Utilidad de los Microorganismos y Defensa Frente a Ellos (PDF)

BLOQUE: LOS MICROORGANISMOS Y LAS FORMAS ACELULARES UNIDAD 4. UTILIDAD DE LOS MICROORGANISMOS Y MECANISMO DE DEFENSA FRENTE A ELLOS 1.- MICROORGANISMOS COMO AGENTES BENEFICIOSOS. Afortunadamente una gran parte de microorganismos resultan de gran utilidad...

BLOQUE: LOS MICROORGANISMOS Y LAS FORMAS ACELULARES UNIDAD 4. UTILIDAD DE LOS MICROORGANISMOS Y MECANISMO DE DEFENSA FRENTE A ELLOS 1.- MICROORGANISMOS COMO AGENTES BENEFICIOSOS. Afortunadamente una gran parte de microorganismos resultan de gran utilidad en muchos procesos que se desarrollan en la naturaleza y repercuten beneficiosamente en los restantes seres vivos. Por otro lado, las sustancias producidas por otros microbios son algunas de nuestros colaboradores más eficaces en la lucha contra las enfermedades microbianas: basta citar el caso de los antibióticos. Consciente del poder de los microbios, la humanidad ha tratado de obtener provecho de sus propiedades. Entre los microorganismos beneficiosos: ✔ Completan el ciclo de los elementos (C, N, P, S) en la naturaleza. ✔ Se emplean para producir medicamentos ( antibióticos) y vacunas. ✔ Se utilizan para la obtención de productos alimenticios: pan, vino, quesos, yogur, etc ✔ Intervienen en procesos de interés ambiental. ✔ Se utilizan en biotecnología para conseguir determinados productos: insulina, hormona del crecimiento, factor VII de la coagulación sanguínea… Se denomina biota normal al conjunto de microorganismos que se establecen y crecen sobre las superficies corporales sin producir efectos negativos. Nota: El término biota o microbiota con el que se designa el conjunto de seres microscópicos que habitan en el organismo ha sustituido a su antigua denominación de flora normal, ya que los microorganismos constituyen un grupo independiente de los reinos vegetal o animal y, por tanto, no se pueden considerar como flora o fauna. 2.CONCEPTO DE INGENIERÍA GENÉTICA, BIOTECNOLOGÍA, ADN RECOMBINANTE , MICROORGANISMO RECOMBINANTE Y OMG La ingeniería genética es la manipulación y modificación de los genes de un organismo, alterando, eliminando o insertando material genético en su genoma por medio de las diferentes tecnologías de edición genética. Los objetivos pueden ser la obtención de proteínas de interés médico o biológico, vacunas, antibióticos, así como la aplicación a la producción animal (ganadería), vegetal (agricultura) e incluso aplicación humana (terapia génica). La Biotecnología se refiere a toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos, destinados al servicio del ser humano.Dentro de este concepto se incluyen procesos como las fermentaciones para producir alimentos, la síntesis de antibióticos a partir de hongos, la producción de insulina, etc "El rasgo esencial de la biotecnología es que utiliza y modifica microorganismos o células obtenidas de animales o plantas, pero excluye aquellas actividades que comportan plantas o animales completos". ADN recombinante. Como su nombre indica el ADN recombinante es el resultado de la unión de fragmentos de ADN sintéticos o procedentes de organismos diferentes. Si este ADN es viable se replicará en una célula viva y se expresará, produciendo proteínas. Las herramientas básicas para la manipulación de moléculas de ADN son las enzimas, en este caso para conseguir ADN recombinante se necesitan como mínimo endonucleasas de restricción y ADN ligasas Microorganismo de ADN recombinante. Son bacterias, levaduras u hongos filamentosos en los cuales el material genético se ha modificado mediante técnicas de ácidos nucleicos in vitro, incluyendo el uso de ADN recombinante y la inyección directa de ácido nucleico en células u orgánulos. 1 OMG.Los organismos a los que se les ha aplicado la ingeniería genética para modificar su material genético se les llama “organismos genéticamente modificados”, conocidos por sus siglas en inglés, OMG. Los organismos transgénicos son OMG pero cuyos genes manipulados proceden de otro organismo. 3. BIOTECNOLOGÍA. 3.1. IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INVESTIGACIÓN E INDUSTRIA. En sentido amplio, la biotecnología se ocupa, entre otros, de procesos tan diferentes como la clonación, la terapia génica, la inseminación in vitro, la obtención de bebidas alcohólicas, etc. 3.1.1 INDUSTRIA ALIMENTARIA Son muchos y variados los sectores que utilizan microorganismos para la fabricación de alimentos, aunque generalmente se reducen a un proceso fermentativo. Los tipos de fermentaciones que se aprovechan en la industria alimentaria son: - Fermentación láctica: para la elaboración de derivados de la leche, como el yogur, cuajada, kéfir, etc, simples fermentados de leche. En el caso del queso la elaboración es más compleja ya que debe realizarse una primera fase de fermentación por bacterias (géneros Lactobacillus y Streptococcus) o por la acción de enzimas proteolíticas (cuajo o renina) procedentes del estómago de rumiantes, para obtener una “cuajada”. Esta masa se deshidrata y se posteriormente se somete a una curación por la acción de otras bacterias (Micrococcus) y de algunos hongos (Penicillium) que actúan sobre ella, dándole las características típicas de sabor, aroma y textura propias de cada tipo de queso. La mantequilla también se fabrica por un proceso de fermentación de la nata de la leche. Lo realizan de forma combinada dos tipos de bacterias, primero Streptococcus se encarga de la fermentación, y posteriormente Leuconostoc sintetiza las sustancias que de dan el aroma y sabor característicos. Tras ambos procesos, el resultado se bate para obtener la mantequilla. - Fermentación alcohólica: para la elaboración de bebidas como el vino, cerveza, sidra,… y también del pan. El pan se obtiene por la fermentación de una masa obtenida con harina, agua y sal mediante la levadura Saccharomyces cerevisae. La liberación de dióxido de carbono provoca que la masa se esponje al quedar atrapadas en ella las burbujas de CO2. El alcohol producido se pierde en la cocción. El vino también se produce con la misma levadura, aunque en este caso son los azúcares presentes en el mosto de la uva los que son fermentados para producir la bebida alcohólica. La cerveza utiliza las semillas de cebada, previamente