Układ odpornościowy ptaków
Układ odpornościowy ptaków to system struktur biologicznych i procesów komórkowych, który chroni ptaki przed chorobami.
Układ odpornościowy ptaków przypomina układ odpornościowy ssaków , ponieważ oba wyewoluowały ze wspólnego przodka gadów i odziedziczyły wiele cech wspólnych. Opracowali również szereg różnych strategii, które są unikalne dla ptaków. zakresu immunologii ptaków przeprowadzono na kurczaku domowym Gallus gallus domesticus . Ptaki mają tkanki limfoidalne , limfocyty B , limfocyty T , cytokiny i chemokiny , podobnie jak wiele innych zwierząt. Mogą również mieć nowotwory , niedobór odporności i choroby autoimmunologiczne.
Przegląd
Fizjologia i układ odpornościowy ptaków przypominają inne zwierzęta. Tkanki limfomyeloidowe rozwijają się z anlage nabłonkowych lub mezenchymalnych , które są pełne komórek krwiotwórczych. Kaletka Fabrycjusza , grasica , śledziona i węzły chłonne rozwijają się, gdy hematopoetyczne komórki macierzyste dostają się do kaletki lub grasicy i stają się kompetentnymi komórkami B i T. Układ odpornościowy ptaków dzieli się na dwa rodzaje odporności: wrodzoną i nabytą . Wrodzony układ odpornościowy obejmuje bariery fizyczne i chemiczne, białka krwi i komórki fagocytujące . Ponadto białka surowicy dopełniacza , które są częścią wrodzonego układu odpornościowego, współpracują z przeciwciałami w celu lizy komórki docelowej. Z drugiej strony odporność adaptacyjna uruchamia się, gdy wrodzony system nie może powstrzymać inwazji patogenów. Odpowiedź adaptacyjna obejmuje ukierunkowane rozpoznanie specyficznych cech molekularnych na powierzchni patogenu. Ptaki, podobnie jak inne zwierzęta, mają komórki B , limfocyty T i odporność humoralną jako część ich odpowiedzi adaptacyjnej.
Struktura
Różne narządy ptaków służą do różnicowania ptasich komórek odpornościowych: grasica, torebka Fabrycjusza i szpik kostny są pierwotnymi ptasimi narządami limfatycznymi, podczas gdy śledziona, tkanki limfatyczne związane z błoną śluzową (MALT), ośrodki rozmnażania i rozproszone tkanki limfatyczne są wtórnymi narządami limfoidalnymi. Z reguły ptaki nie mają węzłów chłonnych. Jednak węzły chłonne są opisane u gęsi i łabędzi. Grasica, w której rozwijają się limfocyty T, znajduje się w szyi ptaków. Bursa Fabrycjusza to narząd, który jest unikalny dla ptaków i jest jedynym miejscem różnicowania i dojrzewania komórek B. Znajdujący się w zadzie ptaków narząd ten jest pełen komórek macierzystych i jest bardzo aktywny u młodych ptaków, ale zanika po sześciu miesiącach. Tkanka limfatyczna związana z oskrzelami (BALT) i tkanka limfatyczna związana z jelitami (GALT) znajdują się odpowiednio wzdłuż oskrzeli i jelit . W układzie oddechowym ptaków występują heterofile, które są ważnym elementem odporności ptaków. W obrębie głowy znajdują się tkanki limfatyczne związane z głową (HALT), które zawierają gruczoł Hardera , gruczoł łzowy i inne struktury w krtani lub nosogardzieli . Gruczoł Hardera znajduje się za gałkami ocznymi i jest głównym składnikiem HALT. Zawiera dużą liczbę komórek plazmatycznych i jest głównym organem wydzielniczym przeciwciał . Oprócz tych pierwotnych i wtórnych narządów limfatycznych istnieje również układ krążenia naczyń limfatycznych i naczyń włosowatych, które komunikują się z dopływem krwi i transportują płyn limfatyczny w całym ciele ptaka.
