteerd en gedegradeerd door het proteasoom. • Andere micro-organismen migreren uit de fagosoom naar het cytoplasma van de cel, waar ze vermeerderen. Ze kunnen dan verspreiden naar andere cellen door dóór het contactpunt van de gezonde cel en de geïnfecteerde cel te migreren, en komen dus niet in aanraking met het extracellulaire milieu. • Coating van het oppervlak van het pathogeen met proteïnen van de gastheer zelf totdat het weefsels is binnengedrongen waar minder immuunsysteem actief is (bijvoorbeeld CZS). • Coating van het oppervlak van het pathogeen met complement of antilichamen. • bepaalde delen van het immuunsysteem inactief maken: ♦ het wegvangen van genen die coderen voor cytokines of cytokine receptoren ♦ synthese van complementregulerende moleculen ♦ de inhibitie van MHC-klasse 1 molecuul synthese
61
Cytokine productie door virussen kan ook helpen. IL-10 inhibeert bijvoorbeeld de differentiatie in Th1. Sommige virussen, zoals Herpes, kunnen een latente staat ontwikkelen waarin het niet wordt gerepliceerd. Het veroorzaakt in dit stadium geen ziekte omdat er geen virale peptiden kunnen worden gepresenteerd. Latente infecties kunnen gereactiveerd worden. Herpesvirus: een envelopvirus met dubbelstrengs DNA, komen binnen door fusie met het plasmamembraan, replciatie in de nucleus, de cel gaat door infectie dood. De infectie verspreidt zich door cel-celcontact. Het virus is onstabiel in de omgeving. Het geeft een latente infectie met periodieke of continue uitscheiding. Er zijn twee redenen waarom sensorische neuronen geïnfecteerd blijven bij het Herpesvirus: 1. Het virus is ‘stil’ en genereert maar een paar peptiden van het virussen die worden gepresenteerd op MHC-klasse 1 moleculen. 2. Neuronen hebben maar lage concentraties van MHC-klasse 1 wat het voor CD8 cytotoxische T-cellen moeilijker maakt om geïnfecteerde neuronen te herkennen. NK cellen die doden wel cellen die geen MHC1 meer hebben na downregulatie door virussen (positieve feedback) virussen kunnen dit weer omzeilen door MHC1 nep moleculen na te bootsen waardoor de NK een negatief signaal krijgt. Aujesky disease virus (ADV): geeft ook een latente infectie bij het varken. Transmissie door neu-neus contact, uitscheiding ook in melk en zaad. Verticale transmissie is mogelijk. Vanuit werkcollege overzicht: Virussen: 1. Antigenetic shift en drift 2. MHC I interferentie 3. NK cel interferentie 4. Productie cytokinen 5. Infecteren dendrietische cellen welke de T-cel activeert Bacteriën 1. Voorkomen binding complement 2. Verhullen in lichaamseigen stoffen 3. Fc receptor (staphylococcen) 4. Capsules 5. Voorkomen fusie lysosoom / endosoom 6. Ontsnappen naar cytosol uit endosoom door gaatjes Parasieten 1. Toxinen productie 2. Proteasen uitscheiden, knippen antilichamen 3. Slijm uitscheiden, nieuwe slijmlaag maken. 4. Differentiatie T-cellen onderdrukken 5. Coating in lichaamseigen stoffen Sommige pathogenen onderdrukken het gehele immuunsysteem: • Staphylococci bijvoorbeeld produceren toxinen die zich gedragen als superantigenen: proteïnen die binden aan antigenreceptoren van grote aantallen T-cellen, wat hun stimuleert om cytokines te produceren die een ernstige ontsteking veroorzaken: toxische shock. De gestimuleerde T-cellen prolifereren en ondergaan apoptose waardoor immunosuppressie ontstaat.
62
•
•
Interfereren in de activatie en ontwikkeling van dendritische cellen wat leidt tot een inadequate activatie van CD4 T-cellen en een verlaging van Th1-cel differentiatie daardoor. CD4 T-cellen activeren naïeve CD8 cytotoxische T-cellen, wat nu ook niet meer goed gebeurd. Het RNA polymerase in RNA-virussen heeft geen proof-reading waardoor er veel mutaties ontstaan in het genoom en dus veranderingen in de antigeniciteit ontstaan, waardoor het adaptieve immuunsysteem omzeild kan worden.
Immunopathologie: een infectie waarvan de pathologie wordt veroorzaakt door de immuunrespons. Daarom worden kinderen die zijn gevaccineerd veel zieker dan kinderen die niet gevaccineerd zijn omdat deze eerste groep een veel grotere immuunrespons kan ontwikkelen. WC12 Leesstof is allemaal dubbel en irrelevant. Aantekeningen vanuit werkcollege een paar. Veroorzaker van blaasontsteking vaak E. Coli, anders klebsiella, enterococcus, staphylococcus, proteus of pseudomas. Blaaspunctie het beste. Vloeistofverdunning: bacteriën in een verdunning van antibiotica plaatsen Agar-verdunning: verdunning van antibiotica op agar kolonies plaatsen Agar diffusie: bijvoorbeeld de Kirby Bauer test. HC13 Mucosale immuunsysteem: gastrointestineale, het respiratoire en het urogenitale kanaal, de exocriene klieren die geassocieerd zijn met deze organen (bv. Pancreas, conjunctiva, lacterende borst). Hun teerheid en permeabiliteit creëert een zekere kwetsbaarheid voor infectie. Omdat voedselproteïnen en commensale (niet-pathogene) bacteriën in de darm lichaamsvreemde antigenen bevatten, zijn ze volledig in staat om een immuunrespons op te wekken. Dit zou echter niet gepast en verspilde moeite zijn. de intestinale mucosale immuunsysteem kan daarom schadelijke pathogenen van antigenen in voedsel en de natuurlijke flora van de darm van elkaar onderscheiden. Antigenen op de mucosale oppervlakken moeten door de epitheelbarrière getransporteerd worden voor ze het mucosale immuunsysteem kunnen stimuleren. Peyer’s patches zijn zeer gespecialiseerd in de opname van antigenen van het darmlumen door de aanwezigheid van M-cellen. Peyers patches bevatten een groot aantal B-cel folikels met germinale centra, en kleinere T-cel gebieden. Ze zijn al in de foetus aanwezig. De follikels en Peyers pathes zijn verbonden met het lymfatische stelsel door mesenterische lymfeklieren. Er zijn belangrijke verschillen tussen het MALT en het systemische immuunsysteem. Dit gebeurt al vroeg in de ontwikkeling door invloed van chemokinen. Ze verschillen in hormoonhuishouding, soorten lymfocyten en immunomodualire factoren. De M-cellen in het follikel-geassocieerde epitheel nemen continu moleculen en partikels uit het darmlumen op door endocytose en fagocytose. Dit materiaal wordt getransporteerd door het binnenste van de cel in membraangebonden vesikels naar de basale celmembraan, waar het wordt afgegeven aan de extracellulaire ruimte (= transcytose). De basale celmembraan van een M-cel is extensief gevouwen en vormt een ‘pocket’ die lymfocyten en dendritische cellen insluit. Deze dendritischte cellen nemen het getransporteerde materiaal dat is afgegeven door de M-cel op en maken het klaar voor presentatie aan T-lymfocyten. De antigengeladen dendritische cellen migreren dan naar de regio van de T-celen van de Peyer’s patch, waar ze naive, antigen-specifieke T-cellen ontmoeten. Ze kunnen echter ook naar de drainerende lymfevaten van de mesenterische lymfeknopen migreren, waar ze ook naive T-cellen tegenkomen.
