Infectie & Afweer: Immunologie
Inhoud
1. Microbiologie in beweging .............................................................................................................. 4
1.1 Introductie.............................................................................................................................. 4
1.2 De 3 domeinen van het leven ................................................................................................ 4
1.2.1 Van zichtbare kenmerken tot moleculaire kenmerken ...................................................... 4
1.3 De kiemtheorie (germ theory) ............................................................................................... 6
1.4 Interacties tussen species in 1 niche ...................................................................................... 7
1.4.1 Commensale bacteriën: niet-ziekmakende symbionten ................................................... 7
1.4.2 Next Generation Seguencing (NGS): de niches in ons lichaam.......................................... 7
1.4.3 Samenstelling van het humaan viroom ............................................................................. 7
1.5 Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom ............................................................. 8
1.6 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen ......................................................................... 8
2. Anatomie van afweer & Virussen .................................................................................................... 9
2.1 Barrières ................................................................................................................................. 9
2.2 Aangeboren en specifiek immuunsysteem .......................................................................... 10
2.3 Immuuncellen ...................................................................................................................... 11
2.4 Anatomie van het immuunapparaat .................................................................................... 13
2.5 Virussen................................................................................................................................ 14
2.5.1 Classificatie ...................................................................................................................... 14
2.5.2 Structuur van het virion ................................................................................................... 14
2.5.3 Eigenschappen ................................................................................................................. 14
2.5.4 Virale levenscyclus (zie filmpje Ufora) ............................................................................. 15
2.5.5 Aantonen van virussen .................................................................................................... 16
3. Inflammatie ................................................................................................................................... 17
3.1 Aangeboren immuunsysteem – Specifiek immuunsysteem........................................................ 17
3.2 Principes van pathogeenherkenning door het aangeboren immuunsysteem ............................ 17
3.2.1 Positieve herkenning: herkenning van pathogenen door het immuunsysteem................... 17
3.2.2 Negatieve herkenning: herkenning van pathogenen door het immuunsysteem ................. 18
3.2.3 Vragen van een wachtwoord (aangeboren IS) ..................................................................... 18
3.2.4 Detectie van schade aan lichaamscellen (aangeboren IS).................................................... 18
3.3 . Inflammatie ≠ infectie, Chronische inflammatie → weefselschade .......................................... 18
3.4 Herkenning pathogenen/schade ................................................................................................. 19
3.4.1 Het complementsysteem en factor C3 ................................................................................. 19
1
, 3.4.2 Ziekteverwekkende herkenningsreceptor: TLR .................................................................... 21
3.4.3 Pathogeenherkenningsreceptor: cytoplasmatische receptoren .......................................... 22
3.4.4 Ziekteverwekkende herkenningsreceptor: NLR en inflammasomen.................................... 22
3.4.5 RNA en DNA sensors: Pathogen recognition receptor voor virussen en bacteriën.............. 22
3.5 Inflammatie .......................................................................................................................... 23
3.5.1 Kenmerken............................................................................................................................ 23
3.5.2 Inflammatie, cytokinestorm en septische shock .................................................................. 23
3.5.3 Inflammatie en bloedstolling ................................................................................................ 24
3.5.4 Inflammatie en botresorptie ................................................................................................ 24
3.5.5 Genezing, chronische inflammatie en fibrose ................................................................. 24
3.5.6 Systematische effecten van inflammatie ......................................................................... 24
3.6 Effectormechanismen van het aangeboren immuunsysteem ............................................. 25
3.6.1 Monocyt/macrofaag ........................................................................................................ 25
3.6.2 Neutrofielen (neutrofiele granulocyten) ......................................................................... 25
3.6.3 Natural killer cells (NK) and innate lymphoid cells .......................................................... 27
3.6.4 Defensines ....................................................................................................................... 27
3.6.5 Interferonen ..................................................................................................................... 27
3.6.6 Celautonoom mechanisme: autofagie............................................................................. 29
3.6.7 Celautonoom mechanisme: AID/APOBEC cytidine deaminasen ..................................... 29
4. Specifieke immuniteit .................................................................................................................... 30
4.1 Principes van adaptief immuunsysteem .............................................................................. 30
4.2 Structuur antilichamen en TCR ............................................................................................ 33
4.3 Functie van antilichamen ..................................................................................................... 35
4.4 Genereren van de miljarden verschillende receptoren (T en B), RAG gemedieerd .................... 37
4.4 Veranderen van Ig isotype en somatische hypermutatie, AID gemedieerd......................... 40
4.6 Major Histocompatibility Complex (MHC) of HLA................................................................ 42
4.7 Antigen-presentatie en herkenning door TCR ...................................................................... 43
5. Aanmaak van B en T cellen ............................................................................................................ 47
5.1 Ontwikkeling van B cellen .................................................................................................... 47
5.1.1 Fase 1: samenstellen van het repertoire ......................................................................... 47
5.1.2 Fase 2: negatieve selectie ................................................................................................ 49
10.1.3 Fase 3-4: positieve selectie en recirculatie ......................................................................... 49
10.1.4 Fase 5: ontmoeten van het antigeen .................................................................................. 50
10.1.5 Fase 6: immuniteit .............................................................................................................. 50
5.2 Ontwikkeling van T cellen .................................................................................................... 51
5.2.1 Fase 1: samenstellen van het repertoire ......................................................................... 51
2
, 5.2.2 Fase 2: positieve selectie ................................................................................................. 54
