Ugrás a tartalomhoz

Immunológia

Anna, Erdei, Gabriella, Sármay, József, Prechl (2012)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

15. fejezet - 15. fejezet – Az immunrendszer evolúciója

15. fejezet - 15. fejezet – Az immunrendszer evolúciója

(Erdei Anna)

Az immunrendszer evolúciójának tanulmányozása számos szempontból fontos és érdekes. A különböző fajok védekező mechanizmusainak összehasonlítása segít megkülönböztetni a véletlenszerűen kialakuló elemeket az alapvető fontosságúaktól. Megfigyelhető, hogy a gerincesek immunrendszerének nincs minden alkotóeleme jelen a fejlődés kezdeteitől fogva a különböző állatfajokban, de ugyanakkor fellelhetők hasonló elemek az evolúció során. Sok esetben a különböző állatfajok egyedei ugyanazt a védelmi funkciót különböző stratégiák révén látják el, analóg struktúrák ill. mechanizmusok alkalmazásával.

Mivel az immunrendszer génjeire a multiplikáció különösen jellemző, két fő evolúciós mechanizmus is működhet e védelmi rendszer fejlődése során: a szelekcióra épülő adaptív, valamint a génduplikációk, rekombinációk, konverziók következményeként kialakuló, nagyfokú variabilitáson alapuló fejlődés. Különösen figyelemreméltó, hogy az immunrendszer egyes elemei az ontogenezis során is, és az antigénre adott immunválasz során is szomatikus evolúción esnek át. A limfociták működését a mutáció és a szelekció törvényei szabályozzák, ugyanúgy, mint a különböző fajok egyes egyedeinek létét.

Az evolúció vizsgálata során a szelekciós nyomás figyelemmel kísérése legalább olyan fontos, mint a változékonyság és az alkalmazkodás forrásainak megismerése. A soksejtű szervezeteknek megjelenésükkel egy időben meg kellett küzdeniük individualitásuk fenntartásáért is a környezetükkel szemben. Annak érdekében, hogy leküzdjék a különböző patogéneket, és hogy megtartsák életterüket saját fajuk más egyedeivel szemben, ki kellett alakulni olyan struktúráknak és mechanizmusoknak, amelyek a sajátot a nem sajáttól képesek megkülönböztetni. Fontos volt az is, hogy az „idegen” felismerését követően olyan aktivációs és effektor mechanizmusok aktiválódjanak, amelyek a külső támadót asaját szervezet veszélyeztetése nélkül képesek eliminálni.

Mivel a többsejtű állatok létezésére állandó szelekciós nyomást jelent a különböző kórokozók jelenléte, ill. az ellenük való küzdelem, a fennmaradás érdekében szükséges, hogy minden faj rendelkezzék valamilyen védekező rendszerrel. Az evolúció során lépésenként megjelenő immunológiai mechanizmusokat a 15.1. táblázatban foglaltuk össze.

15.1. táblázat - 15.1. táblázat. Az immunrendszer kialakulásának egyes lépcsőfokai*

Evolúciós lépés/szelekciós nyomás

Hatása az immunrendszer fejlődésére

Többsejtűek kialakulása, kolóniaképző állatok megjelenése

iIdegen szövetet felismerő rendszer;allogénfelismerés és rövid távú memória

Mezoderma és keringési rendszer kialakulása, a táplálkozás és a védelem elkülönülése

Sokféle szabadon keringő vérsejt, vörösvérsejtek, sejtes immunitás kialakulása

Vírussal való fertőződés veszélye, tumorok kialakulása

Immunsejtek „őrjárata” a fertőzött és a rákos sejtek felismerésére

Alacsonyabb rendű gerincesek megjelenése: nagyobb test, hosszabb élettartam és a gerincteleneknél kisebb mértékű szaporodás

Limfociták, limfoid szövetek megjelenése,ellenanyag (IgM) termelés, hosszabb távú memória kialakulása

Hüllők, madarak, emlősök megjelenése

Újabb ellenanyagosztályok megjelenése, komplexebb limfoid szervek kialakulása, az immunrendszer diverzitásának és hatékonyságának növekedése

Állandó testhőmérséklet kialakulása;

Kedvezőbb környezet a kórokozók számára

A celluláris és a humorális immunválasz összehangolása, csíraközpontok kialakulása a másodlagos limfoid szervekben, nyirokcsomók megjelenése

