2007-ruzic Sabljic-bakterijska Genettika Imunski Sistem

BAKTERIJSKI GENOM GENOM – celotna bakterijska DNK

plazmidna DNK

kromosomska DNK transpozon

Genom ima zapis za vse bakterijske lastnosti: oblika celice

presnovna pot

sinteza beljakovin taksonomija

BAKTERIJSKA GENETIKA

DNK polimeraza

RNK polimeraza rRNK, mRNK, tRNK

ribosom, aminokisline

Produkt izražanja gena (npr. beljakovina) predstavlja natančen prevod zaporedja nukleotidov v DNK

GENI in IZRAŽANJE GENOV

gen 1

gen 2

2x gen 3

gen 4

gen 3

gen 5

• konzervirani geni, ali variabilni • geni prisotni pri mnogih bakterijah, ali značilni le za nekatere Regulacija in kontrola izražanja gena → odvisno od okolja - bakterija prepozna spremembe v okolju - sproži signal, ki spodbudi vklop/izklop gena - produkt genskega izražanja se odzove na okolje

SPREMEMBA BAKTERIJSKA GENOMA

• genom bakterij naj bi bil stabilen • prenos genske informacije na potomce naj bi bil neoporečen vendar so spremembe razmeroma pogoste Sprememba v genomu je posledica 1. mutacije DNK ali 2. pridobitve odseka DNK od zunaj

SPREMEMBA BAKTERIJSKA GENOMA 1. Mutacija - sprememba zaporedja nukleinskih baz Nastajajo * spontano s frekvenco 1 mutacija na 104 - 1010 delitev (v vsaki bakterijski koloniji je zelo verjetno 1 celica mutirana) * ali jih sprožijo različni dejavniki (mutageni) Mutacije so * točkaste (substitucija baze) * ali obširnejše (delecija, insercija, preureditev dela genoma) Mutacije so smiselne in nesmiselne. “Nesmiselnih” mutacij se navadno ne zavedamo; nimajo vpliva na okolje, jih ne raziskujemo. Zelo verjetno je nesmiselnih mutacij več kot smiselnih.

SPREMEMBA BAKTERIJSKA GENOMA

Mutacije so lahko * izražene * neme Posledica mutacije: sprememba bakterije (antigenov, kapsule, bičkov, gibljivosti, adherence, itd.)

* zmanjšana virulenca * zmanjšana patogenost * smrt celice

selektivna prednost (npr. pridobivanje odpornosti proti atb)

SPREMEMBA BAKTERIJSKA GENOMA 2. Pridobitev odseka DNK od zunaj - REKOMBINACIJA • Transformacija • Transdukcija • Konjugacija

DNK

restrikcijski encim

akceptorska DNK

DNK

rekombinacija donorska DNK

Donorska DNK se vrine v DNK gostitelja → kodira encime, ki ji omogočajo vrinjenje

Transformacija Lastnost bakterije, da vključi tuje odseke DNK v svojo DNK. beljakovina, ki veže DNK

beljakovina rec A, ki vgradi DNK

“uptake”

Rekombinantna tehnologija: - vrinemo gen, ki ga celica izraža - DNK kot cepivo

Transdukcija Prenos DNK med bakterijami, ki ga opravijo bakterijski virusi (bakteriofagi)

Vnesena DNK – - lahko se vgradi v celico - propade

Bakteriofag okuži, intenzivno se replicira in lahko uniči bakterijo. Ob svoji replikaciji fag lahko vnese del bakterijske DNK (ponavadi en gen) v svojo DNK. Fag prenese svojo in del bakterijske DNK v drugo bakterijsko celico. PRIMER: - prenos odpornosti proti antibiotikom - prenos gena za toksin (C. diphtheriae)

Konjugacija Prenos DNK iz donorske v akceptorsko celico s fizičnim stikom med celicami. spolni pilus celica F

+

celica F-

konjugacijski most,

PRENOS plazmidov in transpozonov, ki nosijo zapis za: * sintezo fimbrij * sintezo adhezinov * sintezo toksinov * odpornost proti antibiotikom

prenos DNK

KONTROLA SPREMEMBE BAKTERIJSKEGA GENOMA

Mutacije so naključne, dolgotrajne in negotove Rekombinacija je možna samo med sorodnimi bakterijami. Kontrolirajo jo restrikcijski encimi.

