IMUNITA PROTI INFEKCI
INTERAKCE PATOGENNÍHO ORGANISMU S HOSTITELEM Parazitické organismy tvoří zhruba dvě třetiny všech živočichů jejich dlouhodobé přežití je závislé na nalezení vhodné niky - hostitele
Infekční onemocnění je výsledkem dlouhodobé i krátkodobé interakce patogena s hostitelem výsledkem dlouhodobého vývoje je přizpůsobení prostředí a připravenost na boj s hostitelem (patogenita) výsledkem krátkodobé interakce je virulence konkrétního kmene mikroorganismu
Pro parazita není vždy nejvýhodnější svého hostitele zničit, je více možností vývoje infekčního procesu akutní lytický průběh infekce cytopatogenními viry persistentní průběh infekce necytopatogenními viry
VARIABILITA PATOGENA A HOSTITELE Variabilita patogenních organismů je dána vysokou reprodukční schopností krátký generační čas vysoký počet potomstva
Tato variabilita je kompenzována u vyšších obratlovců variabilitou, kterou představuje lymfocyt Primární variabilita je dána geny kódujícími TCR, BCR, MHC Sekundární variabilita je dána mutací genů kódujících další složky imunitního systému, bariéry, nespecifickou imunitu … Kombinací obou typů vzniká individuální variabilita hostitele v odolnosti k onemocnění
INTERAKCE PATOGENNÍHO ORGANISMU S HOSTITELEM IMUNOKOMPETENCE A ODOLNOST ORGANISMU
PATOGENITA A VIRULENCE MIKROORGANISMU
VLIVY PROSTŘEDÍ
SCHOPNOST ORGANISMU ODOLÁVAT INFEKCI ODOLNOST rezistence k dané infekci bariéry a nespecifické imunitní mechanismy (odolnost) specifická imunita
VNÍMAVOST vnímavost k infekci zvyšují nedostatečná imunokompetence (i fyziologická) porušené bariéry přechodné imunosuprese infekčního i neinfekčního původu primární a sekundární imunodeficience alergické, autoimunitní a lymfoproliferativní choroby imunologická tolerance k dané infekci (antigenu)
IMUNITA PROTI JEDNOTLIVÝM TYPŮ PATOGENŮ VIRY
INTERAKCE VIRŮ S IMUNITNÍM SYSTÉMEM Viry jsou obligátní intracelulární parazité, kteří ke své replikaci potřebují genetický a metabolický aparát buňky Patogeneze se liší podle jejich struktury (DNA, RNA, obal aj.) a faktorů virulence Podle průběhu lze odlišit tři různé typy virové infekce lytický průběh u cytopatogenních virů persistentní infekce u necytopatogenních virů transformace napadených buněk u onkogenních virů
Reakce virů s imunitním systémem navázání na povrchové receptory pomnožování v buňkách imunitního systému narušení cesty prezentace antigenu inhibice regulačních a efektorových mechanismů - imunosuprese navození imunopatologického stavu
REAKCE S POVRCHOVÝMI RECEPTORY BUNĚK receptor T lymfocytů CD4 - virus HIV, FIV receptor B lymfocytů CD21 - EB virus adhesivní receptor ICAMICAM-1 - rhinoviry (acetylcholinový receptor - virus vztekliny)
POMNOŽOVÁNÍ VIRŮ V BUŇKÁCH IMUNITNÍHO SYSTÉMU buňky
skupina
makrofágy paramyxoviry
virus virus psinky, respirační syncytiální virus, virus Newcastle
herpesviry
virus IBR, v. Aujezskyho choroby
parvoviry
virus parvovirózy psů, virus kočičí panleukopenie
pestiviry
virus BVD-MD, virus moru prasat, virus PRRS
lentiviry
felinní imunodeficientní virus (FIV), BIV
B lymfocyty herpesviry
virus EB
birnaviry
virus infekční bursitidy ptáků
