CONCEPTOS BÁSICOS DE INMUNOLOGÍA PARA BIOTECNÓLOGOS

1. CONCEPTOS BÁSICOS DE INMUNOLOGÍA PARA BIOTECNÓLOGOS Dario C. Ramirez Dr en Bioquímica & Magister en Inmunología Contacto: Laboratorio de Medicina Experimental y Terapéuticas Cátedra de Genética Molecular E-mail: ramirezlabimibiosl@ymail.com / moleculargenetics.unsl@gmail.com Facebook: ramirezlabimibiosl Licenciatura en Biotecnología 2013

2. Overview 1- Breve reseña historica y conceptos de inmunología 2- El sistema inmunológico 3- Anticuerpos o inmunoglobulinas 4- La respuesta inmunológica 5- Antígenos, hapteno, adyuvantes e inmunogenos 6- Anticuerpos policlonales/monoclonales 7- Marcado de anticuerpos 8- Interacción antigeno-anticuerpo 9- Vacunas y Técnicas inmunoquímicas 10- Aplicaciones de los inmunoreactivos en biotecnología

3. Orígenes de la Inmunología El primer acercamiento a la inmunización con criterios racionales fue realizado por el médico inglés Edward Jenner (1749-1823) en la imagen superior, tras su constatación de que las tamberas que habían adquirido la viruela de la vaca o vacuna (una forma benigna de enfermedad que sólo producía pústulas en las manos) no eran atacadas por la grave y deformante viruela humana. En 1796 inoculó a un niño, fluido procedente de las pústulas vacunales de Sarah Nelmes; semanas después el niño fue inyectado con pus de una pústula de un enfermo de viruela, comprobando que no quedaba afectado por la enfermedad. El primer abordaje se debió a Louis Pasteur (imagen inferior). Estudiando la bacteria responsable del cólera aviar (Pasteurella aviseptica), observó (1880) que la inoculación en gallinas de cultivos viejos y poco virulentos de esa bacteria, las protegía de contraer la enfermedad cuando posteriormente eran inyectadas con cultivos normales virulentos. De esta forma se obtuvo la primera vacuna a base de microorganismos atenuados.

4. CONCEPTO DE INMUNIDAD INMUNIDAD Reacción frente a sustancias extrañas, incluido microorganismos y macromoléculas como proteínas y polisacáridos, sin implicar las consecuencias fisiológicas o patológicas de tal reacción. LA INMUNOLOGÍA es el estudio de la Inmunidad en su sentido amplio y de los acontecimientos celulares y moleculares que se producen después que nuestro organismo se encuentra con microorganismos u otras moléculas extrañas.

6. El sistema inmunológico

7. Vías de Ingreso de los Antígenos

8. Células del Sistema Inmune

9. Mecanismos de Defensa Inespecíficos y Específicos

10. CARACTERISTICAS DE LOS MECANISMOS INMUNIDAD NATURALINMUNIDAD ESPECIFICA Están presentes antes Son inducidos por la ex- de la exposición posición No aumentan con las Aumentan con cada exposiciones exposición Son inespecíficos Son exquisitamente específicos Hay memoria inmunitaria Amplifica los mecanismos de la inmunidad natural

11. ANTICUERPOS Anticuerpos policlonales y monoclonales

12. La respuesta inmunitaria humoral está mediada por moléculas de anticuerpo que secretan las células plasmáticas

13. Inmunoglobulina o anticuerpo

14. Isotipos de inmunoglobulinas

15. PROPIEDADES DE LAS INMUNOGLOBULINAS Estructura y características fisico-químicas Funciones efectoras

16. La respuesta inmunológica: Producción de anticuerpos

17. CARACTERISTICAS DE LA RESPUESTA INMUNE • ESPECIFICIDAD • DIVERSIDAD • MEMORIA • AUTOLIMITACION • DISCRIMINACION • ESPECIALIZACION

18. ANTÍGENO Y ADYUVANTE • Es capaz de despertar una respuesta inmunitaria en un individuo inmunologicamente competente. • El antígeno puede ser el propio agente (bacterias o virus), fragmentos de él (flagelos, fimbrias), o proteínas y polisacáridos de su superficie. • Los adyuvantes son sustancias o preparados químicos que, incorporados al antígeno o inyectados simultáneamente con él, hacen más efectiva la respuesta inmune. Con su empleo se logra una economía de antígeno y de tiempo, así como un mayor nivel de anticuerpos específicos.

19. HAPTENOS • Moléculas incapaces de inducir una respuesta inmune por sí solas , no obstante si se asocia con otra molécula llamada portadora (carrier) logran inducir la producción de anticuerpos. • Suelen ser moléculas proteicas de bajo peso molecular o moléculas químicas no proteicas. • La respuesta inmunitaria puede llevar a la producción simultánea de anticuerpos contra el Hapteno y contra el carrier. • HAPTENO + CARRIER = INMUNOGENO

20. CARACTERISTICAS ASOCIADAS CON LA INMUNOGENICIDAD Y CANTIDAD DE INMUNOGENO • La producción de una adecuada respuesta inmune requiere una determinada concentración del antígeno: muy pequeñas cantidades o grandes cantidades pueden alterar la respuesta inmune: • Pequeñas cantidades inoculadas repetidamente pueden inducir tolerancia. • Grandes cantidades de antígeno pueden dar lugar a parálisis inmunológica.

