Transcript Living in a Microbial World

Bruce V. Hofkin
Living in a
Microbial World
Chapter 11
Host Defense
Copyright © Garland Science 2011
Host-pathogen interaction
Not always get sick, not always recover
Host defense
Plan A- block invading organisms
barrier to entry
Plan B- destroy invading microbes
1. innate immune system- nonspecific
예: phagocytic cells
2. adaptive immune response- directed, specific
많은 외부 침입자
항체
secondary response – 신속, 강력
immunological memory
Barrier to entry
1. Anatomical barrier
skin – burn, injury
thick layer of mucus – 탈수 (alcohol)
cilia – 오염물질, 흡연
acid
2. Microbial barrier
normal flora
-inhibiting substances
-nutrients 소모
-서식공간 차지
3. Genetic barrier
genetic resistance – malaria
Innate immune response
초기 반응- 감염부위 세포- 화학물질 방출- 백혈구 유도 neutrophil, macrophage – 식균작용
dendritic cell (수지상세포), macrophage- innate 와 adaptive immunity 연결
식세포의 병원체 인식
- pattern recognition; 병원체 고유의 분자 인식 – macrophage 등 Toll-like receptors (TLRs)
다양한 TLR이 다른 분자 인식
- 면역세포들의 TLR이 활성화- 각각 다른 cytokine 분비
- inflammation 촉진 – 부종, 홍반, 열, 통증 – 혈관 확장(vasodilation), 투과성 증가,
interleukune-1(IL-1) 작용- 뇌가 체온 상승- 식세포 효과적, 일부 병원체 증식 저하
면역반응은 double-edged sword- 심하면 숙주 피해
Interferon
바이러스 감염 시 중요한 cytokine
주변 세포들 antiviral state 유도 – 단백질 합성 차단, 바이러스 증식 저해
숙주에 피해 가능- 피로, 두통, 오한 등
숙주 내에서 단기간만 활성
hepatitis C 등에 효과
Adaptive immunity 활성화
Innate immunity 실패 시 macrophage와 dentritic cell이 adaptive immunity 활성화
병원체 수, 병원체의 병독성, 숙주 방어 등에 따라 실패
항원 표지
macrophage 와 dendritic cell의 식세포작용 후 병원체 일부 (단백질 등)를
major histocompatibility complex(MHC) 단백질에 결합-표면 표지
항원 (antigen), 항원표지세포
Adaptive immunity 활성화
항원표지세포가 림프계로 이동- lymph 가 lymph node 통과 – 내부에 lymphocyte 존재
T cell, B cell
림프계 순환하다 항원표지세포 만나면 adaptive response 활성화림프절 내 림프구 급증- swelling
병원체가 혈액에 존재 시 림프절 대신 spleen이 여과 – adaptive immunity 개시
Adaptive immune response
항원표지세포가 cytokine 분비
- helper T cell 유인, 활성화 – adaptive response 개시
Helper T cell; 골수에서 생성- 흉선(thymus)에서 성숙
표면에 T-cell receptor- 항원표지세표 표면 MHC 결합
항원 인식, 10만개 이상 receptor – 각 Th cell이 다른
T-cell receptor 보유- 매우 많은 수, genetic
recombination에 의해
특정 Th cell 활성화- 증식
Activation of cytotoxic T cell by activated Th cell
-활성화된 helper T cell 이 IL-2 이용- 특정 T cell receptor 가진 cytotoxic T cell 활성화 -> 증식
-독성물질 분비하여 감염된 세포 사멸 – cell-mediated response
-활성화된 모든 T cell을 effector T cell; 일부 비활성화, 장기간 생존하는 memory T cell
Activation of B cell by activated Th cell
-활성화된 helper T cell 이 IL-4, IL-5 분비 – B cell (bursa나 골수에서 성숙) 활성화 – B cell 표면에
antibody 존재, 특정 항원 인식 (T cell receptor와 유사하게 많은 수 인식 가능) -> 증식 – 독성물질
분비하여 감염된 세포 사멸 – cell-mediated response
-활성화된 모든 T cell을 effector T cell; 일부 비활성화, 장기간 생존하는 memory T cell
Activation of B cell by activated Th cell
-활성화된 helper T cell 이 IL-4, IL-5 분비 – B cell (bursa나 골수에서 성숙) 활성화 – B cell 표면에
antibody 존재, 특정 항원 인식 (T cell receptor와 유사하게 많은 수 인식 가능) -> plasma cell 로
전환되어 증식- 항체 분비 – 체액성 면역 (humoral immunity)
-일부 활성화 B cell은 장기간 생존하는 memory B cell
Ab functions
- neutralization - 항원과 결합하여 숙주에 결합 방해
- agglutination - Ag-Ab clumping
- opsonization – opsonin으로 작용, 식세포와 결합 식균작용 도움
Ab 종류
- IgM, G, A, E: 체액 내
- IgM, D: 막
- 초기 IgM pentamer -> IgG
- IgG 우점, 태아로 전달, 모유
- IgA- dimer, 분비
Course of immune response
- inductive period- 초기 감염과 adaptive response 사이- T cell, V cell 활성화, 증식,
항미생물 활성- 이 때 병원체 증가- T cell, B cell 작용으로 병원체 감소 – 림프구 감소
regulatory T cell (TR) 다른 T cell의 활성 억제
- Memory cell
Adaptive response의 실패
number of pathogen, virulence, host defense 상태에 따라
Immunological memory
- 1차 감염 시 primary immune response- inductive period
- 2차 감염 시 secondary response – 짧은 inductive period, Ig 수준, 병 증상의 차이
- Memory cell
Vaccine
-Immunological memory 유도, 여러 번 접종하기도 (booster)
- 백신 종류: killed vaccine- 면역반응 유도 안되기도, 안전, Salk
attenuated vaccine- 강한 면역반응 유도, 발병 가능성, Sabin
subunit vaccine -강한 항원 부위만
HIV
human immunodeficiency virus(HIV)- acquired immune deficiency syndrome(AIDS)
pneumocystis pneumonia
HIV- Th cell의 CD4 인식, 결합-세포 파괴
HIV
HIV- Th cell 파괴-cytotoxic T cell, B cell 활성화 안됨
기회적 감염 증가
anti-HIV drugs 바이러스 증식 저해
Progression of HIV
-감염과 심한 병 증상 10년
- 초기 감염 시 강한 면역반응- 이후 바이러스 서서히 증가- 기회적 감염
Host versus pathogen
threshold of disease – dose, replication, immune response