Od redakcji „Evolution News & Science Today”: Lekarze należą do grupy osób szczególnie zainteresowanych argumentacją na rzecz projektu – być może dlatego że w odróżnieniu od biologów ewolucyjnych lepiej zdają sobie sprawę z wyzwań związanych z utrzymywaniem funkcjonalności złożonego systemu, jakim jest ludzkie ciało. Mając to na uwadze, z przyjemnością przedstawiamy cykl tekstów zatytułowany „The Designed Body” [Zaprojektowane ciało]. Wszystkie artykuły opublikowane w tym cyklu można znaleźć na stronie „Evolution News & Science Today”. Doktor Glicksman praktykuje medycynę paliatywną w hospicjum.
We wcześniejszych tekstach1 zwróciłem uwagę na to, że poza przestrzeganiem praw przyrody, ciało musi się także chronić przed negatywnym wpływem środowiska zewnętrznego. W szczególności organizm jest stale narażony na kontakt z drobnoustrojami, które mogą wywoływać groźne zakażenia.
Organizm realizuje dwutorową strategię obrony, dzięki której może przeciwstawić się szkodliwym drobnoustrojom. Po pierwsze, ciało jest chronione nie tylko przez skórę, lecz także tkankę nabłonkową. Tkanka ta wyścieła układy oddechowy, pokarmowy oraz moczowo-płciowy i stanowi bierną barierę przed wtargnięciem intruzów. Po drugie, mamy do dyspozycji także układ odpornościowy, składający się z wielu różnych komórek i białek, które wspólnie spełniają zadanie rozpoznawania i niszczenia atakujących drobnoustrojów. W moim ostatnim artykule omawiałem podział układu odpornościowego na wrodzony układ odpornościowy, z którym każdy przychodzi na świat, i nabyty układ odpornościowy, który rozwija się z upływem czasu w miarę wchodzenia w kontakt ze środowiskiem2. Każdy z tych podsystemów posiada własne niepowtarzalne komórki i białka, których potrzebuje, by chronić organizm przed atakiem drobnoustrojów. Omówimy teraz siły szybkiego reagowania wrodzonego układu odpornościowego i ich rolę w utrzymywaniu ciała przy życiu.
W dawnych czasach siły szybkiego reagowania w oblężonym grodzie stanowili wartownicy. Zasadniczo pełnili oni cztery funkcje: rozpoznawali przeciwnika, bili na alarm, by wezwać posiłki, zapewniali informacje strategiczne o siłach wroga oraz odpierali, obezwładniali i zabijali intruzów. Siły szybkiego reagowania wrodzonego układu odpornościowego spełniają właśnie te cztery funkcje.
Wartownicy musieli potrafić nasłuchiwać przeciwnika i widzieć go dostatecznie wyraźnie, by rozpoznać w nim wroga. Zadaniem pozostałych obrońców było usłyszeć wezwanie do boju i wiedzieć, gdzie pójść, by zająć siły wroga. Ponadto obrońcy grodu musieli wykazać się bystrością umysłu i tężyzną fizyczną, bo tylko tak mogli skutecznie bronić życia, wolności i własności.
Jako oczy i uszy komórki ciała wykorzystują błonę komórkową, która wchodzi w interakcje ze związkami chemicznymi oraz własnymi i obcymi komórkami. Na powierzchni błony komórkowej znajdują się tysiące różnych cząsteczek związanych z jej strukturą i funkcją. Ponadto, aby wykrywać pewien konkretny zestaw substancji chemicznych na powierzchni innej komórki, błona komórkowa musi zawierać specyficzny receptor3. Taki receptor składa się z cząsteczki białka, która zawiera pewną grupę substancji chemicznych nadających cząsteczce określony, trójwymiarowy kształt. Dzięki temu możliwe jest tworzenie przypominających rzep wiązań chemicznych między receptorem a konkretną, wykrywaną cząsteczką.
Na powierzchni drobnoustrojów patogenicznych (czyli powodujących chorobę) znajdują się specyficzne substancje chemiczne związane ze strukturą i funkcją tych drobnoustrojów. Substancje te nazywa się wzorcami molekularnymi związanymi z patogenami4 (PAMP, pathogen-associated molecular patterns). Komórki szybkiego reagowania wrodzonego układu odpornościowego są wyposażone w specyficzne struktury molekularne, zdolne do wykrywania PAMP. Owe struktury nazywa się receptorami rozpoznającymi wzorce (PRR, pattern-recognition receptors). Szacuje się, że komórki układu odpornościowego potrafią rozpoznawać około tysiąca różnych PAMP. Ponieważ PAMP występują jedynie u drobnoustrojów, a nie w komórkach ludzkich, specyficzne receptory rozpoznające wzorce umożliwiają komórkom układu odpornościowego rozpoznawanie atakujących drobnoustrojów jako „obcych” i przeznaczonych do eliminacji.