5.2.3 Fase 3: negatieve selectie ................................................................................................ 55
5.2.4 Fase 4-6: recirculatie, ontmoeten van het antigeen, immuniteit .................................... 55
6. T-cel immuniteit............................................................................................................................. 58
6.1 Fase 5: ontmoeten van het antigeen (T cellen) ........................................................................... 58
6.1.1 APC: dendritische cellen ....................................................................................................... 58
6.1.2 T cel activatie ........................................................................................................................ 60
6.2 Fase 6: effector fase (T cellen) (NK cellen)................................................................................... 65
6.2.1 De stages van activatie van de CD4 T cellen ......................................................................... 65
6.2.2 CTL: cytotoxische T cel (CD8) ................................................................................................ 71
6.2.3 NK: natural killer cel ............................................................................................................. 73
7. Humorale immuniteit .................................................................................................................... 76
7.1 Fase 5: ontmoeten van het antigeen (B cellen) ........................................................................... 76
7.1.1 B cel stimulatie ..................................................................................................................... 76
7.1.2 Thymus independent (TI) respons: TI1 en TI2 ...................................................................... 77
7.1.3 Thymus dependent (TD) response ....................................................................................... 78
7.1.4 Mucosale immuniteit............................................................................................................ 82
7.2 Fase 6: effectorfunctie (antilichamen) ......................................................................................... 85
8. Antilichamen en T-celreceptoren ............................................................................................. 91
8.1 Polyklonale antistoffen ................................................................................................................ 91
8.2 Monoklonale antistoffen ............................................................................................................. 91
8.3 Gehumaniseerde monoklonale antistoffen ................................................................................. 92
8.4 Enzyme-linked immunosorbent assay - ELISA ............................................................................. 92
8.5 Flowcytometrie of FACS: fluorescentie-geactiveerde cel sortering........................................ 93
8.6 Diagnostiek: anemie door rode bloedcel destructie ................................................................... 93
8.7 Passieve immunisatie .................................................................................................................. 94
8.8 Antilichaam engineering.............................................................................................................. 94
8.9 Chimere antigeen receptoren...................................................................................................... 94
8.9.1 Targeting tumor-specific antigens (TSA) ............................................................................... 96
9. Immuungeheugen en vaccinatie ................................................................................................... 97
9.1 Immuunrespons en immuungeheugen ....................................................................................... 97
9.2 Vaccinatie................................................................................................................................... 101
9.2.1 Samenstelling vaccin........................................................................................................... 101
9.2.2 Soorten vaccins................................................................................................................... 101
3
,1. Microbiologie in beweging
1.1 Introductie
• De zichtbare (planten, dieren…) en de niet-zichtbare (micro-organismen…) wereld
➔ Niet-zichtbare is belangrijker
• Micro-organismen:
- belangrijk voor de gezondheid
- leven ermee samen: als symbionten en als pathogenen
• Bacteriën evolueren veel sneller dan de mens: komt door snellere delingstijd (20min i.t.t. 20
jaar
1.2 De 3 domeinen van het leven
17de eeuw: Leeuwenhoek microscoop: eerste microscoop, hij zag dat overal waar hij keek er kleine
organismen zaten
- Levende organismen worden beschreven: kokken en staven
19de eeuw: bestaan wordt gelinkt met rottingsprocessen, met wijnproductie, met ziekte
Aangetoond dat er ‘uit het niets’ wel leven kon ontstaan →Door
zwanenhalsexperiment
➔ Maakte kolf met rijk medium in (rijke voedingsstoffen…) en liet het
koken zodat het steriel werd → zette proces stop en liet het staan , kon
het weken laten staan zonder dat er iets gebeurde of zonder er iets
groeide → als hij kolf scheef hield bleek er opeens op heel korte tijd leven
te ontstaan => spontane generatie klopt eig niet: ze waren er al maar
kregen de kans niet om zich te vermenigvuldigen en hun zichtbaar te
maken
Protisten = eencelligen met celkern
Monera = eencelligen zonder celkern vb bacteriën en archaea
Toenmalige visie: het onzichtbare leven ontstaat uit het levenloze, het
zichtbare leven is door God geschapen
1.2.1 Van zichtbare kenmerken tot moleculaire kenmerken
16S rRNA: kleine subunit van het ribosoom die
- Bij alle levende wezens voorkomt
- Functioneel identiek is bij alle levende wezens
- Wordt gebruikt voor taxonomie/fylogenie
16 S bij prokaryoten, 18S bij eukaryoten (sterk verwant)
Bacteriën: diversiteit is vele malen groter dan deze van de multicellulaire visuele wereld (Carl Woese)
Geschiedenis:
4
,3 domeinen van het leven: Archaea, Bacteria en de Eukarya
- Virussen: niet opgenomen in domeinen, kunnen beschouwd worden als dood materiaal dat
deeluitmaakt van de genenpool van het leven → actieve deelnemers van de evolutie van het
leven
- Fylogenetische boom: gebasseerd op nucleïnezuursequenties
- Enkel planten, dieren en fungi zijn meercellig en dus met blote oog waarneembaar
Alle rode bollen staan voor sequentie van bepaald organisme
Hoe kleiner de afstand om van 1 bolletje naar ander te gaan (!lijntjes
volgen!), hoe nauwer verwant ze zijn
➔ Archaea ligt heel dicht bij eukaryoten en verder van bacteriën
Virussen en bacteria passen zich aan de omgeving aan met een enorme snelheid o.a. omdat
voortplantingssnelheid veel hoger ligt
- Bacteria: volledige resistentie in 11 dagen
- Experiment:
• Grote bak met agar in en antibitoica
• Hoe meer we naar het midden gaan, hoe hoger de dosis
van antibioticum zal zijn (stijgt logaritmisch)
• E. colli bacteriën aan de rand gespot: bacteriën aan de
rand gaan blijven delen en gaan ook fouten maken waardoor bacterie naar boven zal komen
wanneer die resistent is geworden tegen het antibioticum
- Vb. als we antibiotica pakken, best direct de hoogste dosis pakken want dan moeilijker voor
bacterie om zich aan te passen
Virussen zijn niet zichtbaar met microscoop , bacteria wel
Virussen kan je enkel zien onder een elektronenmicroscoop
Meer en meer: antigeendetectie en genoomdetectie (PCR)
8% van humaan genoom bestaat uit ingebouwd viraal materiaal
Grootste virus is groter dan de kleinste bacteria
5
,1.3 De kiemtheorie (germ theory)
Kiemtheorie:
• Pathogeen moet afwezig zijn in het gezonde individu en volledig aanwezig zijn in het zieke
individu
o Gecontroleerd door microscopie
• Het verdachte pathogeen moet gekweekt worden in een cultuur
o In een petrischaal
• Het gekweekte pathogeen moet ziekte veroorzaken bij inenting van een gezond dier
o Gecontroleerd op dierenexperimenten
• Het pathogeen moet nu op exact dezelfde manier teruggevonden worden in het zieke dier
= Postulaten van Koch
Toegepast op de muis:
Cirkel: op bodem van schaaltje lijnen trekken met naald waar er veel
bacteriën aanhangen; hoe verder we gaan, hoe minder er zullen opzitten
➔ Hoe meer lijnen we trekken, hoe meer we het organisme verdunnen
➔ Uiteindelijk zien we allemaal bolletjes: zijn allemaal identiek
Uitz: als we vermoeden dat virus een pathogeen is, dan virus op petrischaal
gooien waar cellen op groeien
Sommige infectieziekten overtreden Koch's eerste postulaat: de ziekteverwekker kan ook bij gezonde
personen worden geïsoleerd.
