thumb|Elektronenmicroscopische opname van de fagocytose van een bacterie:
Het immuunsysteem is een complex netwerk waarin gespecialiseerde cellen en eiwitten samenwerken om een levend wezen te beschermen tegen ziekte en infectie. Het vormt een afweer tegen binnendringende ziekteverwekkers als bacteriën, virussen en parasieten, maar ook afwijkende lichaamscellen. Het immuunsysteem herkent deze gevaren en activeert verschillende mechanismen om ze onschadelijk te maken en op te ruimen.
Bijna alle levende wezens bezitten een vorm van afweer. Bacteriën hebben bijvoorbeeld een systeem van enzymen dat beschermt tegen virusinfecties. In de evolutie van dieren ontstonden complexere afweermechanismen, zoals fagocytose, waarbij een immuuncel lichaamsvreemde deeltjes opneemt en afbreekt.
Bij gewervelde dieren wordt het immuunsysteem doorgaans onderverdeeld in twee nauw samenwerkende delen. Het eerste deel, dat aangeduid wordt als aangeboren immuunsysteem, vormt de eerste lijn van verdediging, die meteen in werking treedt om een infectie te voorkomen of binnen de perken te houden. Het tweede deel, het verworven immuunsysteem, is in staat ziekteverwekkers heel precies te herkennen en bij een volgende blootstelling krachtiger te reageren. Dit vermogen om een infectie te onthouden is de basis van vaccinatie.
Stoornissen in de afweer kunnen leiden tot ernstige aandoeningen. Wanneer het immuunsysteem onvoldoende functioneert, zoals bij immuundeficiënties, kunnen zich terugkerende en levensbedreigende infecties ontwikkelen. Dit is bijvoorbeeld het geval bij hiv/aids, erfelijke afwijkingen als SCID en bij het gebruik van afweeronderdrukkende middelen als prednison. Omgekeerd kan een overactieve afweer ertoe leiden dat het immuunsysteem de eigen weefsels aanvalt. Voorbeelden van dergelijke auto-immuunziekten zijn reumatoïde artritis, diabetes type 1 en multiple sclerose.
Overzicht Mensen, dieren en planten leven in een wereld vol micro-organismen: bacteriën, schimmels, parasieten en virussen. Hoewel de meeste van deze organismen geen schade toebrengen en ongemerkt samenleven met hun gastheer, zijn er veel soorten die het lichaam binnendringen en daar ziekte kunnen veroorzaken. Het immuunsysteem heeft de taak het lichaam te verdedigen tegen de mogelijke bedreigingen van deze ziekteverwekkers.
Het lichaam van dieren beschikt over fysieke barrières, zoals epitheel en slijmvliezen, die bacteriën en virussen normaal gesproken buitenhouden. Een ziekteverwekker die deze barrières toch doorbreekt, komt in aanraking met het aangeboren immuunsysteem, dat een onmiddellijke, maar aspecifieke respons in gang zet. et al, pp. 3–12. De ziekteverwekker wordt bijvoorbeeld door witte bloedcellen opgenomen en verteerd of middels een ontstekingsreactie in zijn groei geremd. Terwijl het aangeboren immuunsysteem de infectie onder controle probeert de houden, brengt deze bij gewervelden een tweede lijn van afweer op gang: het verworven immuunsysteem.
De cellen van het verworven immuunsysteem bezitten speciale receptoren op hun membraan, waarmee zij op een uiterst specifieke manier ziekteverwekkers herkennen en daarop reageren. Na herkenning beginnen de cellen zich in hoog tempo te delen en te differentiëren, zodat de ziekteverwekker overal in het lichaam doeltreffend wordt bestreden, bijvoorbeeld via antilichamen of cytotoxische mechanismen. Sommige cellen blijven na afloop nog lange tijd aanwezig in het bloed, teneinde herhaling van dezelfde infectie te voorkomen – een immunologisch geheugen.
