GUIA DE ESTUDIO: MICROORGANISMOS Y SISTEMAS DE DEFENSA
Nombre:_____________________________ Cuarto Medio________________
1. Bacterias PROFESOR: MANUEL DANIEL M.
Las bacterias son microorganismos procariotas de organización muy sencilla
Si bien la célula bacteriana carece de la mayoría de las estructuras típicas de una célula eucarionte,
mantiene varios puntos de coincidencia estructural y funcional.
El citoplasma presenta un aspecto viscoso, y en su zona central aparece un nucleoide que contiene la
mayor parte del ADN bacteriano. No está rodeado por membrana, es circular y de doble hebra como el ADN
eucarionte. Para tener una idea del tamaño de este ADN, Escherichia coli posee 4 millones de pares de bases,
que representan alrededor de 4 mil genes (en un ser humano, los genes se calculan en 30 mil aproximadamente).
Todo esto es una estructura que ocupa cerca del 10% del volumen total de la bacteria y que linealmente mide 1
mm de largo (poco más de 1 metro en seres humanos). Cabe señalar que en bacterias, los procesos de
transcripción y traducción son similares a los de eucariontes.
En algunas bacterias, aparecen fragmentos circulares de ADN con información genética dispersos por el
citoplasma: los plásmidos o plasmidios, los mismos que son utilizados en la técnica del ADN recombinante.
La membrana plasmática presenta invaginaciones, que son los mesosomas, donde se encuentran
enzimas que intervienen en la síntesis de ATP y los pigmentos fotosintéticos en el caso de bacterias
fotosintéticas, de manera análoga a las crestas mitocondriales y los tilacoides plastidiales, respectivamente.
En el citoplasma se
encuentran inclusiones de Figura 7. Estructura de una bacteria. La cápsula, fimbrias, flagelo y plasmidios, no
siempre están presentes en todos los tipos de bacterias
diversa naturaleza química.
Muchas bacterias
pueden presentar flagelos
generalmente rígidos,
implantados en la membrana
mediante un corpúsculo
basal. Pueden poseer
también, fimbrias o pili muy
numerosos y cortos, que
pueden servir como conductos
de intercambio de ADN de una
célula a otra.
Poseen ARN y
ribosomas característicos,
para la síntesis de proteinas.
La pared celular
bacteriana, al igual que la pared de la célula vegetal, queda por fuera de la membrana plasmática. Es rígida y
está formada normalmente por una molécula compleja llamada peptidoglicán. Es una estructura fuerte que ha
evolucionado para contrarrestar la gran presión osmótica que se genera en el citoplasma por el alto contenido de
solutos. Esta presión llega a ser de varias atmósferas. En Escherichia coli se estima que llega a 2 atmósferas y
en otras bacterias alcanza a 8 atmósferas (¡50 veces la presión con que sale la sangre desde el corazón!). Por lo
tanto, la función de la pared celular es prevenir la lisis de la bacteria. Además, la pared celular es la responsable
tanto de la forma de la bacteria como de su designación de carácter taxonómico: Gram positivo / Gram negativo.
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Las bacterias Gram + poseen una capa de peptidoglicán grueso, mientras que las Gram – presentan una capa
más delgada cubierta por una membrana plasmática externa, similar a la bicapa lipídica clásica.
Como las bacterias desprovistas de la pared celular no pueden vivir, algunos antibióticos, tales como la
penicilina y sus derivados, tienen como blanco inhibir enzimas necesarias para fabricar la pared celular. También,
la enzima lisosima presente en las lágrimas, es capaz de digerir el peptidoglicán de la pared celular bacteriana y
así ayuda a prevenir la entrada de las bacterias al organismo. Esta enzima es parte de la primera línea de
defensa del organismo contra las infecciones bacterianas del ojo.
Por fuera de la pared, algunas bacterias poseen una cápsula (no confundir con la cápside viral), la que se
relaciona con la resistencia a la fagocitosis por parte de células de defensa del organismo infectado.
Actividad 2: Variedad de formas de bacterias
A partir de esta estructura básica, existe una gran diversidad de bacterias, en cuanto a forma, tamaño,
metabolismo, hábitat, modo de vida, etc. La figura 8 muestra algunas de las formas más típicas de bacterias y la
figura 9 presenta micrografías de algunas de las especies más representativas. Tu tarea simplemente es anotar
bajo el nombre de Figura 8. Variedad de formas de bacterias
cada especie, el
tipo de forma que
tendría según la
nomenclatura de
la figura 8.
Figura 9. Algunos tipos representativos de bacterias
Staphylococcus Vibrio Cianobacteria
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Agrobacterium Nitrosomona Espiroqueta
Las bacterias se reproducen asexualmente, mediante fisión binaria
Las bacterias se reproducen en forma
asexual, por lo común mediante fisión binaria, Figura 10. Fisión binaria en una bacteria
mecanismo también conocido como bipartición. Este
proceso consiste en que una célula madre da origen
a dos células genéticamente idénticas, pero de
menor tamaño. Primero se duplica el ADN
bacteriano circular con ayuda de ADN polimerasa, y
después se forma una pared transversal por
crecimiento interno de la membrana plasmática y la
pared celular, tal como se muestra en la figura 10 y
11.
Algunas especies de bacterias, tras dividirse,
mantienen a las células hijas unidas a través de las
membranas. Esta característica permite formar
colonias bacterianas, que facilitan mucho su
identificación, pues cada especie que forma estas
agrupaciones, lo hace de una forma especial: en una
sola hilera unidimensional (como Staphylococcus de
la página anterior), en dos dimensiones, en racimos,
etc.
La fisión binaria ocurre muy rápido. En
condiciones ideales, algunas bacterias se dividen a intervalos de 20 minutos. A ese ritmo, si no hay interferencia,
una bacteria daría origen a más de mil millones de bacterias en 10 horas. Sin embargo, las bacterias no pueden
reproducirse a esta rapidez durante mucho tiempo, porque pronto la falta de alimento o la cumulación de
productos de desecho lo impedirían.
Otros mecanismos reproductivos que utilizan las bacterias con gemación y fragmentación, igualmente
asexuales.
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Figura 11. Escherichia coli a punto
de dividirse.
A la izquierda, una micrografía
electrónica de transmisión y arriba,
una micrografía electrónica de barrido
Actividad 3: Análisis de curva de crecimiento bacteriano y sus consecuencias
La siguiente es una típica
curva de crecimiento
bacteriano, la que se
obtiene tras inocular o
sembrar un medio de cultivo
con un pequeño número de
bacterias.
a) Describe e interpreta el comportamiento de la curva en cada una de las etapas del crecimiento bacteriano:
latencia, logarítmica o exponencial, estacionaria y declinativa.
b) ¿Sería posible que un cultivo de células eucariontes proliferaran de la misma manera? Justifica
c) Elabora tu propia curva de crecimiento exponencial, completando la siguiente tabla del crecimiento
poblacional de una bacteria a lo largo de las 24 horas de un día. Construye el gráfico correspondiente en tu
cuaderno. ¿Qué forma tiene este gráfico? Realiza un segundo gráfico con los mismos datos, pero esta vez en
el eje Y utilizarás una escala en donde los valores serán 10, 100, 1000, 10000, 100000, 1000000 dispuestos
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en intervalos regulares. ¿Cuál es la nueva forma del gráfico? ¿Qué gráfico te parece más apropiado para
mostrar estos resultados?
Intervalo de tiempo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
n 1 2 4 8
d) ¿Se te ocurre una manera de calcular cuántas bacterias habrá en un intervalo muy posterior, sin necesidad
de calcular los valores previos? Por ejemplo, ¿cuántas bacterias habrá a las 30 horas?
e) ¿Qué importancia tendrá la fase de crecimiento en que se encuentra una colonia bacteriana respecto a la
administración de antibióticos? ¿Cuál será el mejor momento para aplicar los antibióticos?
f) Si la fisión binaria es un proceso asexual, que genera réplicas exactas a la primera célula, ¿a qué se podría
deber que tras la aplicación de un antibiótico no mueran todas las bacterias?
g) Una determinada sustancia produce mutaciones en el ADN y se quiere saber si cierto lugar está contaminado
con tal sustancia. ¿Cómo podrían utilizarse los cultivos bacterianos para averiguar el nivel de esta sustancia
en el ambiente? Propone un método.