Anya–magzat kapcsolat – élveszülés

Az immunrendszer működésének további finomítása a magzat kilökődésének elkerülésére


* Rowly, AF, Ratcliffe, NA. (eds): Vertebrate blood cells (Cambridge University Press, 1988) nyomán

Az immunrendszer eredetének kutatása – kapcsolat a növényvilággal

Az utóbbi időben különböző fajok teljes genomszekvenciái, valamint a nagy méretű EST (Expressed Sequence Tag) adathalmazok elemzése során kiderült, hogy a gerinces fajok immunrendszerének eredete sokkal korábbi időkre nyúlik vissza, mint korábban gondoltuk. Nehézséget jelent, hogy a ma élő fajok közvetlen ősei nem élnek, ezért sokszor nem állapítható meg pontosan, hogy milyen mechanizmusok, ill. funkciók működtek a korábbi evolúciós szinteken. Ugyanakkor az immunrendszer egyes elemeinek a működését számos fajban ismerjük már, és ebből sok fontos következtetés levonható a fejlődés egyes lépéseire vonatkozóan. Így például ismert, hogy az általánosan elterjedt Toll–TLR (Toll-Like Receptor) útvonal, valamint az ősi effektor rendszer, a komplementkaszkád egyes elemei (C3 komponens, perforin) jelen vannak a csalánzók közé tartozó korallokban és a tengeri rózsákban is, ugyanúgy, mint a rovarokban vagy a fejlődés későbbi fokán megjelenő fajokban. Még korábbi időkre visszatekintve az is kiderült, hogy bizonyos védekezési mechanizmusok már a növény- és állatvilág szétválása előtt kialakultak. Így pl. a növények „nem saját” érzékelésében, vagyis a patogénnel asszociált mintázat (Pathogen Associated Molecular Pattern – PAMP) felismerésében ugyanolyan receptorok (Pattern Recognition Receptors – PRR) vesznek részt, mint az állatvilág egyedeiben.

Nagyon érdekes, hogy a csalánzók genomjában kódolva van egy, az újszájúak RAG 1 fehérjéjével rokon struktúra. Ez felveti annak a lehetőségét, hogy in silico elemzéssel megtalálható ennek a célmolekulája a fejlődés alacsonyabb szintjén lévő állatokban.

A szervezetbe jutó kórokozók azonnali felismerését és jelentős részének gyors és hatékony elpusztítását az evolúció során korábban kialakult veleszületett (vagy natív) immunrendszer biztosítja (lásd 1. fejezet). Az ecetmuslica (Drosophila) antibakteriális védekező mechanizmusának vizsgálata arra világított rá, hogy a kórokozó érzékelését követően a védelem első vonalában szerepet játszó sejtekben hasonló intracelluláris jelátviteli folyamatok zajlanak le a rovar és az ember esetében, aminek az eredménye mindkét esetben a patogén elpusztítását célzó molekulák (antimikrobiális peptidek, akut fázis fehérjék, citokinek) termelése(15.1. ábra).

15.1. ábra. A veleszületett immunrendszer hasonló felismerési és jelátviteli mechanizmusa rovarban és emlősökben. A rovarok (pl. Drosophila) szervezetébe jutó kórokozók a hemolimfa proteolitikus kaszkádjátt aktiválják, majd a hasítási termék (Spaetzle) a zsírtestek sejtjein kifejeződő Toll-receptorokhoz kötődnek. E molekulák extracelluláris része leucinban gazdag LRR-domént, míg intracelluláris szakaszain az emlőssejtekben – pl. az IL-1 receptorban – is megtalálható TIR (Toll-IL-1R) homológ domént tartalmaznak. A ligandum kötődése indítja el a jelátviteli kaszkádot, melynek során a ser/thr kináz aktivitású Pelle a Cactus fehérjét foszforilálja. Ennek hatására az embrionális fejlődés során nélkülözhetetlen DIF (Dorsal-related Immunity Factor) elnevezésű molekula leválik a komplexről, és a sejtmagba jutva gének átírását indukálja. Az emlősök sejtjeinek Toll-szerű receptorait (pl. TLR4 - Toll-Like Receptor4) az LPS-molekulák LBP-vel (Lipopolysaccharide Binding Preotein) és a fagocitákon kifejeződő CD14-gyel alkotott komplexe aktiválja. A jelátviteli kaszkádot a MyD88 adaptor molekulával való kölcsönhatás indítja el. A kináz-aktivitású IRAK (IL-1 Receptor Associated Kinase) a TRAF-6 (TNF Receptor Associated Factor-6) molekula közvetítésével foszforilálja a IκB gátló fehérjét; a sejtmagba jutó NF-κB ezután gének átírását indukálja.

