مبانی سیستم ایمنی و علم ایمونولوژی

مقدمه‌ای بر مبانی سیستم ایمنی و علم ایمونولوژی

سیستم ایمنی ابزار بدن برای جلوگیری یا محدود کردن عفونت است. بدون آن، بدن قادر به مقاومت در برابر حملات باکتری ها، ویروس ها، انگل ها و غیره نخواهد بود. سیستم ایمنی از شبکه وسیعی از سلول ها، اندام ها، پروتئین ها و بافت ها در سراسر بدن تشکیل شده است. یک سیستم ایمنی کاملا کارآمد می تواند بافت سالم را از مواد ناخواسته تشخیص دهد.

اگر یک ماده ناخواسته را تشخیص دهد، یک پاسخ ایمنی ایجاد می کند که منجر به یک حمله پیچیده برای محافظت از بدن در برابر مهاجمان می شود. همچنین سلول های مرده و معیوب را شناسایی و حذف می کند. با این حال، سیستم ایمنی همیشه پاسخ ایمنی مناسبی ایجاد نمی کند. به عنوان مثال، گاهی اوقات نمی‌تواند به طور مؤثر مبارزه کند، زیرا یک فرد دارای یک وضعیت سلامتی است یا به داروهای خاصی نیاز دارد که بر نحوه عملکرد سیستم تأثیر می‌گذارد.

در بیماری‌های خودایمنی و آلرژی‌ها، سیستم ایمنی به اشتباه بافت سالم را ناسالم می‌داند و حملات غیرضروری را آغاز می‌کند که منجر به علائم ناراحت‌کننده و گاهی خطرناک می‌شود. در اینجا به برخی از ویژگی های اصلی سیستم ایمنی و نحوه دفاع از بدن در برابر عوامل بیماری زا و سایر مهاجمان می پردازد. همچنین مشکلاتی را که ممکن است در سیستم ایمنی ایجاد شود بررسی خواهد کرد.

سیستم ایمنی

• سیستم ایمنی بدن از مجموعه ای از اجزا تشکیل شده است که عبارتند از:
• گلبول های سفید (لکوسیت ها)
• طحال
• مغز استخوان
• سیستم لنفاوی
• تیموس
• لوزه ها، آدنوئیدها و آپاندیس

گلبول های سفید در خون و عروق لنفاوی گردش می کنند. سیستم لنفاوی شبکه ای شبیه به رگ های خونی تشکیل می دهد. این ماده به جای خون حامل ماده ای به نام لنف است. لنف مایعی است که سلول‌های مرتبط با سیستم ایمنی را به مناطقی که به آنها نیاز دارند حمل می‌کند. گلبول های سفید دائما به دنبال عوامل بیماری زا هستند.

هنگامی که آنها یکی را پیدا می کنند، شروع به ضرب می کنند و سیگنال هایی را به انواع سلول های دیگر ارسال می کنند تا همین کار را انجام دهند. بدن گلبول های سفید خون را در مکان های مختلفی ذخیره می کند که به اندام های لنفاوی معروف هستند که شامل موارد زیر می باشند:

تیموس: غده ای در پشت استخوان سینه، جایی که گلبول های سفید خون به نام لنفوسیت بالغ می شوند.

طحال: اندامی در سمت چپ بالای شکم که در آن سلول های ایمنی جمع شده و کار می کنند.

مغز استخوان: بافت نرم در مرکز استخوان ها که گلبول های قرمز و سفید خون را تولید می کند.

غدد لنفاوی: این غدد کوچک و لوبیایی شکل در سراسر بدن به خصوص در گردن، زیر بغل، کشاله ران و شکم هستند. آنها از طریق عروق لنفاوی به هم متصل می شوند. سلول های ایمنی در غدد لنفاوی جمع می شوند و در صورت وجود آنتی ژن واکنش نشان می دهند. این می تواند منجر به تورم شود.

لوزه ها، آدنوئیدها و آپاندیس: این ها دروازه هایی برای ورود پاتوژن ها به بدن هستند، بنابراین بافت لنفاوی نیز وجود دارد.

پاسخ ایمنی چگونه کار می‌کند

سیستم ایمنی باید بتواند سلول‌ها و بافت‌های سالم را از سلول ها و بافت های ناسالم تشخیص دهد تا به طور موثر کار کند. این کار را با شناسایی سیگنال هایی به نام DAMPS الگوهای مولکولی مرتبط با خطر انجام می دهد. آسیب سلولی ممکن است به دلایل زیادی وجود داشته باشد، از جمله:

عوامل عفونی مانند باکتری ها یا ویروس ها

سموم، مانند نیش

آسیب فیزیکی غیر عفونی، به عنوان مثال، سوختگی

یک مشکل ژنتیکی در سلول ها، همانطور که در مورد سرطان اتفاق می افتد

آنتی ژن هر ماده ای است که می تواند یک پاسخ ایمنی را ایجاد کند.

در بسیاری از موارد، آنتی ژن یک باکتری، قارچ، ویروس، سم یا جسم خارجی است. اما همچنین می تواند سلولی معیوب یا مرده باشد.

سیستم ایمنی الگوهای مولکولی مرتبط با پاتوژن به نام PAMPs را در آنتی ژن تشخیص می دهد. به این ترتیب قسمت های مختلف سیستم آنتی ژن را به عنوان مهاجم تشخیص داده و حمله ای را آغاز می کنند.