germinadas, para realizar el mismo proceso. Después de mezclarlo con lúpulo (planta que da el sabor amargo), se produce la fermentación por Saccharomyces cerevisae. MICROORGANISMOS PRODUCTO Saccharomyces cerevisiae (L) Pan , cerveza, vino, etanol, bebidas destiladas (ron, brandy, whisky,...) Streptococcus termophilus (B) Yogur Lactobacillus bulgaricus (B) Yogur 2  Penicillium chrysogenum (M) Penicilinas Otros antibióticos (estreptomicina, cloranfenicol, eritromicina y Streptomyces sp. (B) tetraciclina) Escherichia coli (B) Insulina, somatotropina (hormona del crecimiento) Bacillus thuringiensis (B) Insecticidas L= levadura, B= bacteria, M= moho 3.1.2.INDUSTRIA FARMACÉUTICA Para la obtención de sustancias de interés médico y farmacológico a gran escala y con un menor coste económico: - Antibióticos: para combatir infecciones bacterianas. Alexander Fleming descubrió la penicilina en 1929 a partir de cepas del hongo Penicillium. Posteriormente se han descubierto y desarrollado multitud de antibióticos similares. Algunos antibióticos se obtienen sin embargo a partir de bacterias, como el género Streptomyces, de las que se obtienen la estreptomicina, tetraciclina, eritromicina, cloranfenicol,… - Vacunas: como medida preventiva ante algunas enfermedades infecciosas. Louis Pasteur en 1885 obtuvo la vacuna contra la rabia a partir de un cultivo del virus atenuado que produce la enfermedad. Hoy en día no se obtienen a partir de los microorganismos atenuados sino de las fracciones de estos que contienen las moléculas que son las realmente patogénicas. Producción de vacunas recombinantes Se insertan genes del patógeno contra el cual se quiere obtener la vacuna en alguna célula (bacterias o células eucariotas) y se recogen las proteínas que se sintetizan. Al inyectar a un paciente dichas proteínas, actuarán como antígenos y desencadenan una respuesta inmunitaria. De este modo se consigue la inmunización. La ventaja de este tipo de vacunas es que no hay que inyectar agentes patógenos debilitados o muertos, sino solo sus proteínas. De este modo, las vacunas son más seguras y tienen menos efectos adversos. 3  - Otras sustancias: como hormonas (insulina, hormona del crecimiento, hormonas esteroideas,…); factores de coagulación sanguínea, muy utilizados en el tratamiento de enfermedades como la hemofilia; enzimas, utilizadas en fármacos; vitaminas usadas como suplementos alimenticios, aminoácidos, para la industria alimentaria; etanol, como antiséptico y excipiente de medicamentos; etc,... En casi todos los casos se obtienen a partir de microorganismos manipulados mediante procedimientos de ingeniería genética. La hormona de crecimiento y la insulina humana fueron las primeras proteínas obtenidas mediante ADN recombinante usando la bacteria E. coli. MIrar vídeo Bacterias Transgénicas Síntesis de proteínas usando plásmidos y bacterias. PRODUCCIÓN DE INSULINA Plásmidos. Son moléculas circulares de ADN, de pequeño tamaño, presentes en muchas bacterias e independientes del cromosoma bacteriano. Son excelentes vectores por las siguientes razones: Su tamaño manejable. Su replicación independiente del cromosoma, por lo cual pueden formarse hasta 10 plásmidos por célula, lo que, en varias generaciones, supone una gran cantidad de copias de ADN. Los plásmidos también son utilizados para la síntesis masiva de proteínas. Insertando un gen como el de la insulina, esta técnica permite obtener grandes cantidades de una manera económica y sin necesidad de mantener activas instalaciones con animales vivos. Posteriormente, esta molécula es acondicionada para su distribución y uso en personas diabéticas, por ejemplo. 1. Se aísla el ADN humano y el plásmido y se cortan con la misma enzima de restricción. Estas enzimas actúan como auténticas «tijeras biológicas» y cada una de ellas corta el ADN por determinadas secuencias. 2. Se mezclan los fragmentos de ADN humano con los plásmidos cortados. El ADN humano se inserta en algunos de los plásmidos, ya que presentan extremos cohesivos. Se agrega ADN ligasa que une los fragmentos formándose numerosos plásmidos tanto recombinantes como no recombinantes. 3. Se mezclan los plásmidos con bacterias que carecen de plásmidos. Habrá bacterias que por transformación incorporen plásmidos recombinantes que lleven el gen de interés 4. Se siembran las bacterias sobre una placa de Petri. Se incuban hasta que proliferen las bacterias, se formen colonias visibles y se observa que Las bacterias transformadas con plásmidos recombiantes crecen. 5. Se toman las bacterias recombinadas con el gen de interés y se llevan a un biorreactor donde se reproducen y posteriormente se purifica la insulina o proteína de interés. 4  3.1.4.INDUSTRIA AGROPECUARIA Los sectores ganadero y agrícola se han visto enormemente beneficiados por el avance de la biotecnología. Algunas de sus utilidades son: - Producción de proteínas microbianas como suplemento: el término proteína unicelular (PUC) se emplea para referirse a microorganismos tales como bacterias, levaduras, algas y hongos filamentosos, que son empleados para alimentación humana o animal, principalmente por su alto contenido en proteínas. A principios del siglo XX se comenzó a utilizar la levadura Saccharomyces cerevisae como suplemento proteico en alimentación humana. Actualmente se usa para el enriquecimiento proteico de piensos para alimentar el ganado, siendo los microorganismos utilizados más comúnmente bacterias como Methilomonas, Pseudomonas, Bacillus, Aerobacter,…; levaduras, 5  como Candida utilis, Saccharomyces cerevisiae,…; hongos filamentosos como Gliocladium, Fusarium; y algas como Spirulina y Chlorella. - Producción de insecticidas biológicos: como alternativa a los de origen químico convencionales, generalmente muy tóxicos por su mayor riesgo de incorporarse a los órganos vegetales y pasar así a los tejidos humanos. Es el caso de la bacteria Bacillus thuringiensis, que produce una proteína inocua para el ser humano pero muy tóxica para los insectos. Basta fumigar las plantas a proteger con esporas y células de esa bacteria para que al ser ingeridas por los insectos provoquen su muerte. - Obtención de plantas y animales transgénicos: es decir organismos (OGM) con ADN foráneo procedente de otras especies, incorporado al suyo propio. 