Anatomie und Physiologie

Immunsystem - Entwicklung des Immunsystems

Entwicklung des Immunsystems

Praktisch alle Organismen haben mindestens eine Verteidigungsform, die dazu beiträgt, krankheitsverursachende Organismen abzuwehren. Fortgeschrittene Wirbeltiere , eine Gruppe, zu der auch Menschen gehören, verteidigen sich gegen solche Mikroorganismen mithilfe einer komplexen Gruppe von Abwehrreaktionen, die zusammen als Immunsystem bezeichnet werden. Dieses Schutzsystem ist aus einfacheren Abwehrmechanismen hervorgegangen, aber die evolutionären Wendungen, die zu seiner Entwicklung geführt haben, sind nicht ganz klar. Um den Weg aufzudecken, den das Immunsystem von Wirbeltieren in seiner Entwicklung eingeschlagen hat, haben die Forscher die Abwehrreaktionen verschiedener lebender Organismen untersucht. Sie haben auch die Gene von Proteinen des Immunsystems untersuchtnach Hinweisen auf die genetischen Ursprünge der Immunität. Diese Ansätze und die Informationen, die sie geliefert haben, werden in den folgenden Abschnitten erörtert. Eine Diskussion über menschliche Immunerkrankungen finden Sie im Artikel Störung des Immunsystems .

Die Entwicklung der Immunität in großen Tiergruppen

Da das Immunsystem aus Zellen und Geweben besteht , die sich nicht zur Fossilisierung eignen, ist es unmöglich, die Entwicklung der Immunität anhand der paläontologischen Aufzeichnungen zu verfolgen. Da jedoch alle Tiere eine allgemeine Fähigkeit aufweisen, sich selbst zu erkennen und Fremdsubstanzen abzuwehren, ist es möglich, die Immunkapazität lebender Tiere zu untersuchen und anhand der relativen Positionen dieser Tiere im Evolutionsbaum eine vernünftige Evolutionsgeschichte zu extrapolieren des Immunsystems.

Immunkapazität unter Wirbellosen

Von dem niedersten Protozoen zu dem höheren Meer Tunikata , wirbellose Tiere haben mittels Komponenten von nonself Komponenten selbst zu unterscheiden. Schwämme aus einer Kolonie lehnen Gewebetransplantate aus einer anderen Kolonie ab, akzeptieren jedoch Transplantate aus ihrer eigenen. Wenn Gewebetransplantate sind bei Tieren höher der evolutionären Baum zwischen den einzelnen gemacht annelid Würmer oder Seesterne , zum Beispiel-das fremde Gewebe wird häufig eingedrungen durchphagozytische Zellen (Zellen, die Fremdmaterial verschlingen und zerstören) und Zellen, die Lymphozyten ähneln (weiße Blutkörperchen des Immunsystems), und es wird zerstört. Gewebe, die von einem Körperteil auf einen anderen übertragen wurden, haften und heilen leicht und bleiben gesund. Es scheint also, dass auf dieser Evolutionsstufe etwas vorhanden ist, das der zellulären Immunität ähnelt.

Insekten verschlingen und eliminieren fremde Eindringlinge durch den Prozess der Phagozytose („zelluläres Essen“). Sie haben Faktoren in ihren Kreislaufflüssigkeiten, die an fremde Zellen binden und eine Verklumpung oder Agglutination einer Reihe dieser Zellen verursachen können, ein Ereignis, das die Phagozytose erleichtert . Insekten scheinen auch Immunität gegen Infektionserreger zu erlangen.

Immunkapazität bei Wirbeltieren

Das ausgefeilteste Immunsystem ist das des Wirbeltiere . Erkennbare Lymphozyten und Immunglobuline (Ig; auch Antikörper genannt ) treten nur in diesen Organismen auf. Die primitivsten lebenden Wirbeltiere - die kieferlosen Fische (Hagfish und Neunaugen) - haben kein lymphoides Gewebe , das einer Milz oder einem Thymus entspricht, und ihre Immunantworten sind, obwohl nachweisbar, sehr schwach und träge. Weiter oben im Evolutionsbaum, auf der Ebene der Knorpelfische ( Haie und Rochen ) und der Knochenfische , ein Thymus und eine Milzvorhanden sind, ebenso wie Immunglobuline, obwohl nur diejenigen Immunglobuline der IgM-Klasse nachweisbar sind. Fischen fehlen spezialisierte Lymphknoten, aber sie haben Lymphozytencluster im Darm, die einem analogen Zweck dienen können .

