Czy organizm pamięta infekcje? Tak – po kontakcie z patogenem może wytworzyć długotrwałą odpowiedź, dzięki której kolejne spotkanie z tym samym zagrożeniem uruchamia szybszą i skuteczniejszą reakcję. Nie zawsze oznacza to jednak pełną ochronę przed ponownym zakażeniem.
- Po pierwszym kontakcie z patogenem część aktywowanych komórek pozostaje w ustroju przez miesiące, lata, a w niektórych przypadkach znacznie dłużej.
- Ponowne zetknięcie z tym samym antygenem może prowadzić do szybszej produkcji swoistych przeciwciał i sprawniejszego uruchomienia odpowiedzi komórkowej.
- Reinfekcja jest możliwa mimo wcześniejszego zachorowania, ponieważ ochrona może z czasem słabnąć, szczególnie na powierzchniach śluzowych.
- Mutacje patogenu mogą zmieniać jego antygeny i częściowo ograniczać skuteczność reakcji powstałej po wcześniejszym zakażeniu.
- Przebycie choroby i szczepienie mogą uruchamiać podobne podstawowe mechanizmy odporności nabytej, choć rodzaj, miejsce i trwałość odpowiedzi zależą od konkretnego patogenu i sposobu ekspozycji.
Zobacz też: Dlaczego dzieci częściej chorują po wakacjach – naukowcy wskazują kilka zaskakujących powodów
Jak powstaje pamięć immunologiczna po kontakcie z wirusami?
Pamięć immunologiczna powstaje wtedy, gdy po pierwszym kontakcie z patogenem część swoistych komórek aktywowanych podczas odpowiedzi odpornościowej nie ginie po zakończeniu zakażenia, lecz pozostaje zdolna do szybkiej reakcji w przyszłości. To jedna z najważniejszych właściwości adaptacyjnego układu odpornościowego. Przeglądy immunologiczne wskazują, że po ekspozycji na antygen tworzą się długowieczne populacje komórek zdolnych do ponownej aktywacji po kolejnym kontakcie z tym samym lub dostatecznie podobnym patogenem.
Proces rozpoczyna się od rozpoznania elementów patogenu przez komórki odporności wrodzonej. Makrofagi i inne komórki prezentujące antygen mogą pochłaniać materiał pochodzący z drobnoustroju, przetwarzać go i prezentować jego fragmenty komórkom odpowiedzi nabytej. Nie jest to proste „zapamiętanie całego wirusa”, lecz powstanie populacji komórek swoistych wobec określonych jego struktur.
W kolejnych etapach dochodzi do namnażania odpowiednich klonów komórkowych. Część z nich wykonuje funkcje efektorowe podczas aktualnego zakażenia, a część przechodzi w stan długotrwałego przetrwania. Takie populacje mogą utrzymywać się między innymi w węzłach chłonnych, szpiku kostnym, tkankach obwodowych oraz w krążeniu. W przypadku odpowiedzi humoralnej istotne są również długowieczne komórki plazmatyczne, które mogą przez długi czas wydzielać swoiste immunoglobuliny. Klasyczne doświadczenia wykazały, że niektóre komórki plazmatyczne potrafią utrzymywać produkcję przeciwciał nawet bez ciągłego uzupełniania ich przez inne populacje.
Do powstania takiej odpowiedzi nie jest konieczne przechorowanie pełnoobjawowej choroby. Szczepienie wykorzystuje tę samą zasadę biologiczną – prezentuje układowi immunologicznemu antygen lub informację pozwalającą go wytworzyć, aby uruchomić odpowiedź swoistą bez konieczności przechodzenia naturalnego zakażenia. Powstawanie długotrwałych populacji odpowiedzi pamięciowej jest podstawowym mechanizmem działania wielu szczepionek.
Jak limfocyty T i limfocyty B reagują przy ponownym zakażeniu?
Limfocyty T i limfocyty B mogą przy kolejnym kontakcie z rozpoznawanym antygenem reagować szybciej i skuteczniej niż podczas pierwszej ekspozycji. Dzieje się tak dlatego, że po wcześniejszym zakażeniu pozostają wyspecjalizowane populacje komórek pamięci, które nie muszą przechodzić całego procesu pierwotnej aktywacji od początku.
W odpowiedzi humoralnej po pierwszym kontakcie z antygenem powstają między innymi limfocyty zdolne do szybkiego różnicowania się po kolejnej ekspozycji. Mogą one przekształcać się w komórki produkujące duże ilości swoistych immunoglobulin, a część ponownie uczestniczy w procesach prowadzących do zwiększenia powinowactwa odpowiedzi. Dzięki temu kolejne spotkanie z podobnym patogenem może wywołać szybszą produkcję cząsteczek zdolnych do jego neutralizacji.
Odpowiedź komórkowa pełni inną, ale równie ważną funkcję. Część komórek rozpoznaje zakażone komórki gospodarza i pomaga je eliminować, natomiast inne regulują działanie kolejnych elementów reakcji odpornościowej. Takie mechanizmy mogą być szczególnie istotne w ograniczaniu rozwoju choroby, nawet gdy zakażeniu nie uda się całkowicie zapobiec.
