Immune

Immune – A Journey into the Mysterious System That Keeps You Alive

Philipp Dettmer

Random House 2021

eISBN: 9780593241332

Pähkinänkuoressa: Ihmisen immuunijärjestelmän toiminta pääpiirteissään

Immuunijärjestelmä

Immuunipuolustuksen alkuperä

Noin 540 miljoonaa vuotta sitten monisoluinen elämänmuoto alkoi lisääntyä räjähdysmäisesti ja samalla siitä tuli yhä monimuotoisempaa. Sitä ennen jo miljardien vuosien ajan mikrobit olivat kamppailleet keskenään tilasta ja resursseista kaikissa ekosysteemeissä, ja mitäpä muuta monisoluiset eliöt niille olivat kuin uusia potentiaalisia ekosysteemejä täynnä ravinteita. Alusta saakka mikrobit ovat siten muodostaneet eksistentiaalisen uhan monisoluisille. Ironista kyllä, monisoluisten aitotumaiset (eukaryote) solut saivat kuitenkin alkunsa juuri mikrobin tunkeutumisesta toisen sisään. Bakteeri pääsi toisen yksisoluisen, ehkä arkeonin, sisään joko huijaamalla sen puolustusmekanismia tai tulemalla syödyksi. Tämä tapahtuma vain ei päättynyt ateriahetkeen kuten yleensä, vaan elinikäiseen kumppanuuteen. Bakteeri, tai mitokondrio kuten sitä nyttemmin kutsutaan, sai suojaisan kodin ja ylöspidon toisen solun sisältä vuokraa vastaan, jonka se maksaa tuottamalla energiaa solun tarpeisiin.

Sisään tunkeutumiselta eivät siis ole suojassa bakteeritkaan, mutta toisia bakteereja yleisempiä uhkia niille ovat virukset. Monisoluisille haitallisiin mikrobeihin, patogeeneihin, lukeutuvat virusten ja bakteerien lisäksi myös monisoluiset loiset.

Eläimillä vanhin puolustusmekanismi on luultavasti humoraalinen immuniteetti, jossa solu levittää ympäröivään nesteeseen proteiineja torjumaan tunkeutujia. Se on toiminut hyvin jo puoli miljardia vuotta, mutta se oli vasta alku. Monisoluisen elämän hienous on siinä, että solut voivat keskittyä eri tehtäviin, ja osa niistä on erikoistunut juuri puolustukseen. Mitä kehittyneemmästä elämänmuodosta on kyse, sitä hienostuneemmat puolustusvoimat sillä on käytössään.

Immuunijärjestelmän tehtävät

Immuunijärjestelmä koostuu kahdesta erillisestä kokonaisuudesta: luontaisesta eli synnynnäisestä ja hankitusta eli adaptiivisesta järjestelmästä. Synnynnäinen järjestelmä on nimensä mukaisesti valmis puolustamaan meitä syntymästä alkaen. Se osaa tunnistaa vieraan omasta kudoksesta ja käy sumeilematta taisteluun, jos tulokas ei kuulu hyvin rajattuun vieraslistaan. Se osaa myös luokitella viholliset ja niiden vaarallisuuden, ja pystyy tarvittaessa käynnistämään toisen linjan puolustuksen. Tämän adaptiivisen järjestelmän kehittyminen kestää muutaman vuoden syntymästä. Sen valtavasta kirjastosta löytyy täsmäase jokaiselle tunkeutujalle, jonka luonto sen eteen heittää. Ensimmäisellä kerralla sen aktivoituminen kestää muutaman päivän, mutta jos sama vihollinen näyttäytyy uudelleen, se saa kyytiä välittömästi. Adaptiivisella järjestelmällä on pitkä muisti; se muistaa yksittäisetkin taistelut ja osaa käyttää juuri oikeaa asetta kutakin vanhaa vihollista vastaan. Siksi sairastamme useimmat taudit vain kerran elämässämme.

Mahdollisimman aggressiivinen puolustusjärjestelmä ei kuitenkaan ole ihanteellinen. On parempi säilyttää tasapaino, homeostaasi. Täytyy olla tarkkana, mutta ei saa ylireagoida, ettei kehity allergioita tai vielä pahempia seuraamuksia, kuten autoimmuunisairauksia, joissa omaa kehoa aletaan pitää vihollisena.

Immuunijärjestelmän tehtävä on puolustaa koko kehoa. Tunkeutujia ei kannata päästää yhtään syvemmälle kuin on pakko, joten ensimmäinen puolustusmuuri on rakennettu kehon ulkopinnalle. Se ei tarkoita pelkästään ihoa, jonka pinta-ala on noin kaksi neliömetriä ja jonka kautta ei ole helppo päästä sisään. Paljon hankalampaa on pysäyttää tunkeutujat limakalvoilla, jotka myös joutuvat tekemisiin ulkomaailman kanssa, koska ihmisen täytyy hengittää ja syödä. Ne ovat tavallaan sisään kääntynyttä ulkopintaa ja peittävät suuta, nenää, hengitysteitä, keuhkoja, silmäluomia, vatsaa ja suolistoa. Niiden keskimääräinen pinta-ala on 200 neliömetriä. Kaiken lisäksi immuunijärjestelmän täytyy valvoa myös sisäisiä uhkia. Toisinaan oma solu sanoo yhteiskuntasopimuksen irti ja ryhtyy kapinoimaan kasvattamalla syöpäkasvainta.

Solut ja proteiinit

Viime kädessä patogeenit pyrkivät solujemme kimppuun, koska niistä me koostumme, luiden mineralisoituneita kovia osia lukuun ottamatta. Yhden ihmisen aikaansaamiseksi tarvitaan 40 biljoonaa (40 * 10¹²) solua. Eikä siinä edes kaikki, sillä omien solujen lisäksi elimistössämme on saman verran vieraita soluja, bakteereja, lähinnä suolistossa. Ne ovat kuitenkin paljon pienempiä kuin omat solumme, joten olemme kuitenkin valtaosaltaan itseämme ja pienemmältä osalta bakteereja.

Soluissa on soluelimiä, kuten tuma, jossa DNA sijaitsee, ja aiemmin mainittu, ravinnosta ja hapesta energiaa tuottava mitokondrio. Enimmäkseen solu on kuitenkin täynnä molekyylejä. Puolet niistä on vettä ja toinen puolikas proteiineja, joita on 1000 – 10 000 erilaista laatua solun tehtävästä riippuen. Soluja voisikin kuvata proteiiniroboteiksi, koska proteiineja ne tehtailevat ja käyttävät monenlaisiin tarpeisiin.

Proteiini rakennetaan yhdistämällä peräkkäin aminohappoja, joita on 20 erilaista. Tyypillisesti proteiini koostuu 50 – 2000 aminohaposta, mutta pisin tunnettu on peräti 30 000 aminohapon pituinen. Kombinaatioiden lukumäärää vaikkapa 2000 aminohapon tapauksessa voisi verrata hedelmäpeliin, jossa olisi 200 ikkunaa ja kunkin takana 20 vaihtoehdon rulla. Erilaisia vaihtoehtoja olisi silloin 20²⁰⁰⁰ tai noin 10²⁶⁰² kappaletta. Suurin osa satunnaisista proteiineista on tietenkin hyödyttömiä. Ehkä vain yksi miljoonasta tai miljardista on käyttökelpoinen, mutta silti niitä on lähes loputtomiin.

Proteiinin muoto määrää, mitä se voi tehdä ja mitä ei. Se on kuin kolmiulotteisen palapelin pala, joka joko sopii toiseen proteiiniin tai sitten ei. Solu voi rakentaa niistä monenmoista, mutta niitä käytetään myös entsyymeinä kiihdyttämään reaktioita ja viestinviejinä informaation välittämiseen. Rakentaminen saattaa antaa väärän mielikuvan, sillä solulla ei tietenkään ole tahtoa tai suunnitelmaa. Se vain tuottaa proteiineja mekaanisesti DNA:n ohjeiden mukaan. Sen jälkeen ne liikkuvat solulimassa törmäillen satunnaisesti toisiinsa muodostaen liitoksia, kun palaset loksahtavat kohdalleen. Tämä olisi liian sattumanvaraista ilman entsyymejä; ne nopeuttavat reaktioita vähintään tuhatkertaisesti, mutta toisinaan jopa 10¹⁷-kertaisesti.

Puolustautuminen bakteereja vastaan

Bakteerit

Suurin osa mikrobeista ei ole mitenkään valmistautunut vihamieliseen ympäristöön ja brutaaliin kohteluun, johon ne kehoon päätyessään joutuvat. Ne ovat immuunijärjestelmälle vain lievästi ärsyttäviä. Todelliset viholliset ovat paremmin varautuneet puolustusmekanismeihin. Jotkin niistä ovat jopa erikoistuneet ihmisiin, kuten tuhkarokkovirus tai Mycobacterium tuberculosis –bakteerin aiheuttama tuberkuloosi, joka on kehittynyt kanssamme jo 70 000 vuoden ajan ja tappaa edelleen noin kaksi miljoonaa ihmistä joka vuosi.

Monet patogeeneistä ovat bakteereja. Ne ovat pieniä ja ihmissilmälle näkymättömiä, mutta niitä on kirjaimellisesti kaikkialla. Niiden yhteenlaskettu biomassa on ainakin kymmenkertainen eläimiin verrattuna. Grammassa multaa voi olla 50 miljoonaa bakteeria, mutta grammassa hammasplakkia jo enemmän kuin ihmisiä maapallolla. Sopivassa ympäristössä bakteerit jakautuvat 20 minuutin välein, joten neljässä tunnissa yksi monistuu 8000 bakteeriksi. Muutamassa päivässä jälkikasvu täyttäisi jo kaikki valtameret, mutta aivan niin suotuisia olosuhteita ei missään esiinny.

Bakteerien läsnäolo kaikkialla ja niiden nopea lisääntyminen muodostavat valtavan haasteen immuunijärjestelmälle. Ei ole mitään mahdollisuutta yrittää päästä niistä kokonaan eroon. Siksi meidän on täytynyt sopeutua elämään yhdessä niiden kanssa. Joidenkin kanssa esivanhempamme tekivät jopa yhteistyösopimuksen ja niiden kanssa elämme symbioosissa. Ne immuunijärjestelmä voi jättää rauhaan ja keskittyä patogeeneihin, jotka aiheuttavat tauteja. Ennen antibioottien keksimistä pienetkin haavat saattoivat johtaa vakavaan sairastumiseen tai jopa kuolemaan. Vielä vuonna 1941 veren bakteerimyrkytys johti kuolemaan 82 %:ssa tapauksista Bostonin sairaalassa.

Iho

Jos kehomme on linnake, niin iho on sen uloin puolustusmuuri ja vallihauta, joka on suorimmassa yhteydessä ympäröivään maailmaan. Tosin muuriksi se on varsin vaatimaton, vain millimetrin paksuinen, mutta eivät mikrobitkaan ole jättiläisiä. Ihon pohjakerroksessa kantasolut jakautuvat kaiken aikaa ja uudet solut aloittavat elämäntaipaleensa kohti ulkopintaa kovettaen matkalla itseään aivan kirjaimellisesti tuottamalla paljon sarveisainetta, keratiinia.

Koska uusia ihosolusukupolvia tehtaillaan jatkuvasti, nuoret solut työntävät vanhempia edellään. Matkallaan solut kasvattavat piikkejä, joiden avulla kiinnittyvät toisiinsa tiheäksi ja läpäisemättömäksi seinämäksi, jonka tali vielä tilkitsee vedenpitäväksi. Iholla on kolme tehtävää immuunipuolustuksessa: toimia fyysisenä esteenä, jonka läpi tunkeutujan on erittäin hankala päästä; helpottaa kuolleiden ihosolujen irtoamista myöhemmin; ja tappaa mikrobeja sisältämillään kemikaaleilla.

Lähestyessään ulkomaailmaa ihosolut alkavat valmistautua lopulliseen kohtaloonsa, kuolemaan, muuttumalla litteämmiksi ja laajemmiksi, ja tarrautumalla toisiinsa erottamattomaksi kimpuksi. Sitten ne päästävät veden sisältään ja tekevät itsemurhan. Toisiinsa liimautuneet kuolleet solut muodostavat vielä 50 kerrosta. Iästä riippuen ihosolun yhden millimetrin maraton pohjalta ulkopinnalle kestää 30 – 50 päivää. Samassa ajassa iho siis uusiutuu kokonaan. Lopulta ihosolu irtoaa. Joka sekunti noin 40 000 kuollutta solua varisee ihon pinnalta.

Hikoilun ansiosta iho on varsin suolainen, mikä jo sinällään on epämiellyttävää monille mikrobeille, mutta lisäksi hiki sisältää luonnollista antibioottia, defensiiniä (defensin). Kaiken lisäksi iholla on hieman hapan kalvo, happovaippa (acid mantle), joka muodostuu hien ja ihonalaisten rauhasten eritteistä. Sekään ei miellytä tyypillisiä mikrobeja. Mikäli jokin mikrobi kuitenkin oppisi pitämään happamasta ympäristöstä ja onnistuisi pääsemään ihon läpi verenkiertoon, sillä olisi uusi ongelma: veri on emäksisempää.