Conditionele pathogenen = pathogenen waar we continu mee in contact komen en dus niet altijd
ziekte veroorzaken
- Ziekte veroorzaken hangt af van vatbaarheid voor kolonisatie, invasie en immuunrespons
- Vb. Blaasinfectie
Opportunistische infecties = oorzaak is een veralgemeende vermindering van de immuniteit
- Pathogenen maken dus gebruik van een opportuniteit om ziekte te veroorzaken
- Veroorzaker hiervan kan geen ziekte veroorzaken bij gezonde personen
- Vb. Wondje van de huid
Dysbacteriose = oorzaak is de lokale flora die uit balans is waardoor zelfde bacteriën nog aanwezig
zijn maar in andere verhoudingen
Pathogenen bevinden zich in de bacteriën en de eukaryoten. Nog niet gevonden bij de archaea
omdat deze vaak in extreme omstandigheden leven.
6
,1.4 Interacties tussen species in 1 niche
Vb. Wanneer de mens of konijn (prooi) zal toenemen in aantal, zal ook het mazelenvirus of de lynx
(predator) toenemen in aantal
- Eens individu in cc komt met mazelen: ofwel sterf je, ofwel ben je
levenslang immuun
- Bij kleine gemeenschap (vb op eilanden) kan het virus niet
overleven en verdwijnt het dus, maar door nieuwe import zijn er
nieuwe targets voor het virus
Herd immunity / kudde immuniteit: vorm van indirecte bescherming tegen een besmettelijke ziekte
die ontstaat wanneer een groot deel van de bevolking immuun is, waardoor de verspreiding van de
ziekte wordt beperkt en ook niet-immune individuen worden beschermd
1.4.1 Commensale bacteriën: niet-ziekmakende symbionten
Fysiologisch steriel (geen micro-organismen):
• Bloed en intern milieu
• Ademhalingsstelsel
• Urogenitaal stelsel (urineblaas, ureter)
• Prostaat, baarmoeder, zaad- en eileiders
Fysiologisch niet-steriel:
• Huid: bescherming door bacteriën ongedaan maken door huid veel te wassen
• Van mond tot anus
• Dikke / dunne darm:
- 1014 bacteriën: Bacteriën zorgen voor fysieke barrière
- Gecombineerd genoom = genetische samenstelling die ontstaat door het
samenvoegen van DNA uit meerdere bronnen → enorme metabolische activiteit
Virussen die bacteriën opeten = bacteriofagen: belangrijk om homeostase te krijgen in onze darm en
om ziekteverwekkende bacteriën buiten te houden
1.4.2 Next Generation Seguencing (NGS): de niches in ons lichaam
Microbioom = het humane metagenoom (microbieel DNA)
Viroom = viraal RNA/DNA
Lichen: bestaat uit een cyanobacterie, die energie haalt uit fotosynthese, en 2 schimmels die zorgen
voor structuur (schimmels en cyanobacterie zijn symbionten)
Germ free animals (kiemvrije dieren):
• Dieren worden gekweekt in een steriele omgeving
• Hebben een verkleind darmoppervlak met minder absorptie van voedingsstoffen en een
onderontwikkeld immuunsysteem
• Kiemvrij: leidt tot bepaalde problemen zoals verminderde peristaltiek, minder obesitas, meer
calorie-inname nodig voor hetzelfde gewicht
1.4.3 Samenstelling van het humaan viroom
• Bestaat uit verschillende soorten virussen (pathogene en niet-pathogene), virussen die
specifieke bacteriën kunnen doden of genetisch wijzigen
• Retrovirussen zijn deels geïntegreerd in het menselijk genoom.
7
,1.5 Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom
Voor 1900: meeste mensen stierven door infecties
Overlevingscurve van menselijke populatie verschilt in tijd en
periode
The Red Queen’s Race, een concept uit de evolutietheorie (afgeleid
uit Alice in Wonderland), waarbij organismen constant moeten
evolueren om te overleven in een veranderende omgeving.
HLA-eiwitten: presenteren de pathogenen aan ons immuunsysteem → geen presentatie = geen
immuniteit
- Deze genen zijn polymorf (vele allelen per species),omdat een species behoefte heeft om zo
veel mogelijk pathogenen te presenteren
- Bij Europeanen vooral allel HLA-A2 (biedt goede bescherming tegen influenza)
Bij herstel van de contacten tussen de ‘2 grote continenten’ is het evident dat 90% van de Indianen
gestorven zijn aan mazelen, influenza, pokken …. Ziekten die ontstaan zijn in Eurazië en waartegen wij
dus een weerstand hadden opgebouwd.
