21.5: La respuesta inmune contra patógenos
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- Explicar el desarrollo de la competencia inmunológica
- Describir la respuesta inmune de la mucosa
- Discutir las respuestas inmunes contra patógenos bacterianos, virales, fúngicos y animales
- Describir diferentes formas en que los patógenos evaden las respuestas inmunes
Ahora que entiende el desarrollo de células B y células T maduras y vírgenes, y algunas de sus principales funciones, ¿cómo se unen todas estas diversas células, proteínas y citocinas para resolver realmente una infección? Idealmente, la respuesta inmune librará al cuerpo de un patógeno por completo. La respuesta inmune adaptativa, con su rápida expansión clonal, es muy adecuada para este propósito. Piense en una infección primaria como una carrera entre el patógeno y el sistema inmune. El patógeno evita las defensas de barrera y comienza a multiplicarse en el cuerpo del huésped. Durante los primeros 4 a 5 días, la respuesta inmune innata controlará parcialmente, pero no parará, el crecimiento de patógenos. A medida que la respuesta inmune adaptativa se prepara, sin embargo, comenzará a eliminar el patógeno del cuerpo, mientras que al mismo tiempo se vuelve cada vez más fuerte. Cuando se siguen las respuestas de anticuerpos en pacientes con una enfermedad particular como un virus, este aclaramiento se denomina seroconversión (sero- = “suero”). La seroconversión es la relación recíproca entre los niveles de virus en la sangre y los niveles de anticuerpos. A medida que aumentan los niveles de anticuerpos, los niveles de virus disminuyen, y esto es una señal de que la respuesta inmune está siendo al menos parcialmente efectiva (parcialmente, porque en muchas enfermedades, la seroconversión no significa necesariamente que un paciente se esté recuperando).
Un excelente ejemplo de esto es la seroconversión durante la enfermedad por VIH (Figura\(\PageIndex{1}\)). Observe que los anticuerpos se producen temprano en esta enfermedad, y el aumento de los anticuerpos anti-VIH se correlaciona con una disminución del virus detectable en la sangre. Si bien estos anticuerpos son un marcador importante para diagnosticar la enfermedad, no son suficientes para eliminar completamente el virus. Varios años después, la gran mayoría de estos individuos, si no se tratan, perderán toda su respuesta inmune adaptativa, incluida la capacidad de producir anticuerpos, durante las etapas finales del SIDA.
CONEXIÓN DIARIA
Desinfectantes: ¿Combatiendo la Buena Pelea?
“¡Lávate las manos!” Los padres han estado diciendo esto a sus hijos por generaciones. Las manos sucias pueden propagar enfermedades. Pero, ¿es posible deshacerse de suficientes patógenos para que los niños nunca se enfermen? ¿Están mejor los niños que evitan la exposición a patógenos? Las respuestas a ambas preguntas parecen ser no.
Toallitas antibacterianas, jabones, geles e incluso juguetes con sustancias antibacterianas incrustadas en su plástico son omnipresentes en nuestra sociedad. Aún así, estos productos no eliminan bacterias a la piel y el tracto gastrointestinal, y sería perjudicial para nuestra salud si lo hicieran. Necesitamos estas bacterias no patógenas dentro y dentro de nuestros cuerpos para evitar que las patógenas crezcan. El impulso de mantener a los niños perfectamente limpios es, por lo tanto, probablemente equivocado. Los niños se enfermarán de todos modos, y los beneficios posteriores de la memoria inmunológica superan con creces las molestias menores de la mayoría de las enfermedades infantiles. De hecho, contraer enfermedades como la varicela o el sarampión más adelante en la vida es mucho más difícil para el adulto y se asocian con síntomas significativamente peores que los observados en las enfermedades infantiles. Por supuesto, las vacunas ayudan a los niños a evitar algunas enfermedades, pero hay tantos patógenos, nunca seremos inmunes a todos ellos.
¿Podría ser el exceso de limpieza la razón por la que las alergias están aumentando en los países más desarrollados? Algunos científicos piensan que sí. Las alergias se basan en una respuesta de anticuerpos IgE. Muchos científicos piensan que el sistema evolucionó para ayudar al cuerpo a deshacerse de los parásitos gusanos. La teoría de la higiene es la idea de que el sistema inmune está orientado a responder a antígenos, y si no hay patógenos, responderá en cambio a antígenos inapropiados como alérgenos y autoantígenos. Esta es una explicación de la creciente incidencia de alergias en los países desarrollados, donde la respuesta a no patógenos como el polen, el camarón y la caspa de gato causan respuestas alérgicas sin cumplir ninguna función protectora.