retroviry
FIV (HIV nikoliv), virus bovinní leukózy
T lymfocyty paramyxoviry pestiviry herpesviry lentiviry
virus psinky, BRSV, virus Newcastle BVD-MD, virus moru prasat virus Markovy choroby HIV, FIV, BIV
ÚNIKOVÉ MECHANISMY
antigenní variabilita antigenní posun (drift) antigenní zlom (shift)
antigenní mimikry “rezistence” k imunitním mechanismům latentní infekce imunotolerance
DIVERZNÍ VIROVÉ PROTEINY
skupina inhibitorů
účinek inhibitoru
mimikry cytokinů
virokiny
mimikry receptorů
viroreceptory
inhibitory cytokinové oodpovědi
inhibitory signálních cest a sekrece cytokinů inhibitory syntézy cytokinů inhibitory transkripčních fakktorů
inhibitory rozpoznání antigenu
inhibitory prezentace antigenu inhibitory exprese MHC molekul
IMUNOPATOLOGICKÉ PROCESY VYVOLANÉ VIRY
sekundární imunodeficience napadení a likvidace buněk imunitního systému inhibice imunitních mechanismů
imunologická tolerance lymfoproliferativní bujení patologické působení imunokomplexů autoimunitní choroby
OBRANNÉ MECHANISMY PROTI VIROVÉ INFEKCI NESPECIFICKÉ interferony (IFNα α, IFNβ β) NK buňky
SPECIFICKÁ IMUNITA přímá cytotoxicita (Tc) efektorové působení cytokinů (IFNγ, γ, TNFα) α) cytotoxicita závislá na protilátce neutralizační protilátky slizniční protilátky
OCHRANA PODLE CHARAKTERU INFEKCE Generalizované infekce s předchozí virémií sérové protilátky mají většinou ochranný charakter - vzteklina
Generalizovaná nebo lokální infekce bez předchozí virémie buněčná imunita působící v místě infekce – IBR, BVD, (parvoviróza) velmi důležité je, zda se jedná o akutní nebo persistentní (latentní) infekci
Lokální infekce na sliznici IgA protilátky zabrání šíření agens a následné infekci respirační trakt, horní cesty – influenza respirační trakt, dolní cesty a plíce – IgG protilátky z krve střevní trakt – rotaviry, koronaviry (účinná je i laktogenní imunita)
DYNAMIKA IMUNITNÍ REAKCE PŘI AKUTNÍ VIROVÉ INFEKCI klinické příznaky 100
% aktivity
75
50
25 15 0 0
5
dny po infekci
10
PRŮBĚH LENTIVIROVÉ INFEKCE VIRÉMIE
ASYMPTOMATICKÉ
ARC
AIDS
virus CD4+
protilátky
úroveň průkaznosti měsíce
Virus prasečího reprodukčního a respiračního syndromu – PRRSV Malý ssRNA virus, čeleď Arteriviridae Patogen reprodukčního a respiračního traktu 2 typy kmenů – americký a evropský, 60% shoda v genomu, ale podobná klinika Problematická vakcinace, výrazná modulace imunitní odpovědi virem
Imunitní odpověď Protilátky jsou detekovatelné od 5.-7. dne po infekci, sérokonverze od 14. dne. IgG dosahují maxima po 21-49 dnech po infekci. Tyto protilátky jsou namířeny proti nestrukturálnímu proteinu nsp2 a nejsou spojeny s neutralizací. Od 4. týdne se objevují neutralizační protilátky proti glykoproteinu GP5. Buněčná odpověď není detekovatelná před 4. týdnem po infekci a je spojená s produkcí IFN-γ
Protilátky jako „trojský kůň“ Protilátky proti nsp2, které nejsou spojeny s neutralizací slouží k tzv. antibody-dependent enhancement a slouží ke snadnější infekci makrofágů
Modulace imunity virem PRRS Tlumí produkci IFN-α Zvyšuje produkci IL-10 Snižuje expresi MHC-I a MHC-II na makrofázích a dendritických buňkách velký podíl na rozvoji sekundárních bakteriálních infekcích zejména respiračního traktu