Las bacterias son capaces de generar variabilidad mediante mecanismos de transferencia génica
La transferencia génica se refiere al movimiento de la información genética entre los organismos. En
eucariontes esto ocurre generalmente por reproducción sexual. En bacterias existen tres mecanismos de
transferencia de genes: transformación, transducción y conjugación, ninguno de los cuales involucra la
reproducción sexual.
La importancia de la transferencia génica se debe a que aumenta enormemente la diversidad genética
entre organismos. Si bien las mutaciones dan cuenta de cierta diversidad, la mayor parte de la diversidad
genética en bacterias proviene de la transferencia génica. Tal diversidad es vital para explicar de qué manera las
bacterias han sido capaces de evolucionar a través del tiempo. Los organismos con genes que les permiten
adaptarse a un ambiente determinado sobreviven y se reproducen mientras que los que no tienen esos genes,
mueren. Si todos los organismos fueran genéticamente idénticos, todos sobrevivirían y se reproducirían, o todos
perecerían.
a) Transformación:
Según este mecanismo, las bacterias tienen la capacidad para incorporar ADN desde el medio ambiente,
que en la naturaleza proviene de bacterias destruidas. Como ya se ha visto, esta propiedad se utiliza en el
laboratorio para clonar genes que previamente son introducidos en plasmidios (Griffith, 1928).
b) Conjugación:
El material genético se transfiere de una bacteria a otra por un proceso que requiere el contacto entre el
donador y el aceptor y pueden pasar mayores cantidades de ADN que en la transformación. De hecho, puede
traspasarse hasta un cromosoma entero.
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Fue descubierta en 1946 por Joshua
Lederberg cuando aún era estudiante de
medicina. En sus experimentos, utilizó cepas
mutantes de E. coli, que eran incapaces de
sintetizar ciertas substancias. Eligió dos cepas
con defectos en vías metabólicas distintas y las
cultivó en medios de cultivo que carecían de la
sustancia importante para el crecimiento de
cada cepa. Las bacterias no crecieron. Pero
observó que al ponerlas juntas eran capaces de
crecer en el medio que carecía de los
nutrientes. Ver figura 12.
El fenómeno se explica por un traspaso
de información genética de una cepa a otra, que
por esto adquiere la capacidad de sintetizar los
nutrientes requeridos para su crecimiento. Esta
propiedad se transmite a las generaciones
siguientes. El mecanismo involucra el paso de
plasmidio de una bacteria a otra por intermedio
de un tubo que las interconecta. Ver figura 13.
Cabe recordar que en los plasmidios se
encuentran genes de resistencia a antibióticos y
de virulencia que pueden ser traspasados de
una bacteria a otra. Figura 12. Experimento de Lederberg que demostró
mecanismo de conjugación
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c) Transducción:
Corresponde al mecanismo mediante el cual un virus fago transfiere genes
bacterianos de una bacteria a otra, a través del proceso replicativo del virus.
Actividad 4: Usando la breve descripción anterior y lo aprendido sobre replicación
viral tras un ciclo lisogénico, sugiere un esquema que explique la transducción
bacteriana y dibújalo en tu cuaderno.
Las bacterias desempeñan muchas funciones importantes para otras formas
de vida
Las bacterias son capaces de colonizar hábitats tan diversos, en parte
porque son capaces de usar una amplia variedad de fuentes de alimento. Las
algas verdi-azules (que en realidad, son bacterias) participan en una fotosíntesis
parecida a la que realizan las plantas. Otras bacterias, las quimiosintéticas,
obtienen energía a través de reacciones que combinan el oxígeno con moléculas
inorgánicas como el azufre, el amoniaco o los nitritos. En este proceso, liberan en
la tierra sulfatos o nitratos, nutrientes esenciales para las plantas. Muchas
bacterias, llamadas anaerobias, no dependen del oxígeno para extraer la energía.
Algunas, como las bacterias que causan el tétanos, se envenenan con el oxígeno.
Otras son oportunistas, participando en la fermentación cuando falta oxígeno y
cambian a la respiración celular (proceso más eficiente) cuando hay oxígeno
disponible. Anaerobios como las bacterias de azufre obtienen energía de un tipo
exclusivo de fotosíntesis bacteriana. Usan el sulfuro de hidrógeno (H2S) en lugar del
agua (H20) para la fotosíntesis, y liberan azufre en lugar de oxígeno.
Algunas bacterias tienen la propiedad poco común de romper la celulosa,
componente principal de las paredes celulares de las lanzas. Algunas de éstas han
entrado en una relación simbiótica literalmente "vivir juntos") con un grupo de
mamíferos llamados rumiantes. Las bacterias viven en los tractos digestivos de los
rumiantes y ayudan a liberar los nutrientes de los forrajes vegetales que el animal
no puede separar por sí mismo. Las bacterias simbióticas también habitan los
intestinos de los seres humanos. Estas se alimentan de los alimentos no digeridos y
Figura 13. Proceso de sintetizan nutrimentos como las vitaminas K y B12, que absorbe el cuerpo.
conjugación Otra forma de simbiosis bacteriana de enorme importancia ecológica y
económica es el crecimiento de las bacterias que fijan nitrógeno en nódulos especializados de las raíces de algunas
plantas, como las legumbres. Estas bacterias captan el gas nitrógeno (N2, que la tanta no puede utilizar en forma
directa) del aire atrapado en el suelo y lo combinan con hidrógeno para producir amoniaco NH4+), un nutrimento
importante para las plantas. Las bacterias también son importantes en la producción de alimentos para seres
humanos, como el queso, el yoghurt y la salsa de soya. El envejecimiento de la carne lo suavizan empleando una
digestión bacteriana controlada.
Las bacterias en su mayor parte son heterotróficas, obtienen energía al desdoblar moléculas orgánicas
complejas (que contienen carbono), la cantidad de compuestos que son atacados por las bacterias es asombroso.
Casi cualquier cosa que los seres humanos puedan sintetizar -incluyendo a los detergentes y el benceno, solvente
venenoso- puede ser destruido por las bacterias. La expresión biodegradable (que significa "desdoblada por seres
vivientes") se refiere en general al trabajo de las bacterias. Aun el petróleo es biodegradable. Poco después de que
un barco petrolero vació 11 millones de galones de petróleo en el Brazo de Mar Príncipe William, en Alaska, los
investigadores de la Exxon rociaron las playas, bañadas en petróleo, con un fertilizante que favorece el crecimiento
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de las poblaciones naturales de las bacterias que consumen petróleo. Dentro de los 15 días siguientes, los
depósitos de petróleo se habían reducido de manera notoria en comparación con las zonas no rociadas.
El apetito de algunas bacterias por casi cualquier compuesto orgánico es la clave de su labor trascendental de
descomposición dentro de los ecosistemas. Mientras se alimentan a sí mismas, las bacterias descomponen
productos de desecho y cuerpos muertos de plantas y animales, liberando nutrimentos para usarse otra ver y
permitir así, su reciclado, lo cual da la base para la continuación de la vida en la Tierra.
3. El Sistema Inmune
La comprensión de la organización y funcionamiento del sistema inmune ha sido el producto de muchos
años de investigación científica (texto complementario de referencia)
El concepto de enfermedad imperante durante los siglos XVII y XVIII establecía que los hombres y animales nacían trayendo
consigo las semillas u óvulos de las diferentes enfermedades. Cada una de estas semillas podría luego ser fecundada y producir la
enfermedad. Ya que estas semillas serían únicas, una vez que una determinada enfermedad se presentara ésta no volvería a aparecer.
