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10 Mundo microbiano Biología 2º BACHILLERATO 21 Microorganismo y enfermedades infecciosas INFECCIÓN • Invasión de un ser vivo por microorganismos patógenos. Grado de patogenicidad o virulencia del microorganismo. Susceptibilidad del huesped. DEPENDE DE Factores ambientales. NO SIEMPRE PRODUC E UNA Equilibrios o desequilibrios en la flora bacteriana normal. Invasión y destrucción de tejidos. ENFERMEDAD • Infección que produce daños en el huésped MECANISMOS QUE CONTRIBUYEN Toxinas que inducen una pérdida de funcionalidad. Escape a la respuesta inmunitaria. 10 Mundo microbiano 26 Términos en epidemiología PREVALENCIA EPIDEMIA Biología 2º BACHILLERATO Proporción de enfermos de una población que padecen una enfermedad concreta en un momento dado. Una enfermedad que ocurre al mismo tiempo en un número alto de individuos de una región. PANDEMIA Epidemia ampliamente distribuida. ENDÉMICA Enfermedad de presencia continua en una población pero con poca incidencia. CASOS ESPORÁDICOS BROTE INFECCIÓN SUBCLÍNICA PORTADORES Casos individuales de una enfermedad sin relación entre ellos y en zonas geográficamente separadas. Cuando en un corto periodo de tiempo aparecen cierto número de casos cuando anteriormente eran esporádicos. Enfermedad de determinados individuos asintomática o con síntomas leves. Individuos que tienen infección subclínica y pueden transportar y diseminar activamente el agente infeccioso. 10 1 Mundo microbiano Biología 2º BACHILLERATO 27 Eslabones de una cadena infecciosa FUENTE DE LA INFECCIÓN 3 Reservorio 2 FORMA DE TRANSMISIÓN Vehículo HUESPED 11 Sistema inmunitario 1 Biología 2º BACHILLERATO Funciones y características del sistema inmunitario HOMEOSTÁTICA DEFENSIVA realiza dos funciones SISTEMA INMUNITARIO agrupa dos estrategias frente a los antígenos SISTEMA INMUNITARIO INNATO SISTEMA INMUNITARIO ADAPTATIVO es adquiere INESPECÍFICO es ESPECÍFICO MEMORIA TOLERANCIA 11 Sistema inmunitario 6 Líneas de defensa frente a microorganismos patógenos Biología 2º BACHILLERATO TRES GRANDES LÍNEAS DE DEFENSA PRIMERA MECANISMOS FÍSICOS Epitelios de revestimiento Epitelios ciliados MECANISMOS QUÍMICOS Secreciones Enzimas Sustancias ácidas Defensinas Péptidos antibacterianos MECANISMOS MICROBIOLÓGICOS Flora bacteriana normal SEGUNDA FAGOCITOS Y SISTEMA DEL COMPLEMENTO Contra patógenos extracelulares MACRÓFAGOS Contra bacterias intracelulares CÉLULAS NK E INTERFERONES Contra células infectadas por virus TERCERA LINFOCITOS Mecanismo específico y adaptativo que deja memoria inmunológica 11 Sistema inmunitario 7 Biología 2º BACHILLERATO Primera línea de defensa Lisozima en lágrimas, saliva y mucosidad nasal Cerumen del oído Epitelios ciliados Secreciones de glándulas sebáceas Ácidos y enzimas digestivas Defensinas intestinales Epitelios de revestimiento QUÍMICOS FÍSICOS Flora bacteriana normal Espermina en el semen MICROBIOLÓGICOS 11 Sistema inmunitario Biología 2º BACHILLERATO 10 Inflamación y fagocitosis Neutrófilo Células endoteliales Selectina P C5a 1 Vasodilatación capilar 2 Incremento de la permeabilidad Retracción de las células endoteliales. 3 Glucoproteínas de unión Foco inflamatorio Infiltración de células sanguíneas Adhesión y rodamiento sobre el endotelio. Diapédesis Quimiotaxis Quimiotaxis Diapédesis Capilar sanguíneo Medio extracelular 4 Producción y liberación de moléculas activas. 