Vakcinace – živá vs. inaktivovaná
Vakcinace – živá vs. inaktivovaná
detekce viru v plasmě
detekce viru v tkáních
Vakcinace – živá vs. inaktivovaná
protilátky - VNT
protilátky - ELISA
Vakcinace – živá vs. inaktivovaná buněčná odpověď – IL-10
buněčná odpověď – IFN-gama
Parvoviróza orální cesta infekce pomnožení v tonzilách hematogenní cestou (virémie) do rychle se množících buněk – mízní uzliny, krypty střeva, kostní dřeň střevní forma – destrukce intestinálních krypt, krvavý průjem, zvracení, dehydratace, přestup střevní mikroflóry do krve – sepse srdeční forma – infekce uterinní nebo brzy po narození , nekróza srdeční svaloviny s mononukleárním infiltrátem ochrana kolostrální imunitou + vakcinace štěňat
Koronaviróza orální cesta infekce virus je acidorezistentní – přežije v žaludku infekce horních 2/3 klků tenkého střeva – zralé enterocyty bez virémie klinika: 11-14 dní trvající páchnoucí mírný průjem, většinou ne krvavý ochrana laktogenní nebo lokální střevní produkcí IgA
IMUNITA PROTI INTRACELULÁRNÍM BAKTERIÍM
CHARAKTERISTIKA INTRACELULÁRNÍCH BAKTERIÁLNÍCH INFEKCÍ Intracelulární bakterie mají tzv. ostrovy virulence geny odpovídající za patogenitu Podle míry závislosti na buňce rozeznáváme fakultativně intracelulární (Salmonella, Brucella, Yersinia, Mycobacterium, Listeria) obligátně intracelulární (Chlamydia, Ricketsia, Coxiella, Ehrlichia)
Interakce bakterií s imunitním systémem je velmi často ve fázi adherence na povrch buněk, nebo ve fázi fagocytózy Pro některé intracelulárně působící bakterie je charakteristický chronický průběh s persistentní infekcí a granulomatózní zánětlivou reakcí granulomy mohou být příkladem poškození imunitními mechanismy
ÚNIKOVÉ A IMUNOSUPRESIVNÍ MECHANISMY Spojeny s různými fázemi fagocytózy interakce ve fázi uchycení vstup mykobakterií do makrofágů přes CR1, CR3
inhibice fúze lysozomů s fagozomem typické pro rody Mycobacterium, Chlamydia
únik z fagolysozomu do volné cytoplazmy popsán u Listeria monocytogenes (produkce listeriolyzinu)
rezistence k lysozomálním enzymům povrchové vrstvy (Mycobacterium, Salmonella) snížují účinky enzymů
OBRANNÉ MECHANISMY PROTI INTRACELULÁRNÍM BAKTÉRIÍM NESPECIFICKÉ fagocytóza γδ T lymfocyty žírné buňky, TNFα α, histamin
SPECIFICKÁ IMUNITA buněčný typ (Th1) interferonem aktivované makrofágy oddálený typ přecitlivělosti
Mykobakterie čeleď Mycobacteriaceae Mycobacteriaceae,, G+, aerobní bakteriální stěna bez buněčné membrány stěna silnější než u ostatních bakterií stěna je hydrofobní, „vosková“, bohatá na mykolové kyseliny a peptidoglykan, které jsou svázané arabinogalaktanem přítomost lipoarabinomananu
1-outer lipids, 2-mycolic acid, 3-polysaccharides (arabinogalactan), 4-peptidoglycan, 5-plasma membrane, 6-lipoarabinomannan (LAM), 7-phosphatidylinositol mannoside, 8-cell wall skeleton
Mykobakterie dlouhá kultivace neprodukuje toxiny, faktorem virulence je schopnost přežít v makrofágu infekce přes sliznice nebo kůži, tvorba granulomů
mykobakterie buňka prezentující antigen NK, γδ-lymfo Th0
Th1 aktivovaný makrofág