Po ponownym kontakcie mogą zostać uruchomione między innymi:
- Szybsze namnażanie swoistych populacji rozpoznających znany wcześniej antygen.
- Przyspieszona produkcja immunoglobulin o wysokim powinowactwie do rozpoznawanej struktury.
- Sprawniejsza eliminacja komórek zakażonych przez patogen.
- Intensywniejsza współpraca różnych elementów odpowiedzi komórkowej i humoralnej.
- Ograniczenie namnażania patogenu zanim osiągnie on poziom powodujący ciężki przebieg choroby.
Dobrze udokumentowanym przykładem jest odpowiedź po zakażeniu SARS-CoV-2. Badania wykazały obecność zarówno długotrwałych komórek produkujących swoiste immunoglobuliny w szpiku kostnym, jak i krążących populacji odpowiedzi pamięciowej po przebyciu zakażenia. Analizy odpowiedzi komórkowej wskazały ponadto, że rozpoznanie może obejmować wiele różnych fragmentów białek wirusowych, co częściowo utrudnia wariantom patogenu całkowite uniknięcie odporności komórkowej.
Dlaczego przeciwciała nie zawsze chronią przed reinfekcją?
Przeciwciała nie zawsze zapobiegają reinfekcji, ponieważ ich stężenie może z czasem spadać, ochrona na błonach śluzowych bywa krótsza niż ochrona ogólnoustrojowa, a zmiany antygenowe patogenu mogą zmniejszać skuteczność wcześniejszej odpowiedzi. Ponowne zakażenie nie jest więc równoznaczne z całkowitą utratą wcześniejszej odporności.
Szczególne znaczenie ma miejsce, w którym dochodzi do zakażenia. Patogeny oddechowe najpierw kontaktują się z powierzchnią dróg oddechowych. Odporność błon śluzowych obejmuje między innymi miejscowo wydzielane immunoglobuliny oraz rezydujące w tkankach populacje komórek odpornościowych. Odpowiedź ta może ograniczać zakażenie już na jego początku, ale nie zawsze utrzymuje się równie długo jak odpowiedź ogólnoustrojowa obecna w krążeniu i tkankach głębiej położonych.
Współczesne badania nad patogenami oddechowymi wskazują, że właśnie stosunkowo szybkie osłabianie lokalnej ochrony może być jednym z powodów, dla których ponowne zakażenia są częste w przypadku niektórych koronawirusów czy grypy. W badaniach obserwacyjnych wykazano na przykład, że reinfekcje endemicznymi koronawirusami mogą pojawiać się nawet w okresie krótszym niż rok.
Drugim mechanizmem są mutacje wirusów. Jeżeli zmiany obejmują struktury rozpoznawane wcześniej przez układ immunologiczny, powstałe wcześniej immunoglobuliny mogą wiązać nowy wariant słabiej. Jest to szczególnie ważne w przypadku patogenów o dużej zmienności antygenowej. Analizy dotyczące grypy i SARS-CoV-2 pokazują, że wcześniejsze ekspozycje wpływają na reakcję na kolejne warianty oraz na późniejsze szczepienia.
Reinfekcja może więc wystąpić, gdy:
- Stężenie swoistych immunoglobulin obniżyło się od poprzedniego zakażenia.
- Lokalna ochrona powierzchni śluzowych uległa osłabieniu.
- Krążący wariant różni się antygenowo od wariantu napotkanego wcześniej.
- Poprzednia ekspozycja wywołała stosunkowo słabą lub krótkotrwałą odpowiedź.
- Czynniki indywidualne wpływają na jakość i trwałość reakcji odpornościowej.
Nie oznacza to jednak, że wcześniejszy kontakt przestaje mieć znaczenie. Nawet jeśli patogen ponownie rozpocznie namnażanie, zachowana odpowiedź komórkowa i zdolność do szybkiego odtworzenia produkcji swoistych immunoglobulin mogą przyspieszyć jego eliminację i ograniczyć ryzyko ciężkiego przebiegu. Z tego powodu ochrona przed samym zakażeniem i ochrona przed ciężką chorobą są odrębnymi zjawiskami immunologicznymi.
Jak długo organizm może zachowywać pamięć po kontakcie z wirusem?
Organizm może zachowywać pamięć po zakażeniu od stosunkowo krótkiego okresu do wielu lat, a jej trwałość zależy przede wszystkim od rodzaju patogenu, miejsca zakażenia, jakości pierwotnej odpowiedzi i biologii powstałych populacji pamięciowych. Nie istnieje jeden uniwersalny czas, po którym odporność po każdej infekcji zanika.
Różnice pomiędzy poszczególnymi chorobami są znaczne. Po kontakcie z niektórymi patogenami odpowiedź może być bardzo trwała, podczas gdy w przypadku wielu wirusów oddechowych ponowne zakażenia są częścią ich naturalnej epidemiologii. Wirus odry należy do przykładów patogenów, wobec których po skutecznej immunizacji możliwa jest bardzo długotrwała ochrona. Inaczej wygląda zakażenie wirusem ospy wietrznej, który po przebytej chorobie może pozostawać w organizmie w stanie utajenia i po latach reaktywować się jako półpasiec. Taka reaktywacja nie jest tym samym zjawiskiem co ponowne zakażenie z zewnątrz.