A veleszületett immunrendszer működésének megértése szempontjából döntő fontosságú volt az első Toll-szerű receptor (Toll Like Receptor – TLR, lásd 4.6. és 6.5. fejezet) felfedezése az ecetmuslicával végzett kutatások eredményeként. 1988-ban klónozták a receptor génjét, és kimutatták, hogy ez a molekula a Drosophila embrionális fejlődésében játszik szerepet. Később mutációs kísérletek alapján bebizonyosodott, hogy a rovar immunvédekezésében is részt vesz ez a receptor, mivel a gén hiányában gombás fertőzés pusztítja el a muslicát. TLR-homológokat azóta kimutattak emlősökben és növényekben (pl. Arabidopsis) is, és bebizonyosodott, hogy ezekben a fajokban is kapcsolatban vannak a baktériumok, gombák és vírusok ellen kialakuló rezisztenciával. Az adatok egyértelműen bizonyítják, hogy e molekulák megjelenése a növény- és állatvilág szétválása előtti időszakra tehető, és a gazda immunvédelmében betöltött alapvető szerepükre utal, hogy megőrződtek az evolúció során.

A gerincesek adaptív immunrendszerének eredete még nem teljesen tisztázott. A különböző fajok genomszekvenciáinak elemzése azt mutatja, hogy bizonyos adaptív elemek előfutárai már a gerinctelenek egyes fajaiban is megjelentek. Mindenestre döntő mozzanat volt, amikor a porcos halak őseiben az adaptív válasz kulcsszereplői, a T- és a B-limfociták, illetve azok antigén-felismerő receptorláncainak hatalmas diverzitása kialakult. Ez kb. 400 millió évvel ezelőttre tehető, amikor a BCR és a TCR génátrendeződési folyamatait szabályozó enzimeket kódoló RAG (Recombination Activating Gene) egy korai alakját hordozó transzpozon beépült az akkori állkapcsos gerincesek csíravonalába. Szemben a szerzett immunitással, a gerincesek veleszületett immunitásának eredetéről – pl. a fagocitózissal kapcsolatban – sok mindent megtudhatunk a gerinctelen állatok tanulmányozása révén. Mivel az összes állatfaj kb. 95%-a ez utóbbiak közé tartozik, számos kísérleti alany kínálkozik, a vizsgálatok mégis elsősorban az ízeltlábúakra, a gyűrűsférgekre és kisebb mértékben a puhatestűekre korlátozódik. Ennek oka az, hogy elsősorban ezek a fajok játszanak szerepet különböző betegségek kórokozóinak átvitelében, továbbá a mezőgazdasági kártevők is főként ezek közül kerülnek ki. Azoknak az állatoknak a védekező rendszerét, amelyek filogenetikailag közelebb állnak a gerincesekhez (pl. az előgerinchúrosok közé tartozó zsákállatok (Tunicata) és tüskésbőrűek (Echinodermata) csak az utóbbi időben vizsgálják intenzíven. Mivel azonban a gerincesek közvetlen ősei kihaltak, ezek immunrendszere eredetének megállapítása ma már főként spekulatív úton lehetséges.