Kaikista ihon torjuntamekanismeista huolimatta se on mikrobien peitossa. Niitä vain on kaikkialla. Kehon osista vain suolistossa bakteereita on enemmän kuin iholla. Keskimäärin neliösentillä on noin miljoona bakteeria. Koska niistä ei voi päästä eroon, kannattaa mieluummin valita, kuka iholla saa majailla. Sinnekään ei kannata jättää sotilaallisia tyhjiöitä. Terveen ihmisen iholla on noin 40 eri bakteerilajia, jotka ovat enimmäkseen sopeutuneet elämään ihon pinnalla eivätkä aktiivisesti pyri tunkeutumaan sen läpi. Ne myös vuorovaikuttavat suoraan ihonalaisten immuunisolujen kanssa ja jotkut niistä jopa suojaavat eritteillään haitallisemmilta bakteereilta. Ihon bakteerikanta vakiintuu aikuisikään mennessä ja pysyy sen jälkeen melko samanlaisena. Viruksia vastaan iho on käytännössä immuuni, sillä sen kuolleissa soluissa virukset eivät voi lisääntyä.

Synnynnäisen immuunijärjestelmän toiminta

Iho suojaa kehoa tehokkaasti niin kauan kuin se pysyy ehyenä, mutta terävällä esineellä siihen syntyy helposti haava, joka paljastaa kehon sisäosan bakteereille. Katsotaan, mitä tapahtuu, kun ruosteinen naula tunkeutuu kengän läpi ison varpaan sisään. Koska bakteereita on kaikkialla, myös naulan mukana kulkeutuu maaperän, ihon pinnan ja hikisten sukkien bakteereita. Synnynnäinen immuunijärjestelmä reagoi välittömästi. Ihon alla partioivat makrofagit (Macrophage) alkavat ahmia kuolleita soluja ja eläviä vihollisia. Ne ovat monta kertaa isompia kuin kehon solut keskimäärin, puhumattakaan bakteereista. Niiden lonkerot tunnistavat bakteereja kemiallisesti ja tarttuvat niihin kiinni niin lujasti, etteivät ne kykene pyristelemään irti.

Makrofagit myös kutsuvat paikalle apuvoimia, kuten neutrofiilejä (Neutrophil), jotka reagoivat kemialliseen taistelukutsuun ja saapuvat paikalle veren mukana. Ne alkavat ahmia bakteereita aika holtittomasti, välittämättä kudokselle aiheutuvista vahingoista. Aktivoiduttuaan niillä on elinaikaa vain muutama tunti, sillä niiden aseet eivät uusiudu. Jotkut niistä uhrautuvat räjäyttämällä itsensä, jolloin ympäristöön leviää laaja ja myrkyllinen verkko.

Samaan aikaan verihiutaleet ovat alkaneet korjata ihovauriota. Ne levittävät tahmaisen verkon, johon ne itse ja epäonniset veren punasolut tarttuvat. Kun yhteys ulkomaailmaan on saatu suljettua, uudet ihosolut alkavat hitaasti uudistaa kudosta.

Tunkeutujia vastaan taistelevat makrofagit ja neutrofiilit ovat käynnistäneet tulehdusreaktion erittämällä kemikaaleja, sytokiineja (cytokine). Sen seurauksena verisuonisto kuljettaa taistelukentälle nestettä. Neste stimuloi hermosoluja, joiden kautta aivoille välittyy tieto vahingosta. Tulehdus myös tuo taistelukentälle hiljaisia tappajia, komplementtiproteiineja, jotka repivät bakteereihin kymmeniä pieniä haavoja. Kun immuunisolut kuolevat itse, paikalle saapuu uusia.

Tässä vaiheessa on kaksi vaihtoehtoa: joko uhka on torjuttu tai sitten tunkeutujien joukossa on ollut patogeeni, jota ensilinjan puolustus ei ole onnistunut hävittämään, vaan se on pitänyt uudesta ympäristöstään ja alkanut lisääntyä. Mikäli synnynnäinen immuunijärjestelmä ei onnistu pysäyttämään hyökkäystä, makrofagit kutsuvat paikalle dendriittisoluja (Dendritic cell), jotka alkavat kerätä näytteitä taistelukentältä. Muutaman tunnin kuluttua ne lähtevät esittelemään löydöksiään adaptiiviselle immuunijärjestelmälle. Matka kestää noin päivän, mutta sen jälkeen patogeenit saavat varautua uusiin sotureihin, joiden aseistus on räätälöity varta vasten niitä vastaan. Mutta ennen kuin siirrytään adaptiiviseen järjestelmään, käydään hieman tarkemmin läpi edellä mainittuja synnynnäisen järjestelmän osia ja mekanismeja.

Makrofagit

Makrofagit ja neutrofiilit kuuluvat soluryhmään, jota kutsutaan syöjäsoluiksi (phagocyte). Sitähän ne tekevät. Makrofagi tarkoittaa silloin suursyömäriä. Suuta sillä ei ole, joten se tarttuu uhriin tiukasti lonkeroillaan, vetää sen kiinni itseensä, kietoo kalvoaan sen ympärille ja nielaisee kalvon peittämän uhrin sisälleen pienoisvankilaan. Makrofagin sisällä on happoa sisältäviä osastoja, jossa vangittu uhri liuotetaan osikseen: aminohapoiksi, sokereiksi ja rasvoiksi. Osan näistä solu käyttää omaksi ravinnokseen ja loput se laskee ulos kierrätykseen, muiden solujen ateriaksi. Tällä tavalla makrofagit putsailevat paikkoja ylimääräisestä kuonasta silloinkin, kun bakteerihyökkäystä ei ole käynnissä. Se onkin tarpeellista, sillä joka sekunti noin miljoona solua tekee ohjelmoidun itsemurhan, apoptoosin (apoptosis).

Makrofagit lienevät immuunijärjestelmän vanhimpia soluja. Niitä on melkein kaikilla monisoluisilla eläimillä jossain muodossa. Rauhan aikana ne toimivat rajavartijoina ja roskankerääjinä, mutta kriisitilanteessa niistä tulee paikallisia immuunipuolustuksen päälliköitä, jotka komentavat muita soluja. Ne ovat myös pelottavia taistelijoita: yksi makrofagi voi syödä sata bakteeria ennen kuin se kuolee uupumukseen. Voitetun taistelun jälkeen makrofagit sulkevat immuunivasteen, ettei kudokselle aiheutuisi lisävaurioita, ja alkavat syödä jäljellä olevia taistelutovereitaan. Sitten ne erittävät kemikaaleja, jotka viestittävät vaurioituneen kudoksen soluille, että hälytystila on ohi ja vahinkoja voi alkaa korjata.

Makrofageja on miljardeittain ihon ja limakalvojen alla, ja miljardeittain muuallakin kehossa. Maksassa ja pernassa ne syövät vanhoja punasoluja ja kierrättävät niiden sisältämän arvokkaan raudan. Aivojen soluista makrofageja on noin 15 %. Siellä niiden käyttäydyttävä erityisen korrektisti, etteivät vahingossa vaurioittaisi kallisarvoisia hermosoluja.

Neutrofiilit

Neutrofiilit ovat hieman makrofageja suoraviivaisempia syöjäsoluja. Ne elävät taistellakseen ja kuollakseen muiden puolesta. Ne ovat verenkierron yleisimpiä immuunisoluja ja vaarallisimpia tunkeutujille, etenkin bakteereille. Ne voivat olla vaarallisia myös omalle kudokselle, joten niiden elinaika on rajoitettu muutamaan päivään ja taistelutilanteessa muutamaan tuntiin. Joka päivä noin 100 miljardia (10¹¹) neutrofiiliä tekee apoptoosin ja tietenkin 100 miljardia uutta soturia syntyy niiden tilalle.

Neutrofiilit ovat välttämättömiä elimistön jokapäiväiselle selviämiselle, vaikka aktivoituessaan riehuvatkin kuin raivohullut. Ne jahtaavat vihollisia yhdessä kuin hyönteisparvi ja itse asiassa samojen matemaattisten sääntöjen mukaan. Ne voivat syödä bakteereita elävänä, kuten makrofagit, mutta niillä on pari muutakin asetta. Niiden sisällä on happoa sisältäviä jyväsiä, joita ne levittävät vihollisten päälle syövyttäen reikiä solukalvoon. Kuten kuvitella saattaa, tämä menetelmä ei ole erityisen valikoiva, joten se tuottaa oheisvaurioita myös omalle kudokselle. Toinen temppu on vielä hurjempi: ne voivat pullauttaa oman DNA:nsa kuolettavaksi verkoksi (neutrophil extracellular net) samalla tietysti uhraten itsensä. Tosin toisinaan ne kykenevät jatkamaan vihollisten ahmimista ja happoaseen käyttöä jonkinlaisina zombeina, vaikka ovat jo luopuneet DNA:staan. Tietenkin tämä voi jatkua vain aikansa, koska ilman DNA:ta solu ei voi ylläpitää toimintojaan.

Tulehdus

Tulehdus on immuunijärjestelmän vaste mihin tahansa vammaan tai vaaraan. Sen tarkoituksena on rajata infektio paikallisesti ja estää sen leviäminen. Sen aiheuttamat kemialliset signaalit vaikuttavat sekä verisuoniin paikallisesti että immuunisoluihin aktivoimalla ne. Molemmat erittävät tarttuvia molekyylejä, jotka toimivat tarran tavoin hidastaen veren kuljettamia immuunisoluja. Verisuonen muutos myös päästää veriplasman tulvimaan tapahtumapaikalle. Lisäksi veri muuttuu huokoisemmaksi, jotta immuunisolut saavat liikkua vapaammin. Kun tulehduksen syy on poistunut, tapahtumapaikalta siivotaan vahingoittunut ja kuollut kudos.

Tulehduksen havaitsee viidestä merkistä: punaisuudesta, lämmöstä, turvotuksesta, kivusta ja toimintakyvyn laskusta. Esimerkiksi isovarpaaseen uponnut naula aiheuttaa nesteen keräytymisen varpaaseen ja lisääntynyt veri näkyy punaisuutena ja tuntuu lämmön nousuna. Lämmön tarkoitus on hidastaa mikrobien ja nopeuttaa immuunisolujen elintoimintoja. Kipu aiheutuu turvotuksen aiheuttamasta paineesta, mutta myös kemikaaleista, jotka molemmat viestivät ongelmasta hermoston välityksellä aivoille. Ne tuottavat kivun tunteen, jonka avulla aivot voivat rajoittaa varpaan toimintaa tai jopa estää sen kokonaan.

Tulehdus käynnistyy, kun immuunisolut erittävät sytokiineja havaitessaan ongelman. Makrofagit ja neutrofilit vapauttavat sytokiineja puolustustaistelun aikana, mutta tulehdusreaktion voivat liipaista myös kuolleet solut. Ihonalaiset syöttösolut (Mast cell) osaavat erottaa, onko kyseessä siisti ja ohjelmoitu apoptoosi vai epäluonnollinen kuolema, josta jää toisenlaisia jätteitä, kuten DNA:n ja RNA:n palasia.

Tulehdusreaktio on kaksiteräinen miekka. Se on tehokas puolustusmekanismi, kun se tulee ja menee, mutta haitallinen, jos se jää päälle. Tällainen krooninen tulehdus on taustalla joka toisessa kuolemassa, vaikka välitön kuolinsyy olisikin esimerkiksi infarkti tai maksavaurio.

Sytokiinit

Sytokiinit ovat pieniä proteiineja, joiden avulla solut viestivät. Niitä on satoja erilaisia ja niitä käytetään melkein kaikissa biologisissa prosesseissa. Immuunisolujen reseptorit tunnistavat niille tarkoitetut sytokiinit ja käynnistävät solun sisäisen reaktiotien, joka muuttaa geenien ilmaisua ja sitä kautta solun toimintaa. Toisenlaisten sytokiinien, kemokiinien (chemikine) konsentraatio toimii navigaatiojärjestelmänä: mitä enemmän niitä on, sitä lähempänä taistelutannerta ollaan. Solukalvolla on miljoonia reseptoreita, jotka pystyvät havaitsemaan prosentin konsentraatioerot.

Immuunisolu aktivoituu, kun se vastaanottaa riittävän määrän sytokiineja. Järjestelmä säätää itseään. Pieni vaurio korjautuu muutamalla immuunisolulla eikä sytokiinejakaan silloin erity kovin paljon. Suuri vaurio kutsuu paikalle yhä uusia immuunisoluja ja ne kaikki erittävät sytokiineja, kunnes tilanne saadaan hallintaan. Kun taistelu laantuu, siitä poistuu immuunisoluja ja samalla sytokiinien eritys laskee. Lopulta järjestelmä sulkee itsensä, jos kaikki menee hyvin.