+ Overzicht van het immuunsysteem Aangeboren immuunsysteem Verworven immuunsysteem Reageert aspecifiek, werkt breed Is gericht tegen een specifiek antigeen Is voortdurend en overal in het lichaam aanwezig Komt enkele dagen na infectie op gang Werkt via fagocytose, ontsteking, defensinen Werkt via antilichamen, cytotoxische T-cellen Leidt niet tot geheugen Leidt tot een immunologisch geheugen Komt voor bij vrijwel alle vormen van leven Komt voor bij alle hogere gewervelde dieren
Immunologie is de wetenschap die zich bezighoudt met alle aspecten van het immuunsysteem. De moderne immunologie is vooral op het immuunsysteem van de mens gericht – en daarmee die van andere gewervelden – omdat de mechanismen van de menselijke afweer veruit het best zijn bestudeerd en ontrafeld. Hoewel ook ongewervelde dieren, planten en andere levensvormen complexe afweersystemen bezitten, is de kennis hierover relatief beperkt. Zowel de aangeboren als de verworven afweer kennen ieder hun eigen vakgebied. Historisch gezien kent de immunologische wetenschap een belangrijke overlap met geneeskunde: veel aandacht gaat uit naar het verklaren van stoornissen van de afweer, hoe deze werken en te behandelen zijn. Hoewel het immuunsysteem primair gericht is op de bestrijding van ziekteverwekkers, speelt het ook een grote rol bij de afweer tegen kankercellen.
Fysieke barrières miniatuur|upright=1.2|De barrièrefuncties van het longepitheel, samen met het slijm en de trilharen, voorkomen voor een belangrijk deel dat ingeademde pathogenen het lichaam binnendringen.
Het lichaam van gewervelde dieren wordt in eerste instantie beschermd tegen ziekteverwekkers door fysieke barrières, zoals de huid, het epitheelweefsel rondom organen, zoals die van de long- of darmwand, en de slijmvliezen. De dicht op elkaar liggende epitheelcellen zijn moeilijk te passeren voor micro-organismen. Bovendien maken de biochemische omstandigheden van de slijmvliezen – zoals de hoge zuurgraad van de maag en vetzuren op de huid – het lastig voor micro-organismen om op deze plaatsen te overleven.
In de slijmvliezen en lichaamsvloeistoffen komen vele antimicrobiële stoffen voor die in belangrijke mate bijdragen aan de afweer tegen infecties. Sommige van deze stoffen kunnen micro-organismen direct doden, andere zorgen ervoor dat hun groei sterk vertraagd wordt, of ondersteunen de immuunrespons ertegen. Epitheelcellen van de huid en de luchtwegen produceren bijvoorbeeld kationische peptiden (defensinen) die zich aan de membranen van bacteriën en virussen hechten en deze ontwrichten. et al, pp. 1298–1300. Lysozymen in traanvocht splitsen de celwandcomponenten van bacteriën, en lactoferrinen in onder meer zweet en speeksel remmen de groei van pathogenen door ijzer weg te vangen.
Op de huid en binnen de darmen komen van nature grote aantallen onschadelijke en vaak nuttige micro-organismen voor, het zogenaamde microbioom. Deze micro-organismen concurreren met lichaamsvreemde ziekteverwekkers om ruimte en voedingsstoffen. Sommige darmbacteriën produceren ook antimicrobiële verbindingen die direct de groei van pathogenen remmen. Een achteruitgang van de darmflora, bijvoorbeeld bij gebruik van antibiotica, kan ertoe leiden dat pathogene bacteriën zoals Clostridium de darm gemakkelijk koloniseren.
Aangeboren immuunsysteem Wanneer een ziekteverwekker ergens het lichaam binnendringt, komt die als eerste in aanraking met het aangeboren immuunsysteem, dat in principe overal en altijd in het lichaam klaarligt om direct in actie te komen. Het aangeboren immuunsysteem wordt gevormd door een aantal verschillende celtypen en honderden verschillende eiwitmoleculen die aanwezig zijn in het bloedplasma en de weefselvloeistoffen. Aangeboren immuuncellen en eiwitten kunnen een indringer vrijwel direct, binnen enkele minuten tot uren, aanpakken en opruimen.