4. MEDIO AMBIENTE La biotecnología ambiental es el conjunto de procesos mediados por microorganismos cuya finalidad es preservar el medioambiente. Tiene dos líneas de actuación principales: La biodegradación busca la descomposición de un material. Biorremediación, cuando el objetivo es eliminar sustancias contaminantes del entorno. 4.1BIODEGRADACIÓN DE RESIDUOS La biodegradación es el resultado de los procesos de digestión, asimilación y metabolización de compuestos orgánicos, llevado a cabo por microorganismos. Se basa en el principio de que todo compuesto sintetizado biológicamente puede ser descompuesto biológicamente. La descomposición puede llevarse a cabo en presencia de oxigeno (aeróbica) o en su ausencia (anaeróbica). Tratamiento de aguas residuales. Éste es un proceso en el que los microorganismos, debido a su actividad como descomponedores de la materia orgánica, realizan una función primordial. Este tratamiento que se realiza en estaciones depuradoras adecuadas se efectúa en dos fases: En la primera utilizando métodos mecánicos y químicos se eliminan del agua los materiales inorgánicos como lodos, arcillas y otros restos arrastrados por el agua. En la segunda, la materia orgánica separada se trata con cultivos microbianos que la transforman en inorgánica. Previamente se lleva a cabo una aireación para promover las reacciones aerobias, pues son más eficientes y originan menos desechos que las anaerobias. Algunas bacterias actúan sobre restos orgánicos, como Pseudomonas o Streptococcus, y otras sobre restos inorgánicos, como Nitrobacter y Nitrosomas (compuestos nitrogenados) o Rhodobacter ( derivados del azufre) En estos últimos procesos se utilizan bien cultivos de bacterias anaerobias, bien de aerobias. Como resultado de esta actividad bacteriana se originan óxido de carbono, nitratos, sulfatos y fosfatos, que plantean nuevos problemas en relación con la conservación del medio ambiente. Y es que estos compuestos, que constituyen un excelente alimento para las algas, provocan un enorme desarrollo de éstas en el agua de manantiales y ríos a los que puedan ser vertidos, produciéndose en ellos el fenómeno conocido como eutrofización de las aguas, que supone un serio problema. Actualmente se estudia con mucho interés el modo de eliminar estos nutrientes nocivos de los efluentes de las plantas depuradoras. Biodegradación del petróleo.Limpieza de mareas negras. Existen bacterias capaces de alimentarse de hidrocarburos con un gran potencial para la recuperación de zonas afectadas por vertido o mareas negras. Destaca la combinación de Acinetobacter y Pseudomonas, que degradan los compuestos aromáticos y los alcanos presentes en los hidrocarburos y, las Pseudomonas modificadas genéticamente para aumentar su capacidad de procesar todo tipo de hidrocarburos. 6 Minería. Mediante la actividad de algunas bacterias, como el Thiabacillus ferroxidans, pueden extraerse metales de alto precio, como el cobre y el uranio, de algunos minerales. Las bacterias oxidan éstos minerales, que en este estado son solubles en agua, consiguiendo de esta forma extraer la solución de zonas de difícil acceso, procediendo después a la separación del metal mediante técnicas de precipitación. Bioadsorción. Algunas bacterias genéticamente modificadas son capaces de adsorber (fijar en la superficie celular) ciertos metales pesados que contaminan el suelo. 4.2. LA BIORREMEDIACIÓN La biorremediación es el empleo de organismos para eliminar o neutralizar contaminantes en el suelo o en el agua. En los procesos de biorremediación se pueden utilizar plantas (fitorremediación), microorganismos (biorremediación microbiana) o enzimas producidas en bacterias (biorremediación enzimática). La biorremediación puede ser in situ, cuando se realiza en el lugar de contaminación, acelerando la degradación natural mediante la modificación de las condiciones ambientales, o por inoculación de microorganismos. Cuando se extrae el contaminante y se degrada en otro lugar bajo condiciones controladas se denomina biorremediación ex situ. Las aplicaciones de la biorremediación mediante microorganismos son muy numerosas, dependiendo en gran parte del tipo de contaminante. Entre ellas, cabe destacar los siguientes: El tratamiento de residuos industriales, tanto sólidos como líquidos. La eliminación de metales pesados como plomo, mercurio o cadmio, que son muy nocivos para la salud y cuya concentración se magnifica a lo largo de las cadenas tróficas de los ecosistemas. La eliminación de hidrocarburos del suelo o del agua. Las manchas de petróleo originadas en algunos accidentes de los petroleros se han tratado mediante biorremediación por microorganismos. La eliminación de pesticidas, insecticidas o herbicidas del suelo, que también se pueden incorporar a las cadenas tróficas y que son muy nocivos para los seres vivos. 7  MECANISMO DE DEFENSA. INMUNOLOGÍA 1.- ¿QUÉ ES LA INMUNOLOGÍA? CONCEPTOS La Inmunología comprende un conjunto de conocimientos relativos al Sistema Inmunitario, los fenómenos de inmunidad, sus causas y sus aplicaciones. Nuestro sistema inmunitario nos protege de la infección e invasión por todo tipo de bacterias, virus y microorganismos. Su misión es lograr nuestra inmunidad, es decir, un estado del organismo que impida el desarrollo de toda enfermedad causada por agentes extraños al mismo. Inmunidad: estado de resistencia que poseen los organismos frente a determinadas acciones patógenas de microorganismos o sustancias extrañas Memoria inmunológica: capacidad del sistema inmunitario de reconocer un antígeno al que ya ha sido expuesto previamente, lo que le permite desencadenar una respuesta más rápida y efectiva contra él Sistema inmunitario: conjunto de órganos (órganos linfoides), tejidos, células y moléculas responsables de la inmunidad que responden de manera coordinada a cualquier sustancia que el organismo no reconozca como propia produciendo una respuesta inmunitaria. Autoinmunidad: respuesta inmunitaria contra moléculas, células o tejidos propios del organismo. Enfermedad autoinmune: enfermedad producida por una respuesta inmunitaria en la que se destruyen moléculas o células propias Reacción alérgica o de hipersensibilidad: respuesta inadecuada o