1.6 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen
Pathogenen van ‘altijd: herpesvirussen
Pathogenen van de laatste 12000 jaar: pokken, mazelen, influenza
Pathogenen van de laatste 100 jaar: AIDS, ziekte van Lyme, SARS, Ebola,…
Terugkerende pathogenen: tuberculose, bof
Grote epidemieën van de laatste 2000 jaar rechtstreeks gevolg van bevolkingsexplosie: de pest,
Spaanse griep, HIV/AIDS,…
Waarom hebben we geen superkrachtig immuunsysteem dat alle pathogenen meester kan?
1. Virulentiefactoren van pathogenen zorgen steeds weer voor immuunevasie (the Red Queen’s
Race) → pathogenen passen voortdurend hun virulentiefactoren aa
2. Vermijden van auto-immuunziekten, allergie? Te heftige responsen geven autoimmuniteit
3. Goede verdediging tegen één bepaald pathogeen, geeft minder goede verdediging tegen
andere pathogenen (“inappropriate immune response”): verdediging tegen wormen vs.
verdediging tegen tuberculose. Fine tuning of the immune response
4. Cytokine storm: te hevige inflammatoire respons leidt op zich tot overlijden
8
,2. Anatomie van afweer & Virussen
2.1 Barrières
Blauw: meerlagig epitheel
- Haar en nagels: sterke meerlagige barrières afgedekt met
dode cellaag
- Geen passage van virussen mogelijk
Rood: slijmvliezen van luchtwegen, urinewegen, geslachtsorganen
- Levende cellen, vaak éénlagig om uitwisseling van gassen
en voedingstoffen door te laten.
- Levende cellen = ingangspoort voor virussen
Belang van spoelfunctie door continue flow van vb mucus richting
uitgang
- Vb. Weinig een ooginfectie omdat de micro-organismen
worden weggevoerd door het traanvocht
- Vb. Veel drinken om blaasinfectie te voorkomen: veel
urine produceren waardoor micro-organismen naar
buiten worden gevoerd
Immuunafweer bestaat uit het herkennen van pathogenen gevolgd door het vernietigen ervan
1) Bacterieel celoppervlak induceert splitsing van complement
2) Het grote fragment bindt covalent aan de bacterie (ziekteverwekker ziet het al gevaarlijk). Het
kleine complementfragment activeert een fagocyt, een effectorcel met een receptor die zich
vasthecht aan het complementfragment van de bacterie.
3) De fagocyt slokt het complex van bacterie, complement en receptor op en levert het af aan
het fagosoom.
4) Bacterie wordt afgebroken en vernietigt.
Bacteriën zijn makkelijk te herkennen doordat ze allemaal gelijkaardig zijn opgebouwd. (zelfde
bouwstenen, aantallen kunnen verschillen) → hierdoor hebben we een aangeboren immuunsysteem
ontwikkelt dat altijd werkzaam is (genetisch bepaald)
Adaptief immuunsysteem: moet nog gemaakt worden afhankelijk van het pathogeen waarmee we in
contact komen.
Wisselwerking tussen beide is belangrijk!
9
, 2.2 Aangeboren en specifiek immuunsysteem
Aangeboren immuunmechanismen
brengen een ontsteking tot stand op
plaatsen van infectie. De gebeurtenissen
na een schaafwond op de huid worden
hier geïllustreerd. Bacteriën dringen het
onderliggende bindweefsel binnen en
stimuleren de aangeboren
immuunrespons.
1) Een gezonde huid is niet ontstoken
2) Wondje aan oppervlak. Bacteriën infecteren, waardoor effectorcellen worden geactiveerd om
cytokinen af te scheiden
3) Vasodilatatie verhoogt de doorlaatbaarheid van de capillaire wand. Vloeistof, eiwitten en
cellen verlaten het bloed om het weefsel binnen te dringen (endotheel gaat open)
4) Geïnfecteerd weefsel raakt ontstoken: roodheid, hitte, zwelling en pijn. (opruimactie)
Belangrijkste kenmerken van aangeboren en adaptieve immuniteit:
Pathogeen-herkenningsmechanismen
Aangeboren immuunsysteem Adaptief immuunsysteem
Snelle reactie binnen enkele uren Trage reactie: enkele dagen tot weken
Staat vast Variabel
Kan maar een x aantal karakteristieken Kan talrijke selectieve karakteristieken
herkennen van uw pathogeen, is gelimiteerd herkennen (kunnen we tegen alles maken)
Blijft constant tijdens de immuunrespons Verbetert tijdens de immuunrespons
Algemene effectormechanismen voor de vernietiging van ziekteverwekkers
Selectie van lymfocyten door een pathogeen:
Tijdens de ontwikkeling vormen lymfocyten unieke receptoren die
verschillende ziekteverwekkers herkennen. Bij infectie kunnen slechts
enkele lymfocyten binden aan het pathogeen. Deze lymfocyten worden
gestimuleerd, vermenigvuldigen zich en differentiëren tot een grote
populatie van effectorcellen.
1) Aangeboren immuunsysteem: 1 cel expresseert verschillende
receptoren met verschillende specificiteit
2) Adaptief immuunsysteem: 1 cel expresseert verschillende receptoren
met dezelfde specificiteit
De specificiteit van iedere lymfocyt is verschillend = lymfocyten receptor
repertoire (ontstaan door genherschikking)
3) Perifere stimulatie leidt tot antigeen-specifieke clonale expansie en
differentiatie.
Dochtercellen: dezelfde receptor specificiteit. Meerderheid sterft nadien
af, behalve een klein aantal = geheugencellen
Vb. Het immuunsysteem beschermt de mensheid, maar pokken veroorzaakte 500 miljoen doden tot
vaccinatie het virus in 1979 uitroeide.
