Microorganismes i Sistema Immunitari: Resum de Biologia

Unitat 17: Biologia dels Microorganismes

1. Classificació dels Microorganismes

Els microorganismes es classifiquen principalment en:

• Procariotes: organismes unicel·lulars sense nucli definit, com els bacteris.
• Eucariotes: organismes amb cèl·lules que tenen un nucli veritable, incloent-hi protoctists (com protozous i algues unicel·lulars) i fongs unicel·lulars (llevats) o pluricel·lulars (floridures).
• Acel·lulars: entitats biològiques que no són cèl·lules i necessiten una cèl·lula hoste per replicar-se, com els virus, viroides i prions.

2. Virus: Característiques i Tipus

Característiques Generals dels Virus

• Són paràsits intracel·lulars obligats, és a dir, només es poden replicar dins de cèl·lules vives.
• Composició bàsica: material genètic (ADN o ARN, mai tots dos), una coberta proteica anomenada càpsida i, en alguns casos, un embolcall lipídic extern opcional (virus amb embolcall).

Morfologies Virals Comuns

• Polièdrics (sovint icosaèdrics).
• Helicoidals (amb forma de bastó o filament).
• Complexos (amb estructures més elaborades, com els bacteriòfags o fags, que infecten bacteris).

Retrovirus (Exemple: VIH)

• Són un tipus de virus amb ARN que utilitzen l'enzim transcriptasa inversa per convertir el seu ARN en ADN dins la cèl·lula hoste. Un exemple important és el VIH (Virus de la Immunodeficiència Humana).

3. Cicles de Replicació dels Virus

Cicle del VIH (Retrovirus)

El cicle replicatiu del VIH inclou les següents etapes principals:

1. Fusió de l'embolcall viral amb la membrana de la cèl·lula hoste i alliberament de la càpsida a l'interior.
2. Transcripció inversa: l'ARN viral es converteix en una doble cadena d'ADN gràcies a la transcriptasa inversa.
3. Integració: l'ADN viral s'insereix en el genoma de la cèl·lula hoste (provirus).
4. Síntesi: transcripció de l'ADN proviral per produir ARNm viral i ARN genòmic, i traducció per sintetitzar proteïnes virals.
5. Assemblatge i Gemmació: els nous components virals s'acoblen i els nous virions s'alliberen de la cèl·lula per gemmació, adquirint l'embolcall.

Cicles del Bacteriòfag T4 (Lític i Lisogènic)

El bacteriòfag T4 pot seguir dues vies alternatives de replicació:

• Cicle lític: el fag injecta el seu material genètic, es replica ràpidament dins el bacteri, s'acoblen nous virions i finalment es produeix la lisi (trencament) de la cèl·lula bacteriana, alliberant els nous fags.
• Cicle lisogènic: el material genètic del fag s'integra en el cromosoma bacterià, formant un profag. El profag es manté latent i es replica juntament amb l'ADN bacterià durant les divisions cel·lulars. Sota certes condicions, el profag es pot activar i iniciar un cicle lític.

4. Altres Agents Infecciosos Acel·lulars

• Viroides: són petites molècules d'ARN circular nu (sense càpsida) que infecten principalment cèl·lules vegetals, causant-hi malalties.
• Prions: són proteïnes infeccioses defectuosament plegades (PrPSc) que poden induir un mal plegament en proteïnes normals similars (PrPC) de l'hoste. Causen malalties neurodegeneratives transmissibles, com la malaltia de Creutzfeldt-Jakob en humans o l'encefalopatia espongiforme bovina (comunament coneguda com a "mal de les vaques boges").