A gerinctelen állatok immunrendszere

A gerinctelen állatok szervezetében nincs immunglobulin, nincsenek limfociták, és limfoid szervekkel sem rendelkeznek ezek a fajok. A legtöbb gerinctelen állatban fellelhetők fehérvérsejtek (leukociták), de vörösvérsejtekkel nem rendelkeznek. A rovarokban leukociták jelen lehetnek az erekben szabadon vagy a testüregekben, mint cölomociták és hemociták a. Feltételezik, hogy az első vérsejtek egy protozoonszerű őssejtből származnak. A primitív többsejtűekben – pl. a szivacsokban, medúzákban és férgekben – a vándorló, fagocitáló amőbociták nemcsak a gazdaszervezet védelmét biztosítják, hanem részt vesznek a táplálkozás és a kiválasztás folyamatában is. A nagyobb méretű és összetettebb felépítésű testüreges állatokban (Cölomata) szükségszerűvé vált a táplálék felszívása és a salakanyag eltávolítása. Ehhez szükség volt a keringési rendszer kialakulására. Valószínűleg az amőbaszerű sejtek ekkor már nem vettek részt a táplálék felvételében, hanem a keringési rendszerbe vándoroltak a környező kötőszövetből. Itt különböző típusú sejtekké fejlődtek, amelyek az immunfolyamatok során specifikus szerepet töltenek be.

A gerinctelen fajok változatossága és hatalmas száma miatt nehéz csoportosítani a fehérvérsejtjeiket, de jellemző tulajdonságaik alapján öt fő kategóriába sorolhatók:

progenitor sejtek, melyek számos más sejt előalakjai;

fagociták, melyek valószínűleg minden állatfajban jelen vannak. Ezek a sejtek az emlősök granulocitáinak és makrofágjainak felelnek meg, de azoktól eltérő sejtmembrán molekulákat/receptorokat feejznek ki;

hemociták (vagy granuláris sejtek), melyek a koaguláció, továbbá a seb-gyógyulás folyamatában játszanak szerepet. Ezek a sejtek a nem-saját felismerésének folyamatában is fontosak;

tápláló (nutritív) sejtek – ezek nem minden fajban találhatók meg;

pigmentsejtek, a vörösvérsejtekre emlékeztetnek, légzési pigmentet tartalmaznak.

A gerinctelen állatok számára nagyon fontos védelmet jelentenek a fizikai-kémiai barrierek: a külső kitinváz (Arthropoda), a nyák, ami a gyűrűsférgek (Annelida), a puhatestűek (Mollusca) valamint néhány zsákállat (Tunicata) testét körülveszi, és csapdába ejti, majd elpusztítja a kórokozókat. Ha ezeken a védelmi rendszereken átjutnak a kórokozók (többnyire sérülés következtében), különböző humorális és celluláris tényezőkkel találkoznak. Ezek közé tartoznak olyan faktorok, amelyek a testnedvek fehérjekomponenseinek koagulációját és a sebgyógyulást váltják ki, valamint a fagociták. Az állandóan jelen lévő ill. az indukálható mikrobaellenes oldékony faktorok az agglutininek, különböző enzimek (pl. lizozim), egyes komplementfehérjékhez hasonló molekulák, valamint az antimikrobiális peptidek fontos humorális faktorok. A fagocitózist fokozzák a puhatestűek és az ízeltlábúak testfolyadékában található lektinek és a fenoloxidáz-kaszkád egyes elemei.

Fontos szerepet tölt be a kórokozók elleni védelemben a rovarok testüregében található zsírtest, ami funkcióját tekintve a magasabb rendűek májához hasonlítható. Sejtjei agglutinineket és mikrobaellenes peptideket termelnek (15.2. ábra), továbbá glikogénraktárként működnek.

15.2. ábra. A Drosophila zsírtestje által termelt gomba-pusztító és antibakteriális peptidek. A kórokozók a TLR-hez és a PGPR-hez (PeptidoGlycan Recognition Protein – PGRP) kötődve aktiválják a zsírsejteket, melyek az ábrán látható jellegzetes szerkezetű, a jelölt mikrobák pusztítására képes peptideket termelnek.

Az azonos fajba tartozó másik egyed szöveteinek felismerése a gerinctelenek esetében arra utal, hogy az MHC-gének előfutárai már jelen vannak ezekben a fajokban. Az allogénreakció nagyon fontos a telepképző fajok, a szivacsok (Porifera), medúzák (Cölonterata), zsákállatok (Tunicata) esetében, mivel az egyes telepek integritását a környezetben növekvő kolóniák folyamatosan veszélyeztetik.

Az alacsonyabb rendű fajok közül legtöbb ismeretünk az ízeltlábúak (Arthropoda) törzsébe tartozó ecetmuslica (Drosophila melanogaster) és az atlanti tőrfarkú (Limulus polyphemus) immunrendszerével kapcsolatos, ezért a következőkben ezt ismertetjük.