bakterie přežívající v buňce
LÝZA BAKTERIÍ
Intravitální diagnostika protilátky buněčná imunita: - detekce produkce interferonu gama - hypersenzitivita IV.typu – tuberkulinace intradermální aplikace 0,1 ml hodnocení za 72 hodin + při zvětšení o 4 mm
Paratuberkulóza M.avium subsp. paratuberculosis infekce telat (asi přes kolostrum) intermitentní vylučování, ale žádná klinika rozvoj Th1 odpovědi útlum Th1 odpovědi - stres?, produkce?, gravidita? masivní vylučování, průjem, vyhublost
Salmonela G-, nesporulující, fakultativně anaerobní, Enterobacteriaceae orální cesta infekce, infekce enterocytů (10 min), za 1 1--3 v lamina propria faktory virulence – SPI (salmonella (salmonella pathogenicity island), island), např. SPISPI-1 je důležitý pro invazi nefagocytujících buněk, SPI SPI--2 pro interakci s makrofágem tvorba salmonella containing vacuole
IMUNITA PROTI EXTRACELULÁRNÍM BAKTÉRIÍM
CHARAKTERISTIKA EXTRACELULÁRNÍCH BAKTERIÁLNÍCH INFEKCÍ Invazivní bakterie Pronikají do tkání, vytvářejí místní zánětlivou reakci, často hnisavého - pyogenního charakteru Při průniku bakterií do krevního oběhu a jejich dalším množením vzniká sepse Při masivním rozpadu bakterií se uvolňuje lipopolysacharid buněčné stěny - vzniká endotoxinový šok
Neinvazivní bakterie Zůstávají na povrchu (sliznic), které kolonizují Působí často svými toxiny
ÚNIKOVÉ A IMUNOSUPRESIVNÍ MECHANISMY antigenní variabilita (Naisseria, Enterobacteriaceae…)
antigenní mimikry M protein Staphylococcus pyogenes je antigenně podobný srdečnímu svalu - vznik autoimunity
účinky superantigenů stafylokokové superantigeny vyvolávají polyklonální aktivaci T lymfocytů, nadprodukci IL-2 klinické příznaky střevních otrav
inhibice fagocytózy pouzdro a jiné struktury
inhibice komplementové kaskády inaktivace jednotlivých složek zábrana nasednutí lytického komplexu na bakteriální povrch
OBRANNÉ MECHANISMY PROTI EXTRACELULÁRNÍM BAKTÉRIÍM NESPECIFICKÉ fagocytóza aktivace komplementu alternativní nebo lektinovou cestou
SPECIFICKÁ IMUNITA protilátková (Th2) opsonizace bakterií (IgM, IgG) aktivace komplementu klasickou cestou (imunitní komplexy) zábrana adherence ke slizničnímu povrchu (IgA)
Actinobacillus pleuropneumoniae G-, čeleď Pasteurelaceae Obligátní patogen respiračního traktu 16 sérotypů Rozdíly ve virulenci mezi sérovary Liší se produkcí Apx-toxinů Perakutní až chronický průběh
Patogeneze Velký význam má mukociliární odstraňování bakterií (role mikroklimatu) Fagocytóza PMN a makrofágy App produkuje proteiny s proteolytickou aktivitou (degradace protilátek ?) Přežití v makrofágu – LPS, kapsula, dismutasa, amoniak (inhibuje fúzi fagozómu s lysozomem, zvyšuje pH)
Patogeneze Role Apx-toxinů ve snížení chemotaxe a ingesce až po toxické působení na alveolární makrofágy Odolnost ke komplementu – role LPS a kapsuly
Poškození tkáně Cytotoxický účinek Apx-toxinů a role LPS Rozvoj zánětlivé reakce, produkce prozánětlivých cytokinů – IL1, IL8 Vstup neutrofilů a produkce kyslíkových radikálů Aktivace komplementu
Produkce Apx toxinů aktivita
toxin
hemolytická cytotoxická serotypy
Apx I
+++
+++
Apx II
+
++
Apx III
0
+++
Apx IV
+
?