Komórki T
Rozpoznawanie antygenu przez komórki T jest niezwykłym procesem zależnym od receptora komórek T (TCR). TCR jest generowany losowo, a zatem ma rozległą różnorodność kompleksów peptyd- MHC , które może rozpoznać. Wykorzystując monoklonalne , które są specyficzne dla antygenów powierzchniowych kurzych komórek T, bada się rozwój komórek T u ptaków. Szlaki różnicowania, procesy funkcjonalne i cząsteczki komórek T są wysoce konserwatywne u ptaków. Istnieją jednak pewne nowe cechy komórek T, które są unikalne dla ptaków. Należą do nich nowa linia cytoplazmatycznych komórek limfoidalnych CD3+ (komórki TCR0) oraz sublinia limfocytów T, która wykazuje ekspresję różnych izotypów receptorów (TCR3) generowanych wyłącznie w grasicy. Homologi ssaków gamma, delta i alfa beta TCR (TCR1 i TCR2) występują u ptaków. Jednak trzeci TCR, zwany TCR3, został znaleziony w populacjach ptasich komórek T, które nie mają zarówno TCR1, jak i TCR2. Zostały one znalezione na wszystkich komórkach T CD3+ i były albo CD4+ , albo CD8+ . Ten podzbiór komórek T, podobnie jak inne, rozwija się w grasicy i rozsiewa się po całym ciele z wyjątkiem jelit. Wzór cząsteczek pomocniczych wyrażanych przez ptasie komórki T przypomina ssacze komórki T α/β . Wysoka ekspresja CD8 poprzedza podwójną ekspresję CD4 i CD8, ale po selekcji klonalnej i ekspansji ptasie limfocyty T przestają wyrażać CD4 lub CD8.
Komórki B
Centralnym narządem odpowiedzialnym za rozwój limfocytów B u ptaków jest kaletka Fabrycjusza . Funkcję kaletki odkryto podczas chirurgicznego usuwania jej z nowo narodzonych piskląt, co doprowadziło do upośledzonej odpowiedzi przeciwciał na Salmonella typhimurium . Teraz jest jasne, że torebka jest głównym miejscem limfopoezy komórek B i że rozwój ptasich komórek B ma pewne unikalne właściwości w porównaniu z modelami ludzkimi lub mysimi. Prawie wszystkie progenitory komórek B w torebkach 4-dniowych kurcząt wykazują ekspresję IgM na powierzchni swoich komórek. Badania wykazały, że komórki B ptaków w wieku od 4 do 8 tygodni pochodzą z 2–4 allotypowo zaangażowanych komórek prekursorowych w każdym pęcherzyku. Pęcherzyki kaletki są skolonizowane przez 2–5 komórek macierzystych przedkaletkowych, które po przypisaniu do allotypu ulegają intensywnej proliferacji. Ekspresja IgM jest kontrolowana przez zegar biologiczny, w przeciwieństwie do mikrośrodowiska torebki. Ponadto ustalono, że źródłem wszystkich komórek B u dorosłych ptaków jest populacja samoodnawiających się komórek B sIg+ .
Rozwój
Badając rozwój ptasiego układu odpornościowego, zarodek oferuje kilka korzyści, takich jak dostępność wielu zarodków na określonych etapach rozwoju oraz różne systemy komórek B i T. Każda populacja różni się od pierwotnego narządu limfatycznego: limfocyty T w grasicy i limfocyty B w torebce Fabrycjusza . Badania wykazały, że wczesne podawanie nawodnionych suplementów diety u kurczaków silnie wpływa na rozwój układu odpornościowego. Często mierzy się to wagą torebki Fabrycjusza , zwiększoną odpornością na choroby i wcześniejszym pojawieniem się IgA . W przeciwieństwie do innych zwierząt nowo wyklute pisklęta rodzą się z niepełnym układem odpornościowym. Tutaj płyn owodniowy i żółtko jaja zawierają matczyną odporność, która ma zostać przekazana pisklęciu. Połykanie płynu owodniowego podczas wylęgu nadaje pisklętom odporność, dopóki ich układ odpornościowy nie rozwinie się w pełni. W ciągu pierwszych sześciu tygodni życia ptaka ciągła konwersja genów w torebce uzupełnia układ odpornościowy. Po wykluciu ptaki nie mają biblioteki informacji genetycznych, które komórki B mogłyby wykorzystać do produkcji przeciwciał. Zamiast tego, komórki J dojrzewają w torebce przez pierwsze sześć tygodni, a następnie zasiewają inne narządy układu odpornościowego. W rezultacie ptaki są bardzo podatne na patogeny w pierwszych tygodniach po wykluciu. Badania wykazały, że limfocyty T z dojrzałych kurczaków rozmnażały się intensywnie i wytwarzały wysokie poziomy IL-2 i innych cytokin . Z drugiej strony komórki T z 24-godzinnych kurcząt nie proliferowały i nie mogły wydzielać cytokin. Konwersja genów w torebce prowadzi do powstania przeciwciał, które różnią się zdolnością rozpoznawania. Segmenty genów ssaków V, D i J pozwalają na wiele kombinacji, a zatem dają szeroki repertuar przeciwciał. Jednak ptaki mają tylko jedną funkcjonalną kopię genów VL i JL łańcucha lekkiego Ig i jedną funkcjonalną kopię genów łańcucha ciężkiego VH i JH . Skutkuje to małą różnorodnością rearanżacji genów ciężkich i lekkich Ig . Jednak skupiska pseudogenów powyżej loci ciężkiego i lekkiego genu Ig biorą udział w somatycznej konwersji genów – procesie, w którym pseudogeny zastępują geny VH i VL . To różnicuje repertuar ptasich przeciwciał.
