6575

Генетические основы иммунитета. Понятие об иммунитете и иммунной системе организма

Контрольная

Биология и генетика

Генетические основы иммунитета Понятие об иммунитете и иммунной системе организма. Мы живем в потенциально враждебном мире, наполненном огромным множеством инфекционных агентов, которые имеют различные размеры форму, строение и раз...

Русский

2013-01-06

35.33 KB

79 чел.

Генетические основы иммунитета

Понятие об иммунитете и иммунной системе организма.   Мы живем в потенциально враждебном мире, наполненном огромным множеством  инфекционных агентов, которые имеют различные размеры форму, строение и разрушительную способность. Они были бы рады использовать нас для размножения своих генов, если бы мы в свою очередь не выработали целый ряд защитных механизмов, обеспечивающих возникновение иммунитета (от лат.immunias-свободный от чего-либо).

      Иммунитет- это невосприимчивость организма к инфекционным  агентам и генетически чужеродным веществам антигенной  природы. Главная функция иммунитета – иммунологический надзор за внутренним состоянием организма. Следствием этой функции является распознание специфическое блокирование нейтрализация или уничтожение генетически чужеродных веществ и клеток (бактерий, вирусов, раковых клеток и т.д.). За сохранение генетически обусловленной биологической индивидуальности отвечает иммунная система организма. Она включает совокупность всех лимфоидных органов и скоплений лимфоидных клеток, обеспечивающих реакцию иммунитета. Иммунная система состоит из центральных и   периферических органов. Центральные органы иммунной системы включают тимус (у млекопитающих), сумку Фабриция (у птиц), костный мозг, пейеровы бляшки и миндалины. К периферическим органам относят лимфатические узлы, селезенку и кровь. Иммунная - система и ее  главные исполнители - лимфоциты обеспечивают  специфическую реакцию организма на чужеродные антигены.

      Кроме этой системы, существуют механизмы, обеспечивающие первичную ступень неспецифической сопротивляемости организма паразитам (бактерия, вирусам, гельминтам и т.д.).

       Неспецифические факторы защиты.   Сопротивляемость организма инфекциям зависит не только от иммунного ответа, но определяется и неспецифическими факторами. К неспецифическим факторам защиты относят кожные и слизистые покровы, секреты желез пищеварительного тракта, фагоциты, естественные иммуноглобулины, систему комплемента, пропердин, лизоцим, интерферон, температуру и др.

      Простейший путь избежать инфецирования - это предотвратить проникновение возбудителя в организм. Главной линией обороны служит, конечно, кожа, которая, будучи неповрежденной, непроницаема для большинства инфекционных агентов. Когда целостность кожного покрова нарушена, например, при ожогах, инфекция становится главной проблемой. Вдобавок большинство бактерий не способно существовать на поверхности кожи из-за губительного действия молочной кислоты и жирных кислот, содержащихся в поте и секрете сальных желез.                        

       Слизь, выделяемая стенками внутренних органов, действует как защитный барьер, препятствующий прикреплению бактерий к эпителиальным клеткам. Микробы и другие чужеродные частицы, захваченные слизью, удаляются механическим путем - за счет движения ресничек эпителия, с кашлем и чиханием. К другим механическим факторам, способствующим защите поверхности эпителия, можно отнести вымывающее действие слез, слюны и мочи.

       Секреты желез пищеварительного тракта (слюна, желудочный сок, желчь) обладают бактерицидным и бактериостатическим действием. Лизоцим слюны действует против кокковой микрофлоры, кислотность желудочного сока задерживает развитие многих видов бактерий, желчь действует против сибиреязвенной палочки, разрушает вирусы чумы и инфекционной анемии.

      Фагоциты могут захватывать и переваривать многие чужеродные вещества и клетки. Макро- и микрофаги, по мнению И.И. Мечникова, являются основными исполнителями клеточного иммунитета.

      Неспецифические факторы защиты действуют в широком спектре, хотя ряд из них может быть в большей или меньшей степени направлен против некоторых групп микроорганизмов. Система комплемента включает более 10 белков  присутствующих сыворотке крови. Комплемент действует на мембрану - клетки, которая становится проницаемой выводит аллергены, мобилизует лейкоциты из костного мозга, принимает участие в иммунном ответе.

