Infecties en Immuniteit In deze inleidende les zullen we zien hoe ons lichaam reageert op het binnendringen van ziekteverwekkers en hoe het mechanisme van de immuniteit werkt.

Overzicht afweermechanisme – immuunsysteem Vaccin tegen griep VIB-onderzoek We starten met een overzicht van het afweermechanisme en het immuunsysteem.

Ziekteverwekkers bacterie virus schimmels parasiet ‘zieke’ cellen De vraag die we ons eerst stellen is: waarom hebben we een afweersysteem? We moeten ons beschermen tegen allerlei ziekteverwekkers, die ik in vijf grote groepen heb ingedeeld. Bacteriën: Salmonella, Legionella, anthrax Virussen: influenza, HIV, SARS Parasieten: Trypanosoma, lintworm, spoelworm “zieke” cellen: kanker cellen (voor verdere uitleg zie presentatie VIB01) ‘zieke’ cellen

Lichaamseigen/-vreemd Ziekteverwekker = lichaamsvreemd bv. bacterie antigenen Wanneer een ziekteverwekker van buiten ons lichaam komt, noemen we deze lichaamsvreemd. Bijvoorbeeld een bacterie. De bacterie wordt niet als geheel herkend, maar aan bepaalde structuren, de antigenen. Dit kunnen organismen, delen van organismen of moleculen zijn. Die moleculen bijvoorbeeld lijken natuurlijk op moleculen die in ons lichaam zitten. Daarom is het belangrijk dat ons lichaam in staat is een onderscheid te maken tussen lichaamseigen en lichaamsvreemde partikels. Ons lichaam zou anders voortdurend aangevallen worden door ons eigen immuunsysteem. lichaamseigen versus lichaamsvreemd

Afweer: verdedigingslijn oog trilharen luchtpijp huid maagsappen Om manier om niet ziek te worden is natuurlijk zorgen dat de ziekteverwekker niet kan binnendringen. De huid is ons belangrijkste orgaan dat als zo’n barrière optreedt. In onze ogen zitten enzymen die partikels kunnen afbreken en het geheel wordt afgevoerd met oogvocht. Ademhalen is een levensnoodzakelijke functie en partikels kunnen dus zeer makkelijk ons lichaam aanvallen langs die weg. Trilharen in de luchtpijp moeten ze opvangen en afvoeren. Een andere levensnoodzakelijke functie is eten. Maagsappen zorgen onder andere voor een lage pH die lethaal is voor de meeste organismen.

Afweer: Bloed Rode bloedcellen  O2 Bloedplaatjes  Wonde herstellen Een ziekteverwekker die toch ons lichaam binnengedrongen is, komt eerst in het bloed terecht. We onderscheiden drie groepen van bloedcellen: Rode bloedcellen Bloedplaatjes Witte bloedcellen, die de eigenlijke afweer gaan verzorgen Witte bloedcellen  verdediging

Afweer: witte bloedcellen verschillende vormen en taken aangemaakt in beenmerg gezond persoon: tot 25.000 per bloeddruppel Witte bloedcellen zijn er in verschillende vormen en ze hebben allen hun eigen taak. Ik geef nu geen overzicht vermits alle belangrijke groepen aan bod zullen komen. Witte bloedcellen worden net als de andere bloedcellen aangemaakt in het beenmerg en een gezond persoon heeft er ongeveer 25000 per bloeddruppel.

fagocyten of ‘vreetcellen’ Afweer: overzicht Afweer - zeer uitgebreid - mechanismen niet-specifiek fagocyten of ‘vreetcellen’ specifiek lymfocyten Over de afweer kan ik zeggen dat het uitgebreid is en een eerste indeling gebeurt op basis van twee hoofdmechanismen. Enerzijds de niet-specifieke afweer, die gebruik maakt van fagocyten (ook wel vreetcellen genoemd). Zij komen voor bij alle Animalia, de meercellige ‘dieren’ van de sponzen, holtedieren, ‘wormen’, weekdieren, insecten, stekelhuidigen, en vertebraten. Anderzijds de specifieke afweer, die gebruik maakt van lymfocyten. Zij komen enkel voor bij de vertebraten: vissen, amfibieën, reptielen, vogels, zoogdieren. Houd dit overzicht even in gedachten, vermits ik voorbeelden ga geven van de twee mechanismen. alle Animalia enkel gewervelden