Wrodzony układ odpornościowy ptaków
Niewiele wiadomo o wrodzonym układzie odpornościowym ptaków. Większość badań koncentrowała się na kurach ze względu na zwiększone zagrożenie chorobami wirusowymi w populacji drobiu. Wiadomo, że wrodzona odpowiedź immunologiczna ma zasadnicze znaczenie dla infekcji wirusowej, w związku z czym publikacja pełnej sekwencji genomu kurczaka jest źródłem identyfikacji możliwych adiuwantów i genów odporności.
Cechy szczególne
Przeniesienie odporności matczynej
Odporność ptaków zaczyna się rozwijać pod koniec życia embrionalnego, ale większość wczesnej odporności uzyskuje się poprzez bierne nabywanie przeciwciał matczynych. Takie przeciwciała znajdują się w jajku podczas jego składania i pochodzą z żółtka jaja. Kramer i Cho wykazali immunoglobuliny zarówno w białku jaja, jak iw zarodku. Matczyne IgA i IgM są przenoszone do komórki jajowej, gdy przechodzi ona przez jajowód.
TTP
Ważnym elementem układu odpornościowego różnych zwierząt jest białko tristetraprolina (TTP). Odgrywa kluczową przeciwzapalną poprzez regulację TNFα . Modele myszy z nokautami TTP powodują przewlekłe i często śmiertelne zapalenie po wystawieniu na działanie niewielkich ilości wzorców molekularnych związanych z patogenami ( PAMP ). Jednak TTP i jego homologi są całkowicie nieobecne u ptaków. Przeszukano genomy ptaków pod kątem sekwencji podobnych do TTP, a ptasie linie komórkowe zostały wystawione na działanie obcych białek i cząsteczek bakterii, o których wiadomo, że stymulują produkcję TTP, ale nie znaleziono dowodów na TTP. Brakujące białko powoduje zupełnie inną regulację odpowiedzi immunologicznej u ptaków niż u ssaków, gadów i płazów.
Organy
Populacja ptasich komórek T, podobnie jak u ssaków, rozwija się w grasicy . Jednak grasica u ptaków jest sparowanym narządem złożonym z wielu oddzielnych płatów jajowatej tkanki w szyi. Znajdują się blisko nerwu błędnego i żyły szyjnej i są najbardziej aktywne u młodych piskląt. Postuluje się, że narząd ten jest powiązany z funkcją erytropoetyczną i ściśle związany z cyklem rozrodczym ptaków. Usunięcie płatów grasicy zostało skorelowane z odrzucaniem przez ptaki allogenicznych przeszczepów skóry i opóźnionymi reakcjami skórnymi.
Kaletka Fabrycjusza jest kulistym lub kulistym narządem nabłonkowym i limfatycznym. Wewnętrzna powierzchnia jest zaśmiecona fałdami, które przypominają łatki Peyera u ssaków i zasłaniają światło. Jego wzrost jest skorelowany z szybkim wzrostem ciała. Cofa się i zanika mniej więcej w okresie dojrzałości płciowej. Kaletka badana przez bursektomię na różnych etapach rozwoju wskazuje na sekwencyjny rozwój IgG , IgM i IgA . Wtórna (obwodowa) tkanka limfatyczna obejmuje również unikalne guzki limfatyczne w przewodzie pokarmowym i pojedyncze guzki rozsiane po całym ciele, charakterystyczne dla gatunków ptaków. Tymczasem węzły chłonne występują tylko u niektórych gatunków wodnych, bagiennych i przybrzeżnych.
