Sistem imun bawaan
Sistem kekebalan turunan (bahasa Inggris: innate immune system, genetic immunity, native immunity, natural immunity, inherent immunity)[1] adalah mekanisme suatu organisme mempertahankan diri dari infeksi oleh organisme lain, yang dapat segera dipicu beberapa saat setelah terpapar hampir semua jenis patogen. Sistem kekebalan ini merupakan sistem kekebalan pertama dan melengkapi manusia sejak saat dilahirkan.[2]
Sel yang berkiprah dalam sistem kekebalan turunan, mengenali dan merespon patogen dalam cara yang umum, dan memberikan perlindungan tubuh jangka pendek bagi inangnya. Sistem kekebalan turunan menyediakan pertahanan menengah melawan infeksi, dan dapat ditemukan pada semua tumbuhan dan hewan.
Dari banyak mikroorganisme penyebab infeksi yang melakukan penetrasi ke dalam tubuh dari berbagai arah dengan berbagai mekanisme, banyak diantaranya merupakan penyebab patologi dan disebut sebagai mikroorganisme patogenik atau patogen.
Serangan dari patogen ini perlu segera direspon oleh suatu sistem dalam hitungan menit sejak terjadinya infeksi.[3] Hal ini disebabkan karena tubuh setiap saat selalu terpapar mikroorganisme, termasuk yang berasal dari individu yang terjangkit penyakit.
Bidang tubuh yang terpapar meliputi permukaan epitelial, baik internal maupun eksternal, suatu permukaan dengan mukosa saluran pernafasan memberikan jalan masuk bagi airborne mikroorganisme, dan mukosa saluran pencernaan memberikan jalan serupa bagi mikroorganisme yang menempel pada makanan maupun minuman. Gigitan serangga dan luka juga memberikan kesempatan pada mikroorganisme untuk melakukan penetrasi melalui kulit, dan kontak langsung dengan individu lain juga membuka kesempatan masuknya patogen melalui kulit maupun mukosa reproduksi.[4]
Lapisan epitelial (=epitelia) merupakan lapisan yang memisahkan bagian dalam tubuh dan dunia luar yang dipenuhi patogen. Sel epitelial membentuk jajaran sangat rapat dan segera tergantikan apabila rusak. Walaupun demikian, pada kondisi tanpa luka gores maupun luka bakar sekalipun, patogen dapat melintasi rintangan epitelial dengan mengikatkan diri pada molekul yang terdapat di permukaan epitelial bagian dalam, atau membuat suatu infeksi dengan terlebih dulu menempel pada lapisan permukaan atau membentuk sebuah koloni.
Pada umumnya, infeksi hanya terjadi setelah patogen berhasil membentuk koloni pada lapisan permukaan. Lebih lanjut penyakit hanya terjadi apabila setelah penetrasi epitelia, patogen berhasil membentuk koloni di dalam tubuh (bahasa Inggris: focus of infection) sehingga dimungkinkan terjadi perkembangbiakan sel patogen untuk transmisi lebih jauh.[5]
Pertahanan pertama
Epitelia bagian dalam juga dikenal sebagai epitelia mukosis karena sekresi semacam lendir yang disebut mukus, yang kaya akan berbagai glikoprotein yang disebut mukin. Mikroorganisme yang terbalut mukus dapat tertahan sebelum menempel pada epitelium, bahkan terhanyut di dalam aliran mukus yang dipompa oleh denyut silia epitelial. Salah satu contoh pertahanan oleh mukus terjadi di dalam saluran pencernaan dengan denyut peristaltik yang berfungsi tidak hanya mendorong makanan, tetapi juga patogen. Penyakit yang disebabkan karena disfungsi denyut ini biasanya juga disertai oleh perkembangan koloni bakteri pada dinding usus.
Permukaan epitelia bukan hanya sekedar pagar pembatas yang melindungi tubuh dari infeksi, epitelia juga memproduksi substansi kimiawi yang bersifat mikrobisidal guna menghambat perkembangan mikroba. Sebagai contoh:
- sekresi enzim lisozim ke dalam air mata dan air liur.
- derajat pH yang bersifat asam merupakan rintangan kimiawi melawan infeksi yang dapat terjadi pada saluran pencernaan bagian atas
- sekresi kriptidin dan defensin-a oleh sel Paneth yang bermukim di dasar usus halus pada area sel punca.
- sekresi peptida kationik seperti defensin-b yang dapat merusak membran sel bakteri, terdapat pada epitelia kulit dan saluran pernafasan.
- sekresi protein antimikrobial yang membasahi epitelia paru-paru dalam upaya untuk membalut patogen agar dapat dicerna oleh makrofaga dengan fagositosis. Balutan protein guna keperluan fagositosis, disebut opsonisasi.