Niet-specifieke afweer fagocyten of ‘vreetcellen’ kleine granulocyten grote macrofagen vallen lichaamsvreemde stoffen aan opruimers zeer beweeglijk – ‘pseudopodiën’ kruipen naar indringer door bloedvat Zoals gezegd maakt de niet-specifieke afweer gebruik van fagocyten, bijvoorbeeld granulocyten en macrofagen. Zij vormen de eerste afweer van het lichaam en vallen lichaamsvreemde partikels aan. We kunnen ze de opruimers van het bloed noemen. Ze omsluiten de partikels met pseudopodiën en nemen het partikel op in de cel, waarna ze het afbreken.

Niet-specifieke afweer Vreetcellen Hier zien we macrofagen met pseudopodiën.

Specifieke afweer Lymphocyten T-cellen B-cellen ‘training’ in lymfeknopen T-cellen ‘training’ in thymus (zwezerik ) De specifieke afweer maakt gebruik van lymfocyten die we kunnen opdelen in twee groepen. De B-cellen. Voorlopercellen worden aangemaakt in het beenmerg, migreren naar de lymfeknopen en rijpen daar uit tot B-cellen, m.a.w. zij krijgen hun uiteindelijke vorm en functie. B-cellen produceren antilichamen. De T-cellen. Voorlopercellen worden aangemaakt in het beenmerg, migreren naar de thymus en rijpen daar uit tot T-cellen, m.a.w. zij krijgen hun uiteindelijke vorm en functie. T-cellen dragen eiwitten die andere structuren kunnen herkennen.

Specifieke afweer Antilichamen miljoenen soorten antilichamen zeer kleine eiwitten herkenning door specifieke ‘handjes’ 1 type antilichaam per B-cel miljoenen soorten antilichamen heel kleine verschillen B-cellen produceren dus antilichamen. Schematisch kunnen we ze als volgt voorstellen: Er zijn vier subeenheden; de donkere gedeelten bevatten een opeenvolging van aminozuren die (zo goed als) onveranderlijk is. De lichtgekleurde delen zijn zeer variabel, omdat elk antilichaam specifiek één enkel antigen kan herkennen. Elk antilichaam wordt op zijn beurt aangemaakt door één type B-cel. Vandaar dat er miljoenen mogelijk vormen zijn. De werking van de antigen-antilichaam interactie heb je ergens anders al gezien, misschien onder een andere naam, namelijk het sleutel-slot principe. Net zoals een enzym slechts één substraat herkent en omzet tot een product, herkent één antilichaam slechts één antigen. De vorm van het antigen die herkend wordt, noemen we een epitoop, terwijl het antilichaam de antivorm heeft. Hier zijn enkele voorbeelden. sleutel / slot

Specifieke afweer Antilichamen B-cellen produceren dus antilichamen. Schematisch kunnen we ze als volgt voorstellen: Er zijn vier subeenheden; de donkere gedeelten bevatten een opeenvolging van aminozuren die (zo goed als) onveranderlijk is. De lichtgekleurde delen zijn zeer variabel, omdat elk antilichaam specifiek één enkel antigen kan herkennen. Elk antilichaam wordt op zijn beurt aangemaakt door één type B-cel. Vandaar dat er miljoenen mogelijk vormen zijn. De werking van de antigen-antilichaam interactie heb je ergens anders al gezien, misschien onder een andere naam, namelijk het sleutel-slot principe. Net zoals een enzym slechts één substraat herkent en omzet tot een product, herkent één antilichaam slechts één antigen. De vorm van het antigen die herkend wordt, noemen we een epitoop, terwijl het antilichaam de antivorm heeft. Hier zijn enkele voorbeelden.

Antilichamen Immuniteit op korte en lange termijn macrofaag antigenpresenterende cel macrofaag We kennen nu alle spelers; laten we nu eens bekijken hoe ze met elkaar samenwerken. Een macrofaag staat in voor de eerste verdediging en neemt bijvoorbeeld een bacterie op en breekt ze af. De cel kan de bacterie niet vernietigen, maar kan wel antigenen presenteren aan de buitenkant van de cel door middel van speciale eiwitstructuren. De macrofaag is een antigen presenterende cel geworden. Een bepaalde klasse van T-cellen, de helpercellen, herkennen deze eiwitstructuur en geven instructies aan de B-cellen om antilichamen aan te maken. Na de immuunreactie blijft een deel van de B-cellen achter als geheugencellen die ‘onthouden’ hoe het antigen eruit zag. Wanneer een antigen ons lichaam voor de eerste keer binnendringt, duurt deze fase ongeveer een week. Dankzij de geheugencellen kan bij een tweede aanval van hetzelfde antigen de productie van antilichamen sneller gebeuren. Meestal binnen enkele dagen. instructies voor aanmaak antilichaam in B-cellen via T-helper cel  eerste keer: ~ 1 week  tweede keer: onmiddellijk (‘geheugencel’)