Con esto entonces, se daba una explicación plausible a la inmunidad adquirida. Sería a partir de 1870 y gracias al trabajo de Louis
Pasteur, Robert Koch y otros destacados científicos que se logró la identificación de los agentes infecciosos y la elucidación de sus
mecanismos de acción.
Los nuevos conceptos de patogénesis de las enfermedades y en especial la
demostración de Pasteur de que la inmunidad adquirida contra la tóxina del cólera podría ser
inducida inmunizando con cepas atenuadas de los patógenos dieron un gran impulso al avance
de la Inmunología. En 1880, Louis Pasteur en colaboración con Emile Roux descubrieron
variaciones en la patogenicidad de diferentes cepas de un determinado microorganismo y
algunas de estas cepas producían enfermedades menos severas que otras. Estos
investigadores diseñaron técnicas para la atenuación de cultivos de bacterias virulentas que
producen la enfermedad del cólera en aves, encontrando que pollos que se han recuperado de
un ataque de cólera inducido por una cepa atenuada eran protegidos de una nueva infección
con cepas más letales. Este trabajo, que estuvo basado sobre las investigaciones de Edward
Jenner sobre la vacunación contra la viruela, abrió un nuevo campo de investigación sobre la
inmunización preventiva. Posteriormente, Pasteur realizaría similares trabajos investigando el Fig. 14. Louis Pasteur (1822 – 1895)
antrax, la rabia y otras enfermedades infecciosas.
En 1888 Emile Roux y Alexandre Yersin demostraron que una toxina soluble podía ser aislada desde los sobrenadantes de
cultivos del microorganismo de la difteria. Ellos encontraron que la toxina por sí sola producía en animales experimentales los mismos
síntomas que la enfermedad, lo que significaba que en algunos casos no era el microorganismo en sí sino que una exotoxina producida
por el patógeno la responsable de la difteria. Dos años después, von Behring y Kitasato observaron que animales inmunizados con
toxinas del tétano y de la difteria producían algo en su sangre capaz de neutralizar y destruir la toxina previniendo la enfermedad. Estos
científicos utilizaron suero de estos animales inmunizados en niños infectados logrando una significativa mejoría y cura, especialmente
cuando el suero era utilizado en etapas tempranas de la enfermedad. La substancia capaz de combatir a la toxina fue llamada antikörper
(anticuerpo) y el material responsable de generar estos anticuerpos se conocieron como antígenos. Los hallazgos de von Behring
abrieron un nuevo campo de investigación para el tratamiento de nuevas enfermedades conocido como seroterapia y von Behring
recibió el Premio Nobel de Medicina en 1901.
Con la demostración de que la inmunidad puede ser transferida pasivamente a través del suero quedó claro que los
anticuerpos correspondían a sustancias que debían formarse en el cuerpo de la persona inmunizada. Una de las teorías que surgieron
proponía que el antígeno llevaba la información necesaria para reaccionar específicamente con una molécula de anticuerpo. Sin
embargo, esta hipótesis fue rápidamente descartada al observar que se producía una mayor cantidad de anticuerpos que la cantidad de
antígeno inyectada. Paul Ehrlich propuso en 1897 que los anticuerpos eran macromoléculas que se complementaban con la estructura
de los antígenos en una forma específica y que funcionaban como receptores en la superficie de las células. Ehrlich postuló que estos
receptores serían seleccionados para un antígeno específico conduciendo a su pérdida lo que estimularía la sobreproducción
compensatoria de receptores que aparecerían en la sangre como anticuerpos circulantes. Por esta teoría, la que influyó por décadas el
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estudio de la Inmunología, y por sus importantes trabajos en el tratamiento químico de enfermedades como la tripanosomiasis y la sífilis,
Paul Ehrlich recibió el Premio Nobel de Medicina en 1908.
Una nueva e interesante observación en el campo de la Inmunología fue realizada por Jules Bordet en 1899. Bordet encontró
que anticuerpos específicos para eritrocitos en conjunto con otro factor del suero no específico llamado complemento podían causar la
destrucción de los eritrocitos (hemólisis). Además, él encontró que los componentes de esta reacción podían ser precisamente
cuantificados (titulación) con lo cual se abrió una nueva aproximación en el diagnóstico de las enfermedades. Desde ese momento la
sangre de un paciente podía ser examinada para la presencia de ciertos anticuerpos con lo cual ahora una determinada enfermedad
podía ser seguida serológicamente. Bordet recibió el Premio Nobel de Medicina en 1919. Estos hallazgos fueron utilizados por August
von Wassermann y sus colegas para crear un test de diagnóstico contra la sífilis basado en reacciones de antígeno y anticuerpo. Las
anteriores observaciones sobre anticuerpos dirigidos contra eritrocitos capaces de producir aglutinación y hemólisis llevaron a Karl
Landsteiner a proponer que los seres humanos podían ser divididos en varios grupos dependiendo de la presenciade aglutininas
específicas para los eritrocitos de otros humanos. Esta clasificación sería la base para el actual sistema ABO de grupos sanguíneos.
Los historiadores de las ciencias reconocen que las eras en las que mayor avance se
ha logrado en un determinado campo del conocimiento corresponden a aquellas épocas en las
cuales se ha generado una disputa entre dos escuelas de pensamiento. En los primeros años
de la Inmunología esto ocurrió entre los que defendían la teoría celular de la inmunidad y
aquellos que proponían que toda la inmunidad estaba basada en la acción de los elementos
humorales (anticuerpos). El máximo defensor de la teoría humoral fue Paul Ehrlich mientras
que la teoría celular fue propuesta por el ruso Ilya Metchnikoff. Metchnikoff fue el primero en
postular que los leucocitos podían cumplir un importante papel en la defensa del cuerpo contra
las enfermedades infecciosas en virtud de sus capacidades fagocíticas. Metchnikoff se graduó
de Biólogo y en 1865 descubrió la digestión intracelular en invertebrados hecho que
posteriormente influiría notablemente en sus observaciones en el campo de la Inmunología.
Durante su trabajo en embriología comparada, Metchnikoff observó que dentro de las larvas de
estrella de mar existían células móviles las cuales propuso podrían de alguna manera participar
en la defensa del cuerpo. Para comprobar su idea, Metchnikoff introdujo en las larvas una
pequeña espina proveniente del árbol de Navidad que él había preparado para su hijo. Al día
siguiente, observó que la espina estaba rodeada por células móviles. Como ya era conocido Fig. 15. Paul Ehrlich (1854 – 1915)
que cuando en animales que poseen un sistema vascular ocurre una inflamación se produce
una movilización de leucocitos dentro de los vasos sanguíneos, Metchnikoff postuló que los leucocitos podían ingerir y digerir bacterias
infecciosas tal y como él había observado durante sus estudios iniciales de digestión intracelular en invertebrados. Como una prueba
adicional a su teoría, Metchnikoff describió que las esporas de hongos presentes en pequeños crustáceos eran atacadas por los
fagocitos del crustáceo. Sin embargo, sus teorías encontraron una fuerte oposición entre los patólogos los que consideraban que los
macrófagos que acompañaban la inflamación provocaban un daño mayor y no tenían un efecto protector. De hecho, en ese tiempo se
postulaba que las células fagocíticas si bien podían ingerir a los patógenos éstos no eran destruidos sino que al contrario eran
transportados por todo el cuerpo siendo la causa de la diseminación de la enfermedad. A pesar de esta oposición Metchnikoff continuó
con sus experimentos y demostró que un exudado peritoneal rico en macrófagos activados era capaz de proteger a otro huésped frente
a la inyección peritoneal de una dosis letal de diferentes bacterias patógenas. Este experimento correspondería al primer uso de lo que
en la actualidad se conoce como inmunoterapia no-específica. En 1908 y como un intento por conciliar las posturas celular y humoral de
la inmunidad se les otorgó a Paul Ehrlich y a Elie Metchnikoff el Premio Nobel de Medicina. Posteriormente, quedaría claro que estas
dos teorías son los componentes fundamentales de la respuesta inmune.