      Система пропердина может нейтрализовать ряд вирусов, действует против грамотрицательных и грамположительных микроорганизмов.

     Лизоцим вызывает лизис некоторых микроорганизмов, к нему более чувствительны грамположительные бактерии. Так, при заболевании коров маститом концентрация лизоцима в их молоке возрастает в 3-7 раз. Интерферон задерживает внутриклеточное размножение разных вирусов, он синтезируется макро- и микрофагами.

     Уровень содержания комплемента, пропердина, лизоцима, интерферона контролируется генетически и наследуется, по-видимому, по типу полимерии. Так, например, коэффициент наследуемости концентрации лизоцима равен 0,18.

         Специфический иммунитет.  Главными исполнителями иммунитета являются лимфоциты. Различают две системы иммунитета: клеточную и гуморальную. Основные положения клеточной теории иммунитета были разработаны И. Мечниковым, который открыл явление фагоцитоза - уничтожения чужеродных микробов особыми  клетками - фагоцитами. Захват и переваривание микроорганизмов осуществляется двумя типами клеток – макро - и микрофагами. Макрофаги образуются из клеток костного мозга и присутствуют во всех тканях и органах, осуществляя функции фагоцитоза. Следует отметить, что явление фагоцитоза довольно сложное; в нем участвуют механизмы распознавания чужеродного, система комплемента активирует эти процессы, а заключенный в цитоплазматическую мембрану микроорганизм подвергается действию целого ряда бактерицидных систем.

       В 1982 году Р.Гудом и Дж. Миллером была разработана операция по удалению у новорожденных мышей тимуса. В результате этой операций у бестимусных животных резко снижалось число лимфоцитов, а вместе с ними исчезали все формы иммунитета. Эти опыты показали главенствующую роль тимуса в реакциях иммунитета. В дальнейшем было установлено, что стволовые лимфоидные клетки мигрируют в тимус, где превращаются в Т - лимфоциты (тимус -  зависимые). Именно Т–лимфоцитам принадлежат все ключевые посты иммунитета от распознавания чужеродного антигена, проникшего в организм, до его полного уничтожения. Кроме Т-лимфоцитов, в иммунных процессах участвуют В-лимфоциты, которые формируются в сумке Фабриция (у птиц) или ее аналоге у млекопитающих. В-лимфоциты ответственны за гуморальную форму иммунитета.

       На мембранах Т - и В-лимфоцитов находятся молекулы-рецепторы. Рецепторы - это молекулярные структуры клеточной поверхности, с помощью которых клетки узнают антигены. Антигены – это вещества чаще всего белковой природы или микроорганизмы, которые способны вызвать при проникновении их в организм выработку антител. Т-лимфоциты состоят из трех субпопуляций: Т-хелперов, Т-супрессоров и Т - киллеров. Первые из них способствуют превращению В-лимфоцитов в плазматические клетки, узнают и стимулируют компоненты иммунной системы. Т-киллеры разрушает свои мишени - клетки чужеродных трансплантантов, раковые клетки и т. д. Т-супрессоры выполняют регуляторные функции.

      Т-система ответственна за реакции клеточного иммунитета - гиперчувствительность замедленного типа, отторжение трансплантанта, участвует в противораковой защите и иммунитете против вирусных инфекций.

      В-система ответственна за гуморальный иммунный ответ, определяет иммунитет при многих бактериальных инфекциях, антитоксический иммунитет, аллергию немедленного типа, некоторые аутоиммунные заболевания.

      Реакция антиген - антитело. Антитела представляют собой белки из класса иммуноглобулинов. Они синтезируются в плазматических клетках, образовавшихся из В-лимфоцитов. У большинства млекопитающих иммуноглобулины разделяют на пять классов: IgG, IgA, IgM, IgD, JgE. У всех видов, животных и человека молекулы Ig построены из двух длинных тяжелых (H) и двух коротких легких (L) полипептидных цепей.  N-концевые участки тяжелых и легких цепей состоят из вариабельных (V) областей, а С-концевые участки тяжелых легких цепей являются константным. Главная биологическая функция антител - это быстрая специфическая реакция их с антигенами. Эти взаимодействия могут проявляться в виде реакций агглютинации (склеивание), преципитации, лизиса и нейтрализации. Антитела могут усиливать фагоцитарную активность макрофагов. Специфичность иммунитета проявляется в том, что антитела действуют только на тот антиген, под влиянием которого они образовались. Организм, имеющий антитела, может оставаться в течение длительного времени иммунным против данного антигена. Следовательно, гуморальный, как и клеточный иммунитет, обладает иммунологической памятью - способностью при повторном контакте с антигеном узнавать и отвечать на него иммунологической реакцией.  