10
Inhoud
1. Microbiologie in beweging .............................................................................................................. 4
1.1 Introductie.............................................................................................................................. 4
1.2 De 3 domeinen van het leven ................................................................................................ 4
1.2.1 Van zichtbare kenmerken tot moleculaire kenmerken ...................................................... 4
1.3 De kiemtheorie (germ theory) ............................................................................................... 6
1.4 Interacties tussen species in 1 niche ...................................................................................... 7
1.4.1 Commensale bacteriën: niet-ziekmakende symbionten ................................................... 7
1.4.2 Next Generation Seguencing (NGS): de niches in ons lichaam.......................................... 7
1.4.3 Samenstelling van het humaan viroom ............................................................................. 7
1.5 Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom ............................................................. 8
1.6 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen ......................................................................... 8
2. Anatomie van afweer & Virussen .................................................................................................... 9
2.1 Barrières ................................................................................................................................. 9
2.2 Aangeboren en specifiek immuunsysteem .......................................................................... 10
2.3 Immuuncellen ...................................................................................................................... 11
2.4 Anatomie van het immuunapparaat .................................................................................... 13
2.5 Virussen................................................................................................................................ 14
2.5.1 Classificatie ...................................................................................................................... 14
2.5.2 Structuur van het virion ................................................................................................... 14
2.5.3 Eigenschappen ................................................................................................................. 14
2.5.4 Virale levenscyclus (zie filmpje Ufora) ............................................................................. 15
2.5.5 Aantonen van virussen .................................................................................................... 16
3. Inflammatie ................................................................................................................................... 17
3.1 Aangeboren immuunsysteem – Specifiek immuunsysteem........................................................ 17
3.2 Principes van pathogeenherkenning door het aangeboren immuunsysteem ............................ 17
3.2.1 Positieve herkenning: herkenning van pathogenen door het immuunsysteem................... 17
3.2.2 Negatieve herkenning: herkenning van pathogenen door het immuunsysteem ................. 18
3.2.3 Vragen van een wachtwoord (aangeboren IS) ..................................................................... 18
3.2.4 Detectie van schade aan lichaamscellen (aangeboren IS).................................................... 18
3.3 . Inflammatie ≠ infectie, Chronische inflammatie → weefselschade .......................................... 18
3.4 Herkenning pathogenen/schade ................................................................................................. 19
3.4.1 Het complementsysteem en factor C3 ................................................................................. 19
1
, 3.4.2 Ziekteverwekkende herkenningsreceptor: TLR .................................................................... 21
3.4.3 Pathogeenherkenningsreceptor: cytoplasmatische receptoren .......................................... 22
3.4.4 Ziekteverwekkende herkenningsreceptor: NLR en inflammasomen.................................... 22
3.4.5 RNA en DNA sensors: Pathogen recognition receptor voor virussen en bacteriën.............. 22
3.5 Inflammatie .......................................................................................................................... 23
3.5.1 Kenmerken............................................................................................................................ 23
3.5.2 Inflammatie, cytokinestorm en septische shock .................................................................. 23
3.5.3 Inflammatie en bloedstolling ................................................................................................ 24
3.5.4 Inflammatie en botresorptie ................................................................................................ 24
3.5.5 Genezing, chronische inflammatie en fibrose ................................................................. 24
3.5.6 Systematische effecten van inflammatie ......................................................................... 24
3.6 Effectormechanismen van het aangeboren immuunsysteem ............................................. 25
3.6.1 Monocyt/macrofaag ........................................................................................................ 25
3.6.2 Neutrofielen (neutrofiele granulocyten) ......................................................................... 25
3.6.3 Natural killer cells (NK) and innate lymphoid cells .......................................................... 27
3.6.4 Defensines ....................................................................................................................... 27
3.6.5 Interferonen ..................................................................................................................... 27
3.6.6 Celautonoom mechanisme: autofagie............................................................................. 29
3.6.7 Celautonoom mechanisme: AID/APOBEC cytidine deaminasen ..................................... 29
4. Specifieke immuniteit .................................................................................................................... 30
4.1 Principes van adaptief immuunsysteem .............................................................................. 30
4.2 Structuur antilichamen en TCR ............................................................................................ 33
4.3 Functie van antilichamen ..................................................................................................... 35
4.4 Genereren van de miljarden verschillende receptoren (T en B), RAG gemedieerd .................... 37
4.4 Veranderen van Ig isotype en somatische hypermutatie, AID gemedieerd......................... 40
4.6 Major Histocompatibility Complex (MHC) of HLA................................................................ 42
4.7 Antigen-presentatie en herkenning door TCR ...................................................................... 43
5. Aanmaak van B en T cellen ............................................................................................................ 47
5.1 Ontwikkeling van B cellen .................................................................................................... 47
5.1.1 Fase 1: samenstellen van het repertoire ......................................................................... 47
5.1.2 Fase 2: negatieve selectie ................................................................................................ 49
10.1.3 Fase 3-4: positieve selectie en recirculatie ......................................................................... 49
10.1.4 Fase 5: ontmoeten van het antigeen .................................................................................. 50
10.1.5 Fase 6: immuniteit .............................................................................................................. 50
5.2 Ontwikkeling van T cellen .................................................................................................... 51
5.2.1 Fase 1: samenstellen van het repertoire ......................................................................... 51
2
, 5.2.2 Fase 2: positieve selectie ................................................................................................. 54