Actividad 5:
Las siguientes afirmaciones intentan registrar si lograste una lectura comprensiva del texto acerca de los
comienzos de la inmunología. Márcalas si crees que son correctas. Procura hacerlo sin releer el texto.
a) _____ Inmunización preventiva es una reacción normal frente a los antígenos de enfermedades
b) _____ El contacto con un antígeno estimula la formación de anticuerpos
c) _____ Un antígeno puede ser una partícula de polvo
d) _____ La respuesta inmune ocurre mediante anticuerpos y no en base a los glóbulos blancos
e) _____ Los anticuerpos son células especializadas en la defensa del organismo
f) _____ Todos los anticuerpos poseen funciones relativas a la defensa inmune
g) _____ La inmunología es una ciencia que ha requerido el trabajo complementario de muchos científicos
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El respuesta inmune es un sistema de defensa interno
Los animales tienen mecanismos de defensa interna que los protegen contra organismos causantes de enfermedad que
ingresan en el cuerpo en aire, alimento y agua y a través de lesiones en la piel. Entre los microorganismos que causan enfermedades
(denominados patógenos) se incluyen virus, bacterias, hongos y protozoarios. La defensa interna depende de la capacidad de un
organismo de distinguir entre lo propio y lo ajeno. Tal reconocimiento es posible porque los organismos son bioquímicamente únicos.
Las células tienen proteínas de superficie que difieren de las propias de las células de otra especie o incluso de las de otros miembros
de la misma especie. Un animal reconoce sus propias células e identifica como ajenas las de otros animales.
Los agentes patógenos producen macromoléculas que el cuerpo reconoce como ajenas (o extrañas). Una sola bacteria puede
tener de 10 a más de 1000 macromoléculas distintas en su superficie. También es posible que los patógenos secreten macromoléculas,
algunas de las cuales son tóxicas para la mayor parte de los organismos. Cuando un patógeno invade a un animal, sus macromoléculas
características estimulan los mecanismos de defensa del animal.
El término inmune proviene de una palabra latina que significa “seguro” o “a salvo”. La inmunología, que es el estudio de los
mecanismos de defensa interna, es uno de los campos de investigación biomédica en más rápido cambio y más fascinantes de la
actualidad. Una reacción inmunitaria o inmunorreacción implica el reconocimiento de macromoléculas extrañas y una reacción (o
respuesta) encaminada a eliminarlas. Las inmunorreacciones dependen de la comunicación entre células, o señalización celular. Como
se estudió en capítulos previos, un aspecto importante de la señalización celular es la transducción de señales, o sea la conversión de
una señal extracelular en una serie de procesos intracelulares.
Los dos tipos principales de inmunorreacciones son las inespecíficas y las específicas. Los mecanismos de defensa
inespecíficos, también llamados inmunorreacciones innatas, dan protección general contra los patógenos. Estos mecanismos impiden la
entrada de la mayor parte de los agentes patógenos al organismo, y rápidamente destruyen los que llegan a superar las defensas
externas. Por ejemplo, la cutícula o la piel constituyen una barrera contra los patógenos que entran en contacto con el cuerpo del animal.
La fagocitosis de bacterias invasoras es otro ejemplo de mecanismo de defensa inespecífico. Las inmunorreacciones innatas suelen ser
activadas por las propiedades químicas del agente extraño.
Los mecanismos de defensa específicos están destinados de manera exclusiva a combatir macromoléculas específicas
propias de cada agente patógeno. Las inmunorreacciones específicas también se denominan inmunorreacciones adquiridas o
adaptativas. Las inmunorreacciones (o inmunorrespuestas) específicas están dirigidas hacia el tipo específico de sustancia extraña o
agente patógeno que ha penetrado en el cuerpo del animal. Cualquier molécula que pueda se: reconocida de manera específica como
extraña por células del sistema inmunitario se denomina antígeno. Muchas macromoléculas, incluídas proteínas, ARN, ADN y algunos
carbohidratos, son antígenos. Un mecanismo de defensa específico importante es la producción de anticuerpos, proteínas altamente
específicas que reconocen antígeno; específicos y se unen a ellos. En los animales complejos, en los mecanismos de defensa
específicos participa la memoria inmunitaria, que es la capacidad de reaccionar de manera más eficaz la segunda ocasión que
moléculas extrañas dadas invaden el cuerpo.
A veces el sistema inmunitario funciona incorrectamente y ataca los tejidos corporales como si éstos fueran patógenos. Otras
veces el cuerpo es superado por los patógenos. El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), que causa el SIDA, infecta linfocitos T,
componentes importantes del sistema inmunitario.
Los mecanismos de defensa interna son distintos entre invertebrados y vertebrados
Todas las especies de invertebrados que se han estudiado tienen la capacidad de distinguir entre lo propio y lo ajeno. Los
invertebrados montan reacciones de defensa (inmunorreacciones o inmunorrespuestas) inespecíficas como fagocitosis y reacción
inflamatoria. La mayor parte de ellos también son capaces de alguna especificidad en sus inmunorreacciones.
Las células de la esponja de mar poseen glucoproteínas específicas en sus superficies que les permiten distinguir entre lo
propio y lo ajeno (o extraño). Cuando se mezclan células de dos especies distintas de esponjas, se reagrupan en la especie respectiva.
Cuando esas dos especies son forzadas a vivir en contacto mutuo, en la región de contacto se destruye el tejido. Los cnidarios también
rechazan tejido injertado y destruyen tejidos ajenos.
Los invertebrados con celoma tienen fagocitos ameboides que engullen y destruyen bacterias y demás materia extraña.
Muchos invertebrados celomados también tienen sustancias en la hemolinfa que matan bacterias, desactivan las células de algunos
patógenos y causan la aglutinación de algunas células ajenas. En los moluscos, estas sustancias de la hemolinfa favorecen la
fagocitosis por los fagocitos.
Determinados cnidarios (como los corales) y artrópodos (como los insectos) poseen mecanismos inmunitarios específicos y
memoria inmunitaria. En ellos y en algunos equinodermos y cordados simples, parece ser que el organismo recuerda antígenos por un
lapso breve y puede reaccionar de manera más eficaz en un segundo encuentro con los mismos patógenos. Equinodermos y tunicados
son los animales más simples conocidos que tienen leucocitos diferenciados que realizan funciones inmunitarias limitadas.
Como los invertebrados, los vertebrados se protegen contra los patógenos mediante mecanismos de defensa inespecíficos y
específicos. En los vertebrados son posibles inmunorreacciones específicas más complejas porque poseen un sistema linfático
especializado. Sólo los vertebrados tienen linfocitos, glóbulos blancos especializados en realizar inmunorreacciones.
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Actividad 6: Elabora una tabla de doble entrada con las variables: “Invertebrado/vertebrado” y “Respuesta específica/inespecífica”.
De esta manera, el sistema inmune es un notable mecanismo de defensa, cuya forma más avanzada se encuentra en los
vertebrados superiores. Provee al organismo de mecanismos para montar respuestas rápidas, altamente específicas y protectoras
contra un millar de microbios potencialmente patogénicos que abundan en el medio ambiente. Su importancia se puede apreciar en los
trágicos casos de inmunodeficiencia tanto genética como adquirida por virus VIH. La función fisiológica del sistema inmune es la defensa
contra los microbios. Sin embargo, también las sustancias extrañas al organismo que no son infecciosas pueden desencadenar una
respuesta inmune. Por esto se define la inmunidad como la reacción contra las sustancias ajenas al organismo, incluyendo microbios y
macromoléculas tales como proteínas y polisacáridos.
El concepto de inmunidad puede venir de tiempos muy remotos, como lo sugiere la costumbre china de hacer a los niños
resistentes al smallpox mediante la inhalación de polvo obtenido de las lesiones de la piel de los enfermos durante su etapa de
recuperación.