Jak wyjaśniałem w poprzednich artykułach, gdy docelowe komórki, takie jak komórki nabłonka nerki lub komórki mięśniowe tętniczek, utworzą wiązanie ze specyficznym hormonem lub neurohormonem, wyzwala to pewną reakcję. Podobnie do aktywacji komórek sił szybkiego reagowania wrodzonego układu odpornościowego dochodzi w odpowiedzi na wiązanie się ich specyficznych receptorów (PRR) ze specyficznymi substancjami chemicznymi na powierzchni atakujących drobnoustrojów (PAMP). W efekcie dochodzi do rozpoznawania przeciwnika, wzywania posiłków, zapewniania informacji strategicznych o siłach wroga oraz odpierania, obezwładniania i zabijania intruzów. Oto zestawienie komórek szybkiego reagowania wraz z opisem ich funkcji.
Komórki tuczne5 (mastocyty) nazwano tak wskutek błędnego wrażenia, jakoby ich ziarnistości komórkowe służyły do odżywiania okolicznych komórek (Mast po niemiecku oznacza „tucz”). Komórki tuczne znajduje się w wielu tkankach, a zwłaszcza w skórze i błonach śluzowych układów oddechowego i pokarmowego. Zwykle są pierwszymi komórkami reagującymi na atak drobnoustrojów. Gdy specyficzne receptory komórek tucznych zwiążą się ze specyficznymi substancjami chemicznymi na powierzchni atakującego drobnoustroju, mastocyty ulegają aktywacji i uwalniają ziarnistości komórkowe do okolicznych tkanek. Ziarnistości zawierają wiele aktywnych chemicznie cząsteczek, w tym histaminę.
Histamina wywołuje stan zapalny, zwiększając ukrwienie okolicy i powodując przesiąkanie płynu z naczyń włosowatych do okolicznych tkanek. W efekcie nie tylko zwiększa się produkcja śluzu, ale także możliwe jest przedostawanie się do okolicy komórek i białek odpornościowych, które uczestniczą w walce z zakażeniem. Ziarnistości komórek tucznych mogą zawierać tak zwane cytokiny, substancje pełniące funkcję posłańców chemicznych, podobnie jak hormony i neurohormony. Gdy dojdzie do uwolnienia cytokin, wiążą się one następnie ze specyficznymi receptorami na powierzchni specyficznych komórek, stymulując stan zapalny i rekrutując inne komórki układu odpornościowego do walki. Ponadto cytokiny wywołują gorączkę i zwiększają metabolizm, by ciało mogło skuteczniej zwalczać zakażenie.
Makrofagi6 (duże komórki żerne) to komórki odpornościowe, które występują we wszystkich tkankach i narządach ciała. Podobnie jak w przypadku większości komórek tucznych, ich specyficzne receptory wiążą się ze specyficznymi substancjami chemicznymi na powierzchni obcych drobnoustrojów. W efekcie makrofagi pochłaniają i dosłownie połykają intruzów. Następnie makrofagi trawią intruzów za pomocą specyficznych enzymów w procesie fagocytozy (nazwa procesu pochodzi od greckiego słowa phagein, czyli „jeść”). Makrofagi nie tylko zabijają atakujące drobnoustroje, ale także oczyszczają ciało ze zużytych i nieprawidłowych komórek oraz odpadów pozostałych po uśmierconych komórkach. Stanowią część sił szybkiego reagowania wrodzonego układu odpornościowego. Jednocześnie dzięki wiedzy zdobytej podczas przetwarzania składu zabitego drobnoustroju makrofagi dostarczają ważnych informacji komórkom adaptacyjnego układu odpornościowego. Podobnie jak komórki tuczne, aktywowane makrofagi uwalniają cytokiny, które nasilają stan zapalny i rekrutują inne komórki i białka odpornościowe do walki oraz zwiększają metabolizm, uskuteczniając zwalczanie zakażenia.
Komórki dendrytyczne7 zawdzięczają swoją nazwę drzewiastym wypustkom (dendron po grecku oznacza „drzewo”), które przypominają dendryty neuronów. Komórki dendrytyczne znajdują się w skórze i nabłonkach układów oddechowego, pokarmowego i moczowo-płciowego oraz w układzie limfatycznym. Po związaniu przez specyficzne receptory komórkowe określonych substancji powierzchniowych drobnoustroju, głównym zadaniem aktywowanych komórek dendrytycznych jest poddanie drobnoustroju fagocytozie. Następnie komórki te poddają częściowej analizie skład chemiczny zabitego drobnoustroju. W ten sposób dostarczają ważnych informacji komórkom adaptacyjnego układu odpornościowego. Aktywowane komórki dendrytyczne uwalniają także cytokiny, które usprawniają i regulują odpowiedź immunologiczną w stosunku do obcych, atakujących drobnoustrojów.