Pertahanan kedua
Permukaan epitelia sering dijumpai koloni bakteri bukan patogenik. Bakteri ini berkompetisi dengan patogen untuk memperebutkan nutrisi maupun area koloni. Dalam kompetisi tersebut, senyawa antimikrobial akan disekresi untuk menghalangi kolonisasi bakteri patogen, misalnya sekresi protein kolikin oleh Escherichia coli. Ketika bakteri non patogenik tergerus oleh pengobatan antibiotik, setelah efek pengobatan berangsur hilang, mikroorganisme patogenik sering akan muncul dan menyebabkan penyakit, .
Pertahanan ketiga
Mikroorganisme menyeberang lapisan epitelial dan kemudian menempel pada jaringan, pada umumnya akan segera dikenali oleh monosit makrofaga yang bermukim pada jaringan terdekat. Makrofaga mengenali patogen melalui pencerap permukaan sel, antara lain:
- pencerap manos
- pencerap bangkai yang mengikat ligan bermuatan
- pencerap CD14 yang dapat mengikat molekul LPS dari bakteri
- pencerap komplemen
Pencerap yang mengenali sel sebagai patogen akan membentuk ikatan protein (bahasa Inggris: ligation) dengan makrofaga dan mencetuskan proses fagositosis.
Selain itu, makrofaga akan melepaskan sitokina dan kemokina untuk mengaktivasi proses peradangan yang memungkinkan bantuan dari sel darah putih yang lain. Zat yang disekresi termasuk:
- prostaglandin
- leukotriena
- PAF (bahasa Inggris: platelet-activating factor)
- peptida C5a yang mengaktivasi molekul adhesi dan meningkatkan permeabilitas [[pembuluh darah] dan merupakan kemokina yang sangat kuat untuk mengundang neutrofil dan monosit, serta aktivasi lokal bagi:
Setelah proses ekstravasasi selesai, bala bantuan yang tiba pertama kali adalah neutrofil, disusul monosit yang segera terdiferensiasi menjadi makrofaga yang baru. Pada tahap-tahap berikutnya, eosinofil ikut bermigrasi menuju lokasi infeksi, diikuti oleh limfosit. Jika terjadi luka pada pembuluh darah, maka plasma darah akan mengaktivasi dua jenjang enzim, sistem kinin dan sistem koagulasi.
Sitokina
Sekresi hormon TNF-α (bahasa Inggris: tumor necrosis factor), IL-1, dan IL-6 oleh makrofaga memberikan sinyal sistemik kepada:
- hipotalamus, jaringan lemak dan otot agar memobilisasi protein dan energi untuk peningkatan suhu tubuh. Ketiga hormon juga disebut endogen dan pirogen karena merupakan zat tubuh inang penyebab demam. Umumnya patogen sulit berkembang biak pada suhu yang lebih tinggi.[6]
- hati, untuk menginduksi sekresi protein fasa akut seperti CRP dan mannan-binding lectin. Kedua zat ini diperlukan untuk mencetuskan proses opsonisasi komplemen.
- endotelium sumsum tulang, untuk memantik migrasi neutrofil ke area infeksi
- sel dendrintik. TNF-α merupakan stimulasi bagi DC untuk bermigrasi ke nodus limpa dan memicu sistem kekebalan tiruan
Sedangkan efek lokal yang ditimbulkan tiap hormon:
- IL-1: Aktivasi endotelium vaskular, limfosit. Peningkatan akses bagi sel efektor dan menyebabkan kerusakan pada jaringan
- IL-6 : Aktivasi limfosit dan stimulasi produksi antibodi
- IL-8 : Merekrut neutrofil, basofil dan sel T ke dalam jaringan
- IL-12 : Aktivasi sel NK dan menginduksi diferensiasi sel T CD4 menjadi sel TH1
- TNF-α : Aktivasi endotelium vaskular dan meningkatkan permeabilitas vaskular yang menyebabkan peningkatan kadar IgG, protein komplemen dan sel ke dalam jaringan, serta meningkatkan penggelontoran cairan tubuh menuju nodus limfa.
Pertahanan keempat
Neutrofil berpartisipasi di dalam sistem kekebalan turunan pada garda depan dengan kapasitasnya sebagai fagosit yang dominan.[7] Seringkali neutrofil direkrut dari dalam sirkulasi darah menuju jaringan dengan panduan kemokina hasil sekresi makrofaga dalam proses fagositosis.
Fungsi
Sistem imun turunan dipercaya berperan dalam strategi kekebalan yang lebih tua dan evolusioner. Sistem imun turunan adalah sistem kekebalan utama yang ditemukan pada tanaman, jamur, serangga, dan organisme multiseluler pimitif. Hal ini adalah bentuk lain dari sistem kekebalan turunan.