       Генетика иммуноглобулинов. Гены иммуноглобулинов автосомны, кодоминантны. Иммуноглобулины контролируются тремя семействами генов, расположенных в разных хромосомах. Одно семейство генов кодирует синтез всех классов, тяжелых цепей (Н), другое - синтез лёгких цепей n-цепей, а третье - синтез легких λ-цепей. Вариабельная область тяжелых цепей (Vн.) кодируется одной группой локусов, а константная область этих цепей (Сн.) - другой. Гены вapиабельного участка тяжелой цепи могут соединяться с любыми генами константных участков этой цепи. Общее число генов, контролирующих синтез разных цепей иммуноглобулинов, более 200. При сборке молекул иммуноглобулинов эти цепи могут комбинироваться в разных сочетаниях, что и обуславливает разнообразие их молекул.

       Разнообразие антител. Организмы в течение жизни могут встречаться с десятками тысяч антигенов и должны отличать "чужие" антигены от "своих". На каждый антиген организм способен вырабатывать антитела.  Чем же обеспечивается такое разнообразие антител?   Установлено, что разнообразие антител может быть обеспечено:

        - наличием большого числа гаметных генов;

        -  сборкой и экспрессией генов в соматических клетках из ограничённого набора зародышевых сегментов;

        - соматическими мутациями генов антител.

       Количество вариантов сборки гена иммуноглобулина, например одной из легких цепей, равно произведений чисел V, D и I-сегментов. Соединение этих сегментов может произойти более 10 тыс. способами. Таким образом, число вариантов формирования активного центра Ig участками легкой и тяжелой цепи превышает 10 млн.

      Генетический контроль иммунного ответа. Иммунный ответ, или иммунологическая реактивность, - высокоспецифическая форма реакции организма на чужеродные вещества (антигены). При иммунном ответе происходит распознавание чужеродного агента и его элиминация. При введении антигена возникает первичный иммунный ответ - приблизительно через 2 дня в крови образуются антитела, титр которых возрастает, достигая максимума к 4-6 дню. Вторичный иммунный ответ возникает при повторном введении того же антигена  и характеризуется более высоким и быстрым нарастанием титра антител. Подобная реакция более сильного образования антител на повторное введение антигена называется иммунологической памятью, которая обусловлена наличием клеток иммунологической памяти и может сохраняться в течение многих лет. Установлено, что сила иммунного ответа зависит от генотипа организма. Эксперименты по иммунизации инбредных линий мышей синтетическими антигенами выявили линии с сильным и слабым иммунным ответом.  Сила иммунного ответа контролируется несколькими парами генов. Во многих случаях иммунный ответ против антигенов наследуется полигенно.

    Учеными выполнено много работ на лабораторных животных по изучению межлинейных различий в образовании антител. Так, при иммунизации лептоспирами мышей 12 инбредных линий установлено, что титры антител у одних линий были в 2 раза выше, чем у других. При скрещивании контрастных линий обнаружено доминирование высокого иммунного ответа. Проводя отбор по силе иммунного ответа на эритроциты барана о течение 10 поколений, удалось получить 30 кратные различия по титру антител между высоко- и низкореагирующими  группами. Необходимо подчеркнуть, что животные различались по силе иммунного ответа ко многим, но не ко всем  антигенам. Иммунологическая реактивность на некоторые антигены у особей этих линий оказалась одинаковой. Отсюда следует  важный  вывод о том, что общей иммунологической реактивности не существует, а есть конкретный иммунный ответ. Поэтому невозможно создать линии или породы животных, которые были бы одновременно резистентны ко всем болезням.