Herkenning De cellen van het aangeboren immuunsysteem zijn in staat binnengedrongen virussen, bacteriën en andere pathogenen te herkennen op hun algemene kenmerken. Herkenning vindt plaats door middel van patroonherkenningsreceptoren. Deze receptoren binden zich aan moleculen die typisch zijn voor micro-organismen, zoals virale nucleïnezuren of bacteriële koolhydraten. Dergelijke molecuulpatronen worden in de immunologie aangeduid als PAMPs, pathogen-associated molecular patterns. Omdat deze structuren nooit voorkomen op lichaamscellen, kunnen aangeboren immuuncellen lichaamsvreemde indringers onderscheiden van lichaamseigen bestanddelen.
thumb|Illustratie van Toll-like receptor 4, een patroonherkenningsreceptor die bacteriële lipopolysachariden kan detecteren.Toll-like receptor 4 is een dimerisch eiwit dat verankerd is in het celmembraan (grijs). Het heeft een groot, leucine-rijk bindingsdomein (hoefijzervormig) dat interactie kan aangaan met LPS (rood), een celwandcomponent van gramnegatieve bacteriën.
Er bestaan diverse groepen patroonherkenningsreceptoren. Een van de belangrijkste zijn de Toll-like receptoren, die voorkomen bij zowel dieren als planten. Toll-like receptoren zijn grote, membraan-gebonden eiwitten die binding aangaan met (onderdelen van) diverse ziekteverwekkers, zoals lipopolysachariden, flagelline en bepaalde motieven in microbieel DNA. Wanneer een Toll-like receptor in contact komt met een lichaamsvreemd deeltje, brengt het binnen de immuuncel een signaalroute op gang die uiteindelijk leidt tot de uitscheiding van signaalstoffen (cytokinen). De cytokinen alarmeren het immuunsysteem dat er een infectie gaande is.
Een andere grote familie van patroonherkenningsreceptoren zijn de Nod-like receptoren. Qua structuur lijken ze op Toll-like receptoren, maar ze komen uitsluitend voor in het cytoplasma, waar ze afbraakproducten van bacteriële peptidoglycanen detecteren. Personen die een mutatie hebben in het gen voor Nod-like receptor 2 hebben een verhoogd risico op het ontwikkelen van de ziekte van Crohn, een chronische ontstekingsziekte van de dunne darm, die vermoedelijk veroorzaakt wordt door een bacteriële infectie.
De meeste virussen worden gesignaleerd door RIG-I-like receptoren. Dit zijn een groep herkenningseiwitten die eveneens in het cytoplasma gelokaliseerd zijn en zich binden aan dubbelstrengs RNA, een vorm van RNA die algemeen optreedt tijdens de replicatie van virussen, maar zelden bij het lichaamseigen RNA. RIG-I-like receptoren geven aanleiding tot een interferonrespons. Interferonen zijn kleine eiwitten die de replicatiecyclus van virussen verhinderen.
Aangeboren immuuncellen miniatuur|Een SEM-opname van het menselijk bloed. Zichtbaar zijn rode bloedcellen, een monocyt, neutrofiel, lymfocyt en enkele kleine bloedplaatjes.
Tot de celtypen van het aangeboren immuunsysteem behoren macrofagen, neutrofielen, dendritische cellen en verschillende soorten granulocyten. Dit zijn allemaal witte bloedcellen die ziekteverwekkers snel herkennen en proberen te elimineren, meestal door ze in zich op te nemen en intracellulair te verteren (fagocytose).
Macrofagen zijn langlevende witte bloedcellen die zich in de meeste weefsels van gewervelde dieren bevinden; het zijn vaak de eerste immuuncellen die in aanraking komen met binnendringende micro-organismen. Neutrofielen zijn kortlevende bloedcellen die in grote aantallen voorkomen in het bloed, ze worden snel gerekruteerd naar geïnfecteerd weefsel door signaalstofjes (chemokinen) die uitgescheiden worden door geactiveerde macrofagen. et al, pp. 1301–1302.
Macrofagen, dendritische cellen en neutrofielen zijn gespecialiseerd in het fagocyteren van ziekteverwekkers, en worden daarom ook wel professionele fagocyten genoemd. Deze cellen hebben receptoren op hun membraan die vreemde indringers herkennen, vastbinden, en vervolgens opnemen in een inwendig blaasje. Binnen de cel wordt de opgenomen pathogeen blootgesteld aan een uitgebreid arsenaal van hydrolases, lysozymen en giftige peroxiden. Fagocytose is een van oudste vormen van afweer: het proces is wijdverspreid in het dierenrijk en komt ook voor bij diverse eencelligen als voedselvergaringsmethode.