Istotne jest również rozróżnienie pomiędzy liczbą swoistych immunoglobulin w badaniu krwi a całkowitą pamięcią odpornościową. Spadek ich stężenia nie oznacza automatycznie, że wcześniejszy kontakt został przez układ immunologiczny „zapomniany”. Populacje odpowiedzi pamięciowej mogą utrzymywać się mimo niższego poziomu krążących immunoglobulin i po ponownym zetknięciu z antygenem szybko rozpocząć odpowiedź.
Badania dotyczące SARS-CoV-2 dobrze pokazują tę różnicę. Po łagodnym zakażeniu wykrywano długowieczne komórki plazmatyczne w szpiku kostnym oraz swoiste populacje odpowiedzi pamięciowej, mimo że stężenie krążących immunoglobulin z czasem malało. Późniejsze przeglądy badań potwierdziły, że odpowiedź komórkowa po zakażeniu i szczepieniu może obejmować wiele epitopów oraz wykazywać istotną reaktywność wobec kolejnych wariantów.
Trwałość ochrony zależy zatem od kilku odrębnych elementów:
- Długowiecznych komórek plazmatycznych utrzymujących produkcję swoistych immunoglobulin.
- Populacji zdolnych do szybkiego odtworzenia odpowiedzi humoralnej.
- Komórek odpowiedzi komórkowej pozostających w krążeniu i tkankach.
- Stopnia podobieństwa antygenowego pomiędzy wcześniejszym i późniejszym wariantem patogenu.
- Trwałości lokalnej ochrony w miejscu, przez które patogen ponownie dostaje się do ustroju.
Nie można więc oceniać odporności po przebytej chorobie wyłącznie na podstawie tego, czy człowiek może ponownie się zakazić. Pamięć może nadal skutecznie ograniczać przebieg kolejnego epizodu, nawet jeśli nie zapewnia odporności sterylizującej, czyli całkowitego zablokowania namnażania patogenu.
Q&A
Czy po każdej infekcji zostaje odporność na całe życie?
Nie. Trwałość odpowiedzi zależy od konkretnego patogenu i sposobu, w jaki aktywuje on mechanizmy odporności nabytej. W niektórych przypadkach ochrona jest wieloletnia, natomiast przy wielu zakażeniach oddechowych ponowne zachorowania są możliwe znacznie wcześniej.
Czy można zachorować drugi raz na ten sam wirus?
Tak. Ponowne zakażenie może nastąpić po osłabieniu lokalnej lub ogólnoustrojowej ochrony albo wtedy, gdy kolejny wariant różni się od tego, z którym człowiek zetknął się wcześniej. Nie oznacza to automatycznie braku wcześniejszej odpowiedzi pamięciowej.
Czy spadek poziomu przeciwciał oznacza utratę odporności?
Nie. Krążące immunoglobuliny są tylko jednym z elementów ochrony. Po ich stężeniu nie można samodzielnie ocenić całej długotrwałej odpowiedzi, ponieważ w tkankach mogą nadal pozostawać populacje komórkowe zdolne do szybkiej reaktywacji.
Czy szczepienie też tworzy pamięć odpornościową?
Tak. Jednym z podstawowych celów szczepienia jest wywołanie swoistej i trwałej odpowiedzi bez konieczności przechodzenia naturalnej choroby. Powstawanie długo żyjących populacji reagujących na antygen stanowi biologiczną podstawę działania szczepionek.
Dlaczego grypę można przechodzić wiele razy?
Jednym z głównych powodów jest duża zmienność antygenowa wirusa grypy. Kolejne warianty mogą różnić się strukturami rozpoznawanymi przez wcześniejszą odpowiedź humoralną, a ochrona na powierzchniach dróg oddechowych może dodatkowo słabnąć z czasem.
Czy ponowne zakażenie musi przebiegać łagodniej?
Nie zawsze. Wcześniejsza ekspozycja może przyspieszyć odpowiedź i ograniczyć ciężkość choroby, ale przebieg zależy także od wariantu patogenu, dawki zakaźnej, wieku, chorób współistniejących i sprawności mechanizmów odpornościowych. Sama obecność wcześniejszej odpowiedzi nie gwarantuje łagodnego przebiegu każdego kolejnego zakażenia.
Źródła
- Lam N., Smith N.L., Bourgeois C. A guide to adaptive immune memory. Nature Reviews Immunology, 2024.
- Bonilla F.A., Oettgen H.C. Adaptive immunity. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 2010.
- Galanti M., Shaman J. Direct observation of repeated infections with endemic coronaviruses. Journal of Infectious Diseases, 2021.
- Pollard A.J., Bijker E.M. A guide to vaccinology: from basic principles to new developments. Nature Reviews Immunology, 2021.
