Curso de Introducción al conocimiento científico experimental*

por Dra. Celia E.Coto

Capítulo 8. El sistema inmune

Algunos consejos

             A medida que se vayan internando en los conocimientos que brinda este curso, más distancia, medida en lectura y aprendizaje, se establece entre lo que quieran conocer  puntualmente y lo que obligatoriamente deben saber antes. Nuestro propósito es introducirlos al mundo actual de los reactivos biológicos, pero..., nos dimos cuenta que tenemos que estar seguros de que conocen cómo está conformado el sistema inmune y cómo funciona. Por eso este capítulo pretende introducirlos en el tema en la forma más simple posible. ¿Y saben qué?, los lectores que poseen ese conocimiento pueden saltear su lectura y concentrarse en el capítulo siguiente.

Nociones básicas

Los seres vivos, desde el hombre hasta los microorganismos, libran entre sí continuas batallas para sobrevivir. El hombre cría animales para alimentarse, depreda (robar, saquear con violencia) a los peces con el mismo fin o por deporte y aplica la misma política destructiva cuando arrasa el hábitat de los animales salvajes. En la otra punta del espectro de la vida están los microorganismos: virus, bacterias, parásitos, hongos patógenos, y, otros, que constituyen un ejército invisible y, a veces, invencible que asola (destruye, arruina, arrasa) a la humanidad. Nuestra vida transcurre amenazada por miles de bacterias y virus que pretenden ingresar al organismo donde conseguirán nutrientes y energía para multiplicarse, afortunadamente, se cuenta con barreras poderosas de protección.

La piel además de ser gruesa y dura como para ser penetrada fácilmente,  produce una serie de sustancias dañinas para los m.o invasores. Los ojos, la nariz y la boca están protegidas por líquidos o mucus que los atrapa. El tracto respiratorio tiene su forma de defensa en la tos, que nos hace expulsar cuerpos extraños que puieden estar infectados, y en el moco, al que se pegan los m.o. Unos pelos pequeñitos ubicados en superficie de las células , llamados cilias, tienen movimiento propio y que desplazan el moco hacia arriba hasta que lo tragamos. Y, si ninguna de estas barreras detiene al invasor al llegar al estómago muere en un mar de ácido. Pero muchas veces, estas barreras naturales no son suficientes y el ingreso al cuerpo de organismos extraños tiene lugar igual. Porque a pesar de todas las defensas los m.o se las arreglan para sortearlas  e ingresan con la comida, mientras que otros, se cuelan por la nariz o través de las heridas que se producen en la piel. Pero si los m.o nos acosan permanentemente, ¿cómo es que la mayor parte del tiempo estamos sanos?. Por suerte tenemos muchas maneras de defendernos una vez que los m.o se las arreglaron para escapar de esas defensas naturales.

 Si nos cortamos, las bacterias penetran al organismo a través de la herida y aunque las células locales mueren desencadenan antes una respuesta automática llamada inflamación. Los vasos sanguíneos se dilatan y la sangre fluye en cantidad hacia el lugar. La inflamación, que funciona como una alarma contra los ladrones, una vez que se dispara permite que muchas células defensoras lleguen al lugar lo que se observa por la aparición en la zona de un enrojecimiento e hinchazón.

¿Porqué hay esta reacción? Esto ocurre, porque el hombre cuenta con el sistema inmune (SI) que lo protege de todos los m.o ó elementos extraños  que quieren invadir su organismo.

El SI es muy complejo y está constituido por varios tipos de células y proteínas que cumplen tareas diferentes para evitar la infección (infectar: Dicho de algunos microorganismos patógenos, como los virus o las bacterias al Invadir un ser vivo y multiplicarse en él).

Los protagonistas del sistema inmune

Inmunidad natural o innata.

Hay dos clases de protagonistas que constituyen el SI unos son celulares y se conocen como fagocitos (células que comen) y las proteínas del sistema complemento. Hoy se sabe que los fagocitos son de tres clases: Una clase especial de leucocitos o glóbulos blancos llamados granulocitos, macrófagos y células dendríticas.

Ilya Mechnikov fue el descubridor de los fagocitos, el que les puso ese nombre, y el que estableció la teoría del papel de estas células en la respuesta del organismo a la infección. Por esa teoría recibió en 1908 el premio Nobel de Medicina y Fisiología. Pero lo más alucinante de su trabajo es haber descubierto a los fagocitos trabajando con larvas transparentes de estrellas de mar a las que les introducía una espina y miraba con el microscopio. A las 24 horas observaba una llegada en masa de corpúsculos al sitio de la herida que querían devorar a la espina. Convertir su observación en una explicación de cómo funciona el sistema inmune es realmente genial. Introdujo así el papel celular en la defensa o resistencia del organismo a la enfermedad.