Se puede manipular la función del sistema inmune bajo condiciones controladas, tal como ocurre en la vacunación. Como se
menciona más arriba, el primer ejemplo de este tipo de manipulación fue la vacunación exitosa realizada por Edward Jenner, un médico
inglés, contra la viruela. A Jenner le llamó la atención que los lactantes que se recuperaban de la enfermedad nunca la desarrollaban de
nuevo. En base a esto, inyectó material extraído de una pústula en el brazo de una niño de 8 años. Cuando este niño fue después
inoculado intencionalmente con el agente de la viruela no se desarrolló la enfermedad. Este método introducido el año 1798 permanece
hasta ahora como la forma más efectiva de prevenir las infecciones.
Para dimensionar el efecto que ha tenido la comprensión del sistema inmune y su manipulación mediante la vacunación
masiva, puede revisarse la siguiente tabla, que muestra la efectividad de la vacunación para algunas enfermedades infecciosas
corrientes.
Figura 16. Estadísticas anuales para algunas de las enfermedades infecciosas más comunes en Chile. Para todos los casos, la
columna con cifras de 1992 implican el desarrollo y aplicación de vacunas específicas para cada enfemedad
Existen componentes de la inmunidad que son innatos e inespecíficos
La inmunidad innata o innespecífica incluye aquellos mecanismos que posee el organismo para combatir a los microbios antes
de que ocurra una infección. Corresponde a la primera línea de defensa contra los agentes patógenos. Entre sus principales
componentes se encuentran las barreras físicas y químicas, células fagocíticas y proteínas plasmáticas.
La piel constituye una gruesa barrera física que impide o dificulta el ingreso de los patógenos. Además, su permanente
renovación permite la eliminación de aquellos microoganismos que se encuentren en su superficie. Es muy poco probable que las
bacterias ingresen por la piel si esta está intacta. En cambio, cuando se rompe por algún corte o quemadura, sirve de canal expedito
para las infecciones. Junto con ser una barrera física, impuesta principalmente por la queratina, la piel posee mecanismos químicos de
defensa: el sudor y el sebo. Mientras el sudor aporta lisozima, enzima que degrada las paredes celulares de las bacterias, el sebo
acidifica la superficie de la piel, lo que también inhibe el crecimiento bacteriano. La lisozima también está presente en las lágrimas y la
saliva.
11
Los microorganismos que ingresan en el cuerpo con el alimento suelen ser destruidos por las secreciones ácidas y enzimas
del estómago. Los patógenos que entran en el cuerpo con el aire inhalado suelen ser filtrados por los pelos de la nariz o atrapados por el
revestimiento mucoso adhesivo de las vías respiratorias, donde por lo común destruidos por fagocitos. Ver figura 17.
Los fagocitos son,
precisamente, la segunda línea
defensiva. Corresponden a glóbulos
blancos, ya sea macrófagos o
neutrófilos. Los macrófagos derivan de
un precursor presente en la sangre,
que aún no ha terminado su
diferenciación, el monocito. Cuando el
monocito abandona la sangre y pasa a
ciertos tejidos, completa su
Figura 17. Macrófagos atrapando y fagocitando bacterias diferenciación y origina a los
macrófagos. Cada macrófago puede llegar a fagocitar cerca de 100 bacterias en su vida. Un neutrófilo, en cambio, alcanza solo 20
bacterias. En ambos casos, la fagocitosis es inespecífica, vale decir, se produce frente a cualquier partícula extraña, sea un
microorganismo o no. Todos los animales poseen – al menos – un mecanismo defensivo de este tipo, que se considera la forma más
antigua de inmunidad.
Las células del sistema inmunitario secretan una notable cantidad de proteínas reguladoras llama citocinas, que cumplen la
importante función de constituir señales para las células durante las inmunorreacciones. Al igual que las hormonas, las citocinas actúan
en las células que las producen, regulan la actividad de células vecinas, y en algunos casos modifican las acciones de éstas. Algunos
tipos de citocinas son: interferones, interleucinas y factores de necrosis tumoral.
Cuando virus u otros parásitos intracelulares infectan células, éstas reaccionan secretando citocinas llamadas interferones. Los
interferones tipo I son producidos por macrófagos o por fibroblastos de tejidos conectivos. Los interferones tipo I inhiben la multiplicación
viral y también activan las llamadas células citolíticas naturales con acciones antivirales. Las partículas vírales producidas en células
expuestas a interferones tipo I no son muy eficaces para infectar más células. Otro grupo, los interferones tipo II, producidos por una
parte del sistema de inmunidad
específica, incrementan las actividades de
otras células inmunitarias. Los miembros
de este grupo pueden estimular
macrófagos para que destruyan células
tumorales y células que han sido
infectadas por virus.
Finalmente, existen las
proteínas del complemento.
El complemento, así llamado
porque complementa la acción de otros
mecanismos de defensa, consiste en más
de 20 proteínas presentes en el plasma y
otros líquidos corporales. En condiciones
normales, las proteínas del complemento
son inactivas hasta que el cuerpo se
expone a un antígeno. Determinados
patógenos activan de manera directa el
sistema del complemento. En otros casos,
cuando antígeno y anticuerpo se
combinan estimulan la activación. La
activación del complemento consiste en
una cascada de reacciones donde cada
componente actúa sobre el siguiente de la
serie. Las proteínas de este sistema
actúan entonces para destruir los
patógenos.
Las proteínas del complemento
pueden ser activadas contra cualquier
antígeno, y su acción es inespecífica. Una
vez activadas emprenden cuatro acciones
principales: (1) algunas lisan la pared Figura 18. Componentes de la inmunidad innata
celular del patógeno; (2) otras recubren a
12
los patógenos, haciéndolos menos "resbalosos" para que los fagocitos (macrófagos y neutrófilos) puedan fagocitarlos con mayor
facilidad, un proceso llamado opsonización; (3) otras más atraen linfocitos al sitio de la infección; (4) aun hay las que incrementan la
inflamación estimulando la liberación de histamina y otros compuestos que dilatan los vasos sanguíneos e incrementan la permeabilidad
de los capilares.
Los mecanismos de defensa específicos o adaptativos incluyen inmunidad mediada por anticuerpos y por
células
Mientras los mecanismos de defensa inespecíficos destruyen patógenos e impiden que la infección se disperse, el organismo
moviliza una gran gama de mecanismos de defensa específicos. Este tipo de inmunidad es el más evolucionado de todos los
mecanismos de defensa. Es estimulada por la exposición a
agentes infecciosos y va aumentando en magnitud y
capacidad defensiva con cada exposición sucesiva a un
microbio particular.
Se requieren varios días para activar
inmunorreacciones específicas, pero, una vez montadas,
son extremadamente eficaces. Dos tipos principales de
inmunidad específica son la mediada por anticuerpos y la
mediada por células.
En el caso de la inmunidad específica mediada
por células participan fagocitos y linfocitos. Se trata de los
mismos fagocitos de la inmunidad inespecífica, pero
cumpliendo un rol de colaboración con los linfocitos.
Los linfocitos son células que se desarrollan y
maduran en órganos linfáticos primarios, incluyendo médula
ósea y timo. Los órganos linfáticos secundarios, donde
residen grandes cantidades de linfocitos, son bazo, ganglios
linfáticos y otros tejidos linfáticos estratégicamente ubicados
en todo el cuerpo. Ver figura 19.
Los linfocitos se clasifican en tres grupos:
linfocitos citolíticos, linfocitos T, que pueden ser de
ayuda (auxiliares o Th por “helpers”) o citotóxicos (asesinos
o Tk por “killers”) y linfocitos B, que son los que originan
anticuerpos. El esquema de la figura 20 resume la
formación de todas las células involucradas en la inmunidad
específica, ya sea por anticuerpos o por células
propiamente tal.
En la inmunidad mediada por anticuerpos o
Figura 19. Principales órganos linfáticos inmunidad humoral, los linfocitos B maduran para
convertirse en células plasmáticas que producen
anticuerpos específicos. La activación de los linfocitos B es un proceso complejo que requiere la participación de los llamados linfocitos
T de ayuda. En la inmunidad mediada por células o inmunidad celular, linfocitos citolíticos atacan células corporales infectadas por
patógenos invasores o alteradas por mutación (células cancerosas).