11 Sistema inmunitario 2 Biología 2º BACHILLERATO Células y moléculas del sistema inmunitario CÉLULAS INESPECÍFICAS MOLÉCULAS ESPECÍFICAS FAGOCITOS MACRÓFAGOS APC MACRÓFAGOS MONOCITOS MHC- II CÉLULAS ESPECÍFICAS NEUTRÓFILOS LINFOCITOS EOSINÓFILOS CÉLULAS CITOTÓXICAS Células NK CÉLULAS CEBADAS Basófilos MONOCITOS Mastocitos MOLÉCULAS INESPECÍFICAS LINFOCITOS B BCR LINFOCITOS T TCR Auxiliares o colaboradores CD4 Citotóxicos o citolíticos CD8 Supresores LISOZIMA PROTEÍNAS DEL SISTEMA DEL COMPLEMENTO CITOCINAS Interferones, linfocinas, monocinas, interleucinas y factores de necrosis tumoral (TNF y TNF ) 11 Sistema inmunitario 3 Biología 2º BACHILLERATO Células del sistema inmunitario FAGOCITOS Macrófago Monocito Neutrófilo Eosinófilo Fagocitan microorganismos, células alteradas y restos celulares. CÉLULAS CITOTÓXICAS Célula NK Destruyen células del organismo que se han vuelto peligrosas. CÉLULAS CEBADAS Basófilo Mastocito Intervienen en la inflamación y liberan aminas vasoactivas como la histamina. LINFOCITOS Responsables del reconocimiento específico de los agentes patógenos 11 Sistema inmunitario 8 Biología 2º BACHILLERATO Vías clásica y alternativa del complemento VÍA ALTERNATIVA VÍA CLÁSICA C1 Factor B C4 Microorganismos Inmunocomplejos C2 C4b2b C3bBb Activación de macrófagos C3b C3 C3b C5 La vía clásica no se desencadena sin una respuesta inmunitaria específica previa. La vía alternativa no necesita la existencia de una inmunidad específica previa. C3a Quimiotaxis C3b C6 C7 C5a C5b C8 - Reacción inflamatoria - Contracción del músculo liso - Aumento de la permeabilidad vascular C5b67 C9 C5b6789 LISIS Complejo de ataque a membrana (MAC) 11 Sistema inmunitario 9 Biología 2º BACHILLERATO Resumen de acciones del complemento Aumento de la permeabilidad vascular Lisis de células extrañas 1 2 7 Lisis de bacterias 6 COMPLEMENTO 5 Activación y quimiotaxis de neutrófilos Contracción del músculo liso 3 Desgranulación de mastocitos 4 Ayuda a la fagocitosis (opsonización) 11 Sistema inmunitario 6 Líneas de defensa frente a microorganismos patógenos Biología 2º BACHILLERATO TRES GRANDES LÍNEAS DE DEFENSA PRIMERA MECANISMOS FÍSICOS Epitelios de revestimiento Epitelios ciliados MECANISMOS QUÍMICOS Secreciones Enzimas Sustancias ácidas Defensinas Péptidos antibacterianos MECANISMOS MICROBIOLÓGICOS Flora bacteriana normal SEGUNDA FAGOCITOS Y SISTEMA DEL COMPLEMENTO Contra patógenos extracelulares MACRÓFAGOS Contra bacterias intracelulares CÉLULAS NK E INTERFERONES Contra células infectadas por virus TERCERA LINFOCITOS Mecanismo específico y adaptativo que deja memoria inmunológica 11 Sistema inmunitario 4 Biología 2º BACHILLERATO Linfocitos LINFOCITOS B LINFOCITOS T Poseen receptores de membrana específicos, que son inmunoglobulinas CD4 TCR+CD3 BCR Th Todas las células T B7 CTL CD28 MHC clase II INMUNIDAD HUMORAL Tras su activación producen inmunoglobulinas solubles que son anticuerpos específicos. CD8 INMUNIDAD CELULAR Presentan en su membrana receptores TCR que reconocen péptidos antigénicos sobre células presentadoras de antígeno (APC). 11 Sistema inmunitario 5 Biología 2º BACHILLERATO Tejidos y órganos linfoides Amígdalas (MALT) Ganglios linfáticos Corte histológico de un ganglio Timo Bazo Corte histológico del timo Placas de Peyer (MALT) Apéndice (MALT) Vasos linfáticos Placas de Peyer (MALT) Corte histológico del bazo Médula ósea 11 Sistema inmunitario Biología 2º BACHILLERATO 25 Activación de los linfocitos B Complejo MCH II-Antígeno-TCR Bacterias CD4 Linfocito B Th2 activado BCR Linfocito B B.7 CD-28 Activación y diferenciación de linfocitos B Células plasmáticas Células memoria IL-5 IL-6 IL-4 IL-10 Inhibición de respuesta Th1 11 Sistema inmunitario Biología 2º BACHILLERATO 13 Especificidad antígeno-anticuerpo ANTÍGENO tiene ANTÍCUERPO EPÍTOPOS que reconocen PARATOPOS tiene tiene tienen capacidad de INMUNOGENICIDAD ANTIGENICIDAD sólo poseen HAPTENOS UNIÓN determinada por la ESPECIFICIDAD y AFINIDAD FUERZAS DÉBILES mediante COMPLEMENTARIEDAD GEOMÉTRICA dependen de INTERACCIONES HIDROFÓBICAS (APOLARES) COMPLEMENTARIEDAD DE GRUPOS POLARES 11 Sistema inmunitario 12 Reacciones de los anticuerpos con sus antígenos NEUTRALIZAR