La Respuesta Inmune Mucosa
Los tejidos mucosos son barreras importantes para la entrada de patógenos en el cuerpo. Los anticuerpos IgA (y a veces IgM) en el moco y otras secreciones pueden unirse al patógeno, y en los casos de muchos virus y bacterias, neutralizarlos. La neutralización es el proceso de recubrir un patógeno con anticuerpos, haciendo físicamente imposible que el patógeno se una a los receptores. La neutralización, que ocurre en la sangre, linfa y otros fluidos y secreciones corporales, protege el cuerpo constantemente. Los anticuerpos neutralizantes son la base para la protección de enfermedades que ofrecen las vacunas. Las vacunas para enfermedades que comúnmente ingresan al cuerpo a través de las membranas mucosas, como la influenza, generalmente se formulan para mejorar la producción de IgA.
Las respuestas inmunitarias en algunos tejidos mucosos como los parches de Peyer (ver [enlace]) en el intestino delgado absorben antígenos particulados por células especializadas conocidas como microfold o células M (Figura\(\PageIndex{2}\)). Estas células permiten al cuerpo muestrear patógenos potenciales de la luz intestinal. Las células dendríticas luego llevan el antígeno a los ganglios linfáticos regionales, donde se monta una respuesta inmune.
Defensas contra bacterias y hongos
El cuerpo combate los patógenos bacterianos con una amplia variedad de mecanismos inmunológicos, esencialmente tratando de encontrar uno que sea efectivo. Bacterias como Mycobacterium leprae, la causa de la lepra, son resistentes a las enzimas lisosómicas y pueden persistir en orgánulos macrófagos o escapar al citosol. En tales situaciones, los macrófagos infectados que reciben señales de citocinas de las células Th1 activan vías metabólicas especiales. El metabolismo oxidativo de los macrófagos es hostil a las bacterias intracelulares, a menudo dependiendo de la producción de óxido nítrico para matar las bacterias dentro del macrófago.
Las infecciones fúngicas, como las de Aspergillus, Candida y Pneumocystis, son en gran parte infecciones oportunistas que aprovechan las respuestas inmunitarias suprimidas. La mayoría de los mismos mecanismos inmunitarios efectivos contra las bacterias tienen efectos similares sobre los hongos, ambos tienen estructuras de pared celular características que protegen sus células.
Defensas contra parásitos
Los parásitos gusanos como los helmintos son vistos como la razón principal por la que evolucionaron la respuesta inmune de la mucosa, la alergia mediada por IgE y el asma, y los eosinófilos. Estos parásitos fueron en un momento muy comunes en la sociedad humana. Al infectar a un humano, a menudo a través de alimentos contaminados, algunos gusanos se instalan en el tracto gastrointestinal. Los eosinófilos son atraídos al sitio por las citocinas de células T, que liberan su contenido de gránulos a su llegada. También se produce la desgranulación de mastocitos, y se cree que la fuga de líquido causada por el aumento de la permeabilidad vascular local tiene una acción de rubor sobre el parásito, expulsando sus larvas del cuerpo. Además, si IgE marca el parásito, los eosinófilos pueden unirse a él por su receptor Fc.
Defensas contra Virus
Los principales mecanismos contra los virus son las células NK, los interferones y las células T citotóxicas. Los anticuerpos son efectivos contra los virus principalmente durante la protección, donde un individuo inmune puede neutralizarlos en base a una exposición previa. Los anticuerpos no tienen efecto sobre los virus u otros patógenos intracelulares una vez que ingresan a la célula, ya que los anticuerpos no son capaces de penetrar en la membrana plasmática de la célula. Muchas células responden a infecciones virales regulando a la baja su expresión de moléculas MHC clase I. Esto es una ventaja para el virus, ya que sin expresión de clase I, las células T citotóxicas no tienen actividad. Las células NK, sin embargo, pueden reconocer células negativas de clase I infectadas viralmente y destruirlas. Así, las células NK y las células T citotóxicas tienen actividades complementarias contra las células infectadas por virus.
Los interferones tienen actividad en la ralentización de la replicación viral y se utilizan en el tratamiento de ciertas enfermedades virales, como las hepatitis B y C, pero su capacidad para eliminar el virus por completo es limitada. Sin embargo, la respuesta de las células T citotóxicas es clave, ya que finalmente abruma al virus y mata a las células infectadas antes de que el virus pueda completar su ciclo replicativo. La expansión clonal y la capacidad de las células T citotóxicas para destruir más de una célula diana hacen que estas células sean especialmente efectivas contra los virus. De hecho, sin las células T citotóxicas, es probable que todos los humanos mueran en algún momento a causa de una infección viral (si no hubiera vacuna disponible).
Evasión del Sistema Inmunológico por Patógenos
Es importante tener en cuenta que aunque el sistema inmunitario ha evolucionado para poder controlar muchos patógenos, los propios patógenos han evolucionado formas de evadir la respuesta inmune. Un ejemplo ya mencionado es en Mycobactrium tuberculosis, que ha evolucionado una pared celular compleja que es resistente a las enzimas digestivas de los macrófagos que los ingieren, y así persiste en el huésped, provocando la enfermedad crónica tuberculosis. En esta sección se resumen brevemente otras formas en que los patógenos pueden “burlar” las respuestas inmunitarias. Pero ten en cuenta, aunque parece que los patógenos tienen voluntad propia, no lo hacen. Todas estas “estrategias” evasivas surgieron estrictamente por la evolución, impulsadas por la selección.
