Aloreconocimiento - Allorecognition
El aloreconocimiento es la capacidad de un organismo individual para distinguir sus propios tejidos de los de otro. Se manifiesta en el reconocimiento de antígenos expresados en la superficie de células de origen no propio. Se ha descrito aloreconocimiento en casi todos los filos multicelulares.
Este artículo se centra en el alorreconocimiento desde el punto de vista de su importancia en la evolución de los organismos multicelulares. Para otros artículos que se centran en su importancia en medicina, biología molecular, etc., se recomiendan los siguientes temas, así como los de los enlaces de Categorías en la parte inferior de esta página.
- Sistema inmunológico , inmunología
- Rechazo de trasplantes
- Tipificación de tejidos
- Complejo mayor de histocompatibilidad (MHC)
La capacidad de discriminar entre lo propio y lo ajeno es un requisito fundamental para la vida. En el nivel más básico, incluso los organismos unicelulares deben poder distinguir entre alimentos y no alimentos, responder adecuadamente a los patógenos invasores y evitar el canibalismo. En los organismos que se reproducen sexualmente, la discriminación de uno mismo / no uno mismo es esencial para asegurar la interacción óvulo / esperma específico de la especie durante la fertilización. Los organismos hermafroditas, como los anélidos y ciertas plantas, requieren mecanismos de reconocimiento para evitar la autofecundación. Todas estas funciones son llevadas a cabo por el sistema inmunológico innato , que emplea receptores de reconocimiento de patrones conservados evolutivamente para eliminar las células que muestran "marcadores no propios".
Evolución de la multicelularidad
La evolución de la multicelularidad trajo consigo varios desafíos, muchos de los cuales podrían ser enfrentados por sistemas inmunes innatos cada vez más sofisticados, pero que también sirvieron como una fuerza impulsora evolutiva para el desarrollo de sistemas inmunes adaptativos . El sistema inmunológico adaptativo o "específico" en su forma totalmente calificada ( es decir, basado en el complejo principal de histocompatibilidad (MHC), receptores de células T (TCR) y anticuerpos ) existe solo en vertebrados con mandíbula , pero se ha desarrollado un sistema inmunológico adaptativo desarrollado independientemente. identificados en mixinos y lampreas (vertebrados sin mandíbula).
La multicelularidad ha surgido de forma independiente decenas de veces en la historia de la vida, en plantas, animales, hongos y procariotas, apareciendo por primera vez hace varios miles de millones de años en las cianobacterias . Se han atribuido dos categorías de ventajas al desarrollo temprano de la existencia multicelular: ventajas relacionadas con el tamaño y ventajas relacionadas con la especialización funcional y la división del trabajo. Las ventajas de tamaño pueden incluir una mayor eficiencia de alimentación o mayor robustez. Por ejemplo, las mixobacterias , que se mueven en enjambres, son capaces de mantener una alta concentración de enzimas extracelulares que se utilizan para digerir los alimentos, de las que se benefician todas las bacterias del enjambre. En diversas condiciones, muchos microorganismos forman biopelículas que les proporcionan un entorno protegido. En los organismos que han desarrollado una especialización funcional, puede existir una importante división del trabajo sobre la reproducción: solo una pequeña fracción de las células contribuye a la siguiente generación. El crecimiento somático representa una forma de altruismo, donde las células somáticas abandonan la reproducción, lo que ayuda a que las células de la línea germinal se reproduzcan.
Problema del polizón
Las enzimas extracelulares secretadas por el enjambre de bacterias, el limo de una biopelícula o las células del soma en un organismo diferenciado representan bienes públicos que son vulnerables a la explotación por parte de los tramposos. Este problema es bien conocido en la economía y la biología evolutiva como el " problema del aprovechador gratuito " o la " tragedia de los comunes ". Un free rider (o aprovechador) es un individuo que consume un recurso sin pagar por él, o paga menos que el costo total. En los organismos multicelulares, los tramposos pueden surgir de mutaciones en las células somáticas que ya no contribuyen al bien común, o ignoran los controles sobre su reproducción. Otra posibilidad puede surgir de la fusión somática: hay estilos de vida multicelulares en los que hay pocas o ninguna barrera física para la mezcla de células (por ejemplo: esponjas, micelios de hongos) e incluso entre organismos que han evolucionado tegumentos físicos que representan una primera línea de defensa contra la invasión, se producen oportunidades para el intercambio celular. Sea testigo, por ejemplo, de la propagación de la enfermedad del tumor facial del diablo entre los demonios de Tasmania y del tumor venéreo transmisible en los perros.