Fungsi utama dari sistem imun turunan vertebrata yaitu:
- Mengambil sel imun ke wiayah infeksi dan inflamasi, melalui produksi faktor kimia, termasuk mediator kimia terspesialisasi yang disebut sitokin.
- Aktivasi lembah komplemen untuk mengidentifikasi bakteri, mengaktivasi sel dan melakukan pembersihan sel mati atau sisa-sisa antibodi.
- Identifikasi dan memindahkan substansi asing yang terdapat pada organ, jaringan, darah dan limpa, oleh sel darah putih yang terspesialisasi.
- Aktivasi sistem imun tiruan melalui proses yang disebut presentasi antigen.
Inflamasi
Radang atau inflamasi adalah satu dari respon utama sistem imun terhadap infeksi dan iritasi. Inflamasi distimulasi oleh faktor kimia yang dilepaskan oleh sel yang terluka dan mendirikan pelindung fisik melawan penyebaran infeksi dan menginisiasi penyembuhan terhadap berbagai jaringan yang terluka melalui pembersihan patogen.
Faktor kimia yang diproduksi selama inflamasi (histamin, bradikinin, serotonin, leukotrien, dan prostaglandin) membuat reseptor rasa sakit peka, menyebabkan vasodilasi pembuluh darah, menarik fagosit terutama neutrofil. Neutrofil lalu memicu bagian lain dari sistem imun dengan melepaskan faktor yang memanggil leukosit dan limfosit.
Respon inflamasi terkarakterisasi oleh berbagai gejala: Bekas kemerahan, panas, membengkak, sakit, dan kemungkinan disfungsi organ atau jaringan.
Sistem komplemen
Sistem komplemen adalah lembah arus biokimia dari sistem imun yang membantu, atau melengkapi kemampuan antibodi untuk membersihkan patogen atau menandai mereka untuk proses penghancuran oleh sel lain. Saluran ini disusun oleh berbagai protein plasma, disintesis di hati, umumnya oleh hepatosit. Protein bekerja bersama-sama untuk:
- Memicu pengambilan sel yang mengalami inflamasi
- Menandai patogen untuk penghancuran oleh sel lainnya, dengan opsonisasi, atau pembungkusan permukaan patogen
- Mengganggu membran plasma sel yang dihinggapi, menghasilkan sitolisis dan menyebabkan kematian patogen
- Melepaskan antigen yang telah dinetralisasi dari sisa-sisa antibodi
Unsur saluran komplemen dapat ditemukan di berbagai spesies yang lebih tua dari mamalia seperti tumbuhan, burung, ikan, dan beberapa spesies invertebrata.
Spesifikasi patogen
Bagian-bagian dari sistem imun turunan memiliki spesifikasi yang berbeda untuk berbagai patogen.
| Patogen | Contoh | Fagositosis | komplemen | Sel pembunuh alami |
|---|---|---|---|---|
| Virus intraseluler dan sitoplasmik | ya | tidak | ya | |
| Bakteri intraseluler | ya (spesifik pada neutrofil, tidak pada rickettsia) | tidak | ya (tidak pada rickettsia) | |
| Bakteri ekstraseluler | ya | ya | tidak | |
| Protozoa intraseluler | tidak | tidak | tidak | |
| Protozoa ekstraseluler | ya | ya | tidak | |
| jamur ekstraseluler | tidak | ya | tidak |
Penghindaran imun turunan
Sel sistem imun turunan secara efektif mencegah pertumbuhan bebas bakteri di dalam tubuh. Namun, banyak patogen telah mengembangkan mekanisme yang memungkinkan mereka menghindari sistem imun turunan.
Strategi penghindaran terhadap sistem imun turunan meliputi penggandaan intraseluler, seperti yang dilakukan Salmonella, atau kapsul pelindung yang mencegah lisis oleh sistem komplemen dan fagosit, seperti yang dilakukan Mycobacterium tuberculosis. Spesies Bacterioides umumnya bakteri komensal, mereka berdiam di usus buntu mamalia. Beberapa spesies seperti Bacterioides fragilis adalah patogen oportunistik, menyebabkan infeksi di lapisan peritoneum. Spesies ini menghindari sistem imun melalui proses penghambatan fagositosis dengan mempengaruhi reseptor yang digunakan fagosit untuk menelan bakteri atau dengan menyamar sebagai sel organisme tersebut sehingga sistem imun tidak mengenali mereka sebagai benda asing. Staphylococus aureus menahan kemampuan fagosit untuk merespon sinyal kemokina. Organisme lain seperti Mycobacterium tuberculosis, Streptococcus pyogenes, dan Bacillus anthracis memiliki mekanisme untuk membunuh langsung fagosit.