22. Inmunoglobulina = anticuerpo

23. Inmunoglobulina No todos los anticuerpos son Gammaglobulinas

24. Producción de anticuerpos policlonales

26. Anticuerpos monoclonales Anticuerpos idénticos que se unen con un antígeno específico y son producidos por un tipo de linfocito B híbrido inmortal con capacidad ilimitada de producción. Anticuerpos Monoclonales Importante avance para inmunología.

27. Anticuerpos monoclonales Anticuerpos idénticos que se unen con un antígeno específico y son producidos por un tipo de linfocito B híbrido inmortal con capacidad ilimitada de producción.

29. Anticuerpos policlonales vs anticuerpos monoclonales Mayor homogeneidad. Reproductibilidad de sus efectos, como consecuencia de su homogeneidad. Mayor capacidad potencial de seleccionar los mejores anticuerpos en afinidad, tipo de reconocimiento. Ventajas sobre Anticuerpos Policlonales • Monoclonal • Mouse or rabbit hybridoma • Tends to be ‘cleaner’ • Very consistent batch-to-batch • More likely to get false negative results • Polyclonal • Many different species • Tends to have more non-specific reactivity • Can have very different avidity/affinity batch-to-batch • More likely to have success in an unknown application

30. Inmunoreactivos derivados de los anticuerpos http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_monoclonal_antibodies

31. Aplicaciones biotecnológicas de los anticuerpos monoclonales • Identificación de Marcadores Fenotípicos Distintivos de Tipos Celulares Concretos. • Inmunodiagnóstico (Inmunoanálisis). • Diagnóstico y Monitoreo (vitaminas, drogas, hormonas, citocinas, enfermedades, marcadores tumorales, enzimas). • Tratamiento (Artritis Reumatoide, Leucemias de Linf. B, Cáncer de Mama, de Cólon). • Análisis Funcional de Moléculas de Superficie y Secretadas. • Catálisis • Biosensores (moléculas orgánicas e inorgánicas).

32. INTERACCION ANTIGENO - ANTICUERPO Especificidad y reversibilidad

33. Los antígenos pueden unirse a cavidades, hendiduras o superficies extendidas en el sitio de unión de las moléculas de anticuerpo

34. FUERZAS NO COVALENTES QUE MANTIENE UNIDO EL ANTIGENO AL ANTICUERPO

35. Antígenos vs epitopes

36. AFINIDAD Fuerza de unión entre una zona de fijación de un anticuerpo y un epítopo de un antígeno. Factores de Interacción Reversible Kd Normal 10-7 y 10-11 M • Fuerzas electrostáticas • Puentes de H • Fuerzas de van der Waals • Interacciones Hidrófobas Kd = concentración de Ag. Necesaria para ocupar sitios de unión de ½ de anticuerpos en solución.

37. AVIDEZ Fuerza de unión entre anticuerpo con todos los epítopos disponibles. Zona de Equivalencia Zonas de Exceso Concentración a la cual Ag. y Ac. forman inmunocomplejos con puentes entrecruzados de manera que se encuentren acopladas en grandes masas. Incremento de concentración de Ag. o de Ac. en medio de forma que aquellos en estado libre desplacen a los unidos. Muchas funciones efectoras ocurren de forma óptima cuando >2 Ac. se encuentran cerca y unidos a Ag. polivalente.

38. ESPECIFICIDAD Capacidad de reconocer Ag. al distinguir con precisión un solo epítopo específico del Ag. Reconocimiento Reacción Cruzada Reacción que se establece entre un epítopo y el Ac. específico para otro Ag. estructuralmente relacionado. Distinción entre 2 epítopos lineales que difieren sólo en la sustitución de un AA con poco efecto en estructura 2ria. Enfermedades Autoinmunes Permite que los Ac. generados no reaccionen normalmente con moléculas del propio organismo o Ag. de otro origen.

39. DIVERSIDAD Presencia de gran número de Ac. que se unen a diferentes Ag. Repertorio de Ac. Mecanismos Genéticos • Recombinación aleatoria de ADN  Genes funcionales  Regiones V de cadenas • Adición aleatoria de nucleótidos  Recombinación V Totalidad de Ac. con diferentes especificidades que posee un individuo. Variaciones estructurales se concentran en regiones hipervariables de las cadenas, determinando especificidad.