5. Bacteris: Estructura i Genètica

• Classificació segons la tinció de Gram: Grampositius (amb una paret cel·lular gruixuda de mureïna o peptidoglicà) i Gramnegatius (amb una paret cel·lular més prima de mureïna i una membrana externa addicional).
• Material genètic: un cromosoma bacterià principal (ADN circular i bicatenari) localitzat al nucleoide, i sovint plasmidis (petites molècules d'ADN circular extracromosòmic que porten gens addicionals, com els de resistència a antibiòtics).
• Posseeixen ribosomes 70S per a la síntesi de proteïnes.
• Reproducció principalment asexual per bipartició (divisió binària).
• Mecanismes de recombinació genètica (transferència horitzontal de gens): conjugació (transferència directa d'ADN mitjançant un pilus sexual), transducció (transferència d'ADN mitjançant bacteriòfags) i transformació (captació d'ADN lliure de l'entorn).

6. Diversitat de Procariotes Addicionals

• Cianobacteris: bacteris fotosintètics que realitzen la fotosíntesi oxigènica (alliberen oxigen). Alguns són capaços de fixar nitrogen atmosfèric.
• Micoplasmes: bacteris molt petits que no tenen paret cel·lular. Sovint són paràsits d'animals i plantes.
• Arqueus (anteriorment arqueobacteris): domini de procariotes amb característiques bioquímiques úniques, com membranes cel·lulars amb lípids formats per hidrocarburs ramificats units a glicerol per enllaços èter. Molts viuen en ambients extrems.

7. Metabolisme dels Microorganismes

Segons la seva relació amb l'oxigen, els microorganismes es classifiquen en:

• Aerobis estrictes: necessiten oxigen per viure.
• Anaerobis estrictes: l'oxigen els resulta tòxic.
• Anaerobis aerotolerants: no utilitzen l'oxigen però el toleren.
• Anaerobis facultatius: poden viure amb o sense oxigen, adaptant el seu metabolisme.

Unitat 18: Microorganismes, Malalties i Biotecnologia

1. Ecologia Microbiana: Modes de Vida

Segons la seva font de carboni i energia, els microorganismes presenten diversos modes de vida:

• Autòtrofs: sintetitzen matèria orgànica a partir de fonts inorgàniques (ex.: CO2). Poden ser fotoautòtrofs (energia de la llum) o quimioautòtrofs (energia de reaccions químiques).
• Heteròtrofs: obtenen carboni de matèria orgànica preexistent. Poden ser fotoheteròtrofs o quimioheteròtrofs.

2. Rol en Cicles Biogeoquímics

Els microorganismes són essencials en els cicles de la matèria a la biosfera, participant activament en:

• Cicle del carboni (fixació de CO2, descomposició de matèria orgànica).
• Cicle del nitrogen (fixació de nitrogen atmosfèric, nitrificació, desnitrificació).
• Cicle del fòsfor i del sofre.

3. Microorganismes del Sòl i Simbiosi

• Al sòl, els microorganismes realitzen la descomposició de la matèria orgànica, contribuint a la fertilitat.
• Estableixen relacions de simbiosi, com la dels bacteris del gènere Rhizobium amb les arrels de plantes lleguminoses (fixació de nitrogen) o les micorrizes (associació entre fongs i arrels de plantes).

4. Microorganismes Patògens i Malalties

Alguns microorganismes són patògens, és a dir, capaços de causar malalties en humans, animals o plantes. Entre ells hi ha certs bacteris (ex.: tuberculosi, còlera), virus (ex.: grip, SIDA), fongs (ex.: candidiasi, tinya) i protozous (ex.: malària).

5. Microorganismes en la Indústria Alimentària

• Fermentació: molts microorganismes s'utilitzen en la producció d'aliments i begudes mitjançant processos de fermentació (ex.: iogurt, formatge, pa, vi, cervesa).
• Contaminació i Deteriorament: altres microorganismes poden causar la contaminació dels aliments, provocant-ne el deteriorament o malalties de transmissió alimentària.

6. Aplicacions Biotecnològiques dels Microorganismes

La biotecnologia utilitza microorganismes o els seus components per a diverses aplicacions industrials, mèdiques i ambientals:

• Producció d'antibiòtics i altres fàrmacs.
• Producció d'insulina recombinant i altres proteïnes terapèutiques.
• Producció d'enzims industrials, vitamines, aminoàcids.
• Bioremediació (descontaminació d'ambients).
• Producció de biocombustibles.