63
Dendritische cellen zijn ook aanwezig in de wand van de darm. De beweegbaarheid van deze cellen wordt verhoogd in respons voor een lokale bacteriële infectie, en deze cellen kunnen deze bacteriën opnemen uit het lumen en dan naar de lamina propria migreren. Hierdoor kunnen antigenen over een intacte epitheelbarrière heen migreren zonder de hulp van M-cellen. Na de opname van antigenen uit het darmlumen transporteren de dendritische cellen deze naar de T-cel gebieden van de mesenterische lymfeknopen via de afferente lymfevaten die de darmwand draineren. Dendrietische cellen kunnen dus eventueel ook zonder de hulp van M-cellen antigenen presenteren. Naast de goedgeorganiseerde lymfoïde organen zijn er ook grote aantallen lymfocyten en leukocyten in de mucosale oppervlakten verspreid aanwezig. Deze hebben vaak het geactiveerde uiterlijk en dienen als effector T-cellen en plasmacellen van het mucosale immuunsysteem. Het epitheel bevat voornamelijk lymfocyten (vooral CD8 cytotoxische T-cellen). De lamina propria, wat onder het epitheel ligt, bevat vooral grote aantallen CD4 en CD8 T-cellen maar ook plasmacellen, macrofagen, dendritische cellen en soms ook eosinofielen en mastcellen. Het lijkt dus een beetje op een chronische ontsteking, te zien aan de aanwezige cellen. Dit komt natuurlijk ook door de continue bombardementen van antigen in de mucosale gebieden. De naive lymfocyten komen vanuit de thymus en beenmerg aan in de Peyer’s patches en de mesenterische lymfeknopen door HEVs (high endothelial venules) en de binnenkomst wordt ook gecontroleerd door chemokines, net als perifere lymfoide organen. Als deze naive lymfocyten hun specifieke antigen niet zien verlaten ze het lymfoïde orgaan via de efferente lymfevaten en migreren terug naar de bloedstroom. Als ze wel hun antigen tegenkomen in de GALT worden ze geactiveerd en kunnen het lymfoide orgaan niet meer uit. Ze krijgen dan met behulp van de dendrieten, hun GALT homing receptoren. Effector mucosale lymfocyten verlaten de mucosale lymfoïde organen waarin ze werden geactiveerd en migreren terug naar de mucosa. Antigen-specifieke B-cellen die begonnen als IgM-producerende B-cellen in de Peyer’s patches ondergaan klasseswitching en enteren de lamina propria als IgAproducerende plasmacellen. Verschillende cellen kunnen naar verschillende delen van de darm worden gebracht omdat er regionale specialisatie van chemokine-expressie aanwezig is. Alleen lymfocyten die hun antigen voor het eerst zien in een darm-geassocieerde secundaire lymfoïde orgaan worden geïnduceerd om darmspecifieke receptoren en integrines te vertonen. Deze weefsel-specifieke consequenties van lymfocyt inprinting in de GALT verklaart waarom vaccinatie tegen intestinale infecties altijd de immunisatie via de mucosale route nodig heeft, omdat andere routes niet de juiste dendritische cellen met de correcte inprinting-eigenschappen activeert. De adressine die specifiek is voor de darmmucosa (waardoor inprinting mogelijk is) is niet alleen beperkt tot de bloedvaten van de darm, maar wordt ook gevonden in de bloedvaten van andere mucosale oppervlakken. Daarom kunnen lymfocyten die hun antigen tegenkomen in de GALT ook recirculeren naar het respiratoire en urogenitale kanaal en de lacterende borst als effectorcellen. Dus het mucosale immuunsysteem vormt een recirculerend compartiment: algemene mucosale immuunsysteem.
64
Daarom kan nasale immunisatie gebruikt worden om een immuunrespons tegen HIV in het urogentiale kanaal op te wekken.
De dominante klasse van antilichamen in het algemene mucosale immuunsysteem is IgA, wat lokaal wordt geproduceerd door plasmacellen in de mucosale wand. IgA voorkomt de aanhechting van micro-organismen en neutraliseren toxinen en enzymen. De naive B-cel precursors van de IgA-secreterende plasmacellen worden geactiveerd in de Peyer’s patches en mesenterische lymfeknopen. Klasseswitching van naive B-lymfocyten naar IgA productie gebeurd onder de controle van de cytokine TGF-β in het lymfoïde weefsel van de GALT. Na B-cel activatie en differentiatie brengen de resulterende lymfoblasten bepaalde integrines en chemokine-receptoren tot expressie die ze naar de mucosa leidt. Zodra ze in de lamina propria zijn secreteren en syntethiseren plasmacellen intacte IgA in de subepitheliale ruimte. Om zijn doelantigenen in het darmlumen te bereiken moet het IgA over het epitheel getransporteerd worden. dit wordt gedaan door immature epihteelcellen gelokaliseerd aan de basis van intestinale crypten, die de polymeer immunoglobuline receptor (Poly-Ig receptor) tot expressie brengen op hun basolaterale oppervlak. Deze receptor heeft hoge affiniteit voor IgA en transporteert deze door transcytose naar de luminale oppervlakte van het epitheel waar het wordt afgegeven door klieving van het extracellulaire domein van de receptor. Een deel van deze gekliefde receptor blijft geassocieerd met het IgA: secretorische component (SC). Het resulterende antilichaam heet nu secretorische IgA. In sommige dieren is er nog een tweede route van IgA secretie in de darm: de hepatobilaire route: De IgA antilichamen die niet binden aan de poly-Ig-receptor op epihteelcellen worden door de portale venen in de lamina propria opgenomen. In de lever worden deze kleine venen (sinusoiden) afgelijnd door hepatocyten die de poly-Ig-receptor ook vertonen op hun basale oppervlak waardoor opname en transcytose van IgA naar de galgangen mogelijk is. Op deze manier kunnen secretorische IgA antilichamen naar de dunne darm vervoerd worden via het algemene galkanaal. Daarnaast kunnen IgA antilichamen die antigenen uit het lumen hebben gebonden terug naar de darmwand via epitheelcellen opgenomen worden en geëlimineerd worden via deze route. Secretorisch IgA heeft kleine capaciteit om de klassieke pathway van complement te activeren of zich te gedragen als opsonisatie, en kunnen dus geen ontsteking induceren. Zijn hoofdfunctie is om het binnendringen van pathogenen zo klein mogelijk te maken, zonder ontstekingsschade aan de kwetsbare weefsels aan te brengen. Intestinaal IgA heeft ook een belangrijke rol in de symbiotische relatie tussen een individu en hun commensale bacteriën, wat helpt om deze organismen tot het darmlumen te beperken. Mucosale infecties zijn niet veel aanwezig bij IgA deficiëntie, maar wel als er ook geen Igpolyreceptor productie meer is. Dit komt doordat IgM IgA kan vervangen als dominant antilichaam in de darm. Daarom zijn er in de darm van mensen die IgA deficiëntie hebben ook meer IgM producerende plasmacellen. Omdat IgM in principe dezelfde structuur heeft als IgA wordt het ook aan de poly-Ig receptor gebonden en naar het darmlumen over epitheelcellen getransporteerd. Als de receptor ontbreekt is er wel een probleem. HC14 Auto-immuniteit: de respons tegen antigenen van de eigen cellen en weefsels. Dit kan leiden tot auto-immune ziekten die worden gekarakteriseerd door weefselschade. Transplantatie afstoting: de respons tegen niet-eigen antigenen van getransplanteerde organen.