Unión específica del anticuerpo a la zona del antígeno que provoca el proceso patogénico Biología 2º BACHILLERATO MATAR AGLUTINAR Mediante la activación de las proteínas del complemento. Formar complejos de aglutinación que son reconocidos y destruidos por el sistema de complemento ESTIMULAR LA OPSONIZACIÓN Microorganismo patógeno Anticuerpos Recubrir los gérmenes patógenos por anticuerpos para facilitar su fagocitosis Opsonización Fagocitosis 11 Sistema inmunitario Biología 2º BACHILLERATO 14 Estructura de un anticuerpo (tipo IgG) Paratopo Cadenas pesadas (H) Paratopo H2N H2N NH2 VH VH CH CH 1 1 VL Cadena ligera (L) CL La papaína hidroliza las Igs rompiéndolas en dos fragmentos Fab Fab Cadena ligera (L) COOH CH CH 2 2 CH CH 3 3 HOOC Fc VL CL HOOC NH2 COOH Paratopos Bisagra Modelo tridimensional 11 ISOTIPO BÁSICO IgG Sistema inmunitario 15 Clases de inmunoglobulinas Biología 2º BACHILLERATO % EN SUERO NORMAL FUNCIÓN LOCALIZACIÓN 80% Proporcionar resistencia a largo plazo. Facilitar la fagocitosis Sangre y leche materna Suero y membrana de linfocitos B (los monómeros) IgM 5-10% Primer anticuerpo en sangre en la respuesta primaria. Actúa en los primeros estados de la respuesta específica IgE < 1% Protección frente a parásitos metazoos Piel 10-15% Inhibe la adhesión de parásitos y microorganismos a los tejidos Secreciones corporales (IgA secretora) y suero (IgA sérica) Poco conocida Membrana de linfocitos B IgA IgD 11 Sistema inmunitario Biología 2º BACHILLERATO 16 Estructura de una IgM y una IgA Estructura pentamérica de una IgM Estructura dimérica de IgA secretora Cadena J Cadena J Componente secretor Monómero Monómero 11 Sistema inmunitario Biología 2º BACHILLERATO 17 Respuesta humoral y memoria inmunológica IgG Respuesta primaria Respuesta secundaria IgG IgM IgM Tiempo LB LB LB LB IgM LB LB LB Células plasmáticas LB LB LB LB LB Linfocitos B LB CP LB CP CP IgG CP LB CP LB CP LB LB LB LB LB LB IgM LB LB LB Tiempo LB CP LB LB CP IgG CP CP LB LB CP CP LB CP M M M LB M CP LB Células de memoria M M M M M M M LB LB M M LB M M 11 Sistema inmunitario Biología 2º BACHILLERATO 18 Reordenación somática del ADN CADENA Región C LIGERA Familia J Familia V ADN Recombinación somática ARNm Cadena ligera Cadenas pesadas Cadena ligera ANTICUERPO ARNm Recombinación somática ADN Regiónes C Familia J Familia D Familia V CADENA PESADA 11 Sistema inmunitario Biología 2º BACHILLERATO 23 Visión global de la respuesta inmunitaria El sistema inmunitario presenta tres niveles defensivos Mecanismos defensivos innatos inmediatos PRIMER NIVEL PIEL MUCOSAS SEGUNDO NIVEL CÉLULAS NK TERCER NIVEL SISTEMA DEL COMPLEMENTO MACRÓFAGOS NEUTRÓFILOS Mecanismos dependientes de un corto periodo de inducción INTERFERONES MEDIADORES DE LA RESPUESTA INFLAMATORIA Respuesta adaptativa primaria LINFOCITOS T LINFOCITOS B FAGOCITOS 11 Sistema inmunitario Biología 2º BACHILLERATO 11 Tipos de inmunidad: inmunidad adquirida INMUNIDAD ADQUIRIDA Con memoria inmunológica De efecto temporal ACTIVA PASIVA El organismo genera anticuerpos específicos El organismo adquiere anticuerpos específicos tras superar una infección NATURAL por inoculación de antígenos inmunogénicos ARTIFICIAL: VACUNACION a través de la placenta procedentes del suero de otros organismos NATURAL ARTIFICIAL: SEROTERAPIA 12 Alteraciones inmunitarias y biotecnología 15 Principio de la vacunación Infección natural Respuesta de anticuerpos Vacunación con antígenos del patógeno Biología 2º BACHILLERATO Respuesta de anticuerpos secundaria Respuesta de anticuerpos primaria Inmunidad adquirida Células memoria Tiempo - Se introducen deliberadamente en el organismo antígenos de agentes patógenos, con el propósito de inducir inmunidad específica frente a dichos patógenos - Los antígenos utilizados no pueden ser ni tóxicos ni