Unitat 19: El Sistema Immunitari Humà

1. Tipus d'Immunitat: Innata i Adquirida

• Immunitat innata (o natural/inespecífica): és la primera línia de defensa, actua ràpidament contra una àmplia gamma de patògens sense necessitat de contacte previ. No genera memòria immunològica.
• Immunitat adquirida (o adaptativa/específica): es desenvolupa després del contacte amb un antigen específic. És més lenta en la primera resposta, però genera memòria immunològica, permetent respostes més ràpides i eficaces en exposicions posteriors al mateix antigen. Hi participen principalment els limfòcits.

2. Barreres i Mecanismes de Defensa

Defenses Externes (Barreres Primàries)

Impedeixen l'entrada de microorganismes:

• Pell: barrera física i química (pH àcid, enzims).
• Mucoses: revesteixen cavitats internes (respiratòria, digestiva, urogenital) i produeixen moc que atrapa patògens.
• Secrecions: saliva, llàgrimes (contenen lisozim), sucs gàstrics (pH molt àcid).

Defenses Internes (Components de la Immunitat Innata)

Actuen un cop els patògens han travessat les barreres externes:

• Resposta inflamatòria: procés localitzat (envermelliment, calor, inflor, dolor) que atrau cèl·lules immunitàries al lloc de la infecció.
• Cèl·lules fagocítiques: com macròfags i neutròfils, que ingereixen i destrueixen patògens.
• Cèl·lules NK (Natural Killer): limfòcits que destrueixen cèl·lules infectades per virus o cèl·lules tumorals.
• Sistema del complement: conjunt de proteïnes sèriques que, en activar-se, poden lisar patògens, facilitar la fagocitosi (opsonització) i promoure la inflamació.
• Interferons: proteïnes alliberades per cèl·lules infectades per virus que indueixen un estat antiviral en cèl·lules veïnes.

3. Cèl·lules i Òrgans del Sistema Immunitari

Components cel·lulars clau inclouen:

• Limfòcits B: responsables de la immunitat humoral (producció d'anticossos).
• Limfòcits T: responsables de la immunitat cel·lular. N'hi ha diversos tipus: T col·laboradors (Th o CD4+), T citotòxics (Tc o CD8+), T reguladors (Treg).
• Cèl·lules NK (Natural Killer).
• Macròfags i cèl·lules dendrítiques: cèl·lules presentadores d'antígens (CPA) professionals.

Els òrgans limfoides es classifiquen en:

• Primaris (on es generen i maduren els limfòcits): medul·la òssia (origen de totes les cèl·lules sanguínies, maduració dels limfòcits B) i tim (maduració dels limfòcits T).
• Secundaris (on s'inicia i es desenvolupa la resposta immunitària específica): ganglis limfàtics, melsa, teixit limfoide associat a mucoses (MALT, ex.: amígdales, plaques de Peyer).

4. Antígens i Reconeixement Immunitari (CMH)

• Antígens (Ag): molècules (sovint proteïnes o polisacàrids) capaces de ser reconegudes pel sistema immunitari i desencadenar una resposta.
• Reconeixement de l'antigen:
  • Els limfòcits B reconeixen antígens en la seva forma nativa (intacta) mitjançant el seu receptor de cèl·lula B (BCR), que és una immunoglobulina de membrana.
  • Els limfòcits T reconeixen fragments peptídics d'antígens que han estat processats i presentats a la superfície de cèl·lules presentadores d'antígens (CPA) o altres cèl·lules, units a molècules del Complex Principal d'Histocompatibilitat (CMH). El reconeixement es fa mitjançant el receptor de cèl·lula T (TCR).
• Molècules del CMH (en humans, anomenades HLA - Antígens Leucocitaris Humans):
  • CMH de classe I: presents a la superfície de gairebé totes les cèl·lules nucleades de l'organisme. Presenten pèptids derivats de proteïnes intracel·lulars (ex.: proteïnes virals en una cèl·lula infectada, proteïnes tumorals) als limfòcits T citotòxics (CD8+).
  • CMH de classe II: presents principalment a la superfície de cèl·lules presentadores d'antígens professionals (macròfags, cèl·lules dendrítiques, limfòcits B). Presenten pèptids derivats d'antígens extracel·lulars que han estat fagocitats i processats, als limfòcits T col·laboradors (CD4+).