Sorodne bakterije imajo sorodne restrikcijske encime, ki v lastno DNK lahko vgradijo samo sorodno DNK.

IMUNSKI ODZIV ČLOVEK IN MIKROORGANIZMI

bakterije

virusi

paraziti

glive Imunski sistem

prah

toksini

Imunski sistem prepozna “tujke” in se odzove tako, da sproži obrambne mehanizme.

IMUNSKI ODZIV ORGANI IN CELICE, KI SODELUJEJO PRI IMUNSKEM ODZIVU

mandeljni priželjc

bezgavke

bezgavke

vranica

slepič

Peyerjeve plošče

kostni mozeg

ORGANI

CELICE

IMUNSKI ODZIV ODPORNOST ORGANIZMA

specifičen imunski odziv

nespecifičen imunski odziv

3. linija obrambe

2. linija obrambe

1. linija obrambe

NESPECIFIČNI IMUNSKI ODZIV 1. LINIJA OBRAMBE KOŽA: trdna zgradba, keratinska plast se lušči, lojnice izločajo maščobne kisline

SLUZNICE: občutljiva pregrada izmenjava snovi z okoljem izločki (pH, lizocim, IgA, laktoferin, drugi) usmerjen tok sluzi (migetalke)

NESPECIFIČNI IMUNSKI ODZIV 1. LINIJA OBRAMBE NORMALNA MIKROBNA FLORA

SISTEM KOMPLEMENTA KLASIČNA kompleks ag/ab

LEKTINSKA karbohidrati

ALTERNATIVNA površinski antigeni

formiranje konvertaze C3

Membranski litični kompleks

NESPECIFIČNI IMUNSKI ODZIV 2. LINIJA OBRAMBE FAGOCITI in FAGOCITOZA bakterija

fagocit lizosom

FAGOCITI prepoznajo “tujek”

- velikost delca - električni naboj površine - lastnosti površine bakterij - hidrofilnost-hidrofobnost

Imajo receptorje za peptidoglikan, LPS, protitelesa, komplement Vezava za receptor je signal za požiranje tujka.

NESPECIFIČNI IMUNSKI ODZIV 2. LINIJA OBRAMBE FAGOCITNE CELICE GRANULOCITI v preiferni krvi

MONONUKLEARNI fagociti

v tkivu (makrofagi)

v krvi monociti

koža-Langerhansove celice, jetra-Kupfferjeve celice, CŽ-mikroglija, kosti-osteoklasti, drugi tkivni makrofagi Mononuklearni fagociti poleg požiranja tujkov, so zmožne predstaviti antigene na svoji površini. Imenujemo jih ANTIGEN PREDSTAVLJAJOČE CELICE

SPECIFIČNI IMUNSKI ODZIV 3. LINIJA OBRAMBE ANTIGEN PREDSTAVLJAJOČA CELICA: fagocitira bakterijo, razgradi je na manjše molekule (peptide), peptide (antigene) veže na molekulo MHC in jih prenese na površino celice. mikroorganizem

MHC – major histocompatibility complex (poglavitni histokompatibilni kompleks) VLOGA: transportni proteini

lizosom

SPECIFIČNI IMUNSKI ODZIV 3. LINIJA OBRAMBE: molekula MHC MHC II: imajo na površini celice imunskega sistema (makrofagi, APC, limfociti T in B)

MHC I: imajo na površini VSE celice, ki imajo jedro (npr. epitelijske)

antigen

antigen

Celična membrana

citoplazma

SPECIFIČNI IMUNSKI ODZIV 3. LINIJA OBRAMBE: limfociti T - PREPOZNAVANJE ANTIGENA

Citotoksični limfocit T ima receptor, ki prepozna antigen na molekuli MHC I.