exagerada del sistema inmunitario Inmunodeficiencia: incapacidad del sistema inmunitario para defender al organismo frente a las infecciones Linfocito: célula del sistema inmunitario que reconoce y puede destruir antígenos Linfocito B participa en la inmunidad mediada por anticuerpos, y se diferencia en célula plasmática productora de anticuerpos mientras que el linfocito T es el responsable de la respuesta celular que activa a los macrófagos y estimula la proliferación y síntesis de anticuerpos por parte de los linfocitos B. Macrófago: célula presentadora de antígenos o fagocítica Antígeno: cualquier molécula no reconocida como propia por un organismo y que provoca la aparición de otras específicas contra ella (anticuerpos) Inmunoglobulina: proteína que produce el sistema inmunitario en respuesta a la presencia de un antígeno Respuesta inmunitaria: conjunto de reacciones químicas y celulares que desencadena el sistema inmunitario ante agentes patógenos que atraviesan las barreras externas. Es la respuesta del organismo frente a la entrada de algún patógeno o sustancia extraña no reconocida como propia Hipersensibilidad: reacción inmunitaria inadecuada o exagerada frente a una sustancia concreta Inmunidad activa: respuesta inmunitaria o resistencia que se contrae a lo largo de la vida y que se desarrolla a partir de la presencia del antígeno Inmunidad pasiva: respuesta inmunitaria conseguida mediante sueroterapia o a través de la madre. Respuesta primaria: es la que se produce tras la primera exposición del sistema inmunitario a un antígeno determinado Respuesta secundaria: es la que se produce tras un segundo contacto entre el sistema inmunitario y un antígeno determinado; esta respuesta es mucho más rápida y eficaz que la primaria gracias a la existencia de linfocitos de memoria, siendo la producción de anticuerpos más rápida y mayor Memoria inmunológica: capacidad del sistema inmunitario para de reconocer un antígeno al que ya ha sido expuesto previamente, lo que le permite desencadenar una respuesta más rápida y efectiva contra él Respuesta humoral es la inmunidad basada en la producción de sustancias por parte del sistema inmunitario, esencialmente anticuerpos, mientras que la respuesta celular es la inmunidad basada en la acción directa de células como linfocitos T y macrófagos Vacunación es el proceso preventivo que consiste en la inoculación de antígenos en un paciente para que activen el sistema inmunitario y produzca anticuerpos específicos, mientras que la sueroterapia es el proceso curativo que consiste en la inoculación de anticuerpos en un paciente aquejado de una enfermedad Inmunidad congénita o innata: respuesta llevada a cabo por moléculas y células que no precisan activación ya que se encuentran activas antes de que aparezca el antígeno Inmunidad adquirida, específica o adaptativa: resistencia que se contrae a lo largo de la vida y que se desarrolla a partir de la presencia del antígeno. Inmunidad artificial: respuesta inmunitaria producida por intervención humana, por ejemplo, una vacuna Inmunidad pasiva: la conseguida mediante sueroterapia o a través de la madre 2.- CONCEPTO DE INFECCIÓN Infección es la invasión de un organismo por un microbio patógeno ocasionando en él una enfermedad infecciosa. Los efectos perjudiciales de la infección se deben: 8 -A unas sustancias segregadas por los microbios llamadas toxinas y agresinas. -Al poder prodigioso de proliferación que posee el microbio. -Al poder destructivo del microbio que dificulta e impide el desarrollo normal de ciertos órganos. En un proceso infeccioso se distinguen varias etapas: · Penetración: el microbio penetra a través de las puertas de entrada como son: heridas, mucosas, etc. · Difusión: bien de los gérmenes o de sus toxinas. Se produce por la sangre, la linfa e incluso por los nervios (rabia). · Reacción: es la lucha del organismo invadido contra el microbio. Sus manifestaciones constituyen la enfermedad. · Destrucción y eliminación: la eliminación del microbio se puede realizar por varias vías: respiratoria, intestinal, urinaria, mucosas, etc. El contagio es el paso de un microbio patógeno desde un organismo enfermo a otro sano. Puede ser: directo si el paso se realiza sin un agente intermediario, o bien indirecto si se realiza por un agente intermediario que puede ser pasivo (agua, alimentos, objetos) o activo (insectos, perros, etc.). Una infección por patógenos (bacterias, protozoos, hongos y virus) es capaz de causar daño en el huésped, y si se multiplican sin control alguno pueden llegar a producir la muerte del huésped. Las enfermedades ocasionadas por estos patógenos se denominan enfermedades infecciosas, y la respuesta desencadenada frente a ellos constituye la respuesta inmunitaria. 3- MECANISMOS DE DEFENSA ORGÁNICA Frente a la penetración de los patógenos el organismo de la especie humana presenta unos mecanismos de defensa, tradicionalmente agrupados en dos tipos: o Mecanismos inespecíficos y no inducibles, que no dependen de la naturaleza o identidad del agente infectante. o Mecanismos específicos e inducibles, que dependen de la naturaleza e identidad del agente infectante. 3.1.- Inespecíficos: defensas celulares y respuesta inflamatoria. A) Defensas celulares inespecíficas. Es secundaria. El microorganismo o germen ha penetrado Responsables de la inmunidad innata. Si por cualquier causa las barreras mecánicas (piel, mucosas..) y químicas (lisozima, enzima que destruye la pared celular de las bacterias) son superadas, los gérmenes pueden ser eliminados por fagocitosis, es decir, tragados y digeridos por células especiales del organismo, entre las que se encuentran: — Los macrófagos, leucocitos localizados en sitios estratégicos para filtrar la sangre, linfa o aire inspirado, como son ganglios linfáticos, hígado, bazo y alvéolos pulmonares. — Las células NK (del inglés Natural KilIer o asesinas naturales), que son leucocitos que destruyen células que han sido infectadas por virus, bacterias y células cancerosas y tumorales. B) Respuesta inflamatoria.