Az ecetmuslica (Drosophila melanogaster) és a pókszabásúak közé tartozó atlanti tőrfarkú (Limulus polyphemus) immunvédekezése

Drosophila melanogaster

Az ecetmuslicának az egyedfejlődés különböző szakaszában más és más védelemre van szüksége. Az embriókat egy áthatolhatatlan burok védi, a lárvákat egy lágyabb kitinkutikula, míg a kifejlett rovart kemény kutikula védi a kórokozóktól. Ez utóbbiak azonban nem fedik a légző- és az emésztőrendszer nyílásait, és ezeken keresztül bejuthatnak a rovarba a mikroorganizmusok.

A Drosophila immunvédelmének három fő eleme van: a hemolimfa proteolítikus enzimjeinek kaszkádrendszere, a fagocitózisra képes plazmatociták és a zsírtest sejtjeiből felszabaduló antimikrobiális peptidek. A fagociták a patogént bekebelezik, majd elpusztítják – hasonló módon, mint a magasabb rendűek makrofágjai. A szerin-proteázok kaszkádjának aktiválását a patogén mintázatát (PAMP – lásd 1. fejezet) felismerő molekulák indítják el. Érdemes megemlíteni, hogy az egyik ilyen molekulát kódoló gént semmelweisnek nevezték el Semmelweis Ignácra emlékeztetve, aki a kórházi fertőzések megakadályozásában szerzett elévülhetetlen érdemeket. Az aktiváció egyrészt olyan hasítási termékeket hoz létre (pl. „spätzle”), amelyek a zsírtest sejtjeinek Toll-szerű receptoraihoz (TLR) kötődve indukálják az antimikrobiális peptidek termelését (15.1. ábra), másrészt olyanokat, amelyek a fagocitózist fokozzák. A fenoloxidáz enzimrendszer szintén fontos, mert a kórokozó általi aktivációja kapszulaképződéshez és melanizációhoz vezet. Ennek eredményeként a betolakodó körülhatárolódik, és a rovar szervezete számára ártalmatlanná válik (lásd box).

A melanin és a profenol-oxidáz rendszer szerepe a kapszulaképződés folyamatában

Amikor egy kórokozó a rovar szervezetébe jut, a hemociták által formált kapszula képződik körülötte. A tokképződés folyamatát a kapszula belső rétegének melanizációja kíséri. A melanin tirozin-molekulákból felépülő polimer, aminek különböző formái a növényekben és a magasabb rendű állatok szervezetében is jelen vannak. (Emberben a bőr, a szem és haj, rovarokban a kutikula színének kialakításában vesz részt.) A melanin bioszintézisének folyamatában a fenoloxidáz döntő szerepet játszik. Ez a tirozináz-enzim a rovarok kristálysejtjeinek granulumaiban inaktív prekurzorként, profenol-oxidázként van jelen, amit más proenzimek aktiválnak. Az enzimkaszkád akkor indul be, amikor baktérium vagy parazita jut a rovar szervezetébe. Miközben a profenol-oxidáz fenoloxidázzá alakul, a granuláris hemocitákból agglutininek és a fagocitózist fokozó anyagok – opszoninek – is felszabadulnak. A folyamat eredményeként a kapszulába záródó kórokozó elpusztul, amihez a melanin szintézise során keletkező toxikus anyagok is hozzájárulnak.

Az ecetmuslica-lárva fő nyirokszerve a nyirokmirigy, ahol a fő vérsejt-populációt alkotó plazmatociták, a lamellociták és a kristálysejtek (15.3. ábra) képződnek.

Az ecetmuslica lárvák számára elsősorban a különböző paraziták és a parazitoidok, elsősorban a fürkészdarazsak jelentenek veszélyt, melyek petéiket a lárva testüregébe rakják. Mivel a parazitoidok a Drosophila szöveteinek felhasználásával fejlődnek, a fertőzést követően a Drosophila lárváinak egy része elpusztul. Az egyensúly fenntartása szempontjából fontos, hogy vannak túlélők is, így a parazitoid és a gazdaszervezet is fennmarad. A Drosophila immunreakciója során nagyméretű, lapos vérsejtek, az ún. lamellociták jönnek létre, amelyek beborítják be a plazmatociták által nem bekebelezhető, nagyméretű parazitoid petéket. A kialakult kapszula melanizálódik, és a benne lévő pete elpusztul. A melanizációs folyamatban kitüntetett szerepet játszanak a kristályszerű zárványokat, a feltételezések szerint profenoloxidázt tartalmazó vérsejtek, az ún. kristálysejtek.