Erst wenn das Niveau der Landwirbeltiere - Amphibien , Reptilien , Vögel und Säugetiere - erreicht ist, ist ein vollständiges Immunsystem mit Thymus, Milz, Knochenmark und Lymphknoten vorhanden und es werden IgM- und IgG-Antikörper hergestellt. Antikörper der IgA-Klasse kommen nur bei Vögeln und Säugetieren vor, und IgE-Antikörper sind auf Säugetiere beschränkt. Es scheint also, dass sich die primitivsten Geräte zur Herstellung spezifischer, erworbener Immunität allmählich diversifizierten, um den neuen Umweltgefahren zu begegnen, wenn Tiere aus dem Meer auf das Land zogen.

Die Entwicklung der Das Komplementsystem (eine Gruppe von Proteinen, die an Immunantworten beteiligt sind) kann schneller aufgetreten sein als das des Immunglobulinsystems. Die kieferlosen Fische haben Komplementkomponenten, die nur den später wirkenden (dh zytolytischen oder zellabtötenden) Aspekten der Komplementfunktion entsprechen, aber alle höheren Wirbeltiere haben Komponenten, die dem vollständigen Komplementsystem von Säugetieren ähnlich sind. Die Tatsache, dass das Komplementsystem während der Evolution so gut konserviert wurde, impliziert nicht nur, dass es von großem biologischen Wert war, sondern auch, dass Komplement und Immunglobuline während der Evolution des Immunsystems bei höheren Wirbeltieren interagiert haben. (Weitere Informationen zum Komplementsystem finden Sie unter Antikörper-vermittelte Immunmechanismen .)

Genetische Ursprünge des Immunsystems

Researchers have found many similarities between the structures of proteins involved in antigen recognition and those in cell-to-cell recognition in the immune system. (Antigens are the foreign proteins that antibodies recognize and bind to.) These proteins include the antigen receptors of lymphocytes, the (MHC) proteins, the coreceptors involved in cell-to-cell recognition in immune reactions (such as the receptors named CD4, CD8, and CD28), and the FC receptor that binds to the stem of the Y-shaped immunoglobulin molecule. A number of proteins not involved in the immune system also share structural features with these proteins. The main feature similarity is a structure called the immunoglobulin domain. Each protein is composed of one or more Ig domains of nearly identical size. The domains are formed into a loop by bonds between sulfur atoms on the amino acids at the ends. Although each domain is different and serves a different function in the molecule as a whole, the number and order of the amino acids forming each domain are far more similar than would be expected if each had arisen independently in the course of evolution. Equally remarkable is the fact that nerve cells, thymus cells, and T lymphocytes (T cells) in mice and rats carry a surface protein called Thy-1 (thymus-1 antigen) that also has this same basic structure and a similar arrangement of amino acids. The similarities suggest that the genes for all these molecules originated from some primitive gene involved in the recognition of one cell by another, which is required for orderly development of a complex, multicellular organism, and that during evolution they had acquired different functions. Researchers named this group of genes and their protein products the immunoglobulin superfamily. The processes whereby one ancestral gene could have given rise to such a family of genes include gene duplication, crossing over, and mutation, all of which are discussed in detail in genetics.

Not surprisingly, molecules that have a similar function in different species (e.g., immunoglobulins or MHC components) show an even closer resemblance. By analyzing the number of differences in the amino acids and their position in the polypeptide chains that make up IgM and IgG molecules in, for example, humans, mice, and rabbits and by making reasonable assumptions about mutation rates, scientists can estimate roughly how many generations would have had to elapse—and hence how much time—for the present immunoglobulins of these species to have evolved from a common ancestral IgM-like molecule. Such calculations suggest that divergence from the ancestral immunoglobulin took place some 200 million years ago. That was about the same time amphibians are thought to have diverged from the main vertebrate line. So one may conclude that a functional immune system arose even earlier and has continued to provide a defense against foreign agents ever since.