Joskus tosin järjestelmä ylireagoi ja villiintyy, mikä johtaa sytokiinimyrskyyn (cytokine storm). Immuunisolut aktivoituvat kehon kaikissa osissa hirvittävin seurauksin. Tulehdus leviää infektiopaikan ulkopuolelle, jolloin veriplasma ja immuunisolut tulvivat terveisiin elimiin tuhoten ehjää kudosta. Verenpaine saattaa laskea niin alas, että elimet eivät saa riittävästi happea ja alkavat sulkea toimintojaan. Tapahtumaketju johtaa pahimmillaan kuolemaan, mutta onneksi sytokiinimyrskyt ovat harvinaisia.

Oman kudoksen tunnistaminen

Immuunijärjestelmän täytyy erottaa omat solut vieraista. Se tapahtuu tunnistamalla rakenteita, joita omissa soluissa ei ole. Bakteereilla, viruksilla, alkueläimillä ja sienillä on tunnusomaisia rakenteita, joita ilman ne eivät tule toimeen. Yksi esimerkki on liikuntakykyisillä bakteereilla oleva siima (flagellum), jota ihmisen soluilla ei ole, lukuun ottamatta siittiösoluja. Tunnistaminen tapahtuu Tollin kaltaisilla reseptoreilla (Toll-like receptor), joita on kaikissa synnynnäisissä immuunisoluissa. Jotkin näistä reseptoreista tunnistavat bakteerin siiman, toiset virusten koloja ja rakoja, ja kolmannet vaaran ja kaaoksen merkkejä, kuten vapaana lipuvaa DNA:ta. Ihmiseltä on löydetty kymmenen erilaista Tollin kaltaista reseptoria.

Komplementtijärjestelmä

Komplementtijärjestelmä on yli kolmenkymmenen erilaisen proteiinin muodostama armeija, jonka vahvuus veressä on 15 triljoonaa (15 x 10¹⁸) proteiinia. Se saa aikaan kolme asiaa: lamaannuttaa viholliset, aktivoi immuunisoluja ja ohjaa ne paikalle, ja repii vihollisiin reikiä, kunnes ne kuolevat. Normaalisti komplementtiproteiinit vain kiertävät veren mukana eivätkä tee mitään. Jos yksi niistä aktivoituu, se aktivoi ympärillään olevia ja nämä edelleen muita. Proteiinien maailmassa aktivoituminen tarkoittaa muodonmuutosta.

Ketjureaktio lähtee liikkeelle C3-proteiinista, joka jakautuu kahteen aktiiviseen osaan. Ensimmäinen osista, C3a, toimii sytokiinien tapaan viestittäen syöjäsoluille infektiosta ja ohjaten ne paikalle. Toinen osista, C3b, on kuin maalia etsivä ohjus, jolla on vain sekunnin osa aikaa löytää kohde. Muussa tapauksessa se sulkee itsensä. Jos se kuitenkin löytää vaikkapa bakteerin, se ankkuroituu tiukasti tämän pintaan. Samalla sen muoto taas muuttuu ja se kykenee tarttumaan muihin komplementtiproteiineihin, aktivoimaan niitä ja kiinnittämään itseensä. Muutaman tällaisen liitoksen tapahduttua siitä on tullut värväysalusta, jolle muut komplementtiproteiinit tarttuvat. Alusta aktivoi myös uusia C3-proteiineja, jotka aloittavat uuden kierroksen. Muutamassa sekunnissa bakteeri on näiden värväysalustojen peitossa, mikä lamaannuttaa sen.

Sekä syöjäsolun että bakteerin kalvot ovat negatiivisesti varautuneita, mikä vaikeuttaa bakteerien kiinnisaamista ja nielaisemista. Värväysalustoilla on kuitenkin positiivinen varaus, joten niiden avulla syöjäsolun tehtävä helpottuu huomattavasti. Alustat toimivat kuin pieninä kahvoina, joihin on helppo tarttua. Lisäksi alusta kerää lisää komplementtiproteiineja suuremmaksi rakenteeksi, MAC-kompleksiksi (membrane attack complex), joka alkaa repiä reikää bakteerin kalvoon. Neste virtaa sisään ja pakottaa sisuskalut ulos tappaen bakteerin.

Jotkut bakteerit ovat oppineet tavan torjua komplementtijärjestelmän hyökkäys. Esimerkiksi keuhkokuumetta aiheuttava Klebsiella pneumoniae on kasvattanut itselleen tahmean sokerikuoren, jonka vuoksi komplementtiproteiinit eivät tunnista sitä bakteeriksi.

Dendriittisolu

Kaikkialla ihon ja limakalvojen alla liikkuu erikoisia soluja, jotka imevät sisäänsä solujen välistä nestettä ja sitten sylkäisevät sen ulos kuin viinin maistajat. Ne ovat dendriittisoluja, jotka kierrättävät nestettä moninkertaisesti oman tilavuutensa päivässä. Niitä kiinnostavat tietyt maut: bakteerit, virukset, kuolevat solut ja syöjäsolujen lähettämät sytokiinit. Havaitessaan näitä dendriittisolu lakkaa sylkemästä ja pelkästään imee nestettä sisäänsä. Tällä tavalla se kerää taistelutantereelta näytteitä, jotka pilkkoo osiinsa. Se ei käytä näytteitä omiin elintoimintoihinsa, vaan siirtää pinnalleen. Muutaman tunnin päästä se aloittaa matkan suurelle kokoontumispaikalle imusuonistoa pitkin mukanaan näyte taistelukentältä tietyltä ajanjaksolta. Siksi se ei matkallaan enää ime uutta nestettä.

Imusuonisto

Imusuoniston tehtävä on palauttaa verisuonista tihkunut neste ja suolistosta imeytyvä rasva takaisin verenkiertoon. Kaikkialla kudoksissa on tiheä kapillaariverkosto, joka toimii kuin takaiskuventtiili laskien nestettä sisään mutta ei ulos. Kapillaarisuonet yhtyvät isommiksi suoniksi ja ne edelleen isommiksi. Imuneste virtaa imusuonistossa hyvin hitaasti verrattuna verenkiertoon. Sen käytössä ei ole sydämen kaltaista pumppua vaan vain ohuet imusuonia ympäröivät lihakset. Sydän pumppaa melkein 8000 litraa verta vuorokaudessa mutta imusuonisto vain 3 litraa imunestettä.

Imunesteen mukana kulkeutuu myös jätteitä, kuten vahingoittuneita tai tuhoutuneita soluja, kuolleita bakteereja ja muita tunkeutujia sekä kaikenlaisia kemikaaleja. Imusuoniston kenties tärkein tehtävä on kuitenkin toimia immuunisolujen valtatienä. Joka sekunti niitä kulkee miljardeja sitä pitkin käskynjakoon imusolmukkeisiin, joita on noin 600 eri puolilla kehoa. Suurin osa niistä ympäröi suolistoa tai sijaitsee kainalossa, kaulassa, pään alueella tai nivusissa. Niissä adaptiivisen järjestelmän solut etsivät täydellistä partneria, mutta siitä lisää myöhemmin.

Myös perna toimii kuin iso imusolmuke, mutta siellä myös suodatetaan ja kierrätetään 90 % vanhoista veren soluista, kun ne ovat tulleet elinkaarensa päähän. Lisäksi perna toimii jonkinlaisena varajärjestelmänä hätätilanteissa. Se varastoi reilun kaksi desilitraa verta, 25 – 30 % punasoluista ja 25 % verihiutaleista. Lisäksi siellä on puolet monosyyteistä, jotka voivat erikoistua joko makrofageiksi tai dendriittisoluiksi. Toinen puolikas monosyyteistä kiertää verenkierrossa. Ne toimivat reservinä ja aktivoidaan tilanteen niin vaatiessa.

Nielurisatkin toimivat immuunijärjestelmän apuna. Niissä on M-soluja (Microfold cell), jotka keräävät näytteitä ruoasta. Tällä tavalla ne auttavat immuunijärjestelmää tunnistamaan vaarattoman ruoan ja tuottamaan aseita haitallisia vastaan.

Adaptiivisen immuunijärjestelmän toiminta

Mikäli synnynnäinen immuunijärjestelmä ei kykene voittamaan tunkeutujia, adaptiivinen järjestelmä lähettää auttaja-T-soluja (helper T cell) motivoimaan uupuneita makrofageja. Ne erittävät sytokiineja, jotka saavat makrofagit taas virkistymään ja käymään taistoon uudella innolla. (Paikalle saapuu myös tappaja-T-soluja, mutta niiden toimintaan palataan tarkemmin virusinfektion yhteydessä.) Samalla taistelukentälle saapuu apujoukkoja, vasta-aineita (antibody). Ne ovat proteiineja, kuten komplementtiproteiinitkin, ja toimivat samaan tapaan, mutta ne ovat täsmäaseita, jotka on viritetty toimimaan juuri infektion aiheuttaneita bakteereja vastaan. Niitä bakteerit eivät voi hämätä. Vasta-aineet kiinnittyvät bakteerien pintaan ja liimaavat niitä yhdeksi kimpuksi, jolloin ne eivät voi liikkua tai paeta, ja syöjäsolujen on helppo tehdä niistä selvää. Tutustutaan adaptiiviseenkin järjestelmään hieman tarkemmin.

Vasta-ainekirjasto

Mutta kuinka adaptiivisella immuunijärjestelmällä voi olla toimivia täsmäaseita juuri elimistöön tunkeutuneelle bakteerille? Vastaus tähän kysymykseen saattaa kuulostaa epäuskottavalta, mutta totta se on: elimistössämme on vasta-aine kaikille mahdollisille patogeeneille, joita maailmassa on tai tulee joskus olemaan.

Syntyessämme saamme jo satoja miljoonia imusoluja (lymphocyte), joita on kahta päätyyppiä: T- ja B-soluja (T cell, B cell). Niillä on runsaasti reseptoreja, joista jokainen tunnistaa yhden potentiaalisen antigeenin (antigene), tunkeutujan pintarakenteen osan. Yhteensä kaikkien imusolujen reseptorit muodostavat valtavan kirjaston, jossa on ainakin muutama reseptori jokaista mahdollista uhkaa vastaan, jonka universumi päättää heittää niiden eteen. Tätä torjuntakirjastoa ei muodosteta millään järjestelmällisellä tavalla, vaan täysin satunnaisesti. Imusolujen käytössä on joukko geenin fragmentteja, siis ei edes kokonaisia geenejä vaan niiden osia. Näitä kombinoimalla ne kykenevät muodostamaan miljardeja erilaisia reseptoreita.

Kateenkorva

Satunnainen kombinointi tuottaa reseptorit kaikille mahdollisille antigeeneille, joita proteiineista voi rakentaa. Tässä piilee kuitenkin valtava riski: kombinointi tuottaa reseptoreja myös kehon omille soluille – ei pelkästään patogeeneille. Koska immuunijärjestelmän ei saa käydä omien solujen kimppuun, on imusolut valikoitava tarkoin. T-soluille se tapahtuu kateenkorvassa (thymus). Se osaa tuottaa kaikenlaisia proteiineja ja hormoneja, joita sydän, haima, maksa ja muut elimet tuottavat. Jos T-solukokelas tunnistaa minkään näistä, se saa apoptoosi-komennon ja tappaa itsensä kiltisti. Näin käy 98 %:lle kokelaista. Joka päivä 10 – 20 miljoonaa kokelasta läpäisee kateenkorvan testin, mutta sadat miljoonat kuolevat.

Kateenkorva alkaa kutistua ja kuihtua jo pienenä lapsena ja murrosiässä prosessi vain kiihtyy. Joka vuosi kateenkorvan soluista yhä useampi muuttuu rasvasoluiksi tai muuksi kudokseksi. Noin 85 vuoden iässä se sulkee ovensa lopullisesti. Muuallakin T-soluja vielä syntyy, mutta immuunijärjestelmä on enää vain varjo entisestään. Siksi infektiot ovat vaarallisempia vanhuksille. Elämää pidentävien hoitojen tutkimuksessa kateenkorva on ollut yksi mielenkiinnon kohteista ja ainakin pienimuotoisissa tutkimuksissa sen kudosta on onnistuttu kasvattamaan.

Antigeenien esittely

Imusoluja on miljardeja ja niiltä löytyy reseptori jokaista antigeenia kohti, mutta sen oikean löytäminen voi olla haasteellista, koska yksittäistä antigeenia vastaava reseptori voi löytyä vain muutamalta imusolulta. Oikean partnerin löytäminen on aiemmin mainittujen dendriittisolun tehtävä. Kun se on kerännyt näytteitä infektiopaikalta ja kuljettanut ne imusolmukkeeseen, se esittelee löydöksiään auttaja-T-soluille pinnallaan olevan proteiinimolekyylin muodostamalla alustalla. Tällä proteiinilla on sen verran luotaantyöntävä nimi, että on parempi käyttää vain lyhennettä: luokan II MHC (major histocompatibility complex class II). Dendriittisolu esittelee löydöksiään toki muillekin imusoluille, mutta niiden aktivoitumisprosessi eroaa auttaja-T-soluista ja niihin palataan myöhemmin.