En los metazoos , la defensa contra la alteración del estilo de vida multicelular por parte de tales tramposos toma dos formas principales. Primero, una característica constante del ciclo de vida multicelular es la interposición de una fase unicelular, incluso entre organismos cuyo modo principal de propagación puede ser a través de propágulos vegetativos multicelulares. Esta fase unicelular generalmente toma la forma de un cigoto producido sexualmente. El paso a través de un cuello de botella unicelular asegura que cada representante de la próxima generación de organismos represente un clon distinto. Algunas crías portarán una gran cantidad de mutaciones deletéreas y morirán, mientras que otras crías portarán pocas. De esta manera, el organismo pasa por alto el " trinquete de Muller " , el proceso por el cual los genomas de una población asexual acumulan mutaciones deletéreas de manera irreversible. La segunda defensa contra los tramposos es el desarrollo de mecanismos de alorreconocimiento que protegen contra la invasión de los replicadores parásitos. El aloreconocimiento actúa como un agente de selección de parentesco al restringir la fusión y la aceptación de la comunidad a los individuos relacionados. Si los individuos relacionados se fusionan, los beneficios de la fusión se seguirán aplicando, mientras que los costos de la competencia por recursos compartidos u oportunidades reproductivas se reducirán en una fracción proporcional al grado de parentesco entre los socios que se fusionan. Si los individuos no emparentados se fusionan, o si surge una célula mutada dentro de un organismo que se distingue del yo por el sistema de alorreconocimiento, se activará una respuesta de rechazo. Como regla general, el rechazo está mediado por los productos génicos de loci altamente variables, que deben coincidir (o casi coincidir) entre los organismos para que la fusión sea exitosa.
Fenómenos de aloreconocimiento
Se han reconocido fenómenos de aloreconocimiento en la autoidentidad bacteriana y los sistemas de reconocimiento social, discriminación de parentesco en amebas sociales, tipos de apareamiento de hongos, incompatibilidad vegetativa de hongos, sistemas de autoincompatibilidad de plantas, invertebrados marinos coloniales (como corales, esponjas, hidroides, briozoos y ascidias) y, por supuesto, vertebrados. La forma en que se manifiesta el alorreconocimiento en estos diferentes sistemas varía enormemente. Las bacterias, por ejemplo, secretan bacteriocinas , toxinas proteicas dirigidas específicamente contra miembros de su propia especie. Las colonias de invertebrados marinos, cada una de las cuales representa un solo genotipo, se expanden por el fondo del océano por reproducción asexual. Donde las colonias se encuentran, pueden, si son compatibles, fusionarse para formar una sola unidad, o si son incompatibles, pueden intentar agresivamente crecer en exceso, envenenar, picar o consumirse entre sí.
Sistemas inmunológicos innatos y adaptativos
La inmunidad de los vertebrados depende de los sistemas inmunitarios tanto adaptativo como innato. En los vertebrados, el sistema inmunológico innato está compuesto por células como neutrófilos y macrófagos (que también tienen un papel en el sistema inmunológico adaptativo como células presentadoras de antígenos ), así como por vías moleculares como el sistema del complemento que reaccionan a microbios no propios. . El sistema inmunológico innato permite una rápida respuesta inflamatoria que contiene la infección y activa el sistema inmunológico adaptativo, que elimina el patógeno y, a través de la memoria inmunológica , brinda protección a largo plazo contra la reinfección.
Las búsquedas exhaustivas de secuencias en múltiples grupos taxonómicos no han logrado identificar MHC y TCR fuera de los vertebrados con mandíbulas. El aloreconocimiento en estos animales se basa en mecanismos moleculares distintos de los de los vertebrados con mandíbulas. En las esponjas, se han identificado varios receptores (moléculas de adhesión de esponja, receptor de tirosina quinasa) con dominios similares a los que se encuentran en las inmunoglobulinas . Se ha identificado variabilidad de secuencia en "puntos calientes" en estos receptores. Parecería que las moléculas que, más tarde en la evolución, fueron explotadas en la respuesta inmune adaptativa, tuvieron un papel anterior en el reconocimiento innato. Las lampreas y las mixinas parecen haber desarrollado, por evolución convergente , una respuesta inmunitaria adaptativa que es independiente y distinta de los sistemas inmunitarios adaptativos de los vertebrados superiores. Las células similares a linfocitos en estos peces expresan genes receptores de linfocitos altamente variables , que experimentan reordenamientos somáticos que recuerdan la manera en que los genes de inmunoglobulinas de mamíferos se reorganizan durante el desarrollo.
Resumen
En resumen, el aloreconocimiento, la capacidad de distinguir el yo del no yo, es básico para toda la vida, tanto unicelular como multicelular. Los primeros sistemas de reconocimiento eran innatos y se basaban en el reconocimiento de moléculas propias. La evolución de las formas multicelulares provocó presiones selectivas para una sofisticación cada vez mayor de los sistemas inmunitarios innatos. Los sistemas inmunitarios adaptativos, basados en el reconocimiento de lo no propio, han surgido de forma independiente en dos líneas de cordados , y explotan moléculas y sistemas celulares que tenían un papel previo en las respuestas inmunitarias innatas. El aloreconocimiento, tal como existe actualmente en los mamíferos, puede rastrearse como resultado de la modificación secuencial de los mecanismos de inmunidad que se remontan a algunos de los primeros organismos multicelulares.