1, 5, 9, 10, 11 všechny kromě 10 2, 3, 4, 6, 8 všechny
Escherichia coli G-, čeleď Enterobacteriaceae Obligátní patogen střevního traktu Séroskupiny se liší expresí adhesivních molekul Liší se produkcí toxinů Vodnaté průjmy první týden po odstavu
Faktory virulence kolonizace tenkého střeva – faktory virulence, např. F4 (K:88) nebo F18 – zásadní role IgA produkce toxinů – termostabilní (ST) a termolabilní (LT) toxiny, produkce hemolyzinů, přítomnost flagel (TLR5) hlavně LT – aktivace adenylát cyklázy a následně chloridového kanálu – ztráta vody a Cl-
Staphylococcus aureus G+, čeleď Staphylococcaceae Obligátní patogen zodpovědný za řadu toxických nebo hnisavých infekcí různých tkání – klouby, kosti, endokard, kůže, plíce 50 faktorů virulence a velká rezistence k ATB
Faktory virulence polysacharidová kapsula a buněčná stěna – tvorba biofilmů, rezistence k fagocytóze, adeherence ke kolagenu, fibronektinu, fibrinogenu. Stěna obsahuje kys.lipoteichovou a peptidoglycan, které reagují s TLR2 protein A – adherence k von Willebrantovu faktoru, interference s molekulou Ig Exotoxiny schopné lyzovat buňky, např. hemolyziny nebo toxiny tvořící póry Exotoxiny jako superantigeny: • TSST – toxin syndromu toxického šoku • stafylokokové enterotoxiny • obojí stimulují T-lymfocyty k produkci Th1 a prozánětlivých cytokinů
IMUNITA PROTI JEDNOBUNĚČNÝM A MNOHOBUNĚČNÝM PARAZITŮM
INTRACELULÁRNÍ PRVOCI A IMUNITNÍ SYSTÉM Charakteristika invaze napadají buňky - často makrofágy, ale i enterocyty, erytrocyty aj. často složitý životní cyklus s několika hostiteli
Únikové a imunosupresivní mechanismy sekvestrace antigenu inhibice fagocytózy (zábrana vzniku fagolysozomu) imunosuprese (např. IL-10)
Obrana hostitele NK buňky, γδ T lymfocyty Th1 odpověď - aktivace makrofágů (IFNγγ) přímá cytotoxicita Tc lymfocytů
Toxoplasma jednobuněčný parazit, Apicomplexa infekce všech buněk rozpoznání přes TLR (?), TLRTLR-11 (?) aktivní průnik, vznik „parazitoforní vakuoly“, která nefúzuje s lysozomem produkce tzv. ROP proteinů, které ovlivňují funkci infikované buňky, např. ROP16 tlumí produkci prozánětlivých cytokinů makrofágy hostitel produkuje Th1 cytokiny (IFN(IFN-g, ILIL-2, IL IL-12), které stimulují makrofágy, Tc a NK
Toxoplasma a gravidita gravidita je spojená se zvýšenou koncentrací hormonů – zejména progesteronu progesteron tlumí produkci ILIL-12, NO, zvyšuje produkci ILIL-10 a redukuje aktivitu NK NK--buněk gravidita zvyšuje vnímavost k infekci T. gondii může infikovat trofoblast, oko, mozek možnost intrauterinní infekce (?) reaktivace infekce (?)