Dendriittisolu on siis infektiopaikalta keräämiensä antigeenien peitossa, kun se saapuu imusolmukkeeseen. Siellä se kulkee auttaja-T-solulta toiselle, kunnes löytää solun, jolla sattuu olemaan jotain antigeeniä vastaava reseptori. Silloin antigeeni napsahtaa reseptoriin kuin kolmiulotteisen palapelin osa. Auttaja-T-solu ei kuitenkaan aktivoidu ennen kuin se saa vahvistussignaalin vielä toisen reseptorin kautta. Vasta sitten se uskoo, että antigeenin esittelijä on juuri dendriittisolu ja että senkin mielestä nyt on hätä kyseessä. Ilman tätä kaksivaiheista varmistusta aktivoitumista ei tapahdu, jotta immuunijärjestelmä ei käynnistyisi vahingossa.

On toinenkin, väestötasoinen turvajärjestelmä. MHC-molekyylejä tuottavat geenit ovat niin monimuotoisia, että jokaisella meistä on yksilölliset MHC-molekyylit. Vaikka jokin patogeeni oppisi hämäämään yhden henkilön immuunijärjestelmää, se ei silti pystyisi tuhoamaan koko ihmiskuntaa.

Dendriittisolut tuovat infektiopaikalta tilannetiedon yhdeltä ajanjaksolta. Sen jälkeen niillä on noin viikko aikaa löytää auttaja-T-solu, jolla on sopiva reseptori. Mikäli siinä ajassa osumaa ei löydy, solu tekee apoptoosin, sillä liian vanhaan tietoon immuunijärjestelmän ei ole järkevää reagoida. Jotta täydellisen partnerin löytymisen todennäköisyys miljardien auttaja-T-solujen joukosta paranisi, dendriittisoluja tulee infektiopaikalta yhä uusia niin kauan kuin taistelu tunkeutujia vastaan jatkuu. Lisäksi auttaja-T-solut kiertävät imusuoniston kerran päivässä etsimässä johonkin reseptoriin sopivaa antigeeniä.

Auttaja-T-solu

Auttaja-T-solun aktivoituminen tarkoittaa, että se alkaa monistaa itseään. Kun kopioita on tarpeeksi, joukko jakautuu kahtia. Osa seuraa sytokiinien ja muiden vaarasta viestivien kemikaalien vanaa infektiopaikalle. Viidestä seitsemään päivää tunkeutujien ilmaantumisesta auttaja-T-solut saapuvat taistelukentälle ja ottavat siellä komennon. Ne eivät osallistu suoraan taisteluun, mutta vapauttavat sytokiineja, jotka vahvistavat tulehdusta ja kutsuvat apuvoimia paikalle. Kuten aiemmin jo oli esillä, auttaja-T-solut virkistävät makrofagit tappajamoodiin, mutta myös jatkavat niiden elämää. Makrofagi on ohjelmoitu tekemään apoptoosi määräajassa, koska villiintyneenä se voisi olla hyvin vaarallinen omalle kudokselle. Auttaja-T-solu osaa nollata sen elinaikalaskurin.

Kun taistelu on voitettu, auttaja-T-solut tekevät itsekin apoptoosin, kymmenesosaa lukuun ottamatta. Näistä tulee muisti-T-soluja (memory helper T cell), jotka tämän jälkeen säilyttävät tiedon infektion aiheuttaneesta patogeenista. Jos sama patogeeni yrittää uudestaan päästä elimistöön, muisti-T-solu tunnistaa sen heti ja käynnistää vastatoimet ilman, että dendriittisolujen täytyy tehdä matkaansa imusolukkeelle apua hakemaan. Suurin osa patogeeneistä saa vain yhden mahdollisuuden. Seuraavalla yrityksellä ne tuhotaan välittömästi.

B-solut

Toinen osa imusolmukkeessa kloonatuista auttaja-T-soluista ei lähde taistelutantereelle, vaan alkaa aktivoida B-soluja, joilla on reseptorit kaikille erilaisille antigeeneille, aivan kuten T-soluillakin. B-solut syntyvät luuytimessä ja käyvät läpi vastaavan testauksen ja karsinnan kuin T-solut kateenkorvassa. Valmiit B-solut kiertävät imusuonistossa etsien sopivaa partneria samoin kuin T-solut, mutta siihen yhtäläisyydet päättyvät. B-solun tehtävä on tuottaa vasta-ainetta antigeenille. Käytännössä kukin sen reseptori itse asiassa on vasta-aine, joka sopii antigeeniin. Kun B-solu aktivoituu, se alkaa tuottaa ja erittää kyseistä vasta-ainetta valtavalla vauhdilla.

B-solun aktivoituminen on kaksivaiheinen prosessi. Ensimmäisessä vaiheessa B-solu ei vielä tarvitse auttaja-T-solua, vaan aktivoituu suoraan antigeenistä, joita infektiopaikalta virtaa imusuonistoa pitkin. Sieltä tulee kaikenlaisia taistelun jäänteitä, joita syöjäsolut eivät ole ahmineet tai dendriittisolut keränneet. B-solu voi tunnistaa laajemman kirjon antigeenejä kuin T-solu, jolle dendriittisolu tarjoilee niitä vain pieniksi paloiksi pilkottuina. B-solu ei ole nirso eikä edellytä luokan II MHC-molekyylia tarjottimeksi, vaan sille kelpaavat vapaana liikkuvat, pitkätkin antigeenit ja, mikäli siihen on taistelun tuoksinassa tarttunut aiemmin mainittu komplementtiproteiini, sitä parempi. Silloin aktivoituminen tapahtuu 100 kertaa helpommin, sillä komplementtiproteiinin läsnäolo vahvistaa, että antigeeni on peräisin tunkeutujasta.

Tämä on vasta aktivoitumisen ensimmäinen vaihe, mutta sen seurauksena B-solu alkaa jo monistaa itseään. Kun klooneja on noin 20 000, ne alkavat tuottaa vasta-aineita vereen, jonka mukana antigeenit kulkeutuvat infektiopaikalle. Nämä eivät vielä ole parasta laatua, johon B-solu pystyy aktivoitumisen toisessa vaiheessa. Mikäli toisen asteen aktivoitumista ei tapahdu, B-solut tekevät apoptoosin päivässä. Ne ovat niin vaarallisia, ettei niitä kannata pitää hengissä, ellei se ole ehdottoman välttämätöntä.

Aktivoitumisen toinen vaihe edellyttää vahvistusta aktivoituneelta auttaja-T-solulta . Jotta se onnistuisi, B-solu ahmaisee reseptoriinsa kiinnittyneen pitkän antigeenin, pilkkoo sen osiin, ja alkaa esitellä osia pinnallaan MHC-molekyyleissa. Vasta, kun kertaalleen aktivoitunut B-solu löytää partnerin aktivoituneesta auttaja-T-solusta, jolla on antigeeniin sopiva reseptori, on B-solun kaksivaiheinen aktivoituminen saatettu päätökseensä. Se paisuu nyt melkein kaksinkertaiseksi ja muuntuu lopulliseen muotoonsa, plasmasoluksi (Plasma cell), joka alkaa tuottaa vasta-aineita jopa 2000 kappaletta sekunnissa. Nämä vasta-aineet ovat pahimpia vihollisia kaikille tunkeutujille, olivat ne sitten bakteereja, viruksia tai loisia, mutta myös syöpäsoluille.

Mikä sitten on erona ensimmäisen ja toisen vaiheen vasta-aineilla? Ensimmäisessä vaiheessa B-solu ei ole kovin nirso, vaan hyväksyy reseptoriinsa antigeenin, joka on suunnilleen oikeanlainen. Sen vuoksi myös sitä vastaavat vasta-aineet ovat suunnilleen oikeanlaisia, mutta eivät täydellisiä. Toisessa vaiheessa auttaja-T-solu stimuloi B-solua parantamaan vasta-ainereseptiään ja tämä parantaminen voi jatkua useita kierroksia. Prosessia kutsutaan somaattiseksi hypermutaatioksi (somatic hypermutation tai affinity maturation).

Reseptin parantaminen tapahtuu geenifragmenttien mutaatiolla, jossa B-solun reseptorit ja samalla vasta-aineet muuttuvat hieman. Mikäli uusi resepti on huonompi kuin vanha, imusuonistoa pitkin tulevat antigeenit eivät sovi reseptoreihin kovin hyvin eikä B-solu saa stimulaatiota auttaja-T-solulta, vaan tekee apoptoosin. Mikäli uusi resepti taas on parempi, antigeenit loksahtavat reseptoreihin paremmin ja runsaammin. Silloin auttaja-T-solu stimuloi uudelleen B-solua ja samalla jatkaa sen elinikää. Tämä antigeenien sekä B- ja T-solujen tanssi parantaa vasta-ainereseptiä jatkuvasti, kunnes infektio sammuu eikä taistelukentältä enää tule uusia antigeenejä.

Vasta-aineet

Vasta-aineet ovat pelkkiä proteiinimolekyylejä, jotka sopivat antigeeniin. Yleisimmät muistuttavat hieman V-kirjainta tai rapua kaksine saksineen. ”Saksiosa” sopii hyvin patogeenin pinnalla olevaan antigeeniin – onhan se sille räätälöity B-solussa – ja jää siihen tiukasti kiinni. Vastaavasti vasta-aineen taka-osa kiinnittyy helposti syöjäsoluun, joka sitten ahmaisee koko patogeenin. Koska vasta-aineessa on useampi kuin yksi saksiosa, se voi tarttua useampaan patogeeniin samanaikaisesti, jolloin ne takertuvat toisiinsa kiinni avuttomaksi kimpuksi ja helpoksi saaliiksi syöjäsoluille.

Lisäksi vasta-aineet aktivoivat komplementtiproteiineja auttamalla niitä tarttumaan patogeeneihin. Komplementtiproteiinit ovat generalisteja, joilta patogeenit voivat oppia piileskelemään, mutta vasta-aineet ovat täsmäaseita, joita ei juuri voi hämätä. Adaptiivisen immuunijärjestelmän tuottamat vasta-aineet eivät siis korvaa synnynnäistä järjestelmää vaan pikemminkin tehostavat sen toimintaa.

Vasta-aineita on monenlaisia:

• IgM: koostuu tavallaan viidestä ravun muotoisesta osasta, jotka ovat liittyneet yhteen takaosistaan niin, että molekyylilla on viisi paria ulospäin sojottavia ”saksia”;
  kaksi takaosista aktivoi komplementtiproteiinien reaktiotietä;
  tehokas erityisesti viruksia vastaan
• IgG: useita alalajeja, jotka voivat siirtyä istukan kautta sikiöön;
  yksi alalaji on hyvä tarttumaan patogeenin pintaan peittäen sen kuin parvi kärpäsiä, aktivoi komplementtijärjestelmän, vaikka ei yhtä tehokkaasti kuin IgM;
  toinen alalaji toimii parhaiten infektion loppuvaiheessa, koska se ei aktivoi komplementtijärjestelmää rajoittaen siten tulehdusta
• IgA: yleisin tyyppi;
  toimii limakalvon suojamekanismina neutraloimalla patogeeneja ennen kuin ne pääsevät syvemmälle elimistöön;
  pääsee myös limakalvon läpi sen ulkopinnalle esimerkiksi flunssassa;
  ei aktivoi komplementtijärjestelmää, mikä aiheuttaisikin kiusallisen jatkuvan tulehduksen suolistossa;
  hyvä sitomaan useita patogeeneja yhdeksi kimpuksi
• IgE: alun perin suojannut loisilta, erityisesti madoilta, mutta nykyisin allergioiden aiheuttaja
• IgD: auttaa aktivoimaan immuunisoluja

Mistä B-solut sitten tietävät, millaisia vasta-aineita tarvitaan, jos niitä kerran on monenlaisia? Ne aloittavat aina IgM:stä, mutta vaihtavat tyyppiä auttaja-T-soluilta saadun informaation mukaan. Flunssaan valmistetaan IgA:ta, madoille IgE:tä, haavan bakteereille IgG:n alalajia yksi ja viruksen infektoimille soluille IgG:n alalajia kolme.

Puolustautuminen viruksia vastaan

Limakalvo

Ihon lisäksi limakalvo (mucosa) on suorassa yhteydessä ulkomaailmaan. Se on tavallaan kehon sisään kääntynyt ulkokuori. Iho voi harjoittaa tunkeutujia kohtaan nollatoleranssia, mutta limakalvon täytyy olla hieman sallivampi. Limakalvolla ja sen alla ei voi käydä raivopäisesti kaikkien tulokkaiden kimppuun, koska ravintoaineita ja ilmaa täytyy päästää läpi. Vihollisten tunnistaminen on haastavaa ja virheitä sattuu. Siksi limakalvo on kehon haavoittuvin osa. Se ei ole aivan samanlainen kaikissa kehonosissa. Keuhkoissa se on erilainen kuin suolistossa tai synnytyskanavassa.