patogénicos, aunque sí deben conservar su capacidad inmunogénica - Se basa en dos aspectos claves de la inmunidad adaptativa : la especificidad y la memoria inmunológica 12 Alteraciones inmunitarias y biotecnología 16 Algunos tipos de vacunas Biología 2º BACHILLERATO • VACUNAS DE MICROORGANISMOS ATENUADOS • Se obtienen atenuando la virulencia de especies patógenas o expresando antígenos recombinantes en vectores vivos. • Son muy inmunógenas. Esferas • Pueden producir infecciones en personas inmunodeficientes. • VACUNAS DE MICROORGANISMOS MUERTOS Filamentos • Son menos inmunógenas, precisan dosis de recuerdo. • Son más seguras. • Las vacunas subunidad contienen fracciones de microorganismos que contengan antígenos. • VACUNAS ANTI-IDIOTIPO • Se basan en la teoría de la red idiotípica. • Carecen de toxicidad y patogenicidad. Virus de la hepatitis B Partículas con antígenos de superficie del virus producidas por levaduras modificadas genéticamente 12 Alteraciones inmunitarias y biotecnología 4 Tipos de reacciones de hipersensibilidad: tipo I o inmediata Biología 2º BACHILLERATO Alérgeno Linfocito B APC Th Mastocito Fc IL-4 IL-6 IL-10 IgE Histamina, serotonina • La célula presentadora de antígenos interacciona con el linfocito Th y este libera las interleucinas. • Los linfocitos B activados liberan los anticuerpos (IgE) que se unen a los receptores de los mastocitos y basófilos. • En posteriores contactos, el alérgeno se unirá a la IgE activando la liberación de mediadores de la respuesta inflamatoria (histamina y serotonina). 12 Alteraciones inmunitarias y biotecnología 5 2º BACHILLERATO Tipos de reacciones de hipersensibilidad: tipo II, III y IV Tipo II ó citotóxica dependiente de anticuerpos Fc Biología Tipo III ó inducida por inmunocomplejos Célula diana Inmunocomplejo Tipo IV ó retardada mediada por células Macrófago inactivo Linfocito T (activado) NK Complemento antígenos Antígenos Anticuerpo Linfocinas Complemento Granulocito Célula diana El anticuerpo se une a un antígeno no presente en algunas células del organismo. Cuando se forman inmunocomplejos en exceso y no son eliminados. Macrófago activado Cuando los antígenos atrapados en un macrófago no pueden ser eliminados. 12 Alteraciones inmunitarias y biotecnología 6 Inmunodeficiencias Biología 2º BACHILLERATO PRIMARIAS O CONGÉNITAS Inmunodeficiencias de linfocitos T 25-35% Alteración del proceso de diferenciación de los prelinfocitos en linfocitos T maduros. Inmunodeficiencias de linfocitos B 50-60% Falta total o parcial de los distintos isotipos de inmunoglobulinas. Inmunodeficiencias de fagocitos 10-15% Puede afectar a macrófagos o a granulocitos y aumenta la sensibilidad frente a infecciones bacterianas y fúngicas. SECUNDARIAS O ADQUIRIDAS Se deben a factores extrínsecos o medioambientales: fármacos como los utilizados en quimioterapia, radiaciones, malnutrición o infecciones. Infección por el virus VIH El virus infecta a linfocitos T CD4+ , monocitos y linfocitos B provocando inmunodeficiencia. 12 Alteraciones inmunitarias y biotecnología 7 Biología 2º BACHILLERATO Terapia génica en enfermos de ADA Retrovirus con gen ADA incorporado Linfocitos T de paciente Paciente con SCID Implante de las células modificadas Infección de las células con el retrovirus Cultivo y proliferación 12 Alteraciones inmunitarias y biotecnología 2 Biología 2º BACHILLERATO Clasificación de enfermedades autoinmunes Órgano - específicas Tiroides Tiroiditis de Hashimoto Mixedema primario Tirotoxicosis No órgano - específicas Músculo Dermatomiositis Piel Estómago Esclerodermia, LES Anemia perniciosa Riñón Suprarrenal LES Enfermedad de Addison Articulaciones Páncreas Diabetes mellitus insulinodependiente Artritis reumatoide, LES 12 Alteraciones inmunitarias y biotecnología 3 Biología 2º BACHILLERATO