65
Zelf-tolerantie: het immuunsysteem van een individu valt het normale weefsel van zijn lichaam niet aan. Sommige zelf-reactieve lymfocyten ontsnappen aan de eliminatie door negatieve selectie en verlaten de thymus waarna ze geactiveerd kunnen worden om auto-immune ziekte te veroorzaken. Autoreactiviteit gebeurd omdat de herkenning van zelfreactiviteit indirect en daarom imperfect is. Autoantigenen: auto-immune responsen geven, net als een normale immuunrespons tegen pathogenen, een immuunrespons tegen zelf-antigenen. Hierdoor ontstaan autoreactieve effectorcellen en antilichamen: autoantilichamen tegen het autoantigen. Als reacties tegen eigen weefsels voorkomen, dan zijn ze niet goed gereguleerd. Het weinig voorkomen van auto-immune ziekten geeft aan dat het immuunsysteem meerdere mechanismen heeft ontwikkeld om schade aan eigen weefsels te voorkomen. Het meest fundamentele principe die ten grondslag ligt aan deze mechanisme is de discriminatie tussen zelf en niet-zelf, maar deze discriminatie is niet makkelijk te verkrijgen. 1. centrale tolerantie: herkenning van een antigen door een immature lymfocyt leidt tot een negatief signaal dat ervoor zorgt dat de lymfocyt geïnactiveerd wordt of doodgaat. Dit vind dus plaats in de thymus of het beenmerg. Dit is mogelijk omdat in die organen geen echt pathogene antigenen zijn. 2. hoge en constante antigen concentratie die aanwezig zijn op lichaamseigen cellen en weefsels produceren sterke signalen naar lymfocyten, en zelfs mature lymfocyten kunnen tolerant gemaakt worden voor een antigen door sterke en constante singalen door hun antigen-receptoren. Pathogenen en vreemde antignen worden ‘plotseling’ aan het immuunsysteem gepresenteerd, en de concentraties van dat antigen verhogen snel. Naive mature lymfocyten reageren op deze plotselinge verhoging van antigen-receptor signalen. Constante signalen moeten dus geen reactie uitlokken. 3. perifere tolerantie: het aangeboren immuunsysteem geeft signalen die cruciaal zijn voor de activatie van het adaptieve immuunsysteem tegen infectie, co-stimulatoren. In de afwezigheid van een infectie worden deze signalen niet geproduceerd. Onder deze omstandigheden ontvangt de naive lymfocyt die een zelf-antigen tegenkomt, zeker als de antigen-presenterende cel geen co-stimulatore moleculen tot expressie brengt, een negatief en inactiverend signaal. De mechanismen van perifere tolerantie zijn functionele niet-reageerbaarheid, deletie door apoptose en suppressie door regulatoire T-cellen. Activatie van autoreactieve lymfocyten leidt niet meteen tot een auto-immune ziekte. Een laag niveau van autoreactiviteit is zelfs nodig voor normale immuunfunctie. Autoantigenen helpen om het repertoire van mature lymfocyten te vormen en naive T-cellen en B-cellen in de periferie hebben de continue blootstelling aan autoantigenen nodig om te overleven. Auto-immune ziekten ontstaan alleen als genoeg bescherming wordt overwonnen om een reactie tegen zelf, inclusief de vorming van effectorcellen en moleculen die de weefsels beschadigen, teweeg te brengen. Een enkele transcriptiefactor, AIRE, is verantwoordelijk voor het aanzetten van vele perifere genen in de thymus (positieve selectie mogelijk). Het AIRE gen is defect in patiënten met een zeldzame, erfelijke vorm van auto-immuniteit: APECED. Sommige lymfocyten met een relatief lage affiniteit voor zelfantigenen maken geen respons tegen hun, ontsnappen aan tolerantiemechanismen en kunnen als ‘onwetend’ tegen zelf worden beschouwd. Zulke ‘onwetende’ maar latente zelfreactieve cellen kunnen gerekruteerd worden in auto-immune ziekten als de stimulus, zoals infectie, groot genoeg is.
66
Een speciale situatie komt voor als de onwetende lymfocyten worden geactiveerd omdat hun autoantigenen ook liganden zijn vor de Toll-like receptoren (TLRs). Deze receptoren zijn normaal patroon-herkennende receptoren, specifiek voor pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen, maar deze patronen zijn niet beperk tot pathogenen en kunnen ook voorkomen op lichaamseigen cellen. Een ander mechanisme waardoor onwetende lymfocyten in actie komen is dor het veranderen van de vorm of verkrijgbaarheid van een zelfantigen. Sommige antigenen zijn normaal intracellulair en worden niet aangetroffen door lymfocyten, maar ze kunnen vrijgegeven worden door weefseldood of ontstekingen. Deze antigenen kunnen dan onwetende T- en B-cellen activeren, wat leidt tot autoimmuniteit. Zulke reacties houden op als de autoantigenen worden verwijderd, hoewel ze kunnen leiden tot klinische auto-immune ziekten als de klaringsmechanimsen inadequaat zijn. Een bijzonder geval treedt op wanneer geactiveerde B-cellen in germinale centra somatische hypermutatie ondergaan en op die wijze zelf-reactief worden of hun affiniteit verhogen. Hier lijkt echter ook weer een controle mechanisme voor te zijn. B-cellen specifiek voor het IgG worden normaal niet geactiveerd omdat IgG monomeer is en niet kan binden aan de receptoren van de B-cel. Wanneer echtere een immuuncomplex gevomd wordt na een infectie of immunisatie, wordt er genoeg IgG gevormd in multivalente vorm om een respons op te wekken van deze normaal onwetende B-cellen. Deze antig-IgG autoantilichamen die worden geproduceerd worden rheumatoid factoren genoemd. Deze respons is ook kortlevend, zolang de immuuncomplexen die gevormd worden snel verwijderd worden. Immunologisch bevoorrechte plaatsen: Antigenen verlaten deze plaatsen wel en gaan wel interactie aan met T-cellen, maar ipv een immuunrespons op te wekken induceren ze tolerantie of een respons die niet schadelijk is voor het weefsel. Deze lokaties zijn ‘anders’ op drie manieren: 1. de communicatie tussen bevoorrechte plaatsen en het lichaam is atypisch in dat het extracellulaire vocht in deze plaatsen niet naar de lymfevaten gaat. Bevoorrechte plaatsen zijn normaal omgeven door weefselbarrières die naive lymfocyten niet kunnen passeren. 2. oplosbare factoren zoals cytokines die de immuunrespons beïnvloeden worden geproduceerd in deze plaaten en verlaten deze samen met de antigenen. Zo wordt een respons opgewekt die niet schadelijk is voor het weefsel. 3. de expressie van Fas-ligand door de weefsels van deze plaatsen kunnen verdere bescherming bieden door het induceren van apoptose van Fas-dragende lymfocyten die binnendringen. Echter zijn de antigenen van deze immunologisch bevoorrechte plaatsen vaak het doel van autoimmune aanvallen. Sommige antigenen die tot expressie worden gebracht in deze plaatsen induceren dus geen tolerantie of lymfocyt activatie in normale omstandigheden, maar als autoreactieve lymfocyten ergens anders worden geactiveerd, kunnen deze antigenen doel worden van een auto-immune aanval. Sommige auto-immune ziekten zijn afhankelijk van Th1-cellen om ziekte te veroorzaken waar andere ook de hulp van Th2-cellen nodig hebben. Th1- en Th2-cellen secreteren bepaalde cytokines en interleukines die verschillende effecten hebben op antigen-presenterende cellen, B-cellen en op de verwijdering van het pathogeen. Immune modulatie: pogingen om humane auto-immune ziekten te controleren door de cytokine profielen van Th1- en Th2-cellen te switchen. Zijn nog niet succesvol. Andere vormen van CD4Tcellen, zoals de regulatoire T-cellen, zijn belangrijker in het voorkomen van auto-immune ziekte. Autoreactieve cellen die ontsnapt zijn aan de tolerantie-inducerende mechanismen eerder beschreven kunnen nog steeds gereguleerd worden zodat ze geen klinische ziekte veroorzaken. Deze regulatie heeft twee vormen: 1. specifieke regulatoire T-cellen zenden signalen naar geactiveerde T-cellen en naar antigenpresenterende cellen. Regulatoire T-cellen hebben het potentiaal om zelf-reactieve