(ver vídeo eficiencia) 1) Células dañadas liberan citoquinas (sustancias mediadoras) 2) Mastocitos del tejido conjuntivo atraídos por las citoquinas liberan histamina y más citoquinas 3) LLegada de células fagocíticas (neutrófilos y macrófagos) Cuando la piel se rompe (por ejemplo, por una astilla) y los gérmenes llegan a las células internas del organismo, éstas liberan una serie de sustancias químicas, llamadas mediadoras, responsables de la respuesta inflamatoria. Las células dañadas por la astilla vierten su contenido celular al exterior. Es decir, las células dañadas producen estás sustancias mediadoras llamadas citoquinas o citocinas 9  En el tejido conjuntivo están los mastocitos, leucocitos emigrados de la sangre, que, en contacto con los gérmenes externos segregan histamina, entre otras sustancias (heparina, serotonina…). La histamina aumenta el flujo sanguíneo a la zona por aumento de la permeabilidad vascular y la dilatación de los capilares (vasodilatación), lo que produce un hinchazón de la misma, enrojecimiento y dolor. Al mismo tiempo fluyen gran cantidad de leucocitos capaces de fagocitar los gérmenes extraños y células muertas ; son los macrófagos y neutrófilos. Además de fagocitar producen mediadores de la inflamación (ej. agentes pirógenos que producen fiebre. También actúan como presentadores de antígenos a los linfocitos T y B. Los macrófagos de los capilares pasan a través de los espacios existentes entre las células endoteliales de los mismos, fenómeno conocido como diapédesis (del griego diapedan, atravesar). También tiene lugar la «pus», que es el acúmulo de gran cantidad de fagocitos,microorganismos muertos y suero sanguíneo. Como consecuencia del aporte sanguíneo hay también un aumento de la temperatura en esa zona, aunque, si la infección es fuerte se pueden producir sustancias pirógenas que hacen aumentar la temperatura corporal, causando fiebre general. Al mismo tiempo se comienza la coagulación por efecto de los trombocitos, para evitar que, a través del flujo sanguíneo, la infección se propague a otras zonas corporales. Luego comienza ya el proceso de cicatrización. Cuatro, pues, son los síntomas de la respuesta inflamatoria: hinchazón, rubor o enrojecimiento, calor y dolor, provocado este último por la excitación continua de las fibras nerviosas libres receptoras y transmisoras de este estímulo, debido a otro mediador, la prostaglandina. Cabe decir que los macrófagos no sólo limpian de gérmenes, sino que además activarán a los linfocitos, otro grupo de leucocitos que intervendrán después en la respuesta específica que estudiaremos más adelante. 3.2.-Específicos. Concepto de respuesta inmunológica. Tercera barrera de defensa. Responsables de la inmunidad adquirida o adaptativa. Corren a cargo de unos leucocitos específicos, los linfocitos, que reconocen el germen infectante y elaboran una respuesta de defensa frente al mismo que sólo sirve para dicho germen u otra infección. Es el conjunto de mecanismos que atacan sólo al agente extraño para el que han sido elaborados. Son los linfocitos que actúan sobre el antígeno bien de manera directa (respuesta inmune celular) o de manera indirecta por medio de sustancias elaboradas por ellos llamadas anticuerpos (respuesta inmune humoral). 10 4- INMUNIDAD Y SISTEMA INMUNITARIO 4.1.-COMPONENTES DEL SISTEMA INMUNITARIO. (ÓRGANOS LINFOIDES, CÉLULAS INMUNOCOMPETENTES Y MOLÉCULAS INMUNITARIAS) Órganos linfoides del sistema inmunitario humano. Se denominan órganos linfoides, conjunto de estructuras orgánicas relacionadas con la formación, maduración o acumulación de linfocitos. — Los órganos linfoides primarios son aquéllos en los que se originan y se produce la maduración definitiva de los linfocitos. A ellos pertenecen: la médula ósea roja, donde están las células madre que originan todas las células sanguíneas, entre ellas los linfocitos; el timo, glándula que a partir del nacimiento sufre una involución y donde maduran los linfocitos T. — Los órganos linfoides secundarios son aquéllos en los que se concentran los linfocitos y sufren una diferenciación terminal. Entre ellos están: el bazo, órgano muy vascularizado situado en el abdomen; los ganglios linfáticos, situados a lo largo del sistema linfático, pero más abundantes en las zonas inguinal, axilar, cervical y subclaviar; las estructuras linfoepiteliales, tales como las amígdalas, las placas de Peyer (situadas en el intestino delgado) y el apéndice vermiforme del ciego. La inflamación de estos órganos es indicio de una actividad propia de la reacción inmune, asociada normalmente a una infección. Células inmunocompetentes En el sentido más riguroso son: Los linfocitos, aunque existen otras células que intervienen también en la respuesta inmune, Las células accesorias. Las células inmunitarias son leucocitos y hay de diferentes tipos aunque nos centraremos en los linfocitos y en las células accesorias. Las células son: Neutrófilos Acidófilos o eosinófilos Basófilos Monocitos (viajan por la sangre y se transforman en macrófagos) y macrófagos (son monocitos que se mueven por los tejidos) Linfocitos A) Los linfocitos. Son leucocitos o glóbulos blancos originados en la médula ósea a partir de la célula madre común para todos los elementos formes de la sangre. Posteriormente maduran unos en la médula, dando origen a los linfocitos B (así llamados porque médula en inglés es bonemarrow, o porque en las aves maduran en un órgano llamado bolsa de Fabricio), y otros emigran en la 8ª semana fetal al timo, donde maduran y se especializan, llamándose linfocitos T. — Los linfocitos B. Una vez maduros, se dispersan por todo el cuerpo. Función de los linfocitos B: Son los encargados de producir anticuerpos (inmunoglobulinas) para bloquear los antígenos. Estos anticuerpos una vez sintetizados pasan al plasma sanguíneo, por lo cual se dice que los linfocitos B son responsables de la inmunidad humoral. (la sangre es considerada un humor del cuerpo) Cuando un linfocito B es activado se multiplica y se diferencia en dos grupos de células: células plasmáticas, cuya función es sintetizar los anticuerpos en gran número, desapareciendo luego; y células de memoria, que perviven durante mucho tiempo y guardan la información recibida, de modo que la penetración del mismo antígeno origina una respuesta inmune inmediata. 