Choroby
Kontrola chorób zakaźnych jest niezbędna do produkcji zdrowych stad drobiu. Programy szczepień były szeroko stosowane w metodach chowu przemysłowego w Ameryce Północnej w celu wywołania odpowiedzi immunologicznej ptaków na patogeny ptaków. Należą do nich choroba Marka , wirusowe zapalenie wątroby kaczek , wirus anemii kurcząt , ospa indycza , ospa drobiowa i inne. Odporność ptaków zależy od złożonej sieci typów komórek i rozpuszczalnych czynników, które muszą prawidłowo funkcjonować, aby duże komercyjne stada drobiu mogły przetrwać.
Wirus zakaźnej choroby torby Fabrycjusza i anemia kurcząt są wszechobecne i wzrosło zainteresowanie zwalczaniem ptasich patogenów. Pasożyty ptaków to kolejny pojawiający się problem, ponieważ zatłoczony charakter ferm drobiu ułatwia ich rozprzestrzenianie się.
Choroby immunosupresyjne
Ptaki napotykają kilka czynników immunosupresyjnych , w tym wirusy , bakterie , pasożyty , toksyny , mykotoksyny , chemikalia i leki. Najczęstszymi wirusami immunosupresyjnymi są wirus zakaźnego zapalenia torby Fabrycjusza (IBDV), białaczka ptaków , choroba Mareka (MD) i wirus krwotocznego zapalenia jelit (HEV). Jednoczesne infekcje immunosupresyjne są nowym problemem w przemyśle drobiarskim, ponieważ wczesna infekcja IBDV powoduje, że wirus MD wychodzi z uśpienia i przyczynia się do aktywnej choroby. Nowe badania pokazują, że stres jest główną przyczyną immunosupresji u ptaków. Stresory powodują, że ptaki są bardziej podatne na czynniki zakaźne, dlatego też nowe wytyczne dotyczące zarządzania drobiem mogą stać się koniecznością.
Ptaki jako wektory
Wędrowny charakter ptaków stwarza wyraźne zagrożenie rozprzestrzeniania się chorób. Bez wpływu czynnika zakaźnego ptaki mogą działać jako wektory w rozprzestrzenianiu papuzi , salmonellozy , kampylobakteriozy , mykobakteriozy , ptasiej grypy , lambliozy i kryptosporydiozy . Te choroby odzwierzęce mogą być przenoszone na ludzi. W przypadku ptasiej grypy ( szczep H5N1 ) ptaki wodne mogą zostać zarażone postacią o niskiej zjadliwości lub postacią o wysokiej zjadliwości. Ten pierwszy wywołuje łagodne objawy, takie jak spadek produkcji jaj, potargane pióra i łagodny wpływ na ptasie drogi oddechowe. Wysoce patogenna forma rozprzestrzenia się znacznie szybciej i może zainfekować wiele tkanek i narządów. masywne krwotoki wewnętrzne i krwotoki , co przyniosło wirusowi H5N1 przydomek „kurza ebola”.
Nowotwory
Podobnie jak inne zwierzęta, ptaki są podatne na nowotwory i nowotwory . Odnosi się to do nieprawidłowego wzrostu komórek w tkance lub narządzie, które mogą być złośliwe lub łagodne . Wewnętrzne nowotwory mogą występować w nerkach , wątrobie , żołądku , jajnikach , mięśniach lub kościach . Rak płaskonabłonkowy jest formą raka skóry, którą zarażają ptaki, objawiającą się na końcach skrzydeł, palcach oraz wokół dzioba i oczu. Uważa się, że przyczyną jest wysoka ekspozycja na promienie UV . Dodatkowo, rak tkanki łącznej, znany jako włókniakomięsak , jest często obserwowany w nodze lub skrzydle. Dzieje się tak u wielu gatunków papug , papug nimfy , ar i papużek falistych . Możliwości leczenia obejmują amputację i operację .