5. Anticossos (Immunoglobulines, Ig): Tipus i Funcions

Els anticossos són proteïnes (glucoproteïnes) produïdes pels limfòcits B diferenciats en cèl·lules plasmàtiques, que s'uneixen específicament a un antigen.

• Tipus (isòtops) d'immunoglobulines:
  • IgG: la més abundant al sèrum i teixits, travessa la placenta (immunitat passiva al fetus), important en la resposta secundària.
  • IgM: la primera que es produeix en la resposta immunitària primària, forma pentàmers, molt eficaç activant el complement.
  • IgA: present en secrecions corporals (saliva, llet materna, moc), protegeix les mucoses.
  • IgE: implicada en respostes al·lèrgiques i en la defensa contra paràsits helmints. S'uneix a mastòcits i basòfils.
  • IgD: present en petites quantitats, principalment com a receptor a la superfície dels limfòcits B madurs.
• Funcions efectores dels anticossos:
  • Neutralització: bloquegen la capacitat de toxines o virus d'unir-se a cèl·lules hostes.
  • Opsonització: recobreixen patògens, facilitant la seva fagocitosi per macròfags i neutròfils.
  • Aglutinació: agrupen microorganismes, facilitant la seva eliminació.
  • Activació del sistema del complement (via clàssica).
  • Citotoxicitat cel·lular dependent d'anticossos (ADCC).

6. Selecció Clonal i Memòria Immunològica

La teoria de la selecció clonal explica com es genera una resposta específica a un antigen:

1. Existeix una gran diversitat de limfòcits B i T, cadascun amb receptors únics per a un antigen específic, generats abans del contacte amb l'antigen.
2. Quan un limfòcit troba l'antigen per al qual és específic, s'activa.
3. El limfòcit activat prolifera (expansió clonal), generant moltes cèl·lules idèntiques.
4. Aquestes cèl·lules es diferencien en:
   • Cèl·lules efectores: de vida curta, que combaten activament la infecció (ex.: cèl·lules plasmàtiques que secreten anticossos, limfòcits T citotòxics que maten cèl·lules infectades).
   • Cèl·lules de memòria: de vida llarga, que romanen a l'organisme i permeten una resposta més ràpida, intensa i duradora (resposta secundària) si l'individu torna a exposar-se al mateix antigen. Aquesta és la base de la memòria immunològica.

7. Respostes Immunitàries: Humoral i Cel·lular

• Resposta humoral: mediada principalment per limfòcits B i la producció d'anticossos. És especialment eficaç contra patògens extracel·lulars (bacteris, toxines, virus abans que infectin cèl·lules).
• Resposta cel·lular: mediada principalment per limfòcits T citotòxics (Tc), que reconeixen i destrueixen cèl·lules pròpies infectades per virus, altres patògens intracel·lulars o cèl·lules tumorals. Els limfòcits T col·laboradors (Th) són crucials per coordinar ambdues respostes.

8. Formes d'Adquisició de la Immunitat

• Immunitat natural:
  • Activa: es desenvolupa després de superar una infecció de manera natural. Genera memòria immunològica.
  • Passiva: s'adquireix per transferència d'anticossos preformats, com els que passen de la mare al fetus a través de la placenta (IgG) o al nadó a través de la llet materna (IgA). És temporal i no genera memòria.
• Immunitat artificial:
  • Activa: s'indueix mitjançant l'administració de vacunes, que contenen antígens (microorganismes morts, atenuats, o parts d'ells) que estimulen una resposta immunitària i generen memòria sense causar la malaltia.
  • Passiva: s'aconsegueix per administració de sèrums que contenen anticossos preformats (immunoglobulines) contra un antigen específic (ex.: sèrum antitetànic). Proporciona protecció immediata però temporal, i no genera memòria.