Si bien los linfocitos T y B tienen diferentes funciones y ciclos vitales, son similares en aspecto cuando se examinan al
microscopio, mediante técnicas más complejas como la microscopia de fluorescencia se ha demostrado que los T y B pueden
diferenciarse por sus proteínas de superficie celular específicas. También tienden a localizarse en regiones distintas de bazo, ganglios y
otros tejidos linfáticos.
Células de la inmunidad específica: Macrófagos
Más arriba se dijo que además de su rol preponderante en la inmunidad innata, los fagocitos tienen un rol activo en la
inmunidad específica, colaborando con los linfocitos. Cuando un macrófago engulle una bacteria, la mayor parte de los antígenos
bacterianos son degradados por enzimas lisosómicas. Algunos fragmentos de esos antígenos se unen a ciertas proteínas receptoras
llamadas de histocompatibilidad (MHC) y son exhibidos en la superficie del macrófago. Por este motivo, al macrófago se le considera
una célula “presentadora de antígeno” que exhibe antígenos bacterianos así como sus propias proteínas de superficie. El complejo
“antígeno-molécula de histocompatibilidad” activa a linfocitos Th, los que, a su vez, activan a los linfocitos B. Ver figura 21.
13
Figura 20. Formación de las células involucradas en la inmunidad específica
Cabe señalar que un antígeno no solo puede ser una molécula específica de la superficie bacteriana. También puede tratarse
de una toxina, un virus o incluso sustancias inorgánicas como una partícula de polvo o de metal. En síntesis cualquier sustancia extraña
para el organismo.
Los macrófagos secretan unos 100 compuestos diferentes, incluyendo interferones y enzimas que destruyen bacterias.
Cuando son estimulados por bacterias, los macrófagos secretan interleucinas, que activan linfocitos B y linfocitos T h. Las interleucinas
también promueven una respuesta general a la lesión, causando fiebre y activando otros mecanismos que defienden el cuerpo contra la
invasión.
Células de la inmunidad específica: Linfocitos citolíticos
Los linfocitos citolíticos (también llamados células NK) se originan en la médula ósea y destruyen las células blanco mediante
la liberación de citocinas (como los interferones), así como enzimas digestivas llamadas perforinas y granzimas. Junto con este
mecanismo inespecífico, pueden desarrollar mecanismos específicos mediados por anticuerpos.
La actividad de los linfocitos citolíticos es estimulada por varias citocinas, incluyendo interferón gamma. Cuando las
concentraciones de estas células son altas, la resistencia a determinadas formas de cáncer aumenta. Se piensa que algunos
estresantes reducen la actividad de linfocitos citolíticos y, por tanto, favorecen el crecimiento tumoral.
14
Células de la inmunidad específica: Linfocitos T
Los linfocitos T se originan de células
madre en la médula ósea. En su camino hacia los
tejidos linfáticos, los futuros linfocitos T se detienen
en el timo para su procesamiento. (La letra T indica
que estas células derivan del timo). Esta glándula
hace a los linfocitos inmunocompetentes, o sea,
capaces de montar una respuesta inmune. A
medida que dichas células avanzan en el timo, se
dividen muchas veces y desarrollan proteínas de
superficie específicas con sitios receptores
característicos. Sólo los linfocitos T que poseen
receptores específicos son seleccionados para
dividirse.
Si bien los linfocitos Tk actúan en forma
inespecífica, destruyendo en forma directa las
células infectadas por virus, las bacterias y las
células cancerosas o provenientes de injertos, los
linfocitos Th son parte de la respuesta específica
que promueve la liberación de anticuerpos por
parte de los linfocitos B. Ver figura 21.
Células de la inmunidad específica: Linfocitos B
Diariamente se producen en la médula
ósea millones de linfocitos B. Estos maduran en el
hígado fetal y en la médula ósea adulta (el nombre
de linfocito B proviene de este hecho, ya que “bone
marrow” significa médula ósea). Cada linfocito B
está programado genéticamente para codificar un
receptor de glucoproteína que se une a un tipo
específico de antígeno. Cuando un linfocito B entra
en contacto con el antígeno que se une a sus
receptores, se divide con rapidez para formar
muchas células idénticas, lo que se denomina una
“clona” de linfocitos B. Estos linfocitos B se
diferencian en células plasmáticas, que producen y Figura 21. Estimulación de un linfocito B mediante presentación de antígeno desde
secretan anticuerpos, una forma soluble de la un fagocito, mediado por un linfocito Th.. El mecanismo se puede resumir de la siguiente
molécula receptora. Una célula plasmática puede manera: El patógeno (que porta antígenos) invade el cuerpo la APC fagocita el patógeno
producir la sorprendente cantidad de más de 10 se exhibe el complejo “antígeno extraño-MHC” en la superficie de Ia APC el linfocito
millones de moléculas de anticuerpo por hora. El Th se une al complejo “antígeno extraño-MHC” el linfocito Th activado interactúa con un
anticuerpo se une al antígeno que originalmente linfocito B que exhibe el mismo complejo el linfocito B es activado se produce una
activó los linfocitos B. clona de linfocitos B linfocitos B se diferencian células plasmáticas secretan
Algunos linfocitos B activados no se anticuerpos los anticuerpos forman complejos con el patógeno los complejos de
transforman en células plasmáticas, sino en anticuerpo activan procesos que llevan a la destrucción del patógeno
linfocitos B de memoria, que continúan produ-
ciendo pequeñas cantidades de anticuerpo después de que se ha superado una infección.
De esta forma, los linfocitos T y B son activados de distinta manera y aunque tienen distintas funciones, consiguen el mismo
efecto final: deshacerse de células dañadas y microorganismos patógenos. Ver figura 22.
Los anticuerpos son complejos proteicos específicos que poseen variados mecanismos de acción
Una molécula de anticuerpo cumple dos funciones principales: se combina con antígeno y activa procesos que lo destruyen,
por ejemplo, la fagocitosis. El anticuerpo no destruye al antígeno directamente; más bien, lo etiqueta para su destrucción. La parte de un
anticuerpo que se une a un antígeno es la porción Fab. La que interactúa con células del sistema inmunitario es su porción Fc. Muchas
de estas células tienen receptores para Fc.
15
Figura 22. Resumen del mecanismo de acción de tres tipos de linfocitos:
Los linfocitos B reconocen antígenos solubles y se transforman en células secretoras de anticuerpos (células plasmáticas)
Los linfocitos T de ayuda (Th) reconocen antígenos sólo cuando les son presentados en la superficie de otras células que han fagocitado previamente
bacterias. Al reconocer al antígeno se activan y producen citocinas que estimulan diversos mecanismos de inmunidad e inflamación: activan a las
células B y a los macrófagos para que eliminen los microbios que han fagocitado.
Los linfocitos T citotóxicos (Tk) reconocen antígenos que son presentados por células infectadas por virus y lisan a estas células infectadas.
Los linfocitos exterminadores naturales (no esquematizados) participan en la inmunidad innata eliminando células infectadas.
En todos estos casos es crucial el reconocimiento del antígeno por el receptor de la célula T. Los anticuerpos también son específicos en su
reconociemiento de los antígenos solubles.
¿Cómo es que los anticuerpos, también llamados inmunoglobulinas o Ig, "reconocen" antígenos? En un antígeno consistente
en una proteína, secuencias específicas de aminoácidos constituyen un determinante antigénico (figura 23). Estos aminoácidos dan a
parte de la molécula de antígeno una forma específica que puede ser reconocida por un anticuerpo o receptor de linfocito T. Por lo
común, un antígeno tiene muchos determinantes antigénicos distintos en su superficie, y algunos tienen cientos. Tales determinantes
antigénicos suelen diferir entre sí, de modo que varios tipos distintos de anticuerpos pueden combinarse con un solo antígeno.
Un anticuerpo típico es una molécula en forma de Y, donde los dos brazos de laY (la porción Fab) se unen con el antígeno.