11 - Los linfocitos T. Funciones de los linfocitos T: Unirse a antígenos y activar la producción de anticuerpos por parte de los linfocitos B (o las células plasmáticas), Activar a los macrófagos, Destruir células infectadas o tumorales, etc. - No producen anticuerpos, por lo que se dice que son responsables de la inmunidad celular, ya que su especialidad es interaccionar con células eucariotas, bien sean extrañas, pero especialmente con las del propio organismo. Atendiendo a su función se conocen tres clases de linfocitos T: Los linfocitos T reguladores (helper y supresores) y los linfocitos T citotóxicos. Los linfocitos T reguladores pueden ser cooperadores o helper Los linfocitos T reguladores también pueden ser supresores, es decir, inhiben la respuesta inmune cuando ya no es necesaria. Los linfocitos T citotóxicos (nota:matan células), actúan contra las células eucariotas extrañas si se introducen en el organismo o contra las células propias que han sido infectadas por virus u otros microorganismos. En su maduración y diferenciación desempeña un papel primordial la adquisición de determinadas glucoproteínas en su membrana. Así los linfocitos T Supresores y citotóxicos presentan la glucoproteína CD-8 (por ello, se les llama también linfocitos T-8), mientras que los linfocitos T colaboradores presentan la glucoproteína CD-4 (se les llama también linfocitos T-4). Estas glucoproteínas sirven para reconocer las células del propio organismo y los antígenos extraños que puedan existir en ellas. B) Las células accesorias. Como tales se conocen, principalmente, los macrófagos, leucocitos que fagocitan los antígenos, los procesan y, finalmente, depositan fragmentos en su superficie para estimular a los linfocitos T. Funciones de los macrófagos: actuar como células presentadoras de antígenos, células fagocitarias ya que eliminan antígenos, participan en el reconocimiento de los antígenos y activan la diferenciación de los linfocitos Así pues, puede decirse que el sistema inmunitario sólo reconoce lo "ajeno" si es presentado por lo "propio".. Moléculas inmunitarias: Encontramos como moléculas las siguientes: Sistema de complemento Interferón Interleucinas Anticuerpos o inmunoglobulinas 12 Citocinas Solo veremos anticuerpos y citocinas. Anticuerpos o inmunoglobulinas. Son GLICOPROTEÍNAS liberadas a la sangre por las células plasmáticas, es decir, los linfocitos B evolucionados y especializados, tras haber actuado sobre ellos un antígeno. Los anticuerpos tienen la peculiaridad de unirse a los antígenos. Se encuentran:, De forma soluble en el plasma sanguíneo. En la membrana de los linfocitos B donde actúan como receptores (clavados y esperando a reconocer virus, bacterias…) Son glicoproteínas oligoméricas. Están formados por varias cadenas polipeptídicas ( como mínimo 4) unidas por puentes disulfuro con forma de Y. De estas cadenas, dos son más largas y pesadas (cadenas H, tienen mayor cantidad de aa) y otras dos más cortas y ligeras (cadenas L). En su estructura se diferencian dos partes: — Pie, fracción Fc(fracción cristalizable) o zona efectora.El final de estas zonas es responsable de funciones biológicas tales como la unión del complemento o la fijación del anticuerpo a una superficie celular. En los anticuerpos hay unas zonas idénticas en las cuatro cadenas polipeptídicas, características de la especie y tipo general de los mismos. — Dos brazos, fracciones Fab (antigen binding fragment) o zona de unión. Hay otras cuatro zonas variables, específicas, que poseen una estructura tridimensional complementaria al antígeno en cuestión. Es por este lugar por donde se unen al antígeno. El anticuerpo se une al antígeno por las regiones llamadas PARATOPOS que se unen al determinante antigénico o EPÍTOPO. La Región bisagra. Es una región de 10-60aa entre las dos regiones. Las Ig son en realidad glicoproteínas ya que tienen unidos oligosacáridos. Según la composición de la cadena pesada, se distinguen 5 tipos de inmunoglobulinas (Ig): - Inmunoglobulinas G (Ig G). Son monoméricas y las más abundantes (representan un 80 % del total de Ig). Son los únicos anticuerpos que atraviesan la placenta inmunizando al feto contra los antígenos para los que la madre es inmune. También está presente en la leche materna, y es capaz de atravesar las células intestinales del recién nacido. - Inmunoglobulinas A (Ig A).Pueden ser monoméricas o formar dímeros. Se encuentran en la sangre, en secreciones como la saliva, las lágrimas, la leche y el mucus que recubre el interior del aparato respiratorio y el intestino. - Inmunoglobulinas M (Ig M). Son los primeros anticuerpos que se producen ante la presencia de antígenos. Están compuestos por 5 monómeros unidos por puentes disulfuro y por una cadena polipeptídica denominada J. Debido a su elevado peso molecular no pueden salir de los vasos sanguíneos. Se encuentran 13  también sobre la superficie de los linfocitos B, donde actúan como receptores de membrana de los linfocitos. - Inmunoglobulinas E (Ig E). Son monoméricas. Se encuentran a muy bajas concentraciones en la sangre y en las secreciones externas. Son las responsables de los fenómenos alérgicos, ya que inducen la liberación de histamina. - Inmunoglobulinas D (Ig D). Son monoméricas. Se localizan en la membrana de los linfocitos B, donde participan en el reconocimiento de los antígenos. Citocinas e Interleucinas Con este término se designan una serie de sustancias proteicas sintetizadas y liberadas por leucocitos diversos y que tienen la función de amplificar y coordinar la respuesta contra los antígenos, llevada a cabo por células inmunocompetentes. No son específicas de cada antígeno, como sucede con las inmunoglobulinas, pero intervienen en la reacción específica, de ahí su inclusión en este apartado. Como citocinas, en general, se conocen las linfocinas y monocinas, segregadas por linfocitos y monocitos, respectivamente. 4.2.