67
lymfocyten die andere antigenen herkennen dan de antigenen die worden herkend door deze regulatoire T-cellen te onderdrukken: regulatoire of infectieuze tolerantie of dominante immuunsuppressie. 2. immuunresponsen worden in hun grootte en duur beperkt (dit is in de lymfocyten zelf geprogrammeerd). Th3-cellen van het mucosale immuunsysteem hebben een functie om het onderdrukken of controleren van immuunresponsen in de mucosa, en het gebrek aan Th3-cellen wordt verbonden met auto-immune ziekten in de darm. Bijna elk type van lymfocyten hebben een kleine regulatoire activiteit in bepaalde omstandigheden. Zelfs B-cellen kunnen geïnduceerde auto-immune syndromen reguleren. Deze regulatoire activiteit wordt gemedieerd op dezelfde manier als regulatoire CD4 T-cellen, met de secretie van cytokines die de T-cel proliferatie en de differentiatie van Th1-cellen remmen. Immature dendritische cellen induceren de differentiatie van regulatoire T-cellen, welke een contributie dragen aan het behouden van tolerantie in de afwezigheid van een infectie. WC13 Laboratorische onderzoeken van bacteriële ziekten is nodig om het agentia te identificeren en soms voor het bepalen van de antimicrobiale onderhevigheid van pathogenen. De nauwkeurigheid en validiteit van de resultaten van deze onderzoeken worden grotendeels beïnvloed door de zorg besteedt aan de selectie, collectie en submissie van samples. • Specimen moeten verworven zijn van levende dieren. • Specimen moeten gecollecteerd worden met een zo klein mogelijke kans op besmetting. • Elk sample moet individueel opgeslagen worden en geïdentificeerd worden. De aanwezigheid van bacteriën kan bevestigd worden door onderzoek met behulp van: • Kleuringen: snelle procedures voor de demonstratie van bacteriën die in grote aantallen aanwezig zijn. • culturele en biochemische eigenschappen: de selectie van cultuurmedium, omstandigheden en andere eigenschappen die belangrijk zijn voor isolatie worden bepaald door de pathogene bacterie die vermoed wordt. Essentieel voor de identificatie van het pathogeen is de groei van geïsoleerde kolonies op de cultuur. Definitieve identificatie van een potentieel pathogeen wordt bereikt door een subcultuur van een geïsoleerde kolonie speciale testen te laten ondergaan. Andere eigenschappen die tot identificatie kunnen leiden zijn pigment- en geurvorming of haemolyseproductie in bloedagar. • detectie door immunologische en moleculaire methoden zoals de fluorescent antilichamen kleuring. De bacterie wordt dan gebonden door de specifieke, gelabelde antilichaam. (ELISA) • Phage typing: bepaalde fagen zijn specifiek voor een gelimiteerd aantal bacteriën die de differentiatie mbv phage typing mogelijk maakt. Bacteriële soorten kunnen daardoor onderverdeeld worden in bepaalde subtypen die gebaseerd zijn op hun onderhevigheid aan bepaalde fagen. • De belangrijkste moleculaire biologische technieken voor pathogeen detectie zijn hybridisatie en PCR. Serologie: veel potentieel pathogene bacteriën zijn aanwezig als deel van de normale flora van een gastheer of zijn normaal in de omgeving. Als dieren frequent aan deze bacteriën worden blootgesteld kunnen ze antilichamen tegen deze bacteriën maken. Antilichamen die toonbaar zijn in en serum sample kunnen daarom als bewijs dienen dat er een infectieus agentia aanwezig is, maar kunnen de schadelijkheid ervan niet aantonen. Serologische testen worden vaak gebruikt om infectie met bepaalde pathogenen aan te tonen.
68
Criteria voor de identificatie van bacteriële pathogenen: • Koloniale morfologie en kleur • aan- of afwezigheid van haemolyse op bloedagar • uiterlijk na kleuring met de Gram-methode • beweeglijkheid • vermogen om te groeien op MacConkey agar • reactie op oxidatie-fermentatie-test • reacties in catalase en oxidase tests. De aanwezigheid van een virus in weefsel kan bevestigd worden door de isolatie van levende virussen, de demonstratie van viruspartikels of virale antigenen en door het aantonen van virale nucleïnezuren: • isolatie van levende virussen: virus isolatie met het gebruik van celcultuur, vruchtbare eieren of experimentele dieren is de standaard. Een monolaag van een bepaald celtype is vaak niet genoeg om het virus te laten groeien. Virus isolatie is echter wel arbeidsintensief, langzaam en duur. Vaak zijn andere testen nodig om definitieve identificatie te bewerkstelligen. • Elektronenmicroscopie: wordt ook gebruikt om virussen te detecteren die niet in vitro kunnen groeien. Voorwaarde voor de EM is wel dat grote aantallen viruspartikels aanwezig moeten zijn in het sample. Virussen met eenzelfde morfologie kunnen moeilijk van elkaar onderscheiden worden bij EM. • Immunofluorescentie en immunohistochemistry: antivirale antilichamen die gelabeld zijn met fluorochromen kunnen gebruikt worden om virale antigenen te detecteren in specimen. Enzym-gelabelde antivirale antilichamen kunnen hiervoor ook gebruikt worden. een speciale microscoop met speciale lichtbron is nodig om het fluorescerend materiaal zichtbaar te maken. • Vaste-fase immunoassays: antigenen of antilichamen worden op een oppervlak stopgezet. ELISA: antilichamen worden gelabeld met enzymen die een kleurverandering produceren als ze reageren met de juiste substraten. Voor de detectie van een virus kunnen verschillende Wells gecoat worden met specifieke anti-virale antilichamen en wordt testmateriaal toegevoegd. Als virale antigenen hierin aanwezig zijn bindt het aan antilichamen tijdens de incubatie en wordt het niet verwijderd door wassen. Enzym-gelabelde antilichamen specifiek voor dat antigen wordt dan toegevoegd. Na incubatie en wassen wordt er een substraat voor dat enzym toegevoegd; een kleurverandering is een positieve reactie. • Immunodiffusie: gemakkelijk en goedkoop, echter relatief ongevoelig. • Complement fixatie test voor antigen detectie: als antigenen binden aan antilichamen om een immuuncomplex te vormen wordt complement geactiveerd en hecht aan deze complexen. In de complement-fixatie test wordt het sample toegevoegd aan een bekend antiserum die is verhit om alle complement te verwoesten. Na incubatie wordt er een precieze hoeveelheid complement toegevoegd. Als viraal antigeen aanwezig is in de sample zullen de immuuncomplexen die gevormd zijn tijdens de incubatie het complement herstellen. Er wordt een indicator toegevoegd om complement-activiteit te detecteren. • Haemagglutinatie en haemadsorptie: sommige virussen gaan interactie aan met erythrocyten van vele diersoorten wat haemagglutinatie veroorzaakt. Deze virusen kunnen dit omdat ze virale glycoproteinen hebben die aan receptoren van erythrocyten binden. • Nucleïnezuur detectie: deze methode is vooral belangrijk bij virussen die niet of moeilijk in vitro groeien en is nuttig bij latente infecties waarbij een infectieus virus afwezig is of geïnactiveerd is. Deze techniek maakt gebruik van hybridisatie en PCR. WC14