5.2.3 Fase 3: negatieve selectie ................................................................................................ 55
5.2.4 Fase 4-6: recirculatie, ontmoeten van het antigeen, immuniteit .................................... 55
6. T-cel immuniteit............................................................................................................................. 58
6.1 Fase 5: ontmoeten van het antigeen (T cellen) ........................................................................... 58
6.1.1 APC: dendritische cellen ....................................................................................................... 58
6.1.2 T cel activatie ........................................................................................................................ 60
6.2 Fase 6: effector fase (T cellen) (NK cellen)................................................................................... 65
6.2.1 De stages van activatie van de CD4 T cellen ......................................................................... 65
6.2.2 CTL: cytotoxische T cel (CD8) ................................................................................................ 71
6.2.3 NK: natural killer cel ............................................................................................................. 73
7. Humorale immuniteit .................................................................................................................... 76
7.1 Fase 5: ontmoeten van het antigeen (B cellen) ........................................................................... 76
7.1.1 B cel stimulatie ..................................................................................................................... 76
7.1.2 Thymus independent (TI) respons: TI1 en TI2 ...................................................................... 77
7.1.3 Thymus dependent (TD) response ....................................................................................... 78
7.1.4 Mucosale immuniteit............................................................................................................ 82
7.2 Fase 6: effectorfunctie (antilichamen) ......................................................................................... 85
8. Antilichamen en T-celreceptoren ............................................................................................. 91
8.1 Polyklonale antistoffen ................................................................................................................ 91
8.2 Monoklonale antistoffen ............................................................................................................. 91
8.3 Gehumaniseerde monoklonale antistoffen ................................................................................. 92
8.4 Enzyme-linked immunosorbent assay - ELISA ............................................................................. 92
8.5 Flowcytometrie of FACS: fluorescentie-geactiveerde cel sortering........................................ 93
8.6 Diagnostiek: anemie door rode bloedcel destructie ................................................................... 93
8.7 Passieve immunisatie .................................................................................................................. 94
8.8 Antilichaam engineering.............................................................................................................. 94
8.9 Chimere antigeen receptoren...................................................................................................... 94
8.9.1 Targeting tumor-specific antigens (TSA) ............................................................................... 96
9. Immuungeheugen en vaccinatie ................................................................................................... 97
9.1 Immuunrespons en immuungeheugen ....................................................................................... 97
9.2 Vaccinatie................................................................................................................................... 101
9.2.1 Samenstelling vaccin........................................................................................................... 101
9.2.2 Soorten vaccins................................................................................................................... 101
3
,1. Microbiologie in beweging
1.1 Introductie
• De zichtbare (planten, dieren…) en de niet-zichtbare (micro-organismen…) wereld
➔ Niet-zichtbare is belangrijker
• Micro-organismen:
- belangrijk voor de gezondheid
- leven ermee samen: als symbionten en als pathogenen
• Bacteriën evolueren veel sneller dan de mens: komt door snellere delingstijd (20min i.t.t. 20
jaar
1.2 De 3 domeinen van het leven
17de eeuw: Leeuwenhoek microscoop: eerste microscoop, hij zag dat overal waar hij keek er kleine
organismen zaten
- Levende organismen worden beschreven: kokken en staven
19de eeuw: bestaan wordt gelinkt met rottingsprocessen, met wijnproductie, met ziekte
Aangetoond dat er ‘uit het niets’ wel leven kon ontstaan →Door
zwanenhalsexperiment
➔ Maakte kolf met rijk medium in (rijke voedingsstoffen…) en liet het
koken zodat het steriel werd → zette proces stop en liet het staan , kon
het weken laten staan zonder dat er iets gebeurde of zonder er iets
groeide → als hij kolf scheef hield bleek er opeens op heel korte tijd leven
te ontstaan => spontane generatie klopt eig niet: ze waren er al maar
kregen de kans niet om zich te vermenigvuldigen en hun zichtbaar te
maken
Protisten = eencelligen met celkern
Monera = eencelligen zonder celkern vb bacteriën en archaea
Toenmalige visie: het onzichtbare leven ontstaat uit het levenloze, het
zichtbare leven is door God geschapen
1.2.1 Van zichtbare kenmerken tot moleculaire kenmerken
16S rRNA: kleine subunit van het ribosoom die
- Bij alle levende wezens voorkomt
- Functioneel identiek is bij alle levende wezens
- Wordt gebruikt voor taxonomie/fylogenie
16 S bij prokaryoten, 18S bij eukaryoten (sterk verwant)
Bacteriën: diversiteit is vele malen groter dan deze van de multicellulaire visuele wereld (Carl Woese)
Geschiedenis:
4
,3 domeinen van het leven: Archaea, Bacteria en de Eukarya
- Virussen: niet opgenomen in domeinen, kunnen beschouwd worden als dood materiaal dat
deeluitmaakt van de genenpool van het leven → actieve deelnemers van de evolutie van het
leven
- Fylogenetische boom: gebasseerd op nucleïnezuursequenties
- Enkel planten, dieren en fungi zijn meercellig en dus met blote oog waarneembaar
Alle rode bollen staan voor sequentie van bepaald organisme
Hoe kleiner de afstand om van 1 bolletje naar ander te gaan (!lijntjes
volgen!), hoe nauwer verwant ze zijn
➔ Archaea ligt heel dicht bij eukaryoten en verder van bacteriën
Virussen en bacteria passen zich aan de omgeving aan met een enorme snelheid o.a. omdat
voortplantingssnelheid veel hoger ligt
- Bacteria: volledige resistentie in 11 dagen
- Experiment:
• Grote bak met agar in en antibitoica
• Hoe meer we naar het midden gaan, hoe hoger de dosis
van antibioticum zal zijn (stijgt logaritmisch)
• E. colli bacteriën aan de rand gespot: bacteriën aan de
rand gaan blijven delen en gaan ook fouten maken waardoor bacterie naar boven zal komen
wanneer die resistent is geworden tegen het antibioticum
- Vb. als we antibiotica pakken, best direct de hoogste dosis pakken want dan moeilijker voor
bacterie om zich aan te passen
Virussen zijn niet zichtbaar met microscoop , bacteria wel
Virussen kan je enkel zien onder een elektronenmicroscoop
Meer en meer: antigeendetectie en genoomdetectie (PCR)
8% van humaan genoom bestaat uit ingebouwd viraal materiaal
Grootste virus is groter dan de kleinste bacteria
5
,1.3 De kiemtheorie (germ theory)
Kiemtheorie:
• Pathogeen moet afwezig zijn in het gezonde individu en volledig aanwezig zijn in het zieke
individu
o Gecontroleerd door microscopie
• Het verdachte pathogeen moet gekweekt worden in een cultuur
o In een petrischaal
• Het gekweekte pathogeen moet ziekte veroorzaken bij inenting van een gezond dier
o Gecontroleerd op dierenexperimenten
• Het pathogeen moet nu op exact dezelfde manier teruggevonden worden in het zieke dier
= Postulaten van Koch
Toegepast op de muis:
Cirkel: op bodem van schaaltje lijnen trekken met naald waar er veel
bacteriën aanhangen; hoe verder we gaan, hoe minder er zullen opzitten
➔ Hoe meer lijnen we trekken, hoe meer we het organisme verdunnen
➔ Uiteindelijk zien we allemaal bolletjes: zijn allemaal identiek
Uitz: als we vermoeden dat virus een pathogeen is, dan virus op petrischaal
gooien waar cellen op groeien
Sommige infectieziekten overtreden Koch's eerste postulaat: de ziekteverwekker kan ook bij gezonde
personen worden geïsoleerd.