- CONCEPTO Y NATURALEZA DE LOS ANTÍGENOS. Un antígeno o inmunógeno es una sustancia extraña que induce a las células del sistema inmunitario a elaborar anticuerpos para combatirla. También se puede definir como cualquier molécula no reconocida como propia por un organismo y que provoca la aparición de otras específicas contra ella (anticuerpos) Generalmente son macromoléculas como proteínas, glucoproteínas o polisacáridos. Estas sustancias se hallan en: - Las envolturas de las bacterias y virus -Los venenos de los seres vivos (de las serpientes, toxinas) - Las células extrañas (de otro individuo, cancerígenas). En el antígeno hay una zona por donde se une físicamente a los anticuerpos, llamado determinante o epitopo. Según se pueda unir con una sola molécula de anticuerpo o con varias, se denomina a los antígenos como monovalentes, divalentes o polivalentes. Respecto a la procedencia de los antígenos, éstos pueden ser: — Xenoantígenos: proceden de otras especies distintas a la del receptor. Ejemplo: una bacteria. — Aloantígenos: proceden de individuos de la misma especie que la del receptor. Ejemplo: glóbulos rojos de otra persona. — Autoantígenos: si pertenecen al mismo individuo; como se deducirá, el carácter de autoantígeno es debido a alguna anormalidad. Ejemplo: células cancerosas. Los antígenos presentan dos propiedades importantes: -Inmunogenicidad: capacidad para inducir la formación de anticuerpos. -Especificidad: cada antígeno induce la formación de un determinado anticuerpo 5. LAS REACCIONES INMUNOLÓGICAS Las reacciones inmunológicas frente a los antígenos, dependen de la naturaleza de los mismos. Cuando la infección es «extracelular», es decir, el agente infeccioso se propaga en el plasma, espacio intercelular o bien cuando sale de la célula al exterior, la respuesta inmunológica es humoral y en ella participan los linfocitos B. Si por el contrario la infección es «endocelular», es decir, el agente patógeno se reproduce dentro de la célula, la respuesta inmunológica es celular y está a cargo de los linfocitos T. 14  Hay que aclarar que, sin embargo, la cooperación y relación de todo el sistema inmunológico es tan grande, que las reacciones que se describen están esquematizadas para mayor claridad. 5.1.- Reacciones inmunológicas humorales En ellas intervienen las inmunoglobulinas o anticuerpos circulantes y los efectos de reacción son rápidos. Se puede hablar de dos tipos: las desencadenadas por los linfocitos B directamente o aquéllas que precisan la ayuda de linfocitos T cooperadores. NOta aclaratoria: Linfocito B participa en la inmunidad mediada por anticuerpos, y se diferencia en célula plasmática productora de anticuerpos mientras que el linfocito T es el responsable de la respuesta celular que activa a los macrófagos y estimula la proliferación y síntesis de anticuerpos por parte de los linfocitos B. Solo veremos la reacción humoral de los linfocitos B Reacción humoral de los linfocitos B. Los linfocitos B de todo el cuerpo presentan en su membrana plasmática determinados anticuerpos. Cuando a alguno de ellos se le une el antígeno correspondiente, el linfocito crece y se estimula la síntesis de anticuerpos. Al mismo tiempo la célula se divide y origina las células plasmáticas, formando un clon especializado en la síntesis de anticuerpos específicos respecto al antígeno desencadenante del proceso. Normalmente estos anticuerpos son del tipo de las IgM, pudiendo producir cada célula del orden de 3000 a 30000 moléculas de anticuerpo por minuto. Cabe aclarar que la especificidad de los anticuerpos primeros de las membranas de los linfocitos no son del todo específicos. Haciendo un símil, serian como ropa de talla universal, frente a la ropa a medida realizada por un sastre, a la que corresponderían los segundos anticuerpos. 5.1.1.- Reacción antígeno- anticuerpo. Los anticuerpos, al reconocer a los antígenos, se unen a sus determinantes antigénicos mediante fuerzas de Van der Waals y mediante, otras uniones débiles (hidrofóbicas o iónicas) en una reacción llamada reacción antígeno-anticuerpo. Esta reacción es muy específica. Como consecuencia de ella las moléculas de antígeno pierden su carácter tóxico o bien, si son microorganismos, con moléculas antigénicas son destruidos o fagocitados más fácilmente. 15 5.3.- Fin de la reacción inmunitaria Una vez eliminada la infección, cesa la actividad de los linfocitos B y T. Cómo se produce este fenómeno es un mecanismo poco conocido aún. Se sabe que un grupo de linfocitos T-8, llamados supresores, son los reguladores del proceso. Se supone que existen secciones de estas células que intervienen en ello, pero es sumamente difícil diferenciar y aislar a estos linfocitos T supresores. 6.- RESPUESTA PRIMARIA Y SECUNDARIA. MEMORIA INMNOLÓGICA Se denomina respuesta inmune primaria frente a determinado antígeno a aquélla que se origina cuando es la primera vez que dicho antígeno penetra en el organismo e induce la síntesis de anticuerpos por primera vez. En esta respuesta los anticuerpos formados son del tipo Ig M y se empiezan a detectar en la sangre de un modo creciente, es decir, la concentración de los mismos va aumentando hasta un máximo con el transcurso del tiempo. Ello obedece a los fenómenos de adaptación, proliferación y secreción de las células plasmáticas. Al cabo de un tiempo la concentración de anticuerpos en la sangre va disminuyendo, hasta desaparecer prácticamente. Si existe un segundo contagio con el mismo antígeno, se produce una respuesta inmune secundaria. En el organismo, tras la primera respuesta, se forman las células de memoria. Ello hace que en esta segunda respuesta la producción de globulinas es mayor y más rápida, ya que el organismo está preparado de antemano para ello. La mayoría de inmunoglobulinas formadas son de tipo G y A. Por tanto, en la respuesta primaria existe mayor periodo de latencia, la concentración de anticuerpos (Ig M=pentamérica=primaria) es menor y con menor persistencia en el tiempo mientras que en la respuesta secundaria hay un periodo de latencia muy corto y se alcanzan concentraciones de anticuerpos (Ig G) muy altos y estables. La diferencia estriba en la ausencia de clones de células de memoria específicos frente al antígeno en la respuesta primaria (ya que se ha producido el primer contacto) y la presencia de clones seleccionados de células de memoria en la respuesta secundaria (siguientes contactos con el antígeno). La capacidad para producir una respuesta inmunitaria secundaria puede durar durante muchos años o incluso durante toda la vida, como sucede con muchas enfermedades producidas por gérmenes patógenos en la infancia, y que luego no se vuelven a padecer, ya que el organismo las bloquea rápidamente porque está preparado