Esta forma permite al anticuerpo combinarse con dos moléculas de antígeno y hace posible la formación de complejos antígeno-anti-
cuerpo. Mientras los brazos se unen a antígeno, la cola de la Y (la porción Fc) interactúa con células del sistema inmunitario, como
fagocitos, o se une a moléculas del sistema del complemento.
La porción del anticuerpo que es específica para cada antígeno es la parte terminal de la porción Fab. El resto de la estructura
del anticuerpo, especialmente la porción Fc es mas bien constante.
Tal como una unión enzimática, el contacto entre el extremo de la porción Fab y el determinante antigénico es muy específica.
Cuando se unen, tal como ocurre con una llave y su cerradura, los bordes complementarios se estrechan aún más, generando un
vínculo muy estrecho.
16
Los anticuerpos etiquetan un patógeno como ajeno combinándose con un antígeno de su superficie. Por lo general, varios
anticuerpos se combinan con varios de tales antígenos y crean una masa de complejos antígeno-anticuerpo agregados. La combinación
de antígeno y anticuerpo activa varios mecanismos de defensa:
El complejo antígeno-
anticuerpo puede
desactivar el patógeno o
su toxina. Por ejemplo,
cuando un anticuerpo se
une a la superficie de un
virus, éste pierde su
capacidad de unirse a
una célula huésped.
El complejo antígeno-
anticuerpo estimula las
células fagocíticas a
ingerir el patógeno.
Cierto grupo de
anticuerpos (IgG e IgM)
trabajan principalmente a
través del sistema del
complemento. Cuando
los anticuerpos se
combinan con un
antígeno específico en la
superficie de un
patógeno, proteínas del
complemento destruyen
los patógenos. Los
anticuerpos IgG tienen
una parte Fc de la
molécula que se une a
receptores de Fc, que se
expresan en casi todas
las células inmunitarias.
Cuando la parte Fc de
una molécula de
anticuerpo que se ha
unido a un patógeno se Figura 23. Estructura de un anticuerpo (arriba) y variedad de mecanismos de acción
enlaza a receptores de Fc en un fagocito, el patógeno puede ser destruido con mas facilidad. Ver figura 23.
Actividad 7. Observa e
interpreta el siguiente esquema
en que se indica el efecto que
tienen los anticuerpos sobre los
fagocitos y la fagocitosis.
17
La respuesta inmune es el proceso que integra a todos los mecanismos de inmunidad
Hasta aquí hemos explicado los mecanismos específicos que desarrollan las células del sistema inmune para defendernos de
los microbios. Sin embargo, la respuesta inmune es un fenómeno mucho más amplio y que involucra especialmente a los órganos
linfáticos secundarios. Recordemos que los órganos linfáticos primarios (médula ósea y timo), se denominan así por ser generadores de
linfocitos (B y T respectivamente). Ver figura 19.
A pesar que el sistema inmunológico está
organizado en base a órganos bastante difusos, en el
sentido de ubicarse en varios lugares del cuerpo, los
vasos linfáticos sirven de conductos unificadores, que
complementan su función homeostática (en la
absorción y la regulación hídrica) con la
inmunológica. Básicamente, las vasos linfáticos
sirven de ruta para devolver a la sangre los líquidos
intersticiales. Estratégicamente colocados dentro de
este sistema de vasos, se encuentran los ganglios
linfáticos (figura 25), que son masas de tejido
esponjoso separadas en varios compartimentos. Los
ganglios linfáticos sirven de filtros, pues extraen de la
circulación microbios, partículas extrañas, restos
tisulares y células muertas. Están poblados por un
Figura 25. Estructura de un ganglio linfático. La linfa entra en los ganglios por gran número de linfocitos y macrófagos y es dentro
vasos linfáticos aferentes y después de drenar por el seno linfático periférico (“parte externa”), de los ganglios linfáticos que se producen las
abandona el ganglio por los vasos eferentes. Los linfocitos que se exponen a los antígenos interacciones principales entre las células de la
filtrados, proliferan y luego se desplazan por la linfa y circulan por la sangre para todo el cuerpo.
respuesta inmune, antes estudiadas.
Los ganglios linfáticos están distribuidos por todo
el cuerpo, pero se concentran especialmente en
determinadas áreas, como el cuello, axila e ingle. El bazo y
las amigdalas son también ricos en linfocitos y
macrófagos. Otros nódulos de tejido linfoide, situados
dentro de la pared intestinal, defienden el cuero contra los
billones de microorganismos que viven normalmente en el
tubo digestivo. De esta manera, y tal como lo muestra la
figura 26, cualquier antígeno que penetre al organismo a
través de una herida en las extremidades o en la cavidad
bucal, circulará por vasos linfáticos que convergerán
necesariamente en ganglios ubicados “al ingreso del
tronco”.
En la figura 27 se resumen los eventos de la
respuesta inmune que ocurren tras el contacto con el
antígeno. Tal como se señala, el efecto último es la
activación de los linfocitos B y T, para que actúen como
células efectoras en los tejidos afectados: células
plasmáticas y linfocitos Th y Tk activos. No obstante,
también se produce una gran cantidad de linfocitos de
memoria, los que serán responsables de respuesta
inmunes más efectivas, cuando se vuelva a tener contacto
con ese antígeno. Esto es especialmente válido para la
inmunidad frente a enfermedades. Por ejemplo, el hecho
que la varicela o peste cristal sólo se produzca una vez en
el vida, se debe a la presencia de linfocitos B y T de
memoria en la circulación, que conservaron información
específica del virus de la enfermedad en su primer
contacto, lo que imposibilita nuevas infecciones a pesar de
los “intentos” del virus.
Esta condición explica porque existen respuestas
inmunes primarias y secundarias. La primera exposición a Figura 26. Sitios de entrada y transporte de los antígenos a los
un antígeno estimula una reacción primaria. La inyección órganos linfáticos
18
Figura 27. Eventos de la inmunidad adquirida que ocurren en los ganglios linfáticos
19
de un antígeno en un animal hace que aparezcan anticuerpos específicos en el plasma sanguíneo en 3 a 14 días. Después de la
inyección del antígeno hay un breve periodo latente, durante el cual el antígeno es reconocido y los linfocitos apropiados comienzan a
formar clonas. Durante la fase logarítmica que sigue, la concentración de anticuerpo asciende con rapidez durante varios días hasta
alcanzar un máximo (figura 28). Por
último, hay una fase de declinación,
durante la que la concentración de
anticuerpo disminuye a un nivel muy
bajo.
Una segunda inyección del
mismo antígeno, incluso años des-
pués, evoca una reacción secundaria.
Puesto que incluso por años suelen
persistir células de memoria con
anticuerpos contra ese antígeno, la
respuesta secundaria es en general
mucho más rápida que la primaria,
con un periodo latente más corto. Se
requiere mucho menos antígeno para
estimular una respuesta secundaria
que una primaria y se producen más
anticuerpos. La afinidad de los
anticuerpos suele ser mucho mayor.
La capacidad del organismo
de montar una respuesta rápida y
eficaz durante el segundo encuentro
Figura 28. Diferencias entre la respuesta inmune primaria y secundaria
con un antígeno explica porqué no
solemos sufrir varias veces la misma
enfermedad infecciosa. Valga
nuevamente el ejemplo de la varicela.
¿Cómo es entonces que
una persona puede sufrir gripe o
resfrío (ambas producidas por virus)
más de una vez. Por desgracia, hay
muchas variedades de estas
enfermedades, cada una causada por
un virus con antígenos ligeramente
distintos. Por ejemplo, más de 100
virus distintos causan el resfriado
común, y continuamente surgen
nuevas variantes de virus de resfrío y
gripe por mutación (que para ellos es
un mecanismo de supervivencia), lo
que da por resultado cambios en sus
antígenos de superficie. Incluso un
pequeño cambio puede impedir el
reconocimiento por células de
memoria. Puesto que el sistema
inmunitario es muy específico, cada
antígeno diferente es tratado por el
cuerpo como un nuevo desafío
inmunitario.