A kifejlett rovart az emésztő- vagy a légzőszerven keresztül behatoló baktériumok és gombák veszélyeztetik, melyeket az antimikrobiális peptidek és a falósejtek pusztítanak el. A Gram+ baktériumok és a gombák, valamint a Gram- baktériumok különböző transzkripciós faktorok közreműködésével más és más antimikrobiális peptidek termelését indukálják (15.2. ábra).

15.3. ábra. Az ecetmuslica-lárva nyirokmirigyében kialakuló sejtek. A plazmatociták szerepe a kórokozók fagocitózisa, a kristálysejtek a melaninképzésben játszanak szerepet, a lamellociták pedig körülveszik a betolakodót, amelyet a plazmatocita nem képes bekebelezni. A fotókat Dr. Andó István bocsátotta rendelkezésünkre.

Mintázatfelismerő receptorok (PRR)

Mint erről már több helyen is említést tettünk (lásd 1., 4. és 6. fejezet), TLR-ek kifejeződnek emlősök sejtjein is (eddig 11 TLR-t írtak le). Lényeges különbség azonban, hogy míg ez utóbbiak közvetlenül a kórokozót érzékelik, felismerve azok patogénnel asszociált molekuláris mintázatát (PAMP – lásd 1. fejezet), addig a Drosophila TLR-je egy saját fehérje hasítási termékét („spätzle”) köti meg. Ez a ligandum a hemolimfában keletkezik, a kórokozó által aktivált enzimkaszkád eredményeként.

A TLR-ek valószínűleg a legősibb és legegyszerűbb patogén-felismerő receptorok. A ligandum receptorhoz kötődése olyan jelátviteli folyamatokat indít el az ecetmuslica zsírtestének sejtjeiben, aminek eredményeként mikrobapusztító peptidek szekretálódnak a hemolimfába 1-100 μM-os mennyiségben (15.2. ábra). A jelátvitel során az emlősök NFκB transzkipciós faktorával homológ molekula, a Rel családba tartozó DIF (Dorsal-related Immunity Factor) bejut a sejtmagba, és megindul a gombapusztító drosomycin átírása (15.1. ábra). A Drosophilában a Toll-útvonal elsősorban gombák és Gram-negatív baktériumok általi fertőződéskor aktiválódik.

A Drosophila másik PRR-je a PGRP (PeptidoGlikán Receptor) a Gram-negatív baktériumokat ismeri fel, és az ún. Imd (Immunodeficiency) úton aktiválja a sejteket. Ez a felismerő rendszer az emlősök TNFR-útjával homológ (l. 6. fejezet), mivel az Imd fehérje a RIP (TNFR-kötő fehérje), míg a DREDD-molekula az emlősök kaszpáz-8 enzimjének homológja. A jelátviteli folyamatok eredményeként a szintén a Rel családba tartozó Relish transzkripciós faktor jut a sejtmagba. Ebben az esetben a génátírás eredményeként diptericin, attacin, cekropin termelődik. Ezek olyan antimikrobiális peptidek, amelyek a TLR-úton való aktiválás során nem keletkeznek.

Tehát a Drosophila különböző kórokozók elleni védelmét a TLR- és a PGRP-út együtt biztosítja (15.2. ábra).

Antimikrobiális peptidek

A Drosophila zsírtestje számos különböző antimikrobiális peptidet termel, melyek a fertőzést követően 1-2 órán belül megjelennek a hemolimfában (15.2. ábra). Legtöbbjük dugóhúzószerű α-helikális szakaszt is tartalmaz, ami a patogén sejtfalát „átfúrja”, és az ionháztartás felborításával teszi ártalmatlanná a kórokozót. Az antimikrobiális peptidek szerkezetük és funkciói alapján több csoportba sorolhatók Legelőször a drosomycint írták le, ami gombák ellen biztosít védelmet. A defenzinek diszulfid-hidakat tartalmazó, proteázoknak ellenálló peptidek, melyek Gram+ baktériumok falában képeznek lyukakat. A cekropinek amfipatikus tulajdonságú peptidek, melyek Gram+ és Gram- kórokozókat egyaránt hatástalanítanak, szintén azok membránjának permeabilitása fokozása révén. Az attacinok glicinben gazdag peptidek, melyek az osztódásban levő Gram- baktériumok külső membránfehérjéinek szintézisét gátolják.