  Hoy sabemos que en la defensa, además de la fagocitosis, operan otros mecanismos más complejos, pero la lectura de su discurso no deja de asombrarnos.  Para ilustrar este capítulo hemos recurrido al sitio

http://nobelprize.org/medicine/educational/immunity/ , el texto de las figuras ha sido traducido al español.

Tipos de fagocitos

Los granulocitos:

son glóbulos blancos que a menudo constituyen la primera fila de defensa ante una infección. Atacan a los invasores en gran número y comen hasta morir. El pus de una herida infectada consiste fundamentalmente de granulocitos muertos. Una pequeña parte de la comunidad de los granulocitos están especializados en atacar a los parásitos como los gusanos.

Los macrófagos

son los grandes comedores, son menos rápidos para responder a los invasores que los granulocitos pero son más grandes, viven más tiempo y tienen otras propiedades como veremos más adelante. Los macrófagos juegan un papel importante en alertar al resto del sistema inmune. Los macrófagos son en principio los monocitos que circulan en la sangre pero cuando dejan la circulación y atraviesan los tejidos se convierten en macrófagos.

Las células dendríticas o dendrocitos

al igual que los granulocitos y macrófagos, las células dendríticas son devoradores de intrusos, como los macrófagos ayudan al resto del sistema inmune. También pueden filtrar los fuidos corporales limpiándolos de organismos extraños y partículas.

El sistema Complemento

La primera parte del SI que se encuentra con invasores tales como bacterias es un grupo de proteínas denominadas el sistema complemento . Estas proteínas flotan en forma libre en la sangre y pueden acudir rápidamente al sitio de invasión en donde reaccionan con los antígenos (moléculas reconocidas por el cuerpo como sustancias extrañas). Cuando se activan las proteínas del complemento pueden cumplir varios papeles: 

· gatillar la inflamación

· atraer al área fagocitos como los GRANULOCITOS

· recubrir a los intrusos de modo tal que los fagocitos los devoran más fácilmente

· matar a los intrusos

Además de las proteínas del complemento intervienen otras proteínas liberadas de otros glóbulos blancos (linfocitos) denominadas linfocinas o linfoquinas,o por las células del tejido, llamadas citoquinas,que también intervienen activamente en la respuesta inmune cumpliendo diferentes funciones.

En forma simplificada hemos descrito la respuesta de un organismo cuando se enfrenta por primera vez con un antígeno extraño. Esta respuesta inflamatoria se conoce con el nombre de inmunidad natural o inmunidad innata, no específica.  Es la primera que opera y que dará lugar a una respuesta específica en la que intervienen los linfocitos y los anticuerpos que es la respuesta inmune.

Células participantes de la respuesta inmune: linfocitos T y B.

            Las células de la serie blanca de la sangre conocidas como linfocitos se originan en la médula ósea y migran a los distintos componentes del sistema linfático (SL) ( nódulos linfáticos, bazo y timo) por los vasos linfáticos. Hay dos tipos principales de linfocitos. las células T y las células B. El SL sirve para el transporte y almacenamiento de los linfocitos. Permite la filtración de las células muertas y de las bacterias extrañas. Sobre la superficie de cada célula linfática hay receptores que les permiten reconocer sustancias extrañas. Esos receptores son tan especializados que cada receptor reconoce a una sola clase de antígeno.

El ejemplo siguiente, tomado de la bibliografía, describe esa situación en forma muy gráfica, imaginemos que tenemos manos que sólo pueden agarrar manzanas nos convertiremos en especialistas agarra-manzanas, pero la forma de nuestras manos no nos permitirá levantar peras ni otras formas diferentes. Lo mismo pasa con los receptores, cada linfocito posee un receptor de una forma determinada que le permitirá unirse o ajustarse a un antígeno. El repertorio de linfocitos con diferentes receptores es tan grande que le permite al organismo el reconocimiento de cualquier m.o invasor.

Linfocitos T              

Los linfocitos T se presentan en dos formas: los linfocitos ayudantes y los asesinos. Su nombre proviene de su lugar de maduración, el timo. Estos linfocitos son producidos por la médula ósea y luego migran al timo en donde maduran.