پاسخ ایمنی

همانطور که اشاره شد، به واکنش بدن در مقابل عوامل بیماری زا و مولکول های بیگانه (آنتی ژن) پاسخ ایمنی گفته می شود. بدن تمامی موادی را که در طول حیات خود لمس نکرده است را بیگانه تلقی می کند. عواملی مانند باکتری ها، قارچ ها، پروتوزوا و ویروس ها و همچنین مولکول های خارجی مثل ذرات سیلیس و … همگی برای بدن بیگانه محسوب می شوند.

بعضی اوقات در خود بدن نیز عواملی پیدا می شود که برای سیستم ایمنی جدید است و با اینکه از خود بدن منشا گرفته اند بدن به آن ها پاسخ می دهد. از این گونه عوامل می توان به آنتی ژن های پنهان (موجود در قرنیه چشم و بیضه ها) و آنتی ژن های بیماری خودایمن (اتوآنتی ژن ها) و … اشاره کرد.

انواع پاسخ ایمنی

ایمنی ذاتی (Innate Immunity): این نوع پاسخ قبل از عفونت به طور طبیعی در بدن وجود دارد. این سیستم همیشه آمادگی رویایی با عوامل بیگانه را دارد.

ایمنی اکتسابی یا سازشی (Acquired or Adaptive Immunity): این پاسخ بعد از ورود آنتی ژن و در پی مواجهه با عفونت ایجاد می شود.

همانطور که می دانید استفاده از واکسن ها منجر به بهبود قابل توجهی در سلامت جهانی شده است و جان چندین هزار نفر را نجات داده، هزینه های درمان را کاهش داده و کیفیت زندگی انسان ها و حیوانات را بالا برده است. واکسن‌های سنتی کنونی به‌طور تجربی با دانش مبهم یا کاملا بی‌اطلاع از نحوه تعدیل سیستم ایمنی ما ارائه شده اند.

حتی در مواجهه با پیشرفت بالقوه طراحی واکسن، نگرانی‌های مربوط به ایمنی در مورد جمعیت‌های آسیب‌پذیر خاص، موارد بیماری های عفونی در حال ظهور یا ظهور مجدد، عوامل بیماری‌زا با چرخه حیات پیچیده و تنوع آنتی‌ژنی، نیاز به واکسیناسیون شخصی‌سازی شده و همچنین تحریک پاسخ های غیر اختصاصی آنتی ژن که ممکن است باعث خودایمنی و آلرژی به واکسن شود، در حال افزایش است و این نگرانی‌ها ایمونولوژیست‌ها را به سمت تحقیق برای رویکردی بهتر برای طراحی واکسن سوق داده است که این چالش‌ها را در نظر می‌گیرد.

در حال حاضر، ایمونو انفورماتیک راه را برای درک بهتر پاتوژنز برخی از بیماری های عفونی، تشخیص، پاسخ سیستم ایمنی و واکسن شناسی محاسباتی هموار کرده است. اهمیت علم ایمونوانفورماتیک در مطالعه بیماری‌های عفونی از نظر رویکردهای محاسباتی مورد استفاده متنوع است.

روش‌های ایمونوانفورماتیک همچنین برای اختصاص عملکرد به ژن‌های نامشخص استفاده می‌شوند که می‌توانند به عنوان کاندیدایی در طراحی واکسن مورد هدف قرار گیرند و می‌توانند رویکرد بهتری برای گنجاندن زنان باردار در آزمایش‌ها و برنامه‌های واکسن باشند.

همانطور که گفته شد واکسیناسیون به طور غیرقابل انکاری در ارتقاء جمعیت سالم جهانی بسیار مفید بوده است. برای بسیاری از پاتوژن ها به ویژه پاتوژن های در حال ظهور و پاتوژن هایی که تنوع آنتی ژنی دارند، ژنوم آنها شناخته شده است، اما همبستگی ایمنی آنها در حفاظت نامشخص است.

اکتشافات بی‌نظیر در ایمونولوژی همراه با دانش ابزارهای ایمونوانفورماتیک برای پیش‌بینی اپی‌توپ منجر به ظهور الگوی جدید طراحی واکسن شده است. هنر و علم استخراج اطلاعات کارآمد و جامع و تجزیه و تحلیل داده‌های ذخیره شده در پایگاه‌های داده مربوطه اکنون به طور فزاینده‌ای ضروری است.

حتی با وجود استخراج اطلاعات کارآمد، برخی از چالش‌ها در کاربرد بیوانفورماتیک در ایمونولوژی یا ایمونوانفورماتیک وجود دارد که شامل تجزیه و تحلیل ساختار و یا عملکرد و تجزیه و تحلیل فرآیند ایمنی در رابطه با ویژگی های تعامل ایمنی می باشد. خوشبختانه، اگرچه تحقیقات در ایمونولوژی از نظر تجربی پرهزینه و بسیار فشرده است، معمولا مقادیر عظیمی از داده ها تولید می شود.

چنین داده هایی را تنها می توان با دقت و سرعت بالا با استفاده از ابزارهای ایمونوانفورماتیک تجزیه و تحلیل کرد. به عنوان مثال، تعیین توالی ژنوم و همچنین تایید سلول های T در شرایط آزمایشگاهی برخلاف روش های سنتی واکسن که چندین سال طول می کشید، در عرض چند ماه انجام می شود. با روش‌های ایمونولوژی محاسباتی یا ایمونوانفورماتیک می‌توان اپی توپ‌های کاندید واکسن را به سادگی با اسکن توالی‌های پروتئینی در یک پاتوژن مورد علاقه کشف کرد.

مشاهده کارآموزی طراحی واکسن: ایمونوانفورماتیک