69
In een pasgeboren dier heeft het adaptieve immuunsysteem tijd nodig om volledig functioneel te worden en het aangeboren immuunsysteem is verantwoordelijk voor de resistentie tegen infectie in deze eerste periode. In sommige soorten met een korte zwangerschap is het adaptieve immuunsysteem zelfs nog niet volledig ontwikkeld bij de geboorte. In sommige dieren met een lange zwangerschap is het wel volledig ontwikkeld maar kan nog niet volledig functioneren de eerste paar weken. In deze periode produceert de moeder antilichamen en soms ook T-cellen via de biest en melk. De thymus is het eerste lymfoïde orgaan dat wordt gevormd, gevolgd door de secundaire lymfoïde organen. B-cellen ontstaan net na de ontwikkeling van de milt en lymfeknopen, maar antilichamen zijn vaak afwezig tot de late foetale periode áls ze al geproduceert worden in de foetale periode. Het vermogen van de foetus om te reageren op antigenen ontwikkeld snel nadat de lymfoïde organen ontstaan, maar niet alle antigenen zijn in dezelfde mate in staat om foetale lymfoid weefsel te stimuleren. Het immuunsysteem ontwikkeld in stappen, waarbij de foetus bij elke stap op meer antigenen kan reageren. Deze stappen worden gedreven door een langzame verhoging in het gebruik van genconversie of somatische mutatie om antilichaam diversiteit te verkrijgen. De T-cel diversiteit is gelimiteerd in de foetus en neonaat en cytokine productie is laag door een tekort aan blootstelling aan vreemde antigenen. Het serum van pasgeboren dieren is ook deficiënt in sommige complement componenten, wat resulteert in een zwakke opsonisatie-activiteit wat leidt tot een grotere gevoeligheid voor infectie. De foetus is niet compleet verdedigingsloos, maar het is wel minder goed in staat om een goede immuunrespons op te wekken tegen een infectie. Zijn immuunsysteem is nog niet volledig functioneel en daarom kunnen bij adulten mildere infecties leiden tot ernstige infecties of dood bij een foetus. De respons tegen virussen wordt bepaald door de staat van immunologische ontwikkeling van de foetus. Elke immuunrespons van een pasgeboren dier moet een primaire respons zijn met een langere lagperiode en lagere concentraties van antilichamen. Pasgeboren dieren gebruiken in hun respons ook Th2-cellen in plaats van Th1-cellen als gevolg van de hormonale invloeden tijdens de zwangerschap. Neonatale Th1-cellen zijn zeer gevoelig voor apoptose. Sommige Th1-cytokines induceren schade aan de placenta. Een goede ontwikkeling van het immuunsysteem in pasgeborenen is grotendeels afhankelijk van de intestinele microflora. ‘Germfree’ dieren van bepaalde soorten falen in de ontwikkeling van GALT. De commensale flora produceert een mix van pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen en polysacchariden. Sommige worden door de gastheer opgenomen en gepresenteerd aan CD4 T-cellen. Deze worden dan geactiveerd. Een diversiteit aan signalen wordt ook verkregen via de TLR’s. deze signalen induceren een compleet functionele ontwikkeling van het immuunsysteem. De route waarmee maternale antilichamen de foetus bereiken is afhankelijk van de structuur van de placenta: • Hemochoriaal: maternale bloed is in direct contact met de trofoblast. Deze verbinding staat alléén IgG toe in de foetale bloedstroom (dus géén IgA of IgE). • Endothelichoriaal: het chronionisch epitheel is in contact met het endotheel van de maternale bloedvaten. 5 a 10% van IgG kan naar de foetus getransporteerd worden, de rest via biest. • Syndesmochoriaal: het chorionisch epitheel is in direct contact met de uterus-weefsels. Er is geen transplacentale passage mogelijk en de pasgeborenen zijn compleet afhankelijk van de antilichamen die ze krijgen via de biest.
70
Biest (colostrum) bevat secreties van de melkklier tijdens de laatste paar weken van de zwangerschap samen met proteïnen die actief van de bloedstroom worden getransporteerd onder invloed van oestrogeen en progesteron. Daarom is het rijk aan IgG en IgA, maar bevat ook een beetje IgM en IgE. Als lactatie vordert veranderd de biest in melk. IgA predomineert in zowel biest als melk in primaten. Paarden en varkens hebben vooral IgG in hun biest maar die concentratie zakt zodat IgA het belangrijkste bestanddeel wordt. In melk zit 30% van IgG en 10% van IgA, de rest wordt lokaal door het lymfoïde weefsel in de uier geproduceerd. Jonge dieren die de biest opnemen hebben een lage protease activiteit in hun maagdarm-kanaal en wordt verder gereduceerd door trypsine-remmers uit de biest. Daarom worden proteïnen uit de biest niet verteerd en kan intact de dunne darm bereiken. Antilichamen uit de biest binden aan speciale Fc-receptoren op de darmepitheelcellen van pasgeborenen. Zodra ze hebben gebonden aan deze FcRn worden ze opgenomen door endocytose en naar de basale zijde getransporteerd zodat ze bloedvaten kunnen betreden. Pasgeboren zoogdieren verschillen in de selectiveit en duur van deze intestinele permeabiliteit, afhankelijk van de soort en antilichaam-klasse. Permeabiliteit is het hoogst na 6 uur na de partus omdat de FcRn-dragende epitheelcellen worden vervangen door cellen die de receptor niet tot expressie brengen. Als absorptie stopt worden de antilichamen die oraal zijn opgenomen gewoon afgebroken. De snelheid daarvan verschilt per klasse en concentratie. De glomeruli van pasgebore dieren zijn permeabel voor macromoleculen. In de urine van neonatale dieren zitten dus antilichamen. Dit proces stopt spontaan als de opname van antilichamen stopt. Antilichamen kunnen ook gevonden worden in de hele darm van jonge dieren. Als het verteringsvermogen van de darm verhoogd blijven alleen secretorische IgA antilichamen intact. de continue opname van IgA of IgG1 van melk is voor de bescherming tegen darmziekten. Er zijn drie redenen voor het verzuim van passieve transfer door biest: 1. productie verzuim: de moeder produceert geen goede of niet voldoende biest. 2. opname verzuim: de geproduceerde biest kan niet voldoende opgenomen worden door het dier. Bijvoorbeeld doordat de hoeveelheid biest verdeeld moet worden over veel jongen, slecht moederschap, slechte zuigreflex of fysische problemen als beschadigde tepels of kaak. 3. absorptie verzuim: de absorptie vanuit de darm is niet voldoende. Manieren om verzuim van passieve transfer van IgG in serum te testen: 1. zink-sulfaat turbity test 2. single radial immunodiffusie 3. latex agglutinatie test 4. ELISA Transfer van immuniteit via de biest is essentieel voor de overleving van jonge dieren, maar kan ook ziekte veroorzaken. Als de moeder wordt geïmmuniseerd tegen de rode cellen van haar foetus, kunnen antilichamen uit de biest de ery’s van het jonge dier aanvallen: hemolytische ziekte. Het intestinale lymfoïde weefsel van neonatale dieren reageert snel op opgenomen antigenen. Er is een vroege IgM respons in de darm die naar IgA switcht na twee weken. In het jonge dier ontstaat de IgA respons eerder en bereikt significantere levels ver voor de andere antilichamen-klassen. De antilichamen die het jong heeft verkregen van zijn moeder remmen de eigen immuunrespons. Zeer jonge dieren zijn daarom niet in staat te reageren op actieve immunisatie mbv vaccins. Het is afhankelijk van de relatieve concentraties van maternale antilichamen en de dosis van het vaccin. Verschillende mechanismen zijn gesuggereerd die mediëren in deze suppressie:
71
1. snelle neutralisatie van levende virale vaccins door maternale antilichamen. Dit voorkomt virusreplicatie en produceren niet genoeg antigenen om B-cellen te activeren. 2. de inhibitie komt doordat antilichamen aan B-cel Fc-receptoren binden en BCR signalering blokkeren. 3. maternale antilichamen maskeren de epitopen op antigenen van de vaccins. Zo wordt de herkenning door B-cellen voorkomen. De primaire factor die de duur van maternale immuniteit beïnvloed is het level van antilichamen in de biest. In vogels: serum antilichamen worden actief getransporteerd van de hen’s serum naar de dooier terwijl het ei nog steeds in de ovaria ligt. Als de bevruchtte ei door het oviduct gaat zijn IgM en IgA van oviduct-secreties nodig. Als het embryo ontwikkeld absorbeerd het de IgY uit de dooier, die dan in de bloedcirculatie terechtkomt. IgM en IgA gaan via diffusie naar het amnionvocht en worden opgenomen door het embryo. Dus als het uitkipt heet het IgY in zijn serum en IgM en IgA in de darm. Aantekeningen uit WC: Verloop ontwikkeling immuunsysteem: thymus bloedlymfocytenbeenmerg/miltIgMcellenlymfeklierencomplementgranulocytenIgG IgM in serumamandelenpeyers pathesBij een koe is de ontwikkeling rond de 200 dagen voltooid. Wanneer een foetus tijdens de dracht geïnfecteerd (voor de 50 dagen) wordt kan abortus plaatsvinden maar ook een persisterende infectie waarbij in het ergste geval het dier tolerant wordt voor het virus en het dus zelf niet meer kan oplossen. Rond de 130 dagen kunnen er nog ernstige afwijkingen ontstaat, maar vanaf de 200 dagen is de foetus voldoende sterk om zelf een immuunreactie te hebben en heeft een normale ontwikkeling. Bij een persisterende infectie is het dier ziek, virus aantoonbaar, geen antilichamen aantoonbaar. Het dier is dus vroeg in de dracht geïnfecteerd en tolerant geworden. De kenmerken kun je ook gebruiken om onderscheidt te maken tussen een persisterende en acute infectie: geen antilichamen, wel virus! Chimeer: cellen van verschillende genetische oorsprong in een tweeling door een gedeelde placenta. Dit kan komen door samensmelten van de bloedbanen van de placenta’s. naast cellen worden ook hormonen en eiwitten uitgewisselt, ze zijn immunologisch tolerant voor elkaar. Bij twee verschillende geslachten van de tweeling ontstaat onvruchtbaarheid, meestal bij het vrouwtje. De ontogenie verschilt per diersoort door verschillende draagtijden. De volgorde is wel hetzelfde, de duur is alleen anders. Maternale immuniteit wordt overgedragen via de placenta of het colostrum. Mens/primaten/knaagdieren; placenta passage voor IgG, daling hiervan na geboorte door gebruik en afbraak, stijging zodra ze het zelf maken, geen bekende normaalwaarden,. Rund: overdracht via colostrum in de melk, alles kan overgedragen worden. Hond: placenta passage, alleen voor IgG. Colostrum passage voor alles. Kip: de antilichamen IgG worden in de dooier gestopt, vanaf de geboorte zijn deze klaar voor opname. Er is een dip na 3 maanden, dit heet de moeilijke periode. Dit komt omdat de toediening van maternale antilichamen afneemt terwijl de eigen immuunsystemen nog niet op maximale werking zijn. Duidelijk is dus dat IgG alleen door de placenta kan. Hoge foetale niveaus van IgM duidt op een intrauterien infectie, de foetus heeft dit zelf gemaakt.
72
De verschillen tussen de soorten hangt bij de moeder af van het endotheel, uterusweefsel en het uterusepitheel. Bij de foetus en baby van het chorionepitheel. Het placentatype is belangrijk voor de mogelijkheden tot overdracht. De neonaat kan al wel immunologisch reageren maar heeft nog ondersteuning van de moeder nodig om een aantal redenen: antilichamen worden nog niet gemaakt, alles gaat langzaam, lagere reactiviteit, hormonen door de geboorte onderdrukken het immuunsysteem. De uit het colostrum opgenomen antilichaam komt in de darm en vervolgens de circulatie. De overdracht via het colostrum kan verstoord worden door timing, zieke moeder, geen goede darmopname. Of alles goed gaat kan nagegaan worden door het meten van immunoglobulinen in het serum. Hulp kan komen van biest van andere koe, antilichamen door injectie of bloedtransfusie geven. Het risico is dan natuurlijk wel tussen bedrijven dat er andere antilichamen van belang zijn in die omgeving. Gele slijmvliezen duidt op leverproblemen of een afbraak van rode bloedcellen. Dit laatste kan gebeuren door afbraak door antilichamen afkomstig van de moeder = isoerythrolysis neonatalis. De mechanismen die hiervoor zorgen zijn complement activatie en fagocytose. Het kan komen doordat de moeder geïnfecteerd raakt met de erythrocyten en op die manier antilichamen ontwikkeld, met name voor het vaderlijke deel van het kind. Deze problemen worden pas na de geboorte zichtbaar omdat het veulen alleen antilichamen krijgt via het colestrum. Je hebt ook een variant van deze ziekte, isoerythrolysis foetalis, wat voorkomt bij de mens, hond en de kat voorkomen. Dit is gebaseerd op het verschil tussen colestrum of placentale overdracht van antilichamen. De belangrijkste differentiaaldiagnose is neonatalis sepsis, bloedvergiftiging. WC15 ‘dode’ vaccins worden geprefereerd boven ‘levende’ vaccins omdat deze dodelijke systemische infecties in immunosuppressie mensen kunnen veroorzaken. Dit gaat dan op voor de veiligheid. Levende vaccins zijn vaak wel effectiever. Zelfs als een vaccin effectief gebruikt kan worden in goed-ontwikkelde landen, voorkomen technische en economische problemen het wereldwijde gebruik in ontwikkelingslanden, waar de mortaliteit van deze ziekten nog steeds hoog is. De specifieke eigenschappen voor succesvolle vaccinatie varieren afhankelijk van de aard van het infecterende organisme. Voor extracellulaire organismen: antilichamen leveren de meest belangrijke adaptieve mechanismen van verdediging (humoraal) Voor intracellulaire organismen: een effectieve CD8 T-celrespons is ook essentieel (humoraal en cellulair). De ideale vaccinatie levert verdediging op de plaats van binnenkomst van een infectief agens; stimulatie van de mucosale immuniteit is daarom een belangrijk doel van vaccinatie tegen vele organismen die binnendringen via mucosale oppervlakken. Effectieve, beschermende immuniteit tegen sommige micro-organismen heeft de aanwezigheid van al bestaande antilichamen nodig op de tijd van blootstelling aan de infectie. Bijvoorbeeld: de klinische manifestaties van tetanus komen door de effecten van de krachtige exotoxinen. Al bestaande antilichamen tegen deze exotoxinen is nodig om een verdediging tegen deze ziekte te hebben. De tetanus exotoxine is zo krachtig dat zelfs de kleine hoeveelheid die ziekte kan veroorzaken insufficiënt kan zijn om tot een immuunrespons te leiden. Dit betekent dat zelfs overlevenden van tetanus vaccinatie nodig hebben om beschermd te zijn.