Limakalvo on kuitenkin kehittynyt kuolemanvaaralliseksi paikaksi ei-toivotuille mikrobeille. Jos ihon pinnalla on kuolleen ihosolukon muodostama aavikko, niin limakalvo on kuin suo upottavine silmäkkeineen ja puolustusvartioineen. Sillä on käytössään useita suojamekanismeja.

Ensimmäinen puolustuslinja on sitä peittävä sitkeä ja niljakas lima, jota tuottavat pikarisolut (Goblet cell). Se on solukkoa tavoitteleville tunkeutujille aivan fyysinen este, jonka pohjaan pitää sukeltaa, mutta siinä on lisäksi epämiellyttäviä ainesosia, kuten suolaa, mikrobien kalvoja liuottavia entsyymejä ja ravintoaineita kätkeviä ainesosia. Lima suojaa kehon osia myös itseltään pitämällä esimerkiksi vatsahapot erillään soluista.

Toinen puolustusmekanismi ovat kaikkialla läsnä olevat IgA-vasta-aineet. Kolmanneksi lima liikkuu kaiken aikaa. Päällimmäisen solukerroksen epiteelisolujen (Epithelial cell) pintarakenteen pienet ripset (cilia) liikuttavat limaa tahdikkaasti. Liikkeen suunta vaihtelee sijainnin mukaan. Hengitysteissä lima liikkuu joko kehosta ulospäin suun ja nenän kautta tai sisäänpäin vatsalaukkuun. Paikoin epiteelisoluja on vain yksi kerros, joten se on hyvin erilainen kuin iho lukemattomine päällekkäisine soluineen. Epiteelisolut auttavat immuunijärjestelmää erittämällä sytokiineja hyökkäyksen sattuessa.

Suolisto

Suolisto muodostaa aivan erityisen haasteen immuunijärjestelmälle. Se on 3 – 7 metriä pitkä putki, jossa 90 % ravintoaineista imeytyy elimistöön. Sen limakalvolla on 30 – 40 biljoonaa (30 – 40 * 10¹²) bakteeria noin tuhannesta eri lajista ja lisäksi kymmeniä tuhansia lajeja viruksia. Immuunijärjestelmä pyrkii eristämään tämän valtavan mikrobiomin muusta kehosta torjumalla loppumatonta hyökkäysyritysten virtaa.

Suurin osa suolistobakteereista on tavallaan pöytävieraita, jotka auttavat ruoansulatuksessa. Niin kauan kuin nämä vieraat muistavat pöytätavat ja ruokailevat vain sitä, mitä tarjolle tuodaan, kaikki on hyvin. Kuitenkin kaiken aikaa osa niistä yrittää vaeltaa syvemmälle elimistöön. Verenkiertoon päästessään ne eivät todellakaan enää ole toivottuja vieraita vaan potentiaalisia tappajia. Limakalvolla on kolme kerrosta, joiden tehtävänä on pitää huolta siitä, että pöytävieraat pysyvät ruokasalin puolella.

Päällimmäinen kerros limaa on täynnä vasta-aineita, defensiinejä, ja muita proteiineja, jotka vahingoittavat ja tappavat bakteereja. Tämän kerroksen on kuitenkin oltava melko ohut ja huokoinen, jotta ravintoaineet pääsevät sen läpi.

Seuraava kerros, suoliston epiteelisolut, on todellinen muuri sisä- ja ulkopuolen välillä. Kerros on vain solun paksuinen, mutta solut ovat liimautuneet toisiinsa proteiinien avulla muodostaen läpäisemättömän seinämän. Immuunijärjestelmä valvoo tätä kerrosta ja iskee jokaiseen mikrobiin, joka yrittää kiinnittyä epiteelisoluun. Sitä tapahtuukin kaiken aikaa.

Epiteelisolujen alla on vielä kolmas kerros, limakalvon tukikerros (lamina propria), jossa makrofagit, B-solut ja dendriittisolut odottavat ei-toivottuja vieraita. Suojamekanismin täytyy kuitenkin olla hieman erilainen kuin muualla kehossa, koska tulehdusta halutaan välttää viimeiseen asti. Se kutsuisi paikalle nestettä, joka aiheuttaisi ripulin ja vahingoittaisi limakalvon pinnalla olevia hyvin käyttäytyviä bakteereja. Tukikerroksen makrofagit ovat hyviä ahmimaan bakteereja, mutta ne eivät eritä sytokiineja, jotka kutsuisivat paikalle neutrofiilejä ja aiheuttaisivat tulehduksen. Myös dendriittisolut käyttäytyvät hieman tavallisesta poikkeavasti. Ne istuvat epiteelikerroksen alla ja tunnistelevat solujen välejä siltä varalta, että sieltä yrittäisi jokin bakteeri läpi.

Tukikerroksen B-solut tuottavat valtavasti IgA-vasta-aineita, jotka voivat tunkeutua myös epiteelikerroksen läpi ottamaan tunkeutujia vastaan ulkopuolella. IgA ei suolistossa aktivoi komplementtijärjestelmää eikä aiheuta tulehdusta. IgA:n neljät erisuuntiin sojottavat ”sakset” kykenevät tarttumaan useisiin bakteereihin kerrallaan liimaten ne kimpuksi, jotka voi sitten laskea ulos kehosta ulosteen mukana. Kaikkiaan ulosteesta 30 % on bakteereja, ja monet niistä ovat IgA:n liimaamissa kimpuissa.

Suolistossa on erityinen imusolmuke, peyerin levyt (peyer’s patch), siltä varalta, että kaikkien vatsahappojen läpi onnistuisi pääsemään patogeeneja. M-solut (samat, joita on nielurisoissa) keräävät peyerin levyille näytteitä, jotta immuunivaste olisi mahdollisimman nopea.

Virukset

Virukset ovat yksinkertaisimpia itseään monistavia olioita, joita useimmiten ei pidetä edes elävinä. Ne koostuvat vain muutamasta rivistä geneettistä koodia ja joistain proteiineista. On arvioitu, että niitä olisi maapallolla 10³¹ kappaletta, joten lukumääräisesti ne ovat menestyksekkäin ryhmä. Ne luottavat siihen, että lähistöllä on eläviä soluja, joiden mekanismit voi kaapata. Sitä varten viruksen on päästävä solun sisään. Siinä se hyödyntää haavoittuvuutta, jolta ei voi täysin suojautua: reseptoreita. Niiden avulla solu vuorovaikuttaa ympäristönsä kanssa tunnistaen proteiineja ja kuljettaen aineita sisään ja ulos. Virus osaa kiinnittyä ainoastaan sellaiseen soluun, jossa on juuri oikeanlainen reseptori. Viruslajeja on valtavasti, mutta vain noin 200 lajia kykenee kaappaamaan ihmisen soluja.

Viruksen tarkka toiminta riippuu lajista, mutta yleensä se siirtää geneettisen materiaalinsa uhriin ja pakottaa sen lopettamaan normaalit elintoimintonsa. Solusta tulee virustehdas. Jotkin virukset pitävät isäntäsolun hengissä pysyvänä tuotantolaitoksena, mutta monet vain kuluttavat isännän loppuun mahdollisimman nopeasti. Tavallisesti kaappaus kestää 8 – 72 tuntia. Siinä ajassa solun resurssit muutetaan uusiksi viruksiksi, joita voi olla sadoista aina kymmeniin tuhansiin. Vaipalliset virukset (enveloped virus) ottavat solun kalvosta itselleen suojavaipan samalla, kun vapautuvat solun sisältä. Toinen tapa on pakottaa isäntäsolu purskauttamaan sisuksensa ulos viruksineen päivineen.

Virusten menestys perustuu supervoimaan, tai oikeastaan kahteen: lisääntymisnopeuteen ja muuntautumiskykyyn. Solut kykenevät vain kahdentumaan kerran sukupolvessa, mutta virustehtaaksi pakotetussa solussa virus tuottaa valtavan määrän klooneja itsestään. Tosin virukset ovat huolimattomia kopioitujia, joten niistä syntyy uusia mutaatioita kaiken aikaa. Sitä voisi luulla heikkoudeksi, mutta siitä onkin tullut vahvuus. Suurin osa mutaatioista on huonompia kuin alkuperäinen, mutta siitä virus ei voisi vähemmän välittää. Kun tekee tarpeeksi paljon huonoja kopioita, jokin niistä on vahingossa parempi kuin alkuperäinen. Näitä parempia versioita tarvitaan kamppailussa immuunijärjestelmää vastaan.

Viruksia vastaan immuunijärjestelmä ei voi luottaa samoihin aseisiin kuin bakteereja vastaan. Virus on pienempi ja vaikeampi havaita. Sillä ei ole aineenvaihduntaa, josta jäisi johtolankoja immuunisoluille. Se vieläpä piileskelee solun sisällä suuren osan elinkaarestaan. Lisäksi se lisääntyy ja muuntuu nopeammin kuin bakteeri. Se on pelottavan vaarallinen vihollinen.

Keuhkojen immuunijärjestelmä

Keuhkojen pinta-ala koloineen ja sopukoineen on yli 120 m², yli 60 kertaa ihon pinta-ala. Se vuorovaikuttaa ilman kanssa, jota hengitetään sisään noin 8000 litraa päivässä. Jokaisella henkäyksellä sisään otetaan noin puoli litraa ilmaa, jossa on hapen lisäksi muita kaasuja ja kaikenlaisia pieniä partikkeleita, kuten ilmansaasteita, pölyä ja siitepölyä. Myös bakteereita, viruksia ja itiöitä kulkeutuu keuhkoihin ilman, partikkelien tai vesihiukkasten mukana. Keuhkot eivät voi suojautua liian aggressiivisesti tunkeutujilta, jotta keuhkokudos ei vaurioituisi ja hengittäminen estyisi. Puolustuksen ja välttämättömien elintoimintojen välinen kompromissi jättää keuhkot väkisinkin haavoittuviksi. Siksi yleisimmät ja vaarallisimmat virukset iskevät elimistöön juuri hengitysteiden kautta.

Hengitysteiden puolustus alkaa jo nenäkarvoista, jotka karsivat suurimmat partikkelit. Toiseksi limakalvo voi tuottaa räjähtävän aivastusrefleksin. Kolmanneksi lima liikkuu kaiken aikaa ulos tai niellään sisään. Keuhkorakkuloissa näitä keinoja ei voi käyttää, koska lima estäisi kaasujen vaihdon. Siellä on vain yksi kerros epiteelisoluja kehon sisä- ja ulkopuolen välissä, eikä mitään muuta. Keuhkoille erikoistunut makrofagi (Alveolar macrophage) partioi ja kerää kuonaa, jota päätyy keuhkorakkuloihinkin, vaikka suurin osa tarttuu ylähengitysteiden limakalvoille. Keuhkojen makrofagit ovat erityisen kärsivällisiä eivätkä hermostu helposti. Ne vaimentavat muitakin immuunisoluja, kuten neutrofiilejä, mutta erityisesti ne yrittävät hillitä tulehdusreaktioita, koska keuhkoihin ei haluta nestettä.

Influenssa

Influenssa on hengityselinten virussairaus. Sen aiheuttaja kuuluu ortomyksoviruksiin (Orthomyxoviridae). Se luokitellaan A-, B-, C- ja D-tyyppiin, joista kaksi ensin mainittua tarttuu ihmisiin. A-influenssa aiheutti 1900-luvulla neljä suurta pandemia, joista espanjantauti tappoi ainakin 40 miljoonaa ihmistä. Tavallisina vuosina A-influenssaan kuolee noin puoli miljoonaa ihmistä. Se on eri sairaus kuin tavallinen flunssa, joka on melko vaaraton ja jonka oireet ovat lievemmät.

Kun A-virusta sisältävä pisara pääsee hengitysteihin, viruksilla on vain muutama tunti aikaa löytää uhri, koska limakalvon proteiinit ja vasta-aineet tuhoavat niitä hitaasti mutta varmasti. Mikäli virus siinä ajassa löytää tiensä epiteelisolulle, se kytkeytyy reseptorille, jolloin solu käärii sen pakettiin ja imaisee sisäänsä. Noin kymmenessä minuutissa virus saavuttaa tuman. Se vapauttaa geneettisen koodinsa ja joukon proteiineja, jotka purkavat solun viruspuolustuksen. Solun elintoiminnot on nyt vallattu. Aikaa siihen kului noin tunti sisääntunkeutumisesta.

Solu ei enää palvele kehon toimintoja vaan uutta pahantahtoista isäntäänsä. Muutaman tunnin ajan solun prosesseja ja tuotantolinjoja järjestellään uuteen uskoon ja sitten alkaa virusten massatuotanto, joka jatkuu kunnes solun resurssit on kulutettu ja se kuolee. Joidenkin arvioiden mukaan yhden infektoituneen solun virukset infektoivat keskimäärin 22 uutta solua. Silloin yhden solun virukset infektoivat yli viisi miljoonaa uutta solua vain viidellä lisääntymiskierroksella. Eksponentiaalinen lisääntyminen on hätkähdyttävän nopeaa.