La anemia perniciosa: una enfermedad órgano-específica La anemia perniciosa se produce por una falta de absorción de vitamina B12 en el intestino. NORMAL ANEMIA PERNICIOSA Vitamina B12 Absorción intestinal Portador de la vitamina B12 Vitamina B12 Inhibición del portador por autoanticuerpos Célula plasmática El portador se une a la vitamina B12 y de ese modo se produce la absorción en el intestino. Los anticuerpos inhiben al portador y la vitamina B12 continúa en el intestino sin ser absorbida 12 Alteraciones inmunitarias y biotecnología 13 Rechazo de trasplantes RECONOCIMIENTO INDIRECTO Biología 2º BACHILLERATO RECONOCIMIENTO DIRECTO HLA del donante HLA del donante IL-2 IL-2 IL-2 IL-2 Péptidos HLA del donante IL-2 IL-2 IL-2 IL-2 Linfocito T HLA del receptor con un péptido HLA del donante Linfocito T APC del receptor Las proteínas de histocompatibilidad de los tejidos del donante son procesadas por las células presentadoras de antígeno del receptor. APC donante Los antígenos de histocompatibilidad del donante son reconocidos por los linfocitos T del receptor como moléculas HLA propias modificadas por un péptido ajeno. 12 Alteraciones inmunitarias y biotecnología 14 Tipos de trasplantes Biología 2º BACHILLERATO Isoinjerto Autoinjerto Entre dos individuos genéticamente idénticos De una parte del cuerpo a otra Xenoinjerto Aloinjerto Entre individuos de diferentes especies Entre miembros diferentes de la misma especie No provocan rechazo Provocan rechazo 12 Alteraciones inmunitarias y biotecnología 8 Biología 2º BACHILLERATO Estructura y componentes del VIH Bicapa lipídica p24 p17 p41 Transcriptasa inversa gp120 p9 ARN monocatenario p7 Proteínas de la cápsida Proteínas de la cubierta Núcleoproteínas 12 Alteraciones inmunitarias y biotecnología 9 2º BACHILLERATO Ciclo de infección del VIH Interacción de la glucoproteína gp120 y el receptor CD4 del linfocito T. La glucoproteína gp41, media en la fusión de las membranas y la entrada del virus. 1 Biología Integración en el genoma de la célula Transcripción del ADN vírico Proteínas víricas Proteína gp120 Receptor CD4 ADN vírico ARNm vírico 2 Transcripción inversa del ARN vírico. Se produce un ADN bicatenario vírico que se inserta en el genoma celular con la colaboración de la integrasa vírica. Se origina el provirus VIH-1 3 Se forman los ARN víricos y se traducen para formar las proteínas enzimáticas y estructurales del virus. Se ensamblan los viriones y pueden liberarse, infectando nuevas células. 12 Alteraciones inmunitarias y biotecnología 11 Prevención y tratamiento de las infecciones por VIH Biología 2º BACHILLERATO CÓMO PUEDE TRANSMITIRSE EL SIDA SANGRE RELACIONES SEXUALES •Transfusiones con sangre contaminada. •Uso de material cortante o punzante contaminado. •A través del esperma. •A través de las secreciones vaginales. PLACENTA •El virus es capaz de atravesar la placenta y la madre puede infectar al hijo. LECHE MATERNA •Durante la lactancia puede producirse el contagio. FÁRMACOS MÁS EMPLEADOS Inhibidores de la transcriptasa inversa: AZT, DDI, DDC, ACICLOVIR, ARA-A y BVDU. Inhibidores de la proteasa: SAQUINAVIR, INDINAVIR y RITONAVIR. 1 Investigación y estudio de la materia viva 9 Ciencia y solidaridad DISTRIBUCIÓN DEL SIDA =100.000 personas Biología 2º BACHILLERATO 12 Alteraciones inmunitarias y biotecnología Biología 2º BACHILLERATO 10 SIDA: evolución de la enfermedad Síntomas Síntomas Las infecciones oportunistas debidas a las inmunodeficiencias son la causa del 90% de las muertes por sida. Linfocitos T CD4 Anticuerpos Carga vírica (ARN) Antígenos Fase aguda inicial Semanas Fase asintomática Años Síntomas tempranos 2-3 años Tras la infección el virus puede tardar entre 2 y 10 años en replicarse activamente. SIDA ¿? El SIDA es la manifestación final de la infección por VIH