Las bacterias a veces evaden las respuestas inmunitarias porque existen en múltiples cepas, como diferentes grupos de Staphylococcus aureus. S. aureus se encuentra comúnmente en infecciones menores de la piel, como forúnculos, y algunas personas sanas lo albergan en la nariz. Un pequeño grupo de cepas de esta bacteria, sin embargo, llamado Staphylococcus aureus resistente a meticilina, se ha vuelto resistente a múltiples antibióticos y es esencialmente intratable. Diferentes cepas bacterianas difieren en los antígenos en sus superficies. La respuesta inmune contra una cepa (antígeno) no afecta a la otra; así, la especie sobrevive.
Otro método de evasión inmune es la mutación. Debido a que las moléculas de superficie de los virus mutan continuamente, virus como la influenza cambian lo suficiente cada año como para que la vacuna contra la influenza durante un año no proteja contra la gripe común al siguiente. Se deben derivar nuevas formulaciones de vacunas para cada temporada de gripe.
La recombinación genética, la combinación de segmentos génicos de dos patógenos diferentes, es una forma eficiente de evasión inmune. Por ejemplo, el virus de la influenza contiene segmentos génicos que pueden recombinarse cuando dos virus diferentes infectan la misma célula. La recombinación entre virus de influenza humana y porcina condujo al brote de gripe porcina H1N1 2010.
Los patógenos pueden producir moléculas inmunosupresoras que perjudican la función inmune, y existen varios tipos diferentes. Los virus son especialmente buenos para evadir la respuesta inmune de esta manera, y se ha demostrado que muchos tipos de virus suprimen la respuesta inmune del huésped de maneras mucho más sutiles que la destrucción mayorista causada por el VIH.
Revisión del Capítulo
La primera infancia es una época en la que el cuerpo desarrolla gran parte de su memoria inmunológica que lo protege de enfermedades en la edad adulta. Los componentes de la respuesta inmune que tienen la máxima efectividad contra un patógeno a menudo se asocian con la clase de patógeno involucrado. Las bacterias y los hongos son especialmente susceptibles al daño por las proteínas del complemento, mientras que los virus son atendidos por interferones y células T citotóxicas. Los gusanos son atacados por eosinófilos. Los patógenos han demostrado la capacidad, sin embargo, de evadir las respuestas inmunitarias del organismo, algunas de las cuales conducen a infecciones crónicas o incluso a la muerte. El sistema inmune y los patógenos se encuentran en una carrera lenta y evolutiva para ver quién se mantiene en la cima. La medicina moderna, ojalá, mantenga los resultados sesgados a favor de los humanos.
Preguntas de revisión
P. ¿Qué enzimas en los macrófagos son importantes para eliminar las bacterias intracelulares?
A. metabólico
B. mitocondrial
C. nuclear
D. lisosómico
Respuesta: D
P. ¿Qué tipo de enfermedad pulmonar crónica es causada por una Mycobacterium?
A. asma
B. enfisema
C. tuberculosis
D. lepra
Respuesta: C
P. ¿Qué tipo de respuesta inmune es más efectiva directamente contra las bacterias?
A. células asesinas naturales
B. complemento
C. células T citotóxicas
D. células T colaboradoras
Respuesta: B
P: ¿Cuál es la razón por la que tienes que ser inmunizado con una nueva vacuna antigripal cada año?
A. la vacuna solo es protectora por un año
B. mutación
C. metabolismo oxidativo de macrófagos
D. respuesta de memoria
Respuesta: B
P: ¿Qué tipo de respuesta inmune funciona en concierto con las células T citotóxicas contra las células infectadas por virus?
A. células asesinas naturales
B. complemento
C. anticuerpos
D. memoria
Respuesta: A
Preguntas de Pensamiento Crítico
P. Describir cómo funciona la seroconversión en la enfermedad por VIH.
A. La seroconversión es el aclaramiento del virus en el suero debido al aumento de los niveles específicos de anticuerpos séricos. La seroconversión ocurre en las primeras etapas de la enfermedad por VIH. Desafortunadamente, el anticuerpo no puede eliminar completamente el virus del cuerpo y, por lo tanto, con mayor frecuencia progresa a SIDA.
P. Describir la tuberculosis y el efecto espectador inocente.
A. La tuberculosis es causada por bacterias resistentes a enzimas lisosómicas en macrófagos alveolares, resultando en infección crónica. La respuesta inmune a estas bacterias en realidad causa la mayor parte del daño pulmonar que es característico de esta enfermedad potencialmente mortal.
Glosario
- metabolismo oxidativo de macrófagos
- metabolismo activado en macrófagos por señales de células T que ayudan a destruir las bacterias intracelulares
- neutralización
- inactivación de un virus por la unión de un anticuerpo específico
- seroconversión
- aclaramiento de patógenos en el suero y aumento simultáneo de anticuerpos séricos