73
Een effectief vaccin moet leiden tot de generatie van antilichamen en T-cellen die reageren op de juiste epitopen. Verschillende belangrijke eigenschappen zijn nodig voor een succesvol vaccin: 1. moet veilig zijn 2. moet in staat zijn om een beschermende immuniteit in een grote proportie mensen te produceren. 3. moet een lang-levende immunologische memory genereren. 4. moeten goedkoop zijn als ze aan grote populatie gegeven wordt. Herd immunity: door het verlagen van het aantal gevoelige individuen uit een populatie valt het natuurlijke reservoir van geïnfecteerde individuen in die populatie, wat de kans op transmissie van infectie verlaagt. Acellulaire vaccins zijn veel veiliger dan vaccins gebaseerd op hele organismen. Een volledig effectief vaccin kan echter niet gemaakt worden van een enkele, geïsoleerde, samenstellend onderdeel van een micro-organisme, omdat er meerdere celtypen geactiveerd moeten worden om een immuunrespons te initiëren. Capsulaire polysacchariden kunnen ‘ geoogst’ worden van bacteriële groeimedia en omdat ze T-cel onafhankelijke antigenen zijn kunnen ze op zichzelf gebruikt worden als vaccin. Echter jonge kinderen onder de 12 jaar kunnen geen goede T-cel onafhankelijke antilichamen respons opwekken en kunnen niet effectief gevaccineerd worden met polysaccharide vaccins. Een oplossing is om deze bacteriële polysacchariden chemisch te vervoegen met protein-carriers, welke peptiden levert die kunnen worden herkent door antigen-specifieke T-celen. Dit verandert de T-cel onafhankelijke respons dus in de T-cel afhankelijke anti-polysaccharide antilichamen respons Adjuvants: substanties die de immunogeniteit van antigenen verbeterd. Pure antigenen zijn vaak namelijk niet sterk immunogenisch op zichzelf, en de meeste acellulaire vaccins hebben adjuvants nodig. Veel belangrijke adjuvants zijn steriele onderdelen van bacteriën, vooral van hun celwanden. De meeste, als niet allemaal, adjuvants reaeren op antigen-presenterende cellen, zeker op dendritische cellen, en reflecteren de belangrijkheid van deze cellen in het initiëren van een immuunrespons. de effecten van vele adjuvant worden gemedieerd door de activatie van Toll-like receptoren op dendritische cellen. Lipopolysaccharide (LPS) is een component van de celwand van Gram-negatieve bacteriën. Het heeft adjuvant-effecten maar deze zijn gelimiteerd door hun toxiciteit. Kleine hoeveelheden van geïnjecteerd LPS kunnen een shock en systemische ontsteking (sepsis) induceren. Een derivaat van LPS, monophosphoryl lipid A, behoudt de adjuvant-effecten maar heeft een veel lagere toxiciteit dan LPS en is ook een ligand voor TLR-4 en kan dus gebruikt worden als vaccin. 1. Als dendritische cellen worden geactiveerd door de Toll-like receptors reageren ze door het secreteren van cytokines en de expressie van co-stimulatoire moleculen welke op hun beurt de activatie en differentiatie van antigen-specifieke T-cellen stimuleren. 2. een ander mechanisme van stimulatie van dendritische cellen door binnengedrongen oranismen is indirect. Ze worden dan geactiveerd door de cytokine signalen die worden geleverd door de ontstekingsrespons. De dendritische cellen brengen dan co-stimulatoire signalen tot expressie.
74
Adjuvants zorgen voor een immuunrespons alsof er een echte actieve infectie zou zijn. verschillende adjuvants kunnen verschillende types van responsen teweegbrengen. Bijvoorbeeld een Th1-respons, antilichamen-dominante respons of mucosale immuunrespons. Geïnactiveerde of ‘dode’ virale vaccins: bestaan uit virussen die behandeld zijn zodat ze niet meer kunnen repliceren. Levende verzwakte virale vaccins: zijn veel meer potent omdat ze een groter aantal van relevante effector-mechanismen op gang brengen, inclusief CD8-T-cellen; geinactieerde virussen kunnen geen proteïnen in het cytosol en dus worden geen peptiden van virale antigenen op het oppervlak gepresenteerd door MHC-1-moleculen en worden CD8 T-cellen ook niet geactiveerd door deze vaccins. Verzwakking van virussen: het pathogene virus wordt geisoleerd van een patient en groei in humane cultuurcellen vindt plaats. Het gecultureerde virus wordt gebruikt om apencellen te infecteren. Het virus heeft dan veel mutaties nodig om goed te groeien in deze apencellen. Het virus groeit daarna niet meer goed in menselijke cellen en kan gebruikt worden als vaccin. Verzwakte vaccins kunnen ook bepaalde risico’s voor immunodefficiente mensen vertonen omdat ze het virus niet kunnen elimineren. Er is dus een verhoogde kans dat mutaties van het virus geassocieerd worden met ongecontroleerde replicatie wat leidt tot paralytische ziekte. Deze verzwakte vaccins zijn nog in gebruik maar kunnen misschien vervangen worden door recombinant DNA technologie: 1. de isolatie van in vitro mutagenese van specifieke virale genen. De gemuteerde genen worden gebruikt om het wild-type gen te vervangen in een opnieuw samengesteld viraal genoom wat dan als vaccin gebruikt kan worden. het voordeel hiervan is dat de mutaties zo gebracht kunnen worden dat terugkeer naar het wild-type onmogelijk is. 2. het verwijderen van het virulente gen uit het virale genoom. Dit maakt een avirulent virus dat als vaccin gebruikt kan worden. Heterosubtypische immuniteit: een zwakke bescherming door vorige infecties met een verschillend subtype van een ziekte (bijvoorbeeld influenza). In adulten, maar niet in kinderen. Dezelfde methoden worden gebruikt voor bacterieel vaccin-ontwikkeling. Auxotroof: de resulterende bacterie na het willekeurig muteren of verwijderen van virulente genen. Het heeft wel een externe aanvoer van essentiele nutrienten nodig die de wild-type bacteriën zelf kunnen maken. Een andere route van vaccin ontwikkeling die niet afhankelijk is van een heel organisme, dood of verzwakt, in een vaccin is de identificatie van de T-cel peptide epitopen die de immuniteit stimuleren: 1. door het synthetiseren van systematisch overlappende peptiden van immunogenische proteïnen en elke te testen op het vermogen om immuniteit te stimuleren. 2. ‘ reverde’ immunogenetics. De immunogeniteit van een T-cel peptide epitoop is afhankelijk van de specifieke eigenschappen met bepaalde polymorfe varianten van MHC-moleculen. Door het hoge polymorfismen van MHC in mensen is het nodig om beschermende T-cel epitopen te indentificeren en vaccins te maken die de meerderheid van de gevoelige populatie zal beschermen. Problemen met peptide vaccins: • Ze zijn niet zo sterk immunogeen
75
Er is een hoge polymorfisme van MHC. Zie boven. Het is moeilijk om MHC-klasse 1 specifieke responsen te genereren door in vivo immunisatie met peptiden. Oplossingen: • Integreren van peptiden door genetisch engineering in carrier-proteinen in een virale vector, zoals Hep B antigen, die dan in vitro behandelen door natuurlijke antigen-processing pathways. • Het gebruiken van ISCOM’s (immuun stimulatoire complexen). Deze zijn lipide carriers die zich als adjuvants gedragen maar minimale toxiciteit hebben. Ze induceren een sterke antilichamen en cel-gemedieerde respons zowel in dieren als mensen. • •