Los linfocitos ayudantes son los principales reguladores de la respuesta inmune. Su función primaria es activar a los linfocitos T asesinos  y a los lnfocitos  B. Pero  los  linfocitos  ayudantes, a su vez, necesitan ser activados y este proceso de activación ocurre por la participación de los macrófagos o las células dendríticas como se muestra en la figura siguiente.

Presentación de un antígeno a un linfocito T ayudante

1. Un fagocito (dendrocito) se come a una bacteria

2. Las partes de la bacterias (antígenos) migran hacia la superficie del fagocito

3. El fagocito presenta (le muestra) el antígeno al linfocito T ayudante.

4. El linfocito T se convierte en una célula activada.

            Los macrófagos o los dendrocitos viajan hacia el  ganglio más cercano y presentan la información sobre el patógeno para ello muestran en su superficie los antígenos. Han digerido al m.o y lo han reducido sus antígenos a fragmentos en un proceso fundamental conocido como presentación del antígeno. Luego un linfocito T ayudante que tenga en su superficie un receptor capaz de reconocer a ese antígeno se activará y como consecuencia comienzará a dvidirse y a producir proteínas que a su vez activarán a los  linfocitos B,  a otros linfocitos T  y a otras células inmunes.

 Linfocitos T asesinos (killers)

            Estos linfocitos se especializan en atacar a las células del organismo infectadas por virus, bacterias y también a las células cancerosas. Los linfocitos T asesinos tienen receptores que sirven para investigar cada célula que encuentran en la búsqueda de trazas de antígeno que delate la presencia del virus dentro de la célula. Esto ocurre porque cuando un virus multiplica en una célula sus antígenos migran hacia la membrana plasmática (externa) para enterrarse en ella y formar un polo de atracción a donde irán los diferentes componentes del virus antes de salir de la célula como nuevas partículas.

Linfocitos B.

Los linfocitos B patrullan el organismo en búsqueda del antígeno que concuerda con sus receptores, una vez que lo encuentran se conectan con él dentro de su célula se dispara una señal y con la ayuda de las proteínas producidas por los linfocitos T ayudantes, se activan. Cuando esto ocurre comienzan a dividirse y a formar clones de sí mismas, durante este proceso se forman dos tipos de células las llamadas células de la memoria y las células plasmáticas. Las células de la memoria, tal como dice su nombre, recordarán a ese antígeno para siempre. De modo que una segunda vez que el antígeno entre al organismo se disparará lo que se conoce como respuesta inmune, reconocimiento específico del antígeno extraño por medio de los anticuerpos específicos que son sintetizados por las células plasmáticas.

Célula plasmática (no desesperen hemos llegado a nuestro objetivo)

La célula plasmática es una célula especializada que produce proteínas muy especiales y especializadas: ¡los anticuerpos! Los anticuerpos son los que se formarán cada vez que aparezca el mismo antígeno que los incitó (incitar: mover o estimular a alguien para que ejecute algo). Los anticuerpos liberados por las células plasmáticas viajarán por la sangre y cumplirán la función de capturar a su antígeno complementario ya sea que se encuentre libre o inserto en una membrana celular. La velocidad con que las células plasmáticas sintetizan los anticuerpos es fantástica ya que liberan miles de moléculas de anticuerpo por segundo. Los anticuerpos tienen forma de Y como se muestra en el dibujo de la figura 5 estos anticuerpos unidos al antígeno son un bocado para los fagocitos que los devoran y también al unirse a los antígenos presentes en las células infectadas es como si le pusieran una marca para que otras células las coman. Cada rama de la Y puede tomar un tipo de antígeno, por eso los anticuerpos pueden congregar a un grupo de bacterias que son fácilmente devoradas por los macrófagos o atacadas por las proteínas del complemento.

Vemos en la figura tres tipos de anticuerpos pintados en celeste que presentan forma de Y y en cada punta de la Y una forma diferente, para facilitar la lectura hemos puesto números. El anticuerpo número 1 se une al antígeno 1 (ver las formas) de los llamados epitopos (concepto sobre el que volveremos en el próximo capítulo). Por ahora definiremos a los epitopos o epitopes como aquellas partes de la molécula del antígeno reconocida por los anticuerpos. Hemos dejado aparte, sin numerar, a un antígeno que muestra los tres epitopos, podemos imaginar que podrá ser atacado por tres anticuerpos.