para ello, lo que explica la rápida y eficaz respuesta secundaria.. Este fenómeno se conoce como memoria inmunológica y es debido, a la formación de linfocitos de memoria tras la primera reacción, los cuales tienen una larga vida, incluso la del ser vivo al que pertenecen. MIRAD TABLA COMPARATIVA RESPUESTA PRIMARIA RESPUESTA SECUNDARIA Primera exposición al antígeno (el antígeno entra por El mismo antígeno aparece una segunda vez primera vez) 16  Periodo de latencia Sin periodo de latencia Producción lenta y no muy elevada de Ac Producción más rápida de Ac (fundamentalmente IgM). (fundamentalmente IgG) Los Ac tardan más en aparecer que en la secundaria Los linfocitos que actúan son las células Respuesta más lenta memoria que se expandieron en la respuesta primaria Respuesta más rápida y más eficiente Menor concentración de Ac Producción mayor de anticuerpos Fase estacionaria más baja Mayor fase estacionaria 7.TIPOS DE INMUNIDAD. SUEROS Y VACUNAS El conjunto de mecanismos que el organismo utiliza para combatir los agentes extraños puede ser de dos tipos: · Congénita: es la que posee un individuo desde su nacimiento. Está ligada a factores hereditarios y varía según las especies, razas e individuos. · Adquirida: es la que se alcanza en algún momento de la vida.”Se aprende” Dependiendo de qué tipos de mecanismos desencadenan y consiguen la memoria inmunológica se habla de inmunidad natural e inmunidad artificial. Tipo de inmunidad que se produce cuando el sistema inmunitario de una persona responde a una sustancia extraña o un microorganismo, también se produce después de que una persona recibe anticuerpos de otra fuente. Los dos tipos de inmunidad adquirida son adaptativa y pasiva. La inmunidad adaptativa es una respuesta inmunitaria a la infección o la vacunación contra un microorganismo, que ayuda a prevenir futuras infecciones por el mismo microorganismo. La inmunidad pasiva se presenta cuando una persona recibe anticuerpos contra una enfermedad o una toxina en lugar de producirlos en su sistema inmunitario. Tradicionalmente, dependiendo de si es el organismo el que sintetiza sus propios anticuerpos o bien los recibe de otro, se habla también de inmunidad activa o pasiva, respectivamente. — La inmunidad natural. Inmunidad desarrollada por procesos naturales o habituales del organismo, no inducidos medicamente. Inmunidad natural activa. Se adquiere después de una infección. Se da cuando la inmunidad es obtenida por los propios mecanismos del individuo, tal como se han descrito anteriormente, cuando de forma ocasional y aleatoria penetra un germen en su organismo y quedan temporalmente anticuerpos específicos y lo que es más importante, células con memoria inmunológica. Inmunidad natural pasiva. Se adquieren por aporte de defensas desarrolladas por otro individuo, por ejemplo, se da cuando los anticuerpos son recibidos en estado embrionario a través de la placenta. Se ha comprobado también que, en la mayoría de los mamíferos, la primera leche materna —llamada calostro—, es rica en inmunoglobulinas A y G, que actúan hasta que el bebé va desarrollando sus mecanismos inmunológicos. Es de destacar que, sin embargo, esta forma de adquisición de inmunidad en la especie humana, no es relevante. — La inmunidad artificial. Inmunidad desarrollada por mecanismos no naturales. Es decir obedecen a acciones humanas realizadas como técnicas sanitarias. Inmunidad artificial activa. El principal método de adquisición de este tipo de inmunidad es la vacunación o administración de vacunas. Consiste en la introducción de gérmenes muertos o atenuados, incapaces de desarrollar la enfermedad, pero que son portadores de los antígenos específicos que desencadenan la respuesta inmune, confiriendo la memoria inmunológica al organismo. La duración de esta inmunidad es perpetua, es decir, para toda la vida del individuo en cuestión, o bien temporal, con lo cual es necesario repetir la vacunación. Nótese que la finalidad de la vacunación es profiláctica, es decir, prevenir una enfermedad Las vacunas deben tener dos propiedades: - Eficacia, pues tienen que desencadenar la respuesta inmune correcta. 17  - Inocuidad, la vacuna debe estar desprovista de poder patógeno, logrando este objetivo sin interferir en la respuesta inmune. Inmunidad artificial pasiva. El principal método para conseguirla es la sueroterapia. Consiste en inyectar al individuo que sufre una infección, los anticuerpos específicos del germen causante, sin que haya que esperar la respuesta de inmunidad del individuo. Los anticuerpos se logran vacunando con dicho germen a un animal, para que éste ponga en marcha su respuesta inmune. En su sangre estarán posteriormente las globulinas específicas. Tras la extracción de la sangre del animal, se aíslan y purifican los anticuerpos que van a ser inyectados en la persona infectada. Hasta ahora el animal de laboratorio empleado en la obtención de suero y anticuerpos ha sido el caballo, debido a su gran volumen sanguíneo. La acción del suero es terapéutica, es decir, curativa. TABLA COMPARATIVA ENTRE VACUNACIÓN Y SUEROTERAPIA VACUNACIÓN SUEROTERAPIA Inmunidad artificial activa Inmunidad artificial pasiva Tipos: Inyección directa de Ac o de linfocitos T Formas atenuadas del microorganismo (Peste) contra las toxinas de algún Microorganismos muertos (virus: polio,rabia) microorganismo productor de la Toxoides =toxinas inactivas (difteria) infección. Antígenos purificados (hepatitis B) ARNm (para producir una proteína y desencadenar la respuesta inmune=Covid) Subunidades proteínas (Covid) Vacuna de vector viral (Covid)Se inyecta un virus inocuo con material genético para sintetizar las proteínas de “pico" del coronavirus. Se produce respuesta inmune primaria dado que algunos linfocitos B No provoca memoria inmunológica ya activados se han transformado en células de memoria. Crea memoria que se introducen Ac segregados por inmunológica células plasmáticas de un animal. Produce respuesta humoral (activación de linfocitos B y producción de anticuerpos ) y celular ( activación de linfocitos T) Finalidad profiláctica (prevención de enfermedad) Finalidad terapéutica (curativa) Tarda unos días en ser efectiva Provoca una respuesta inmediata Efecto duradero Efecto poco duradero 18