Injectie van een vaccin is misschien niet de meest effectieve manier om een juiste immuunrespons op te wekken omdat het niet de gebruikelijke route van binnendringen van de meerderheid van de pathogenen is (tegen welke het vaccin moet werken). Presentatie van proteine antigenen via de orale route resulteerd vaak in tolerantie (belangrijk voor voedselpartikels en lucht-antigenen). Het vermogen om tolerantie te induceren door orale inname van antigenen is een therapeutisch mechanisme om ongewilde immuunresponsen te reduceren. DNA vaccinatie: proteïnen die tot expressie worden gebracht door niet-replicerende bacteriële plasmiden stimuleren een immuunrespons. Als DNA wat codeert voor een viraal immunogen intramusculair wordt geïnjecteerd, leidt dat tot de ontwikkeling van antilichamen en cytotoxische Tcellen die het dier toestaan om een latere infectie met het hele virus te weerstaan. Deze respons schaadt het spierweefsel niet, is veilig en effectief en heeft niet het risico op een actieve infectie omdat het slechts een enkel microbiaal gen of DNA dat codeert voor antigenesche peptiden bevat. Doelstructuren voor DNA vaccinatie zijn dendritische cellen en andere antigen-presenterende cellen die DNA opnemen en tot expressie brengen door activatie van de TLR9 receptor. Manieren om de effectiviteit van een vaccin te verbeteren: • Om het vaccin efficiënt aan antigen-presenterende cellen te geven. Dit wordt vooral gedaan door adjuvants. • Het verhinderen van proteolyse van het antigen op weg naar de antigen-presenterende cellen. • Het vaccin selectief als doelwit te stellen voor antigen-presenterende cellen. • Zorgen voor een selectieve opname van het vaccin in anitgen-processing pathways in de cel. Technieken die de opname van antigenen door antigen-presenterende cellen bevorderen: • het coaten van het antigen met mannose om de opname door mannose-receptoren op de cellen te induceren. • Het presenteren van antigen aan een immuun complex om gebruik te maken van antilichamen en complementbinding door Fc en complement-receptoren. • Antigen gekoppeld aan antilichamen geleidt aan dendritische cel-receptoren leiden tot een langdurige immuniteit. • De buitenste membraan fimbriae van bepaalde baceriren spelen een rol in de binding van deze bacteriën aan M-cellen in de darm. Het kan mogelijk zijn om deze fimbriae te gebruiken als doelstructuren voor vaccins zodat ze worden gebonden aan de M-cellen. • Het inkapselen van antigenen in bepaalde carriers die selectief door M-cellen worden opgenomen. Verdere eigen aantekeningen uit het WC:
76
Redenen voor falen van vaccinatie: toediening, bewaring, menging, booster te vroeg, foute stam in vaccin, incubatietijd, passieve immuniteit, immuundeficiëntie, ziek dier, Een DIVA vaccin geeft wel een onderscheid tussen een gevaccineerd en een ziek dier. Een levend vaccin is meestal één voldoende, dood een booster. Levend: Geattenueerd door hoog-passage: laten groeien in cellen van een andere gastheer, veel generaties, mutaties door selectiedruk, geattenueerd virus. TS geattenueerd: zelfde als bovenstaand maar is de temperatuur en niet de soort cel de selectiefactor. Heterotypische vaccinatie: vaccin met een ander maar verwant virus, koepokken bij mensen. Alternatieve wijze van toediening: dit geeft het virus op een andere locatie dan normaal. Wel een immuunreactie maar geen ziekte door soort cellen, omgevingsfactoren en temperatuur. Vector-vaccin: DNA van virus in ander levend niet-schadelijk vector virus. Transmissie blokkerende vaccins: gevaccineerd voor een bepaald larven stadium die niet in de gastheer voorkomt, mug prikt en krijgt antilichamen binnen die wel tegen het stadium in de mug helpen, mugparasiet gaat dood, mug immuun en transmissie geblokkeert (bijvoorbeeld malaria). Voordelen: humorale en cellulaire reactie, goede immuniteit, mee vaccinatie populatie. Nadelen: restvirulentie, terugmutatie, gevaarlijk voor immuundeficiënte dieren. Niet levend: Bijvoorbeeld recombinant niet viraal-antigeen. Toevoegen adjuvans nodig voor presentatie op MHC I. ISCOM is mogelijkheid. Redenen dat een vaccin tegen worminfecties moeilijk is zijn: ze zijn groot, beschermende slijmlaag, antigenen variatie, uitscheiding proteasen. Wanneer bacteriën gebruikt worden om eiwitten te maken kunnen comformationele fouten optreden. Serologie is de leer van het bloedserum. In de praktijk zal men voornamelijk op zoek gaan naar antilichamen die gevormd werden door contact met pathogenen, lichaamsvreemde eiwitten of lichaamseigen eiwitten (in geval van een auto-immuunziekte). Practicum 2 Desinfecterende middelen en de functie: Alcohol: uitdroging Halamid: oxidatie eiwitstructuren Zeep: beschadigen lipide bilaag Halamid en alcohol zijn bacteriocide. Bacteriën kan je scheiden op groei kolonie, vorm, geur, kleur, antibioticaresistentie. Virussen aantonen door: virus, virus antigenen, virul nucleïnezuur sequenties, antilichamen. Practicum 3 Algemeen micro-organismen aantonen door: - microscopisch - serologisch - cultureel - aantonen antilichamen - aantonen toxinen
77
- aantonen anti-bacteriële stoffen Klebsiella is resistent tegen ampicilline.
Practicum 4 Katalase is een enzym dat helpt om waterstof peroxide om te zetten, weerstaan dus stoffen in een lysosoom. Cytochroomoxidase is kenmerkend voor bacteriën, enterobacteriën hebben deze echter niet. Bèta hemolyse is doorzichting, alpha is groen/bruin. Hemolyse is voor streptococcen. De CAMP test wordt gebruikt om onderscheid te maken tussen verschillende streptococcen. Aan de hand van morfologsiche kenmerken kun je deze vergelijken. Practicum 5 Schimmels planten ongeslachtlijk voort via sporen. Microconidiën bevatten één cel, macroconidiën meerdere en barsten open. E. Coli is aeroob, Clostridium anaeroob. Practicum 6
Overigen: Arthropoda Twee belangrijke parasitaire hoofdgroepen Insecta (hexapoda) vliegen, luizen en vlooien Acarina (spinachtigen) teken en mijten Basisbouwplan lymfoide organen • Reticulum cellen (stromale) • Lymfocyten ruimtelijke scheiding Ben T-lymfocyten • Dendritische cellen • Macrofagen Primaire (centrale) lymfoide organen: • Ontstaan vroeg in de ontwikkeling • Rijping (maturatie) en selektie van immature lymfocyten afkomstig uit het beenmerg • In principe geen presentatie van lichaamsvreemde antigenen • Omvang neemt niet toe tijdens immuunrespons en neemt af in tijd Secundaire (perifere) lymfoide organen: • Ontstaan vaak later in de ontwikkeling, maar blijven aanwezig
78
• •
Initiatie van de adaptieve immuunrespons (meetingpoint: DC, T-lymfocyt, B-lymfocyt) Omvang neemt toe tijdens immuunrespons (soms cyclische seizoensgebonden fluctuaties in omvang) Rood beenmerg: • Hematopoietisch compartiment (bloedcel produktie), rijping van perifeer naar centraal. Geel beenmerg: • rijk aan vet
Acute infectie parvo
79