Immuunijärjestelmälle virusinfektio on tyystin erilainen kuin bakteeri-infektio. Tunkeutuja on huijannut solun päästämään sen sisäänsä, jolloin mitään epäilyttävää ei ole näkyvissä. Virus on kuin puuhevonen, jonka Troijan asukkaat päästivät kaupunkiinsa. Troijalaiset alkoivat hälyttää kaupunkilaisia vaarasta heti, kun huijaus paljastui. Samoin toimivat epiteelisolut. Kun kaappaus paljastuu solulle, se alkaa erittää erilaisia sytokiineja, joista tärkeimpiä ovat interferonit. Ne varoittavat ympäröiviä soluja vaarasta, jolloin solut hidastavat proteiinituotantoaan. Toisinaan tämä riittää eikä infektio pääse leviämään, mutta yleensä tällä tavalla ennemminkin voitetaan aikaa, jota adaptiivinen immuunijärjestelmä tarvitsee täsmäaseiden valmistukseen.

Virukset eivät voi pysyä immuunijärjestelmän tutkan alla loputtomiin. Ne jättävät jälkeensä kuolleita soluja ja viruksia, jotka käynnistävät immuunivasteen, mutta immuunijärjestelmällä on virusinfektioihin erikoistunut dendriittisolukin (Plasmacytoid dendritic cell). Niitä liikkuu verenkierrossa ja imusuonistossa tarkkaillen interferonia ja itse viruksia. Kun ne havaitsevat infektion, ne erittävät valtavan määrän interferoneja. Usein veren interferonitaso onkin ensimmäinen merkki influenssasta, jo paljon ennen oireiden ilmaantumista. Kun virusinfektio paljastuu, synnynnäinen immuunijärjestelmä aloittaa taistelun. Makrofagit ahmivat kuolleita epiteelisoluja ja viruksia, ja erittävät sytokiineja lisäten tulehdusta. Neutrofiilitkin käyvät taisteluun. Ne eivät ole kovin hyödyllisiä viruksia vastaan, mutta vahvistavat kuitenkin tulehdusta.

Yksi syöjäsolujen erittämistä sytokiineista on pyrogeeni (pyrogen). Se aiheuttaa kuumeen vaikuttamalla suoraan aivoihin, joka tavallaan säätää kehon termostaattia suuremmalle. Silloin solujen elintoiminnot hidastuvat ja viruksia tuotetaan vähemmän. Kuumeella on sama hidastava vaikutus myös bakteereihin ja muihin patogeeneihin. Vain immuunijärjestelmän solut ovat poikkeus: niiden toiminta kiihtyy.

Kolmessa päivässä influenssainfektion alkamisesta virusten tuotanto on huipussaan ja, vaikka synnynnäinen immuunijärjestelmä tappaa viruksia niin paljon kuin ehtii, kaikkiin se ei pääse käsiksi, koska suurin osa viruksista piileskelee solujen sisällä. Siellä ne voi hävittää vain antamalla immuunijärjestelmälle luvan tappaa omia soluja. Ja se on tietenkin äärettömän vaarallista.

Luokan I MHC – ikkuna solun sisimpään

Lupaa omien solujen tuhoamiseen ei tarvita ainoastaan viruksia varten, vaan jotkin bakteeritkin, kuten tuberkuloosia aiheuttava Mycobacterium tuberculosis, valtaavat soluja syöden uhrejaan sisältäpäin. Samoin syöpäsolut on paras tuhota, koska ne ovat alkaneet kasvattaa omaa kudosta ja lakanneet tekemästä yhteistyötä kehon muiden solujen kanssa. Sitten on vielä yksisoluisia alkueläimiä (protozoa), kuten unitautia aiheuttavat trypanosomit (Trypanosoma) ja malariaa aiheuttava loinen (Plasmodium).

Vahingoittuneiden solujen tunnistamista varten immuunijärjestelmä on kehittänyt menetelmän kurkata toisten solujen sisään. Se tapahtuu luokan I MHC-molekyylin (major histocompatibility complex class I) avulla, jollainen löytyy kehon kaikista tumallisista soluista, siis kaikista muista paitsi punasoluista. Aiemmin mainittu luokan II MHC-molekyyli taas on ainoastaan tietyissä immuunisoluissa, jotka esittelevät sen avulla antigeenejä.

Luokan I MHC-molekyyli toimii kuin näyteikkuna esitellen solun ulkopinnalla sisältä satunnaisesti poimittuja proteiineja. Näitä näyteikkunoita solussa on tuhansia ja jokainen niistä vaihtaa näytettä noin kerran päivässä. Kun esimerkiksi A-influenssavirus kaappaa solun tuotantokoneiston, sen proteiineja aletaan esitellä solun ulkopuolella ja immuunisolut voivat tunnistaa ne antigeeneiksi. Lisäksi interferonit stimuloivat soluja rakentamaan lisää luokan I MHC-molekyylejä, joten infektion aikana solut tulevat entistä läpinäkyvämmiksi.

Sekä luokan I että II MHC-molekyylejä tuottavat geenit ovat niin monimuotoisia, että molekyylit ovat meillä jokaisella yksilöllisiä. Sen vuoksi on helppo erottaa omat solut vieraista. Elinsiirroissa tämä tosin on ongelma: immuunijärjestelmä tunnistaa, että uusi elin ei ole oma ja yrittää tappaa sen. Sen vuoksi elinsiirtopotilaan täytyy olla vahvassa immuniteettia hillitsevässä lääkityksessä loppuelämänsä ajan, mikä taas altistaa infektioille.

Tappaja-T-solu

Auttaja- ja tappaja-T-solu ovat sisaruksia, mutta niiden uravalinnat poikkeavat toisistaan merkittävästi. Auttaja-T-solu on huolellinen suunnittelija ja organisoija, mutta tappaja-T-solu toimii mieluummin itse, tappaen tehokkaasti, nopeasti ja armotta. Kuten sisarustensa, myös tappaja-T-solujen täytyy läpäistä kateenkorvassa tiukka karsinta, jonka seurauksena niillä sitten on reseptoreja yhteensä miljardeille antigeeneille. Auttaja-T-solun aktivoiva MHC-molekyyli on luokkaa II ja tappaja-T-solun luokkaa I.

Tappajasolun aktivoituminen tapahtuu kahdessa vaiheessa, kuten B-solunkin, mutta eri tavalla. Ensimmäisessä vaiheessa imusolmukkeeseen saapuva dendriittisolu esittelee viruksen antigeenin molemmissa MHC-molekyyleissään. Luokan II molekyyli aktivoi auttaja-T-solun ja luokan I molekyyli tappaja-T-solun. Dendriittisolu siis osaa käyttää luokan I molekyyliä tähän tarkoitukseen, vaikka sillä itsellään ei olisikaan virusinfektiota.

Pelkästään dendriittisolun aktivoima tappajasolu tekee itsestään muutaman kloonin ja lähtee taistelukentälle, mutta tekee apoptoosin melko pian. Todella verenhimoinen siitä tulee vasta, kun immuunijärjestelmän synnynnäinen ja adaptiivinen puoli ovat yhtä mieltä tilanteen vakavuudesta. Kertaalleen aktivoitu tappajasolu saa lopullisen tappamisluvan auttaja-T-solulta, joka on myös aktivoitu samalla antigeenillä. Silloin tappajasolu monistaa itsestään paljon klooneja, jotka lähtevät taistelukentälle käymään läpi solujen näyteikkunoita (luokan I MHC-molekyylejä). Mikäli ne havaitsevat viruksen antigeenin, ne antavat solulle apoptoosikomennon.

Luonnollinen tappajasolu

Kuten arvata saattaa, jotkut virukset ovat oppineet sulkemaan näyteikkunan, joka paljastaa niiden vehkeilyn, ja pakottavat valtaamansa solun lopettamaan luokan I MHC-molekyylin valmistamisen. Adaptiivinen immuunijärjestelmä on tässä tilanteessa neuvoton; se ei voi tietää, mitä solun sisällä tapahtuu. Synnynnäisellä immuunijärjestelmällä on kuitenkin yksinkertainen lääke tähän tilanteeseen: luonnollinen tappajasolu (Natural killer cell). Se vain tarkistaa, onko solulla luokan I MHC-molekyyliä. Jos sitä ei ole, luonnollinen tappajasolu antaa apoptoosikomennon. Punasolut se osaa jättää rauhaan, koska niissä ei kuulukaan olla näyteikkunoita. Niiden puolustukseen tosin jää silloin aukko, jota malarialoinen on oppinut hyödyntämään.

Luonnollisella tappajasolulla on muitakin kykyjä. Se tarkkailee myös solun stressitasoa. Jos kaikki ei näytä olevan kunnossa, koska virusinfektio kuormittaa tai kyseessä on syöpäsolu, solu saa apoptoosikomennon. Lisäksi luonnollinen tappajasolu osaa hyödyntää IgG-vasta-ainetta. Esimerkiksi A-influenssaviruksen infektoiman solun hajoaminen ei tapahdu hetkessä, vaan IgG-vasta-aine voi tarttua viruksiin, ennen kuin ne ennättävät ottaa solun kalvoa suojakseen vapautuessaan solusta. Luonnollinen tappajasolu voi silloin kytkeytyä IgG-vasta-aineeseen ja ehtiä antamaan solulle apoptoosikomennon juuri ajoissa.

Virusinfektion loppupeli

Kun A-influenssa iski, synnynnäinen immuunijärjestelmä yritti epätoivoisesti ja huonolla menestyksellä hillitä infektiota. Monenlaiset kemialliset hälytyssignaalit täyttivät kehon. Kuume nousi ja liman eritys lisääntyi. Luonnolliset tappajasolut ilmaantuivat taistelukentälle noin kolmen päivän kuluttua ja alkoivat tappaa soluja, jotka virus oli saanut peittämään näyteikkunansa tai jotka olivat selvästi stressaantuneita.

 Miljoonia soluja ehti kuolla taistelun tuoksinassa. Silti kaikella tällä ostettiin vain aikaa adaptiiviselle järjestelmälle, jonka aktivointi on dendriittisolujen vastuulla. Ne alkoivat heti kerätä näytteitä taistelukentältä, silppusivat ne sitten kappaleiksi ja lähtivät esittelemään löydöksiään imusolmukkeeseen (luokan I ja II MHC-molekyyleissä). Siellä ne aktivoivat sekä auttaja- että tappaja- T-soluja. Auttaja-T-solut saattavat sitten tappaja-T-solun ja B-solun kaksivaiheisen aktivoinnin loppuun. Tappoluvan saanut ja verenhimoiseksi aktivoitu tappajasolu kloonaa itseään ja B-solu tuottaa nopeasti vasta-aineita, jotka ovat täsmäaseita virukselle.

Noin viikon kuluttua infektion alkamisesta tämä raskas tykistö vihdoin saapuu taistelukentälle valmiina kääntämään viivytystaisteluksi muuttuneen sodan kulun. Tappajasolut kiertävät solulta toiselle ja antavat apoptoosikomennon infektoituneille. Vasta-aineet eliminoivat solujen ulkopuolisia viruksia tukkimalla proteiineja, joiden avulla virus muuten huijaisi tiensä solun sisään. Makrofagit ahmivat kuolleiden solujen jäänteitä ja harmittomiksi neutraloituja viruksia. Virusten määrä keuhkoissa romahtaa. Seuraavien päivien aikana infektio lakkaa ja taistelukentän siivousoperaatio alkaa.

Silti jäljellä on yksi tärkeä tehtävä. Immuunijärjestelmä täytyy sulkea – varsinkin ne solut, joilla on lupa tappaa. Sairauden oireetkin ovat aiheutuneet enimmäkseen immuunivasteesta eivätkä niinkään itse infektiosta. Kun vihollisten määrä laskee, taistelevia immuunisolujakin on vähemmän, jolloin tulehdusta aiheuttavia sytokiinejä ei enää erity niin paljon. Uusien T-solujen aktivointi vähenee ja lopulta lakkaa kokonaan. Aktiiviset T-solut tekevät lopulta apoptoosin, kun niitä ei enää aktivoida. Makrofagit siivoavat taistelukentän lopusta roskasta.

Vaikka immuunijärjestelmä yleensä sammuu automaattisesti, toisinaan on tarve sammuttaa se ohjatusti. Silloin siitä huolehtivat säätelijä-T-solut (Regulatory T cell), joita on noin 5 % kaikista T-soluista. Niiden toiminta on päinvastainen kuin auttaja-T-soluilla; ne hillitsevät eivätkä aktivoi. Etenkin suolistossa tulehduksen säätely on tarpeen, onhan se täynnä vieraita mutta enimmäkseen ystävällismielisiä bakteereja.

Immuunijärjestelmän muisti

Useimpiin tarttuviin tauteihin sairastumme vain kerran ja olemme sen jälkeen immuuneja. Se onkin hyödyllistä, sillä ei olisi mukava sairastua influenssaan saman tien uudelleen. Aiemmin mainittiin muisti-T-solu, mutta niitä on itse asiassa useammanlaisia. Osa niistä päivystää kudoksessa (Tissue-resident memory T cell), jossa infektio esiintyi, mutta efektorisolut (Effector memory T cell) partioivat imusuonistossa ja veren mukana etsien antigeeniä, jonka kanssa sen esivanhempi aikanaan otteli. Sitten on vielä imusolmukkeissa päivystäviä muistisoluja (Central memory T cell).