Humorale immuniteit Afweer: zeer gespecialiseerd B-cel: antilichamen: humorale immuniteit B-cellen staan in voor wat we noemen de humorale immuniteit. De opeenvolging van daarnet is doorlopen en antilichamen binden zich aan de antigenen (epitopen) van de bacterie. Dit complex kan herkend en opgenomen worden door een macrofaag, die deze keer wél het geheel kan vernietigen. Zonder dea tnilichamen kan de macrofaag hoogstens een antigen presenterende cel worden. Gevolg: bacterie verdwijnt uit het bloed.

Cellulaire immuniteit Afweer: zeer gespecialiseerd cytotoxische T-cel: cellulaire immuniteit geïnfecteerde cel Een parasiet die binnenin een cel zit, kan natuurlijk niet opgemerkt worden door spelers uit het bloed. Cellulaire immuniteit moet in actie treden. Hiervoor dienen de T-cellen. Gelukkig kan een geïnfecteerde cel hetzelfde doen als een macrofaag: een antigen presenteren aan de buitenzijde van de cel. In de omgeving zitten er cytotoxische T-cellen, die met hun eiwitten het antigen herkennen. Zij maken toxines die het signaal aan de geïnfecteerde cel geven om zichzelf en de ziekteverwekker te vernietigen. T-cel

Overzicht afweermechanisme continu wisselwerking niet-gespecialiseerd gespecialiseerd antilichamen specifieke cellen We hebben gezien dat er een continue wisselwerking nodig is van het niet-gespecialiseerd en gespecialiseerd immuunsysteem, dus tussen specifieke cellen en antilichamen. Maar voor hen is ons bloedvaten stelsel een enorm volume. De kans dat ze elkaar tegenkomen en zeggen wat er aan de hand is, is dus klein. Ze communiceren met elkaar via cytokines, die in grote hoeveelheden aangemaakt worden en meer kans maken om de andere cellen te bereiken en te infomeren wat er aan de hand is. Via dat spoor van cytokines zullen de cellen elkaar opzoeken en hun werking voortzetten. cellen informeren elkaar via signalen ‘cytokines’

Overzicht afweermechanisme – immuunsysteem Vaccin tegen griep VIB-onderzoek Gebruik van vaccins is een oud gebruik en is gebaseerd op het natuurlijk systeem van de afweer, de mens gaat deze gebruiken om ziekte te voorkomen, in plaats van te moeten genezen. We zullen hier het vaccin tegen griep verder uitwerken om uit te komen bij het onderzoek van VIB.

Virussen Virus: Griepvirus: Gastheerspecifiek Infecteert een cel en vermenigvuldigt zich Virus parasiteert in de gastheer Griepvirus: Infectie van de onderste luchtwegen Behandeling: preventief via vaccinatie= beste oplossing Een virus kan zichzelf niet vermenigvuldigen, maar heeft een gastheercel nodig (bacterie of dier/mens). [Uitleggen levenscyclus van een virus] Het griepvirus, een RNA-virus, infecteert de onderste luchtwegen. Wanneer we ziek zijn, kunnen we enkel wachten tot ons immuunsysteem zijn werk doet en een week in bed blijven. We kunnen wel zorgen dat we niet ziek worden en daarvoor gebruiken we vaccins.