Az antimikrobiális peptidek kutatása intenzíven folyik abban a reményben, hogy egyes molekulák hatékonynak bizonyulnak olyan baktériumok esetében, amelyek már rezisztenssé váltak a más módon előállított, „hagyományos” antibakteriális szerek ellen.

Limulus polyphemus

A pókok/skorpiók közé tartozó atlanti tőrfarkú (Limulus polyphemus) vizsgálata során írták le először a koagulációt és a noduláris reakciót, ami a kórokozók elpusztításához vezet. Érdemes felhívni a figyelmet arra, hogy 200 millió éves fosszíliák bizonyítják, hogy ezek az állatok az eredeti formában maradtak fenn a mai napig, ami arra utal, hogy a limulus veleszületett immunrendszere kellő védelmet biztosít az állat túléléséhez. A koagulációt a patogének felszíni molekulái, a PAMP-ok indukálhatják (pl. LPS, (1,3) b-D-glükán, muramil-peptidek, proteoglikánok, tejkolsav), amelyek a keringő sejtek 95%-át kitevő granulárishemocitákhoz kötődnek. Az aktivációt követően a sejtek granulumaiből másodperceken belül alvadási faktorok (szerin-eszterázok, proenzimek, koagulogén) kerülnek a környezetbe (15.4. ábra). Ezek hatására gél képződik, ami agglutinálja, majd körülveszi a mikrobákat. Újabb hemociták exocitózisa eredményeként nodulusok (csomók) alakulnak ki. Mindezek hatására a kórokozó elzáródik a környezettől, és elpusztul. Az atlanti tőrfarkú immunvédelmének biztosításában fontos szerepet játszanak az antimikrobiális peptidek is, melyek szintén a granuláris hemocitákból származnak (15.4. ábra). A limulus granuláris hemocitáinak nagyfokú LPS-érzékenysége az alapja a „LAL-esszének” (lásd box).

15.4. ábra. Az atlanti tőrfarkú (Limulus polyphemus) granuláris hemocitáiból baktérium hatására felszabaduló anyagok

Endotoxin kimutatása LAL-teszttel

Az LPS(LipoPolySaccharide) a Gram negatív baktériumok sejtfala külső membránjának jellegzetes alkotórésze, mely a vérkeringésbe jutva pirogén hatású, azaz lázas állapotot hoz létre (lásd 13. fejezet). Az endotoxinok hőstabil komplexek, így aktivitásuk sterilizációs eljárásokat követően is megmarad. Különösen fontos a különböző gyógyszerek és az orvos-biológiai kísérletek során használt anyagok pirogénhatásának ismerete, amit korábban kísérleti állatok (elsősorban nyulak) testhőmérsékletének mérésével vizsgáltak. Fontos előrelépés volt a jóval egyszerűbb LAL (Limulus Amebocyta Lysate) módszer kidolgozása, amivel lehetővé vált az endotoxin szemikvantitatív meghatározása. Az 1950-es években Bang és Levin kimutatta, hogy a Limulus Polyphemus vérében keringő amöbociták – enzimatikus folyamatok eredményeként – in vitro körülmények között is koagulálják a Gram-negatív baktériumokat. Ez a LAL-teszt alapja, ami lehetővé teszi a laboratóriumi gyakorlatban a vizsgálandó minta endotoxin-tartalmának kimutatását. A teszt során az amöbocitákból előállított LAL-reagens és az LPS kapcsolódása színreakcióval mutatható ki.

Összefoglalóan tehát, a gerinctelenek immunvédelmének fontos elemei, az antimikrobiális peptidek, a patogénről érkező információt a sejtek felé továbbító PRR-ek, valamint a kórokozót hatástalanító enzimrendszerek már a rovarokban megjelentek. Ez utóbbiak működése a komplementrendszeréhez hasonlítható, amely az immunvédekezés egyik leghatékonyabb effektor komponense.