W historii świata element zaskoczenia odgrywał kluczową rolę w wielu operacjach wojskowych, prowadząc do wygranych bitw i kapitulacji wroga. Bez wartowników – potrafiących szybko rozpoznawać najeźdźcę, bić na alarm, zapewniać informacje strategiczne oraz odpierać, obezwładniać i zabijać wroga – większość militarnych działań defensywnych byłaby skazana na porażkę. Aby zatem wygrać bitwę o przetrwanie, ciało potrzebuje nie tylko skóry i różnych rodzajów tkanek nabłonkowych stawiających bierny opór atakowi drobnoustrojów, ale także sił szybkiego reagowania wrodzonego układu odpornościowego. Bez adekwatnej czynności komórek tucznych, makrofagów i komórek dendrytycznych nasi praprzodkowie nie byliby się w stanie obronić przed niewidzialną potęgą świata drobnoustrojów.
Biologowie ewolucyjni twierdzą, że ludzkie życie jest tylko dziełem przypadku i praw przyrody. Przecież, jak zwracają uwagę, siły szybkiego reagowania wrodzonego układu odpornościowego spotyka się nawet u najstarszych form życia. Jednakże to tylko potwierdza absolutną konieczność istnienia sił szybkiego reagowania w świecie pełnym drobnoustrojów. Ewolucjoniści pozostawiają nas bez odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób te siły powstały. Nie wyjaśniają, jak to możliwe, że ciało jest wyposażone w odpowiednią ilość komórek szybkiego reagowania, znajdujących się dokładnie tam, gdzie być powinny, by spełniać swoje zadanie.
William Dembski stwierdził, że istnieją tylko dwa wyjaśnienia pochodzenia życia – przypadek i prawa przyrody lub jakaś postać inteligentnego projektu. Skupmy jednak naszą uwagę na roli obecnych we krwi komórek i białek odpornościowych wrodzonego układu odpornościowego. Wywołany przez siły szybkiego reagowania stan zapalny ma za zadanie przywołać te właśnie komórki na pole bitwy. Jaką odgrywają one rolę w kontekście szans organizmu na przetrwanie? Przyjrzymy się temu zagadnieniu w kolejnym artykule.
Howard Glicksman
Oryginał: The Immune System: The Body’s First Responders, „Evolution News & Science Today” 2016, August 19 [dostęp 22 XI 2023].
Przekład z języka angielskiego: Weronika Kokot
Źródło zdjęcia: Pixabay
Ostatnia aktualizacja strony: 22.11.2023
Przypisy
- Por. H. Glicksman, Defending the City: The Body’s Two-Pronged Defense Strategy, „Evolution News & Science Today” 2016, January 9 [dostęp 10 XI 2023]; tenże, The Immune System: An Army Inside You, „Evolution News & Science Today” 2016, January 14 [dostęp 10 XI 2023] (przyp. tłum.).
- Por. tenże, The Immune System.
- Specyficzność receptorów polega na tym, że wiążą się wyłącznie z substancjami o określonej budowie (przyp. tłum.).
- Por. S. Kędziora, R. Słotwiński, Molekularne mechanizmy towarzyszące rozpoznawaniu patogenu przez receptory wrodzonej odporności, „Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej” 2009, nr 63, s. 30–38 [dostęp 13 XI 2023] (przyp. tłum.).
- Por. J. Kopeć-Szlęzak, Mastocyty i ich znaczenie w procesach odpornościowych i nowotworowych, „Journal of Transfusion Medicine” 2015, t. 8, nr 2, s. 49–59 [dostęp 15 XI 2023] (przyp. tłum.).
- Por. P. Podwysocki, Makrofagi: funkcje w organizmie, „Poradnik Zdrowie” 2018, 5 grudnia [dostęp 13 XI 2023] (przyp. tłum.).
- Por. J. Żeromski, H. Samara, I. Mozer-Lisewska, Komórki dendrytyczne: czy wszystko o nich wiemy?, „Postępy Biologii Komórki” 2007, t. 34, nr 3, s. 541–556 [dostęp 15 XI 2023] (przyp. tłum.).
Literatura:
1. Glicksman H., Defending the City: The Body’s Two-Pronged Defense Strategy, „Evolution News & Science Today” 2016, January 9 [dostęp 10 XI 2023].
2. Glicksman H., The Immune System: An Army Inside You, „Evolution News & Science Today”, 2016, January 14 [dostęp 10 XI 2023].
3. Kędziora S., Słotwiński R., Molekularne mechanizmy towarzyszące rozpoznawaniu patogenu przez receptory wrodzonej odporności, „Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej” 2009, nr 63, s. 30–38 [dostęp 13 XI 2023].
4. Kopeć-Szlęzak J., Mastocyty i ich znaczenie w procesach odpornościowych i nowotworowych, „Journal of Transfusion Medicine” 2015, t. 8, nr 2, s. 49–59 [dostęp 15 XI 2023].
5. Podwysocki P., Makrofagi: funkcje w organizmie, „Poradnik Zdrowie” 2018, 5 grudnia [dostęp 13 XI 2023].
6. Żeromski J, Samara H., Mozer-Lisewska I., Komórki dendrytyczne: czy wszystko o nich wiemy?, „Postępy Biologii Komórki” 2007, t. 34, nr 3, s. 541–556 [dostęp 15 XI 2023].