Aivan samoin kaksivaiheisen aktivoinnin läpikäyneistä B-soluista osa muuttuu muistisoluiksi. Niitäkin on useita tyyppejä. Luuytimessä päivystävät muistisolut (Long-lived plasma cell) tuottavat jatkuvasti vasta-aineita, jotta niitä on aina valmiina kaikissa kehon nesteissä. Yhdessä veripisarassa on 13 biljoonaa (13 x 10¹²) vasta-ainetta. Imusolmukkeissa on muistisoluja (Memory B cell), jotka vain odottavat, kunnes törmäävät antigeeniin, jonka muistavat. Silloin ne monistavat itseään tuhansittain ja alkavat tuottaa massoittain vasta-aineita.

Muistisolut käynnistävät immuunivasteen äärimmäisen nopeasti verrattuna siihen, mitä tapahtui alkuperäisen infektion aikana. Vaikka T- ja B-soluilla on vasta-aine kaikille mahdollisille antigeeneille, tiettyä vasta-ainetta löytyy ehkä vain kymmenestä solusta, jos siihen ei ole aiemmin törmätty. Siinä on hakemista. Muistisoluja taas on paljon, joten ne havaitsevat nopeasti muistamansa antigeenin ja käynnistävät heti riittävät toimenpiteet. Yleensä tunkeutujalla ei ole mitään mahdollisuutta toisella yrittämällä.

Muistisolutkin ovat alttiita viruksille. Esimerkiksi tuhkarokkovirus tuhoaa sekä T- että B-tyypin muistisoluja, jolloin niihin tallentuneet tiedot vanhoista vihollisista menetetään. Tuhkarokkoa vastaan on olemassa toimiva rokote, mutta viime vuosina rokotevastaiset ovat kampanjoineet sitä vastaan. Kolmessa vuodessa kuolemantapaukset ovat kasvaneet 50 %; vuonna 2019 tautiin kuoli 200 000 ihmistä. Suurin osa sairastuneista kyllä toipuu, mutta he voivat joutua sairastamaan uudelleen tauteja, joille olivat kertaalleen hankkineet immuniteetin.

Keinotekoinen immuniteetti ja rokotteet

Emme voi lainata muistisoluja toisilta ihmisiltä, koska immuunijärjestelmämme tunnistaisi ne vieraiksi ja tuhoaisi ne. Sen sijaan voimme lainata vasta-aineita. Esimerkiksi käärmeen puremiin on tarjolla vastamyrkkyjä. Niitä voi valmistaa altistamalla jokin toinen nisäkäs, kuten hevonen tai kani, pienelle määrälle myrkkyä. Lisäämällä annosta pikku hiljaa eläin kehittää vasta-ainetta, joka sitten voidaan eristää verestä. Tällainen passiivinen immuniteetti toimii myös raskauden aikana, kun äidin vasta-aineet suojaavat sikiötä. IGIV-terapiassa (immunoglobulin intravascular) vasta-aineita kerätään luovutetusta verestä ja annetaan immuunipuutoksesta kärsiville potilaille.

Rokottaminen on aktiivisempi tapa tuottaa keinotekoinen immuniteetti. Idea on jo vanha. Kiinalaiset ja intialaiset ovat tunteneet jo ainakin satoja vuosia isorokon variolaation, jossa lapsi altistettiin taudille. Yleensä lievän taudin sairastaneen potilaan paiseita tai märkärakkuloiden nestettä ensin kuivattiin ja sitten hierottiin saatu jauhe pieneen, ihoon tehtyyn haavaan. Menetelmä toimi, mutta se ei ollut riskitön: 1 – 2 % potilaista sai vakavan tautimuodon. Kuitenkin tulos oli kansanterveydellisesti positiivinen, sillä tartunnan saaneista jopa 30 % kuoli ja monille hengissä selvinneillekin jäi elinikäisiä arpia tai he sokeutuivat.

Rokotteet ovat sittemmin kehittyneet, vaikka idea on pysynyt samana. Immuunijärjestelmä täytyy aktivoida, jotta se tuottaisi muistisoluja. Siihen on käytetty heikennettyjä (live-attenuated) tai inaktivoituja (inactivated) taudinaiheuttajia, joita käytetään kokonaisina. Toinen tapa on käyttää vain taudinaiheuttajan osia (subunit vaccine), antigeenejä. Se on varsin turvallinen tapa. Kokonaisista taudinaiheuttajista, tai yleisemmin niiden aineenvaihduntatuotteista, tulee useammin sivuoireita kuin pelkistä osasista. Taudinaiheuttajan osia voidaan tuottaa soluviljelmissä tai, kuten mRNA-rokotteissa, kuljettamalla antigeenin geneettistä koodia solun sisään, jolloin solu itse tuottaa väliaikaisesti antigeeniä.

Immuunijärjestelmän häiriöt

HIV ja AIDS

HIV (Human Immunodeficiency Virus) on pelottava mutta kiehtova esimerkki siitä, mitä tapahtuu, kun immuunijärjestelmä menee epäkuntoon. Viruksen pääkohde on itse asiassa vain yksi solu, mutta se sattuu olemaan auttaja-T-solu, jolla on aivan keskeinen rooli immuunipuolustuksessa. Virus pääsee CD4-reseptorin kautta auttaja-T-soluun sekä jossain määrin myös makrofageihin ja dendriittisoluihin. HIV on retrovirus, joten se tunkeutuu myös DNA:han, josta muutenkin noin 8 % on retrovirusten sinne tuomaa ainesta. HIV-infektio etenee kolmessa vaiheessa.

Ensimmäinen, akuutti vaihe käynnistyy, kun dendriittisolu tuo esimerkiksi verikontaktissa saadun viruksen imusolmukkeeseen, jossa se pääsee edelleen auttaja-T-soluun. Tämä alkaa tuottaa valtavia määriä virusta. Synnynnäinen immuunijärjestelmä taistelee vastaan ja aktivoi myös adaptiivisen järjestelmän. Ensimmäiset oireet ilmaantuvat tässä vaiheessa, mutta ne muistuttavat vain lievää flunssaa eivätkä siten yleensä soita hälytyskelloja tartunnan saaneessa henkilössä. Tappaja-T-solut ja plasmasolut hoitavat ongelman, mutta vain joissakin harvoissa tapauksissa lopullisesti.

Suurin osa infektioista etenee toiseen, krooniseen vaiheeseen, koska HIV:llä on erityisiä selviytymistaitoja. Ensiksikin, virus ei leviä pelkästään tekemällä paljon kopioita itsestään ja sitten purskauttamalla ne kaikki ulos solusta, vaan se pitää uhrejaan hengissä niin pitkään kuin mahdollista. Toiseksi HIV osaa käyttää mekanismia, jolla immuunisolut tarkistavat toistensa reseptoreja. HIV pystyy kaappaamaan tämän rajapinnan, immunologisen synapsin (immunological synapse), ja siirtymään suoraan solusta toiseen. Tällä tavalla virus piileskelee vasta-aineilta. Toinen tapa piileskellä on pitää infektoitu solu uinuvana pitkiäkin aikoja.

HIV:n lisääntymisessä tapahtuu paljon kopiointivirheitä. Infektio voi tuottaa 10 miljardia (10¹⁰) uutta virusta päivässä. Suurin osa kopiointivirheistä tuottaa toimimattomia tai huonosti toimivia viruksia, mutta pieni osa niistä toimii hyvin ja eroaa niin paljon alkuperäisestä, että tappaja-T-solut ja vasta-aineet eivät enää tehoa niihin. Immuunijärjestelmä ei kuitenkaan anna periksi. Se tuottaa uusia ja uusia sukupolvia tappaja-T-soluja ja vasta-aineita eeppisessä hyvän ja pahan taistelussa, joka kestää vuosia. Virus on kuitenkin kaapannut auttaja-T-solun, juuri sen solun, jonka tehtävä oli aktivoida tappaja-T-solut ja B-solut taistelussa virusta vastaan. Kun auttaja-T-solujen määrä pikku hiljaa laskee alle kriittisen tason, adaptiivinen immuunijärjestelmä romahtaa.

Alkaa infektion kolmas vaihe, immuunikato (profound immunosuppression), joka aiheuttaa kuolemaan johtavan sairauden, AIDS:in (Acquired Immune Deficiency Syndrome). Sadat patogeenit, mikrobit ja syövät, jotka immuunijärjestelmä normaalisti hoitaisi helposti, ovat nyt vaarallisia ja jopa tappavia. HIV-lääkityksen avulla infektio pystytään nykyisin pitämään kroonisessa vaiheessa, mikä estää kolmannen vaiheen ja AIDS:in ilmaantumisen.

Allergiat

Allergisuus tarkoittaa immuunijärjestelmän ylireagointia jollekin ainesosalle, jonka ei pitäisi olla erityisen vaarallinen. Noin viidesosa länsimaalaisista kärsii jostain allergiasta, yleensä välittömästä, tyypin I yliherkkyydestä (immediate hypersensitivity tai type I hypersensitivity), jonka oireet ilmaantuvat hyvin pian, noin viiden minuutin kuluessa. Tavallisimpia allergioita ovat astma ja ruoka-aineallergiat, mutta periaatteessa mille tahansa voi olla allerginen. Reaktion laukaisevaa antigeeniä kutsutaan tässä yhteydessä allergeeniksi (allergen).

Allergia kehittyy kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa tapahtuu herkistyminen, kun allergeeneja jostain syystä sitoutuu B-solun reseptoreihin sillä seurauksella, että solu alkaa tuottaa vasta-ainetta, useimmiten IgE:tä. Sitä vetävät puoleensa aiemmin mainitut syöttösolut kuin magneetit. Pommi on nyt viritetty, mutta mitään sen kummempaa ei vielä tapahdu. Allergian toiseen vaiheeseen edetään, kun sama allergeeni seuraavan kerran pääsee elimistöön räjäyttäen viritetyn pommin. Tässä allergisessa reaktiossa syöttösolu purskauttaa (degranulate) ulos kaikki tulehdusta aiheuttavat kemikaalinsa, etenkin histamiinin.

Epämiellyttävät allergiaoireet johtuvat tulehduksesta. Mikäli se tapahtuu liian monessa kehon osassa samaan aikaan, verenpaine voi laskea kohtalokkaasti. Histamiini stimuloi limaa erittäviä soluja hengitysteissä. Kaikkein vaarallisinta on kuitenkin se, että keuhkojen lihakset supistuvat ja tekevät hengittämisestä vaikeaa tai mahdotonta. Pahimmassa tapauksessa seuraa anafylaktinen šokki (anaphylactic shock), joka voi tappaa muutamassa minuutissa.

Syöttösolut vapauttavat myös sytokiineja, jotka kutsuvat paikalle basofiilejä (basophil) jatkamaan allergiareaktiota sen jälkeen, kun syöttösolut ovat vapauttaneet kemikaalinsa ja ovat lataamassa pommejaan seuraavaa kertaa varten. Allergia voi kehittyä myös krooniseksi eosinofiilien (Eosinophil) vuoksi. Ne aktivoituvat syöttösolujen ja basofiilien sytokiineistä.

Miksi osa ihmisistä sitten tuottaa paljon IgE-vasta-aineita? Sitä ei varmuudella tiedetä, mutta sen sijaan oletetaan, että IgE-vasta-aineen alkuperäinen tehtävä on ollut torjua isoja parasiittejä, joita syöjäsolut, makrofagit ja neutrofiilit, eivät kykene ahmimaan sellaisenaan. Ihmiskunta on kärsinyt erityisesti loismadoista miljoonia vuosia. Melkein 300 erilaista matoa pystyy loisimaan ihmisessä. Niistä tusinan verran on niin laajalle levinneitä, että noin kaksi miljardia ihmistä kärsii niistä. Ne voivat aiheuttaa jopa 20 vuotta kestävän kroonisen infektion. Niiden munat tai toukat poistuvat ulosteen mukana.

Kun mato tunnistetaan ensimmäisen kerran, B-solut alkavat tuottaa IgE-vasta-aineita, joilla ne virittävät syöttösolut. Seuraavan kerran matoon törmätessään syöttösolun laukaisee kemiallisen aseistuksensa lähietäisyydeltä. Tulehdusreaktio kutsuu paikalle syöjäsolut sekä basofiilit ja eosinofiilit varmistamaan, että madolla ei ole liian helppoa. Madot ovat kuitenkin oppineet puolustautumaan kemikaaleilla, jotka hillitsevät ja säätelevät immuunijärjestelmää. Jos oletetaan, että ennen muinoin lähes kaikilla ihmisillä oli loismatoja, niin immuunijärjestelmän piti säätää reaktioita herkemmiksi. Nykyihmisillä ei enää ole immuunipuolustusta hillitseviä matoja, joten järjestelmä on ylivirittynyt, mikä aiheuttaa allergiaa.