Conditionele pathogenen = pathogenen waar we continu mee in contact komen en dus niet altijd
ziekte veroorzaken
- Ziekte veroorzaken hangt af van vatbaarheid voor kolonisatie, invasie en immuunrespons
- Vb. Blaasinfectie
Opportunistische infecties = oorzaak is een veralgemeende vermindering van de immuniteit
- Pathogenen maken dus gebruik van een opportuniteit om ziekte te veroorzaken
- Veroorzaker hiervan kan geen ziekte veroorzaken bij gezonde personen
- Vb. Wondje van de huid
Dysbacteriose = oorzaak is de lokale flora die uit balans is waardoor zelfde bacteriën nog aanwezig
zijn maar in andere verhoudingen
Pathogenen bevinden zich in de bacteriën en de eukaryoten. Nog niet gevonden bij de archaea
omdat deze vaak in extreme omstandigheden leven.
6
,1.4 Interacties tussen species in 1 niche
Vb. Wanneer de mens of konijn (prooi) zal toenemen in aantal, zal ook het mazelenvirus of de lynx
(predator) toenemen in aantal
- Eens individu in cc komt met mazelen: ofwel sterf je, ofwel ben je
levenslang immuun
- Bij kleine gemeenschap (vb op eilanden) kan het virus niet
overleven en verdwijnt het dus, maar door nieuwe import zijn er
nieuwe targets voor het virus
Herd immunity / kudde immuniteit: vorm van indirecte bescherming tegen een besmettelijke ziekte
die ontstaat wanneer een groot deel van de bevolking immuun is, waardoor de verspreiding van de
ziekte wordt beperkt en ook niet-immune individuen worden beschermd
1.4.1 Commensale bacteriën: niet-ziekmakende symbionten
Fysiologisch steriel (geen micro-organismen):
• Bloed en intern milieu
• Ademhalingsstelsel
• Urogenitaal stelsel (urineblaas, ureter)
• Prostaat, baarmoeder, zaad- en eileiders
Fysiologisch niet-steriel:
• Huid: bescherming door bacteriën ongedaan maken door huid veel te wassen
• Van mond tot anus
• Dikke / dunne darm:
- 1014 bacteriën: Bacteriën zorgen voor fysieke barrière
- Gecombineerd genoom = genetische samenstelling die ontstaat door het
samenvoegen van DNA uit meerdere bronnen → enorme metabolische activiteit
Virussen die bacteriën opeten = bacteriofagen: belangrijk om homeostase te krijgen in onze darm en
om ziekteverwekkende bacteriën buiten te houden
1.4.2 Next Generation Seguencing (NGS): de niches in ons lichaam
Microbioom = het humane metagenoom (microbieel DNA)
Viroom = viraal RNA/DNA
Lichen: bestaat uit een cyanobacterie, die energie haalt uit fotosynthese, en 2 schimmels die zorgen
voor structuur (schimmels en cyanobacterie zijn symbionten)
Germ free animals (kiemvrije dieren):
• Dieren worden gekweekt in een steriele omgeving
• Hebben een verkleind darmoppervlak met minder absorptie van voedingsstoffen en een
onderontwikkeld immuunsysteem
• Kiemvrij: leidt tot bepaalde problemen zoals verminderde peristaltiek, minder obesitas, meer
calorie-inname nodig voor hetzelfde gewicht
1.4.3 Samenstelling van het humaan viroom
• Bestaat uit verschillende soorten virussen (pathogene en niet-pathogene), virussen die
specifieke bacteriën kunnen doden of genetisch wijzigen
• Retrovirussen zijn deels geïntegreerd in het menselijk genoom.
7
,1.5 Infectieziekten: impact op de mens en zijn genoom
Voor 1900: meeste mensen stierven door infecties
Overlevingscurve van menselijke populatie verschilt in tijd en
periode
The Red Queen’s Race, een concept uit de evolutietheorie (afgeleid
uit Alice in Wonderland), waarbij organismen constant moeten
evolueren om te overleven in een veranderende omgeving.
HLA-eiwitten: presenteren de pathogenen aan ons immuunsysteem → geen presentatie = geen
immuniteit
- Deze genen zijn polymorf (vele allelen per species),omdat een species behoefte heeft om zo
veel mogelijk pathogenen te presenteren
- Bij Europeanen vooral allel HLA-A2 (biedt goede bescherming tegen influenza)
Bij herstel van de contacten tussen de ‘2 grote continenten’ is het evident dat 90% van de Indianen
gestorven zijn aan mazelen, influenza, pokken …. Ziekten die ontstaan zijn in Eurazië en waartegen wij
dus een weerstand hadden opgebouwd.