PARAZITICKÝ PRVOK makrofág
INTRACELULÁRNÍ ZABÍJENÍ PARAZITŮ
NK buňka IL-12 TNFα IL-1 IL-15
IFNγ
IFNγ TNFα IFNγ
γδT lymfocyt
LÝZA INFIKOVANÝCH BUNĚK
EXTRACELULÁRNÍ PRVOCI A IMUNITNÍ SYSTÉM Charakteristika invaze žijí mimo buňky hostitelského organismu, často v krvi
Únikové a imunosupresivní mechanismy antigenní variabilita - HAT trypanosóm - exprimují pouze jeden Variant Surface Glykoprotein (VSG) - častá změna vede ke kolísání hladiny parazitémie, rezistence ke komplementu nespecifická imunosuprese – makrofágy, polyklonální aktivace B-lymfocytů
Obrana hostitele protilátková TH2 protilátky (IgM) usnadňují fagocytózu (v Kupferových buňkách) k likvidaci asi není nutný komplement
HELMINTI A IMUNITNÍ SYSTÉM Charakteristika mnohobuněčné organismy řada druhů s různou patogenezí
Únikové a imunosupresivní mechanismy antigenní variabilita antigenní mimikry imunosuprese imunopatologické procesy
Obrana hostitele zánětlivá reakce (opouzdření) hypersenzitivita I. typu - IgE, žírné buňky, eosinofily, histamin hypersenzitivita IV. typu buněčná cytotoxicita závislá na protilátkách (ADCC)
VÝVOJ IMUNITNÍ REAKCE PROTI HELMINTŮM kontakt žírných buněk, bazofilů, eosinofilů s parazitem produkce IL-4 (ž.b.) - diferenciace TH2 lymfocytů stimulace a proliferace specifických klonů B lymfocytů pod vlivem IL-4 cytokinový přesmyk k produkci IgE IgE obsazují Fc receptory basofilů a vyvolávají hypersenzitivní reakci I.typu pod vlivem IL-5 se aktivují eosinofily k fagocytóze či ADCC později se zapojují i mechanismy Th1 lymfocytů a produkce protilátek jiných izotypových tříd
eosinofil
C3b
neutrofil
C3b
SCHISTOSOMULUM C3b krevní destičky makrofág
IMUNITA PROTI HOUBOVÝM CHOROBÁM
PLÍSNĚ A IMUNITNÍ SYSTÉM Bovinní trichofytóza je mykotické kožní onemocnění způsobené dermatofytem Trichophyton verrucosum. verrucosum. Vysoce kontagiózní onemocnění s možným přenosem na lidi. Konidie mohou přežívat v prostředí - není nutný přímý kontakt.
PLÍSNĚ A IMUNITNÍ SYSTÉM Předpokládá se, že buňkami zprostředkovaná imunita hraje klíčovou roli v obraně proti onemocnění. Pro překonání onemocnění je nezbytná zánětlivá odpověď
výsledek čelenže – vakcinovaná telata
4
lesions
3 2 1 0 12
17 24 34 day afte r challe nge
41
výsledek čelenže – nevakcinovaná telata
4
lesions
3 2 1 0 12
17 24 34 day afte r challe nge
41
srovnání výsledků u vakcinovaných a nevakcinovaných zvířat IFN - gamma release
5 p = 0.0022
4 3 2 1 0 vac
con
OCHRANA PODLE CHARAKTERU INFEKCE Generalizované infekce – sérové protilátky mají většinou ochranný charakter živé i inaktivované vakcíny (podle druhu agens)
Lokální infekce s předchozí virémií – protilátky zabrání šíření agens a následné infekci živé i inaktivované vakcíny (parvoviróza, BVD)
Lokální virová infekce bez předchozí virémie – imunita (buněčná) působící v místě infekce živé vakcíny (obtížné navození)
Bakteriální infekce respiračního traktu – částečně působí protilátky pronikající z krve inaktivované (toxoidové) vakcíny (APP)
Neonatální průjmové infekce mláďat – protilátky na sliznici (získané aktivně nebo laktogenní imunitou) vakcínace matek – laktogenní imunita mláďat