Autoimmuunisairaudet

T- ja B-solut käyvät läpi ankaran karsinnan, jossa varmistetaan, että ne osaavat erottaa oman kehon solut vieraista. Lisäksi niiden lopullinen aktivoituminen tapahtuu monimutkaisen prosessin kautta. Kaikista turvajärjestelmistä huolimatta asiat voivat mennä vikaan ja saada immuunijärjestelmän hyökkäämään oman kudoksen kimppuun. Yleensä kyse on äärettömän huonosta tuurista, jossa useampi asia on mennyt pieleen.

Ensiksikin, omien MHC-molekyylien täytyy kyetä sitoutumaan oman kehon antigeeneihin tehokkaasti. Tämä on enimmäkseen geneettistä. Kuten aiemmin mainittiin, MHC-molekyylit määräytyvät sattumanvaraisesti ja ovat sen seurauksena yksilöllisiä. Perinnöllinen taipumus lisää piirteen todennäköisyyttä, mutta periaatteessa näissä arpajaisissa sen voi saada kuka tahansa. Toinen ehto on, että T- tai B-solujen karsinnasta sattuu pääsemään läpi sellainen, joka tunnistaa oman antigeenin. Kun soluja tuotetaan miljardeittain joka päivä, niinkin voi käydä, mutta sekään ei vielä laukaise sairautta.

Vielä kolmannen edellytyksen täytyy täyttyä. Tarvitaan infektio, joka saa synnynnäisen immuunijärjestelmän aktivoimaan viallisen T- tai B-solun. Tällaisessa infektiossa vieras antigeeni on riittävän samanlainen (molecular mimicry) kuin oma antigeeni. Se voi tapahtua aivan sattumalta, mutta jotkin patogeenit yrittävät myös matkia isäntäänsä, koska sillä tavalla ne voivat yrittää piileskellä immuunijärjestelmältä. Tällöin tappaja-T-solut aktivoituvat ja alkavat tappaa paitsi infektoituneita soluja, myös omia soluja, joissa on riittävän samanlainen oma antigeeni. Osa tappajasoluista muuttuu sitten muisti-T-soluiksi. Alkuperäisen infektion poistuttua tappajasolut löytävät edelleen omia antigeenejä ja tappavat niitä esitteleviä kudoksen soluja. Autoimmuunisairaus on käynnistynyt.

Tilanne alkaa näyttää huonolta, mutta ei niin huonolta, etteikö pahemmaksikin voisi mennä. Myös B-solu voi vahingossa virittyä omalle antigeenille. Kuten aiemmin mainittiin, B-solu osaa optimoida vasta-aineen kullekin viholliselle, todelliselle tai kuvitellulle. Kun omalle antigeenille virittynyt B-solu saa vahvistussignaalin auttaja-T-solulta, siitä tulee plasmasolu. Se valmistaa autovasta-aineita (autoantibody), jotka kytkeytyvät omiin soluihin ja merkitsevät ne tapettaviksi. Osasta plasmasoluista tulee muistisoluja.

Muistisolut pitävät huolen, että immuunijärjestelmä hyökkäilee omia soluja vastaan vuosia tai vuosikymmeniä. Elimistö valmistaa tapettujen solujen tilalle uusia, jotka taas joutuvat hyökkäyksen kohteeksi. Seurauksena on krooninen tulehdus. Immuunisolut kuvittelevat olevansa vihollisten ympäröimiä ja käyttäytyvät sen mukaan. Onneksi autoimmuunisairaudet ovat harvoin tappavia, mutta ne tekevät elämästä kyllä kurjaa ja kuluttavaa.

Immuunijärjestelmällä on kuitenkin yksi mekanismi, anergia (anergy), jolla autoreaktiivisen T-solun pahanteon voi estää. T-solun kaksivaiheisessa aktivoitumisessa dendriittisolu ensin esittelee antigeenin ja sitten vielä vahvistaa aktivoinnin toisella signaalilla. Kun dendriittisolu törmää aktivoituneeseen T-soluun tilanteessa, jossa ei ole infektiota, se jättää toisen signaalin antamatta. Silloin omiin soluihin mieltyneen T-solun aktivointi purkautuu ja se viettää loppuelämänsä nestekierrossa ajelehtien.

Hygieniahypoteesi

1980-luvulla havaittiin, että monet allergiat olivat yhteydessä sisarusten määrään. Syntyi hygieniahypoteesi, jonka mukaan ”epähygieeniset” kontaktit sisarusten välillä aiheuttaisivat enemmän infektioita lapsuudessa ja suojaisivat allergioilta. Lapsia pitäisi siis altistaa mikrobeille ja sairastuttaa kulkutauteihin immuunijärjestelmän parantamiseksi. Tämä ajattelu elää vieläkin, vaikka sen perusta on kyseenalainen, ellei kokonaan virheellinen.

Melkein kaikki tarttuvat taudit ovat varsin uusia, viimeisen 10 000 vuoden aikana ilmaantuneita. Kolera, isorokko, tuhkarokko, influenssa, flunssa ja vesirokko kuuluvat näihin. Biologiamme ei ole ehtiä sopeutua niihin. Tuhkarokon sairastaminen ei tee kenestäkään vahvempaa; se tekee vain elämästä kurjaa kahden viikon ajaksi. Vaaralliset patogeenit ovat vain… vaarallisia. Niitä kannattaa välttää.

On kuitenkin paljon mikrobeja joiden kanssa olemme eläneet kauan, paljon pitempään kuin 10 000 vuotta. Ne ovat luonnollisia harjoitusvastustajia, joiden avulla on turvallisempaa sparrata immuunijärjestelmää. Esimerkiksi suolistobakteerit ovat yhtä tärkeitä kuin sisäelimet. Syntyessämme saamme äidiltä pienen aloituspakkauksen alatiesynnytyksessä ja imetyksessä, mutta muutoin mikrobit pitää hankkia. Ellemme saa niitä riittävästi, immuunijärjestelmämme ei opi tarpeeksi ja saatamme tulla yliherkiksi vaarattomille aineille, kuten pähkinöille tai siitepölylle.

Yhdysvalloissa tutkittiin varhaislapsuuden ympäristön vaikutusta immuniteettiin kahden uskonnollisen yhteisön avulla. Tutkimuksen kohteet, amishit ja hutteriitit, ovat molemmat muuttaneet Amerikkaan Keski- Euroopasta 1700- ja 1800-luvuilla. Molemmat ryhmät ovat pysyneet geneettisesti eristyneinä siitä saakka ja eläneet samanlaisen vahvan uskonnollisen vakaumuksen mukaan. Heidän elämäntavassaan on kuitenkin yksi merkittävä ero: amishit harjoittavat perinteistä maataloutta hevosvoimalla välttäen modernia teknologiaa, kun taas hutteriitit elävät teollisilla yhteistiloilla kaikkine nykyajan laitteineen ja mukavuuksineen. Hutteriiteilla on neljä kertaa enemmän astmaa ja muita allergioita kuin amisheilla, jotka elävät yhdessä perinteisten mikrobien kanssa.

Syöpä

Kiteytettynä syöpä tarkoittaa tilaa, jossa solukko jossain kehon osassa alkaa kasvaa ja levitä hallitsemattomasti. Sitä voi esiintyä kaikissa kehon soluissa, kasvaimena kudoksessa tai ”nestemäisenä” veressä, luuytimessä tai imusuonistossa. Solu muuttuu syöpäsoluksi DNA:ssa tapahtuvien mutaatioiden vuoksi. Ne ovat hyvin yleisiä. Keskimääräisen solun perinnöllinen aines mutatoituu kymmeniätuhansia kertoja päivässä, mutta suurin osa muutoksista korjataan saman tien tai niillä ei ole vaikutusta. Vähitellen soluihin kuitenkin kertyy mutaatioita ja varmin tapa saada syöpä onkin elää oikein pitkään.

Jotta solu muuttuu syöpäsoluksi, sen täytyy mutatoitua juuri oikealla tavalla kolmessa järjestelmässä, jotka yhdessä estävät syövän syntyä. Ensiksikin mutaation täytyy tapahtua syöpägeeneissä, onkogeeneissä (oncogene), jotka valvovat kasvua ja solun jakautumista. Jotkin näistä geeneistä ovat aktiivisia esimerkiksi sikiön kasvun aikana ja hiljennetään sitten. Toiseksi tarvitaan mutaatio kasvunrajoitegeeneissä (tumor suppressor gene), jotka valvovat ja korjaavat DNA:n kopioitumisvirheitä. Kolmanneksi tarvitaan mutaatio geeneissä, jotka säätelevät apoptoosia. Useimmiten tarvitaan useita mutaatioita kaikissa näissä kolmessa järjestelmässä, mutta yksinkertaistettuna mekanismi on tämä.

Koska syöpä on jatkuvasti kehoa uhkaava vaara, immuunijärjestelmä osaa tuhota sen rutiininomaisesti ja tehokkaasti. Kun syöpäsolukko alkaa kasvaa hallitsemattomasti, se vie ravinteita ja siten vahingoittaa naapurisoluja. Epänormaalit solukuolemat kutsuvat paikalle makrofageja ja luonnollisia tappajasoluja, jotka erottavat syöpäsolut normaaleista soluista esimerkiksi puuttuvien ”näyteikkunoiden” (luokan I MHC-molekyylien) tai stressimolekyylien perusteella. Silloin luonnolliset tappajasolut antavat syöpäsoluille apoptoosikomennon ja käynnistävät tulehdusreaktion sytokiinien avulla. Sen jälkeen makrofagit siivoavat kuolleet solut. Myös adaptiivinen immuunijärjestelmä osallistuu syöpäsolujen torjuntaan. Dendriittisolut keräävät näytteitä ja aktivoivat T-soluja, jotka pystyvät tunnistamaan syöpäsolut, koska ne eroavat omista soluista geneettisen korruption vuoksi. Solujen kuuluukin signaloida, kun niissä on jotain vialla. Usein nämä toimet riittävät ja syöpä on voitettu.

Toisinaan syöpäsolut ehtivät elää ja lisääntyä niin kauan, että joku niistä onnistuu mutatoitumaan juuri oikealla tavalla ja piiloutumaan siten immuunijärjestelmältä. Esimerkiksi se voi oppia kytkeytymään tappaja-T-solun inhibiittorireseptoriin. Silloin tappaja-T-solun aktivointi purkautuu ennen kuin se ehtii tappaa syöpäsolun. Tällainen syöpäsolu on tullut immuuniksi immuunijärjestelmälle. Se voi nyt lisääntyä vapaasti ja tuottaa syöpäsolukosta kasvaimen.

Kasvaimesta kehittyy uudenlainen mikroympäristö, joka elää omaa elämäänsä erillään kehon muista toiminnoista osallistumatta solujen väliseen työnjakoon. Jossain vaiheessa se alkaa lähettää etäpesäkkeitä muihin kudoksiin. Jos etäpesäkkeet pääsevät elintärkeisiin elimiin, kuten keuhkoihin, aivoihin tai maksaan, kehon toiminta alkaa luhistua, mikä johtaa kuolemaan.

Koronavirus

Koronapandemian, COVID-19:n, aiheuttaa virus, SARS-CoV-2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2). Sitä kutsutaan yleensä koronavirukseksi, vaikka se on vain yksi kyseisen ryhmän viruksista. Tavallisista flunssistakin noin 15 % on koronavirusten aiheuttamia. Läheskään kaikkea ei vielä tiedetä COVID-19:stä, mutta jotain on sentään saatu selville.

Virus kytkeytyy ACE2-reseptoriin, joita hengitysteiden epiteelisoluissa on runsaasti, mutta niitä on muissakin kudoksissa, kuten verisuonissa, sydämessä, suolistossa ja munuaisissa. Yleensä virusinfektion ensimmäinen immuunivaste koostuu interferoneista, jotka hidastavat virusten lisääntymistä, ja muista sytokiineistä, jotka aiheuttavat tulehdusta ja hälyttävät immuunisoluja. Koronavirus kuitenkin näyttää sulkevan interferonien erityksen tai ainakin hidastavan sitä, jolloin viruksella on aikaa lisääntyä ja samalla tulehdus leviää.

Keuhkoihin leviävä tulehdus on monille vaarallinen. Ilman interferonia virus lisääntyy ja pitää tulehduksen käynnissä. Miljoonat epiteelisolut kuolevat ja kaasujen vaihto keuhkoissa vaikeutuu. Potilas täytyy kytkeä hengityslaitteeseen. Jos keuhkoihin pääsee vielä bakteereita, immuunijärjestelmän on lähetettävä paikalle makrofageja ja neutrofiilejä, jotka tuhoavat kyllä bakteereja, mutta aiheuttavat myös paljon sotkua. Tulehdus voi repiä keuhkoihin reikiä, jotka sitten arpeutuvat, kun keho yrittää korjata vahinkoa. Taudista toipuneillakin voi olla pienentynyt hapenottokyky loppuelämän ajan. Tulehdus voi myös aiheuttaa veren hyytymistä verisuonissa, mikä entisestään vähentää hapensaantia elimistössä ja voi aiheuttaa veritulpan.