1.6 Oude, nieuwe en terugkerende pathogenen
Pathogenen van ‘altijd: herpesvirussen
Pathogenen van de laatste 12000 jaar: pokken, mazelen, influenza
Pathogenen van de laatste 100 jaar: AIDS, ziekte van Lyme, SARS, Ebola,…
Terugkerende pathogenen: tuberculose, bof
Grote epidemieën van de laatste 2000 jaar rechtstreeks gevolg van bevolkingsexplosie: de pest,
Spaanse griep, HIV/AIDS,…
Waarom hebben we geen superkrachtig immuunsysteem dat alle pathogenen meester kan?
1. Virulentiefactoren van pathogenen zorgen steeds weer voor immuunevasie (the Red Queen’s
Race) → pathogenen passen voortdurend hun virulentiefactoren aa
2. Vermijden van auto-immuunziekten, allergie? Te heftige responsen geven autoimmuniteit
3. Goede verdediging tegen één bepaald pathogeen, geeft minder goede verdediging tegen
andere pathogenen (“inappropriate immune response”): verdediging tegen wormen vs.
verdediging tegen tuberculose. Fine tuning of the immune response
4. Cytokine storm: te hevige inflammatoire respons leidt op zich tot overlijden
8
,2. Anatomie van afweer & Virussen
2.1 Barrières
Blauw: meerlagig epitheel
- Haar en nagels: sterke meerlagige barrières afgedekt met
dode cellaag
- Geen passage van virussen mogelijk
Rood: slijmvliezen van luchtwegen, urinewegen, geslachtsorganen
- Levende cellen, vaak éénlagig om uitwisseling van gassen
en voedingstoffen door te laten.
- Levende cellen = ingangspoort voor virussen
Belang van spoelfunctie door continue flow van vb mucus richting
uitgang
- Vb. Weinig een ooginfectie omdat de micro-organismen
worden weggevoerd door het traanvocht
- Vb. Veel drinken om blaasinfectie te voorkomen: veel
urine produceren waardoor micro-organismen naar
buiten worden gevoerd
Immuunafweer bestaat uit het herkennen van pathogenen gevolgd door het vernietigen ervan
1) Bacterieel celoppervlak induceert splitsing van complement
2) Het grote fragment bindt covalent aan de bacterie (ziekteverwekker ziet het al gevaarlijk). Het
kleine complementfragment activeert een fagocyt, een effectorcel met een receptor die zich
vasthecht aan het complementfragment van de bacterie.
3) De fagocyt slokt het complex van bacterie, complement en receptor op en levert het af aan
het fagosoom.
4) Bacterie wordt afgebroken en vernietigt.
Bacteriën zijn makkelijk te herkennen doordat ze allemaal gelijkaardig zijn opgebouwd. (zelfde
bouwstenen, aantallen kunnen verschillen) → hierdoor hebben we een aangeboren immuunsysteem
ontwikkelt dat altijd werkzaam is (genetisch bepaald)
Adaptief immuunsysteem: moet nog gemaakt worden afhankelijk van het pathogeen waarmee we in
contact komen.
Wisselwerking tussen beide is belangrijk!
9
, 2.2 Aangeboren en specifiek immuunsysteem
Aangeboren immuunmechanismen
brengen een ontsteking tot stand op
plaatsen van infectie. De gebeurtenissen
na een schaafwond op de huid worden
hier geïllustreerd. Bacteriën dringen het
onderliggende bindweefsel binnen en
stimuleren de aangeboren
immuunrespons.
1) Een gezonde huid is niet ontstoken
2) Wondje aan oppervlak. Bacteriën infecteren, waardoor effectorcellen worden geactiveerd om
cytokinen af te scheiden
3) Vasodilatatie verhoogt de doorlaatbaarheid van de capillaire wand. Vloeistof, eiwitten en
cellen verlaten het bloed om het weefsel binnen te dringen (endotheel gaat open)
4) Geïnfecteerd weefsel raakt ontstoken: roodheid, hitte, zwelling en pijn. (opruimactie)
Belangrijkste kenmerken van aangeboren en adaptieve immuniteit:
Pathogeen-herkenningsmechanismen
Aangeboren immuunsysteem Adaptief immuunsysteem
Snelle reactie binnen enkele uren Trage reactie: enkele dagen tot weken
Staat vast Variabel
Kan maar een x aantal karakteristieken Kan talrijke selectieve karakteristieken
herkennen van uw pathogeen, is gelimiteerd herkennen (kunnen we tegen alles maken)
Blijft constant tijdens de immuunrespons Verbetert tijdens de immuunrespons
Algemene effectormechanismen voor de vernietiging van ziekteverwekkers
Selectie van lymfocyten door een pathogeen:
Tijdens de ontwikkeling vormen lymfocyten unieke receptoren die
verschillende ziekteverwekkers herkennen. Bij infectie kunnen slechts
enkele lymfocyten binden aan het pathogeen. Deze lymfocyten worden
gestimuleerd, vermenigvuldigen zich en differentiëren tot een grote
populatie van effectorcellen.
1) Aangeboren immuunsysteem: 1 cel expresseert verschillende
receptoren met verschillende specificiteit
2) Adaptief immuunsysteem: 1 cel expresseert verschillende receptoren
met dezelfde specificiteit
De specificiteit van iedere lymfocyt is verschillend = lymfocyten receptor
repertoire (ontstaan door genherschikking)
3) Perifere stimulatie leidt tot antigeen-specifieke clonale expansie en
differentiatie.
Dochtercellen: dezelfde receptor specificiteit. Meerderheid sterft nadien
af, behalve een klein aantal = geheugencellen
Vb. Het immuunsysteem beschermt de mensheid, maar pokken veroorzaakte 500 miljoen doden tot
vaccinatie het virus in 1979 uitroeide.
10