Ahora bien, ¿de qué
manera se elaboran linfocitos que
respondan específicamente a la gran
gama de antígenos que ingresan Figura 29. Selección clonal
permanentemente al organismo? Hay varias pistas que lo explican. Los linfocitos B y T están compuestos por poblaciones de linfocitos
cuyos miembros se distinguen entre ellos porque cada uno expresa en su superficie un receptor distinto y específico para un antígeno
particular. Esto define el repertorio de alrededor de 109-1011 antígenos distintos que pueden ser reconocidos (lo que equivale a unas 150
20
veces la población de todo el planeta). El organismo humano generalmente contiene más de 100 mil millones de linfocitos B, cada uno
de los cuales secreta un anticuerpo diferente de los otros.
Tal como se explica en la figura 29, durante la respuesta inmune se activan y proliferan sólo aquellos linfocitos que poseen el
receptor para el antígeno agresor. Es lo que denomina la selección clonal. Según esta hipótesis, cada antígeno “selecciona” (en
realidad, se une arbitrariamente) a un clon, entre varias células provenientes del mismo linfocito precursor. La unión del linfocito con el
antígeno, como ya hemos visto, estimula su proliferación y diferenciación en células plasmáticas. Un principio similar se aplica a los
linfocitos T. Sólo se seleccionan los que reconocen al antígeno particular extraño al organismo.
Actividad 8. Observa e
interpreta el siguiente
esquema que resume los
sucesos de la respuesta
inmune adaptativa a
través del tiempo. Tu
tarea es rotular cada uno
de los elementos que
aquí aparecen.
Figura 30. Fases de la respuesta inmune
Es posible inducir inmunidad activa mediante inmunización
Se ha venido considerando la inmunidad activa, que se desarrolla después de la exposición a antígenos. Si tuviste varicela,
por ejemplo, desarrollaste inmunidad que te protege de volver a contraerla. La inmunidad activa puede ser inducida de manera natural o
artificial. Si alguien con varicela estornuda cerca tuyo y te contagia la enfermedad, desarrollas inmunidad activa naturalmente. La
inmunidad activa también puede inducirse artificialmente por inmunización; esto es, por exposición a una vacuna.
La vacunación eficaz depende de la posibilidad de estimular al organismo a montar una inmunorreacción contra los antígenos
contenidos en la vacuna. Se producen células de memoria, y en encuentros posteriores con el mismo patógeno las defensas actúan con
rapidez.
Existen varias maneras de elaborar vacunas eficaces. Un virus puede ser atenuado mediante pasos sucesivos por células de
huéspedes no humanos. En el proceso ocurren mutaciones que adaptan el patógeno al huésped no humano, de modo que ya no puede
causar enfermedad en personas. Es así como se producen la vacuna Sabin contra la poliomielitis y la vacuna contra el sarampión. Las
vacunas contra tos ferina y tifoidea se hacen con patógenos muertos que aún tienen los antígenos necesarios para estimular una
inmunorreacción. Las vacunas contra tétanos y botulismo se elaboran con toxinas secretadas por los patógenos respectivos. La toxina
es modificada de modo que ya no pueda destruir tejidos, pero sus determinantes antigénicos siguen intactos.
La mayor parte de las vacunas constan del patógeno completo, atenuado o muerto, o de una de sus proteínas. En la
actualidad, los investigadores analizan varios métodos para reducir los efectos colaterales potenciales. Por ejemplo, están creando
vacunas que consisten en péptidos sintéticos que son sólo una pequeña parte del antígeno. Otro método nuevo es el desarrollo de
vacunas de ADN, elaboradas con parte del material genético del patógeno que codifica antígenos. Cuando alguna de estas vacunas es
introducida en el cuerpo, el sistema inmunitario desarrolla activamente clonas, produce anticuerpos y genera células de memoria.
En la inmunidad pasiva, se administran a un individuo anticuerpos producidos activamente por otro organismo. Pueden
obtenerse de personas o animales suero o gamma globulina que contienen estos anticuerpos. Los sueros de animales son menos
21
deseables porque sus proteínas no humanas pueden por sí mismas actuar como antígenos y estimular una inmunorrespuesta que dé
por resultado un trastorno llamado enfermedad del suero. En la figura 31 se esquematizan ambos tipos de inmunidad.
La inmunidad
pasiva en el fondo es
"prestada", y sus efectos no
son duraderos. Se administra
para reforzar temporalmente
las defensas del cuerpo
contra una enfermedad
específica. Por ejemplo,
cuando a alguien se le
diagnostica hepatitis A (una
forma de hepatitis viral que
se propaga por alimento o
agua contaminados), puede
inyectarse a personas con
riesgo de infección gamma
globulina que contenga
Figura 31. Inmunidad activa y pasiva anticuerpos contra el virus de
la hepatitis. Sin embargo, tales inyecciones confieren protección por sólo unas cuantas semanas. Puesto que el organismo no montó
activamente una inmunorreacción, no tiene células de memoria y no puede producir anticuerpos contra el patógeno. Una vez que los
anticuerpos inyectados se degradan, la inmunidad desaparece.
Las mujeres embarazadas confieren inmunidad pasiva natural a sus bebés en desarrollo al producir anticuerpos para ellos.
Estos anticuerpos maternos, de la clase IgG, atraviesan la placenta (el órgano de intercambio entre madre y feto) y dan a feto y lactante
un sistema de defensa hasta que madura su propio sistema inmunitario. Los bebés alimentados al pecho continúan recibiendo
inmunoglobulinas de la leche, particularmente IgA.
Actividad 9: Comparación de
la inmunidad innata y
adquirida
A modo de resumen,
considera el siguiente esquema
(y todo el resto de la guía) y
completa el cuadro comparativo
entre la inmunidad innata y la
adquirida.
Criterio de comparación Inmunidad innata Inmunidad adquirida
Especificidad
Tiempo de respuesta
Células participantes
Proteínas plasmáticas asociadas
Desarrollo de memoria
Ubicación (órganos o tejidos involucrados)
22
Actividad 10: Completa el siguiente
cuadro, con ayuda del esquema
resumen de los tipos de inmunidad:
Tipo de inmunidad Momento en que Desarrollo de Duración de la
se desarrolla células de memoria inmunidad
Innata
Adaptativa Activa Natural
Artificial
Pasiva Natural
Artificial
Actividad 11. Preguntas para estudiar inmunología
1. ¿Puede decirse que la inmunidad innata es celular y la inmunidad adquirida se basa en sustancias químicas’
2. ¿Por qué se dice que la inmunidad específica es adaptativa?
3. ¿En qué caso un macrófago es parte de la inmunidad netamente innata?
4. ¿Cuál es la diferencia entre un anticuerpo y el complemento?
5. ¿Por qué una APC requiere fagocitar el antígeno antes de unirse a un linfocito Th?
6. Explica en qué caso es adecuado inducir inmunidad pasiva artificial
7. ¿Qué mecanismos de la respuesta inmune podrían realizarse si una persona, producto de una enfermedad, careciera de
macrófagos? ¿y si le faltaran los linfocitos Th?
8. ¿Por qué se dice que la respuesta inmune tiene memoria?
9. Identifica entre las siguientes alternativas aquella que se refiere al sistema inmune innato:
a) La vacunación provoca una respuesta inmune que deja memoria y por esto el sistema inmune responde más rápidamente y
más vigorosamente contra el agente de la vacuna
b) Los anticuerpos son específicos contra antígenos
c) Los linfocitos B y T actúan coordinadamente en su lucha contra agentes invasores
d) La actividad fagocítica de los macrófagos es importante en la lucha contra los microbios
10. Los siguientes argumentos son todos correctos. Indique cuál de ellos es más amplio que los demás:
a) Los linfocitos ponen en juego respuestas de tipo específica
b) La respuesta inmunológica más rápida se debe a la memoria inmunológica
c) El sistema inmune involucra barreras innatas a la entrada de microbios y respuestas dirigidas a eliminarlos mediante
elementos específicos
d) La diferenciación de los linfocitos B al activarse cuando detectan un antígeno lleva a la expresión de genes que codifican
anticuerpos
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