Werking van een vaccin Principe (deel 1): Virusinfectie= antigenen macrofagen geactiveerd presentatie van antigenen aan lymfocyten Lymfocyten: productie van antilichamen Eerstvolgende infectie: antilichamen tegen virusdeeltje De werking van een vaccin is zoals gezegd gebaseerd op het natuurlijk systeem van ons immuunsysteem. Hier wordt dus niks nieuw verteld. In plaats van een echt virus in het lichaam te brengen, wordt deze keer een virus gebruikt dat qua vorm op het echt virus lijkt, maar niet ziek maakt. En nu kan de sequentie aflopen: [zie dia].

vroegtijdige verwijding van virus Werking van een vaccin Principe (deel 2): na infectie: aanwezigheid van lymphocyten die virus onthouden = geheugencellen vroegtijdige verwijding van virus [vervolg]

Aanmaak van vaccins ‘dood’ griepvirus in kippeneieren kweken ‘dood’ virus dat op ziekmakend virus lijkt = vaccin probleem bij griepvirus: verandert eigenschappen elk jaar  jaarlijks aangepast vaccin  belang van biotechnologie: onderzoek naar nieuwe vaccins! Het “dood” virus wordt gekweekt in kippeneieren, uitgezuiverd en ingespoten als vaccin. Dit noemen we dus vaccinatie. [het verhaal van Jenner kan hier verteld worden als historisch faits divers] Probleem met het griepvirus is dat het RNA makkelijk muteert, waardoor elk jaar een nieuw vaccin ingespoten moet worden. De traditionele vaccinaties moeten dus herhaald worden. Dit probeert men met biotechnologie op te lossen.

Overzicht afweermechanisme – immuunsysteem Vaccin tegen griep VIB-onderzoek

Griepvaccin Willy Min Jou, Xavier Saelens, Walter Fiers Hier binnen het departement wordt moleculair biomedisch onderzoek gedaan om een griepvaccin te creëren dat ons beschermt tegen meerdere griepvirusstammen voor langere tijd. Het onderzoek is opgestart door professor Walter Fiers en verder gezet door professor Willy Min Jou. Zij zijn nu allebei met pensioen en de groep wordt nu geleid door dr. Xavier Salens. Zij onderzoeken dus…

Influenza A virus Virusmantel: extracellulaire antigenen Vaccins gericht tegen deze antigenen … het influenza A virus. Dat draagt extracellulaire antigenen waartegen vaccins gemaakt kunnen worden. Ik ga ze nu één voor één bespreken in een ‘historische volgorde’.

Eiwitten van de virusmantel HA: hemagglutinine Voordeel: gemakkelijk te herkennen antigen Nadeel: verandert regelmatig Het eiwit waartegen het eerste (en vandaag nog altijd de meeste) vaccins werd gemaakt is het hemagglutinine, een zeer groot eiwit. Makkelijk te herkennen door antilichamen, wat een voordeel is. Grote nadeel, het RNA muteert snel, waardoor eiwitten verschillen en antilichamen het eiwit niet meer herkennen.

Eiwitten van de virusmantel NA: neuraminidase Voordeel: gemakkelijk te herkennen antigen Nadeel: niet stabiel Hetzelfde verhaal geldt voor neuraminidase, dat ook gebruikt wordt om vaccins tegen te richten, wel minder frequent.

Eiwitten van de virusmantel M2: eiwit met ionkanaalactiviteit Voordeel: geconserveerd Nadeel: minder goed gepresenteerd Hier bij VIB is men het onderzoek gaan richten op een derde eiwit, M2, een ionkanaal. Men is meerdere influenzastammen gaan vergelijken, zelfs die van de Spaanse Griep in 1917, en men kwam tot de conclusie dat de RNA-sequentie dezelfde was in alle stammen. Je ziet wel al het probleem: dit is een zeer klein eiwit, dat dus moeilijk een immuunreactie kan uitlokken.

Aanmaak van vaccins Recombinant viraal gen tot expressie gebracht als antigen Bacteriën, gisten of dierlijke cellen Opzuiveren Klaar voor gebruik Dus heeft men het gen M2 uit influenza gehaald, ingebracht in een andere cel (bacterie, gist, dierlijke cel) waar de mechanismen aanwezig zijn om massaal het eiwit aan te maken. Volgende stap zou zijn dat men de eiwitten zuivert uit de cellen, inspuit als vaccin en je hebt een langdurige bescherming tegen alle influenza A stammen. Het onderzoek zit nog maar in een labofase, maar… [vertel verhaal van Acambis en VIB, dat er binnen 10-15 jaar wel eens een universeel vaccin op de markt zou komen] [hier vertel ik ook meestal het verhaal van de veel voorkomende virussen/ziekten versus de zeldzame om aan te duiden dat de farmaceutische wereld naast onderzoek de klemtoon legt op geld verdienen]