Limfocit T, celica pomagalka ima receptor, ki prepozna antigen na molekuli MHC II.

Prepoznavanju sledi aktivacija citotoksičnega limfocita T.

Prepoznavanju sledi aktivacija: izloča citokine, ki uravnavajo imunska dogajanja.

SPECIFIČNI IMUNSKI ODZIV 3. LINIJA OBRAMBE: AKTIVACIJA LIMFOCITOV T CITOTOKSIČNOST citotoksični limfociti T RECEPTOR: specifično prepozna antigen na MHC I

citotoksična celica

celice naravne ubijalke (NK, angl. natural killer) (populacija limfocitov) - nima receptorja za antigen, prepozna spremenjeno somatsko celico (MHC I) (npr. okuženo, tumorsko, drugo)

normalna somatska celica z MHC I

okužena (ali spremenjena celica)

izloča encime in toksine, ki uničijo okuženo celico

SPECIFIČNI IMUNSKI ODZIV 3. LINIJA OBRAMBE: AKTIVACIJA LIMFOCITOV T URAVNAVANJE IMUNSKEGA ODZIVA

aktivacija makrofagov, limfocitov T (in B)

diferenciacija limfocitov T v celice pomagalke

aktivacija limfocitov B (sinteza protiteles)

prepoznajo MHC II + antigen diferenciacija celic pomagalk v celice Th1 ali Th2

↓ * lokalne tkivne razmere, * lastnosti APC, * koncentracija antigen/MHC II na APC, * afiniteta limfocitov T do antigena, * makrofagi, ki izločajo IL-12, * paraziti, ki izločajo IL-4

Aktivacija celic pomagalk: izločajo citokine (limfokine) , ki aktivirajo in uravnavajo imunska dogajanja samo med celicami, ki so vpletene v imunska dogajanja.

SPECIFIČNI IMUNSKI ODZIV 3. LINIJA OBRAMBE: limfociti B - PREPOZNAVANJE ANTIGENA

IgM

receptor za antigen

IgG IgA IgE

kratkoživeči limfocit B, ki v okolico izloča veliko količino protiteles (2000 molekul na sekundo)

plazmatka

spominska celica Dozorevanje in diferenciacija limfocitov B

Receptor za antigen na limfocitu B je membranska molekula imunoglobulina

dolgoživeči limfocit B, ki ohrani spomin na antigen

SPECIFIČNI IMUNSKI ODZIV 3. LINIJA OBRAMBE: specifična protitelesa Y

Y Y

IgD so na površini limfocitov B, vežejo antigen

Y Y

IgM specifično veže antigen in prispeva k odstranitvi tujka iz telesa

IgA so na površini sluznic, preprečijo vezavo mikroorganizmov

IgE vezani so za mastocite in bazofilce, sodelujejo pri alergijskih reakcijah

IgG specifično veže antigen in prispeva k odstranitvi tujka iz telesa

SPECIFIČNI IMUNSKI ODZIV 3. LINIJA OBRAMBE: specifična protitelesa

bakterija

aglutinacija toksin

fagocitoza

liza bakterije

SPECIFIČNI IMUNSKI ODZIV - protitelesni imunski odziv PRIMARNI IMUNSKI ODZIV – potrebuje nekaj časa, da v serumu zaznamo prisotnost protiteles

SEKUNDARNI IMUNSKI ODZIV – razvije se zelo hitro po ponovnem stiku z antigenom.

CEPLJENJE Temelji na aktivaciji imunskega sistema z antigeni, ki niso sposobni povzročiti znakov bolezni, sposobni pa so izzvati nastanek velikih količin specifičnih protiteles.

SPECIFIČNI IMUNSKI ODZIV - testi za dokaz specifičnih protiteles sekundarno protitelo

OZNAČENO SEKUNDARNO PROTITELO -Fluorokromi (IFT)

primarno protitelo

bolnikov serum, likvor

antigen

-Encim/substrat (ELISA, EIT) -Izotopi (RIT)