      Теории иммунитета. Выдвинуто много теорий для объяснения механизма образования антител. Из многих теорий иммунитета наибольшее признание получила клонально-селекционная теория Бернета. Она основана на четырех принципах: 1) в организме имеется большое число лимфоидных клеток; 2) популяция лимфоидных клеток гетерогенна и в результате интенсивного деления клеток образуется большое число клонов сходных между собой клеток; 3) небольшое количество антигена стимулирует клон клеток к размножению; 4) большое количество антигена элиминирует соответствующий клон. Согласно этой теории антиген, взаимодействуя с рецептором В-лимфоцита, вызывает его деление, в результате чего образуется клон, синтезирующий антитела одной специфичности. Все клетки клона имеют один и тот же генотип.

      Сетевую теорию регуляции иммунитета предложил Н.Эрне. Согласно этой теории антитела не только узнают антиген, но и сами являются антигенами. Такая ситуация возникает потому, что в период дифференцировки организм с антителами  не встречался, поэтому они и выступают в роли антигена, на который вырабатываются анти-антитела.

     Главный комплекс гистосовместимости (МНС).  При первой пересадке сердца человека, сделанной К. Бернаром в 1967 году, и последующих операциях хирурги столкнулись с проблемой отторжения трансплантанта. Оказалось, что главная трудность заключается не в технике операции, а в несовместимости тканей, обусловленной иммунологическими механизмами. При пересадке органов и тканей от донора к генетически неидентичному реципиенту возникают иммунные реакции, вызывающие отторжение трансплантанта. Это происходит благодаря наличию на поверхности клеток антигенов, называемых трансплантационными антигенами, или антигенами гистосовместимости. Большинство трансплантационных антигенов расположено на лейкоцитах, но они имеются и на других ядерносодержащих  клетках. Гены, кодирующие эти антигены, называют генами тканевой совместимости. Система генов, контролирующая трансплантационные антигены лейкоцитов названа главным комплексом гистосовместимости (МНС). Гены гистосовместимости кодоминантны. Различают два класса белков МНС. Белки МНС класса I- находятся на поверхности почти всех клеток. Белки МНС класса II имеются на поверхности некоторых клеток (В-лимфоциты, макрофаги, эпителиальные клетки). Эти белки имеют некоторое сходство с иммуноглобулинами. Основная роль белков МНС состоит не  в тторжении чужой ткани, а в направление Т-лимфоцитов на антиген.

      Впервые главную систему гистосовместимости у мыши Н-2 открыл П. Горер в 1936 году. Кроме этой системы, найдено много локусов тканевой совместимости локализованных в других хромосомах. Комплекс Н-2 включает несколько тесно сцепленных локусов, расположенных в 17-й хромосоме. Главный комплекс гистосовместимости открыт у многих видов животных и человека. У крупного рогатого скота этот комплекс обозначается BoLA и контролируется серией кодоминантных аллелей.

      Врожденные иммунодефициты.  Нарушения в различных звеньях иммунной системы приводят к многообразным патологическим иммунным реакциям. Причем обычно поражение одного звена не затрагивает функционирование других. Первичные иммунодефициты - это генетически обусловленная неспособность организма реализовать то или иное звено иммунного ответа. Вторичные иммунодефициты являются приобретенными при индивидуальном развитии организма. Они возникают при нарушении в кормлении животных, в результате вирусных заболеваний, при воздействии на организм ионизирующего излучения и в др. случаях.

     У человека описано много врожденных иммунодефицитов, тогда как у сельскохозяйственных  животных эти вопросы исследованы недостаточно. Но здесь как и для других признаков, применим закон гомологических рядов наследственной изменчивости Н.И.Вавилова, на основании которого можно предвидеть наследственные иммунодефициты у животных, подобные тем, которые уже открыты у человека.

       Комбинированный иммунодефицит (CID). Он известен у человека, жеребят арабской породы и длинношерстной таксы. Этот дефект связан с генетическим нарушением образования и функционирования Т - и В-лимфоцитов. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Это подтверждается тем, что у пораженных жеребят матери и отцы здоровы, однако ни один жеребенок не доживает до репродуктивного возраста без трансплантации костного мозга.

      Болезнь встречается у самок и самцов.  У новорожденных жеребят очень мало или нет циркулирующих лимфоцитов, а в сыворотке крови почти отсутствую иммуноглобулины. Наблюдается недоразвитие тимуса. Животные не способны отвечать на иммунизацию. Жеребята остаются здоровыми до 2-месячного возраста, а после уменьшения количества материнских Ig погибают от различных инфекций. У жеребят арабской породы СID встречается с частой 2, 3-3, 7%.  