40. USO DE LOS INMUNOREACTIVOS • VACUNAS • TECNICAS INMUNOQUIMICAS

41. VACUNAS

42. Inmunización mediante las Vacunas La Inmunización es la técnica de medicina preventiva cuyo objetivo consiste en procurar resistencia inmune frente a un organismo infeccioso. Con este fin, se inocula al individuo una forma del organismo patógeno que no tiene capacidad de producir la enfermedad, pero si de inducir la formación de anticuerpos. Este proceso se denomina también vacunación debido a que la primera técnica de inmunización consistió en la administración del virus de la viruela vacuna para lograr la inmunidad frente a la viruela. El preparado inmunizante se introduce en el organismo a través de la piel (inoculación), salvo algunas excepciones, como la vacuna oral de la polio tipo Sabin. La duración del efecto protector es muy variable, desde seis meses en el caso de la peste hasta diez años para la fiebre amarilla. Las vacunas son la forma más eficaz de protección frente a los agentes patógenos contra los que los antibióticos no son eficaces, por ejemplo los virus. En los países occidentales se administran ciertas vacunas de acuerdo a un calendario oficial de vacunación. Las vacunas se preparan con microorganismos muertos por la exposición al calor o a agentes químicos (como la primera vacuna de la polio desarrollada por Jonas Salk, en la imagen superior, o la vacuna de la fiebre tifoidea); con un toxoide, forma inactivada de la toxina producida por el microorganismo (vacunas del tétanos y la difteria) o con un virus “vivo” atenuado, es decir, un virus debilitado en el laboratorio de manera que no produzca la enfermedad (como la vacuna de la polio desarrollada por Albert Sabin (en la imagen inferior), o las vacunas del sarampión y la fiebre amarilla).

43. Las Vacunas Una Vacuna es un preparado de antígenos procedentes de microorganismos patógenos, cuya finalidad es la creación de anticuerpos que reconozcan y ataquen a la infección y, por lo tanto, produzcan la inmunidad del organismo inoculado. La vacuna suele consistir en dosis muy pequeñas del propio agente (forma inactiva o atenuada) que origina la enfermedad, por lo que provoca la creación de anticuerpos que permanecen en el organismo y lo protegen en el caso de futuros contagios. La técnica de administración depende del tipo de vacuna; la más común es la inoculación, pero en algunos casos es la ingestión o el spray nasal.

44. Los Sueros La inmunidad artificial pasiva se adquiere cuando al sujeto se le administra directamente anticuerpos específicos para un patógeno determinado. Los anticuerpos producen inmunidad rápidamente (unas pocas horas), pero su efecto no es de larga duración (sólo unos meses), debido a que no se activa la memoria inmunológica. Estos anticuerpos reciben el nombre de suero o antídoto. Este tipo de sueros se utilizan para inmunizar contra el tétanos, la difteria, la hepatitis (A y B), etc. .

45. TIPOS TRADICIONALES DE VACUNAS • Inactivadas:microorganismos dañinos que han sido tratados con productos químicos o calor y han perdido su peligro. Ejemplos de este tipo son: la gripe, cólera, peste bubónica y la hepatitis A. La mayoría de estas vacunas suelen ser incompletas o de duración limitada, por lo que es necesaria más de una toma. • Vivas atenuadas: microorganismos que han sido cultivados expresamente bajo condiciones en las cuales pierden sus propiedades nocivas. Suelen provocar una respuesta inmunológica más duradera, y son las más usuales en los adultos. Por ejemplo: la fiebre amarilla, sarampión o rubéola (también llamada sarampión alemán) y paperas. • Toxoides:son componentes tóxicos inactivados procedentes de microorganismos, en casos donde esos componentes son los que de verdad provocan la enfermedad, en lugar del propio microorganismo. En este grupo se pueden encontrar el tétanos y la difteria. • Subunitarias:introduce un microorganismo atenuado o inactivo, dentro del sistema inmunitario, para crear una respuesta inmunitaria. Un ejemplo característico es la vacuna subunitaria contra la hepatitis B, que está compuesta solamente por la superficie del virus (superficie formada por proteínas).

46. NUEVOS TIPOS DE VACUNAS • Conjugadas:ciertas bacterias tienen capas externas de polisacáridos que son mínimamente inmunitarios. Poniendo en contacto estas capas externas con proteínas, el sistema inmunitario puede ser capaz de reconocer el polisacárido como si fuera un antígeno (un antígeno puede ser una proteína o un polisacárido). • Vector recombinante: combinando la fisiología (cuerpo) de un microorganismo dado y el ADN (contenido) de otro distinto, la inmunidad puede ser creada contra enfermedades que tengan complicados procesos de infección. • Vacuna de ADN: vacuna de desarrollo reciente, es creada a partir del ADN de un agente infeccioso. Funciona al insertar ADN de bacterias o virus dentro de células humanas o animales. Algunas células del sistema inmunitario reconocen la proteína surgida del ADN extraño y atacan tanto a la propia proteína como a las células afectadas.

47. TECNICAS INMUNOQUIMICAS Marcado de anticuerpos o sus fragmentos con fines diagnósticos o terapéuticos

48. Los inmunoensayos mas corrientes • ELISA • Western blot • Immunoprecipitation • Inmunopurificación • Citometria de Flujo • Immunohistochemistry

49. Inmunoprecipitación

50. Inmunopurificación