Figura 5. Esquema de tres anticuerpos capaces de distinguir a tres tipos de antígenos, Vemos que la forma de los epitopos de 1 se ajustan como pieza de un rompecabeza en los extremos de la Y del anticuerpo correspondiente. Lo mismo pasa con 2 y 3.

Producción de los anticuerpos

La figura 6 es una diagrama que permite entender cómo se desencadena la producción de anticuerpos. Se pueden distinguir cinco pasos que terminan en la síntesis de anticuerpos específicos.

Células de memoria

Como dijimos más arriba son el segundo tipo de células que se producen por división de las células B.  Son células de vida prolongada capaces de recordar a los intrusos. Las células T son también capaces de producir células de memoria que tienen una vida todavía más prolongada que las B. Como ya comentamos la segunda vez que un m.o invade al individuo tanto las células B como las T se activan e inmediatamente se desencadena la respuesta inmune por lo que  los síntomas de enfermedad no aparecen.

Figura 6. Producción de anticuerpos.

paso 1. Los anticuerpos se desencadenan cuando una célula B encuentra al antígeno con el que se complementa.

paso 2. la célula B toma al antígeno y lo digiere.

paso 3. muestra los fragmentos del antígeno unido a sus propios marcadores celulares.

paso 4. la combinación de ambos atrae a las células T maduras que también complementan en la forma.

paso 5. las linfocinas secretadas por las células T permiten la maduración de las B que comienzan a dividirse en células plamásticas (productoras de anticuerpos) y células de memoria. Los anticuerpos circulan por la sangre capturan al antígeno y lo eliminan por el bazo o el hígado.

Eliminando a los intrusos: la respuesta inmune.

La figura 7 muestra esquemáticamente el proceso que se desencadena en el organismo llamado la respuesta inmune y que nos permite sobrevivir asediados por miles de gérmenes.

Figura 7.

paso 1. La célula B encuentra a un antígeno con el que se complementa, una forma encaja en la otra presente en una bacteria invasora.

paso 2. La célula B es activada por un linfocitoT ayudante.

paso 3.  La célula B se divide en dos células: plasmática y de memoria.

paso 4. La célula plasmática produce anticuerpos específicos para la bacteria invasora

paso 5. las células fagocíticas sensan o ven a las bacterias cubiertas de anticuerpos y se las comen.

paso 6. Una bacteria se pone en contacto con una célula de memoria que recordará a ese antígeno por mucho tiempo.

Conclusión:

Hemos delineado en este capítulo algunas características del SI que pueden ayudar a entender qué son los anticuerpos monoclonales que veremos en el próximo capítulo. Los lectores más valientes o curiosos pueden consultar libros más completos sobre el tema.

Glosario:

anticuerpo: proteína del suero que se forma en respuesta a la inmunización. Los anticuerpos se definen, en general, términos de su unión especifica al antígeno inmunizante.

antígeno: cualquier material extraño al organismo que se une en forma específica a anticuerpos específicos o a linfocitos específicos. El término suele usarse también para describir a un material usado en una inmunización. Los antígenos pueden ser también inmunógenos que pueden gatillar una respuesta inmune o haptenos si no lo hacen.

carrier: molécula inmunogénica de gran tamaño o partícula a la que se encuentra unido un determinante antigénico de modo permitir al determinante convertirse en antigénico.

citoquinas o citocinas: sustancias solubles segregadas o secretadas por las células del sistema inmune (linfocitos, macrófagos) que tienen variados efectos sobre otras células.

complemento: una serie de proteínas del suero involucradas en la medicación de la respuesta inmune. La denominada la casacada del complemento es disparada por la interacción del anticuerpo con un antígeno específico.

determinante antigénico: un sólo sitio antigénico o epitope/o en una molécula antigénica compleja o partícula.

epitope: término alternativo por determinante antigénico.

hapteno: un compuesto, generalmente, de bajo peso molecular que no es  inmunógeno por sí mismo pero que conjugado a una proteína carrier o a una célula se convierte en inmunogénico e induce anticuerpos. Éstos anticuerpos pueden unirse al hapteno solo, en ausencia de carrier.

linfocitos B (células B): Precursores de las células productoras de anticuerpos.

* Este curso es una contribución de Química Viva educativa  (e-Lab) a la propagación del conocimiento científico entre los estudiantes de la escuela secundaria. Departamento de Química Biológica. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires.

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ISSN 1666-7948 www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar

Revista QuímicaViva Revista Electrónica del Depto. de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Argentina.  quimicaviva@qb.fcen.uba.ar