    Агаммаглобуления. Это дефект гуморальной системы (В-лимфоцитов), встречается у человека и лошадей.  Признак наследуется сцепленно с полом. Животные с этим дефектам не способны синтезировать иммуноглобулины всех классов, но функция Т-лимфоцитов нормальная. Больные особенно восприимчивы к бактериальным инфекциям, но чувствительность к вирусным инфекциям не повышена. Жеребята доживают до 17-18 месяцев.

      Летальный фактор А-46. Известен у скота черно-пестрой и других пород. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Телята рождаются нормальными, а к 4-8 неделям у них наблюдается поражение кожи, сыпь, выпадение волос и другие дефекты. Животные особенно чувствительны к вирусным инфекциям вследствие снижения клеточного иммунитета. Синтез иммуноглобулинов не нарушен. Без лечения животные погибают в 4-месячном возрасте.

       СПИД. В США в начале 80-х годов было обнаружено новое заболевание иммунной системы -   СПИД (синдром  приобретенного иммунодефицита). Болезнь вызывается вирусом (LAV), поражающим Т-лимфоциты (хелперы). Болезнь характеризуется  длительным инкубационный периодом - более 5 лет. Роль наследственности в реакции организма на СПИД отчасти выражается в том, что только 10% носителей вируса заболевают.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3218. Проектирование детали Вал-шестерня и ее технологические характеристики 959 KB
  Введение. Машиностроение – важнейшая отрасль промышленности. Его продукция – машины различного назначения поставляются всем отраслям народного хозяйства. Рост промышленности в значительной степени зависит от уровня развития машиностроения....
3219. Монтаж санитарно-технических кабин. Кладка столбов и простенков. Сварка швов в нижнем положение. 696.22 KB
  Монтаж санитарно-технических кабин. 1. Общая характеристика санитарно-технической кабины. В настоящее время в связи с массовым строительством крупноблочных и крупнопанельных зданий решают по-новому вопросы индустриализации монтажа санитарно-технич...
3220. Проект девятиэтажного жилого дома с подвалом 48.34 KB
  Введение В данной курсовой работе разработан проект девятиэтажного жилого дома с подвалом. Проект разработан в соответствии с заданием на проектирование. Объемно-планировочное конструкционное решение здания соответствует требованиям нормативной доку...
3221. Технологические харатеристики детали 532 KB
  Данная деталь называется «вал-шестерня» и служит для установки сопрягаемых деталей и передачи вращающего момента. Вал устанавливается в корпусе редуктора с помощью двух подшипников. Вращение передается через шпонку.
3222. Проектирование кулисного механизма 306.5 KB
  Одной из ведущих отраслей современной техники является машиностроение. По уровню развития машиностроения судят о развитии производительных сил в целом. Прогресс машиностроения в свою очередь определяется созданием новых высокопроизвод...
3223. Теория информационных процессов и систем 393 KB
  Теория информационных процессов и систем : методические указания к лабораторным работам № 1–4 для студентов специальности 071900 «Информационные системы и технологии» сост. А. В. Левенец. – Хабаровск : Изд-во Тихоокеанского гос. ун-та, 2...
3224. Предмет физики и его связь со смежными науками 327 KB
  Предмет физики и его связь со смежными науками. Физика (природа в переводе с греческого) - одна из основных наук о природе, изучающая общие свойства и законы движения вещества физических полей. В современном виде физика включает в себя следующие осн...
3225. Генератор импульсных последовательностей 295 KB
  Техническое задание. Спроектировать генератор двух идентичных псевдослучайных последовательностей, сдвинутых во времени. Временной сдвиг может изменяться от 0 до 99999 мкс с шагом 1 мкс. Период последовательности T = 65535 мкс. Длительность импул...
3226. Выполнение аналитического исследования для получения экономической информации при принятии определенного управленческого решения 128.85 KB
  Введение Цель подготовки курсовой работы – приобретение студентами навыков самостоятельного выполнения аналитических исследований по вопросам оценки эффективности экономико-финансовой деятельности предприятия, сбора необходимой для этого эконом...