Unitat 20: Alteracions del Sistema Immunitari

1. Disfuncions Immunitàries Comuns

Al·lèrgies (Hipersensibilitat Tipus I)

Són respostes immunitàries exagerades i inapropiades a substàncies normalment innòcues de l'entorn, anomenades al·lergògens (ex.: pol·len, àcars de la pols, certs aliments). Estan mediades principalment per anticossos IgE, que s'uneixen a mastòcits i basòfils. En un segon contacte amb l'al·lergogen, aquestes cèl·lules alliberen mediadors inflamatoris com la histamina, causant els símptomes al·lèrgics.

Malalties Autoimmunes

Es produeixen quan el sistema immunitari perd la tolerància als components propis de l'organisme (autoantígens) i els ataca, causant dany tissular i disfunció orgànica. Exemples inclouen:

• Lupus eritematós sistèmic (LES)
• Diabetis mellitus tipus 1 (destrucció de cèl·lules beta pancreàtiques)
• Esclerosi múltiple (atac a la mielina del sistema nerviós central)
• Artritis reumatoide (inflamació crònica de les articulacions)

Immunodeficiències

Són estats en què el sistema immunitari és incapaç de respondre adequadament a les infeccions o al desenvolupament de tumors. Poden ser:

• Primàries (congènites): degudes a defectes genètics que afecten el desenvolupament o la funció del sistema immunitari.
• Secundàries (adquirides): causades per factors externs com infeccions (ex.: SIDA, causada pel VIH que infecta i destrueix limfòcits T col·laboradors CD4+), malnutrició, fàrmacs immunosupressors o envelliment.

2. Immunologia dels Trasplantaments i Rebuig

Un trasplantament és la transferència d'òrgans, teixits o cèl·lules d'un donant a un receptor.

• Tipus de trasplantaments segons l'origen de l'empelt:
  • Autotrasplantament (o autòleg): donant i receptor són el mateix individu.
  • Isotrasplantament (o singènic): entre individus genèticament idèntics (bessons univitel·lins).
  • Al·lotrasplantament (o al·logènic): entre individus de la mateixa espècie però genèticament diferents (el més comú).
  • Xenotrasplantament (o xenogènic): entre individus d'espècies diferents.
• Rebuig: és la principal complicació dels al·lotrasplantaments. Es produeix quan el sistema immunitari del receptor reconeix els antígens de l'empelt (principalment les molècules del CMH, anomenades HLA en humans) com a estranys i l'ataca.
• Prevenció i tractament del rebuig: es basa en la selecció de donants compatibles (tipatge HLA) i l'ús de fàrmacs immunosupressors per modular la resposta immunitària del receptor.

3. Relació entre Immunitat i Càncer

• Vigilància immunològica: el sistema immunitari, especialment els limfòcits T citotòxics (Tc) i les cèl·lules NK, té la capacitat de reconèixer i destruir cèl·lules tumorals que expressen antígens anormals.
• No obstant això, les cèl·lules canceroses poden desenvolupar mecanismes per evadir la resposta immunitària.
• Immunoteràpia del càncer: estratègies terapèutiques que busquen potenciar la capacitat del sistema immunitari per combatre el càncer. Inclouen:
  • Teràpia amb cèl·lules CAR-T (limfòcits T modificats genèticament).
  • Ús d'anticossos monoclonals (ex.: inhibidors de punts de control immunitaris).
  • Citocines com l'interferó.
  • Vacunes terapèutiques contra el càncer.
• La quimioteràpia i la radioteràpia, tractaments convencionals contra el càncer, poden afectar el sistema immunitari, però sovint s'utilitzen en combinació amb la immunoteràpia.