Bakteri dan jamur mungkin juga membentuk lapisan bio kompleks, menyediakan perlindungan dari sel dan protein dari sistem imun. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa lapisan bio muncul di infeksi yang berhasil, termasuk infeksi kronis Pseudomonas aeruginosa dan Burkholderia cenocepacia, ciri utama dari cystic fibrosis.
Bentuk lain dari sistem imun turunan
Perlindungan di prokariota
Bakteri memiliki mekanisme pertahanan yang unik, yang disebut sistem modifikasi restriksi untuk melindungi mereka dari patogen seperti bateriofag. Pada sistem ini, bakteri memproduksi enzim yang disebut endonuklease restriksi, yang menyerang dan menghancurkan wilayah spesifik dari DNA viral bakteriofag. Endonuklease restriksi dan sistem modifikasi restriksi hanya ada di prokariota.
Perlindungan di invertebrata
Invertebrata tidak memiliki limfosit atau antibodi berbasis sistem imun humoral. Namun invertebrata memiliki mekanisme yang menjadi pendahulu dari sistem imun vertebrata. Reseptor pengenal pola (pattern recognition receptor) adalah protein yang digunakan di hampir semua organisme untuk mengidentifikasi molekul yang berasosiasi dengan patogen mikrobial. Sistem komplemen adalah lembah arus biokimia dari sistem imun yang membantu membersihkan patogen dari organisme, dan terdapat di hampir seluruh bentuk kehidupan. Beberapa invertebrata, termasuk berbagai jenis serangga, kepiting, dan cacing memiliki bentuk respon komplemen yang telah dimodifikasi yang dikenal dengan nama sistem prophenoloksidase.
Peptida antimikrobial adalah komponen yang telah berkembang dan masih bertahan pada respon imun turunan yang ditemukan di seluruh bentuk kehidupan dan mewakili bentuk utama dari sistem imunitas invertebrata. Beberapa spesies serangga memproduksi peptida antimikrobial yang dikenal dengan nama defensin dan cecropin.
Perlindungan di tanaman
Anggota dari seluruh kelas patogen yang menginfeksi manusia juga menginfeksi tanaman. Meski spesies patogenik bervariasi pada spesies terinfeksi, bakteri, jamur, virus, nematoda, dan serangga bisa menyebabkan penyakit tanaman. Seperti binatang, tanaman diserang serangga dan patogen lain yang memiliki respon metabolik kompleks yang memicu bentuk perlindungan melawan komponen kimia yang melawan infeksi atau membuat tanaman kurang menarik bagi serangga dan herbivora lainnya.
Seperti invertebrata, tanaman tidak menghasilkan antibodi, respon sel T, ataupun membuat sel yang bergerak yang mendeteksi keberadaan patogen. Pada saat terinfeksi, bagian-bagian tanaman dibentuk agar dapat dibuang dan digantikan, ini adalah cara yang hanya sedikit hewan mampu melakukannya. Membentuk dinding atau memisahkan bagian tanaman membantu menghentikan penyebaran infeksi.
Kebanyakan respon imun tanaman melibatkan sinyal kimia sistemik yang dikirim melalui tanaman. Tanaman menggunakan reseptor pengenal pola untuk mengidentifikasi patogen dan memulai respon basal yang memproduksi sinyal kimia yang membantu menjaga dari infeksi. Ketika bagian tanaman mulai terinfeksi oleh patogen mikrobial atau patogen viral, tanaman memproduksi respon hipersensitif terlokalisasi, yang lalu membuat sel di sekitar area terinfeksi membunuh dirinya sendiri untuk mencegah penyebaran penyakit ke bagian tanaman lainnya. Respon hipersensitif memiliki kesamaan dengan pirotopsis pada hewan.
Referensi
- ^ (Inggris)"Humoral Immunity". Farlex free dictionary. Diakses tanggal 2010-03-07.
- ^ (Inggris)"Adaptive immune system". Gary E. Kaiser. Diakses tanggal 2010-03-08.
- ^ (Inggris)Janeway, Charles A.; Travers, Paul; Walport, Mark; Shlomchik, Mark (2001). Immunobiology. Garland Science. Diakses tanggal 2010-03-09. Subchapter: The front line of host defense
- ^ (Inggris)Janeway, Charles A.; Travers, Paul; Walport, Mark; Shlomchik, Mark (2001). Immunobiology. Garland Science. Diakses tanggal 2010-03-09. Section 2-1
- ^ (Inggris)Janeway, Charles A.; Travers, Paul; Walport, Mark; Shlomchik, Mark (2001). Immunobiology. Garland Science. Diakses tanggal 2010-03-09. Section 2-2 juncto section 2-1
- ^ (Inggris)"Immunobiology". Garland Science, Janeway, Charles A.; Travers, Paul; Walport, Mark; Shlomchik, Mark. Diakses tanggal 2010-03-011.
- ^ (Inggris)"Galectin-3 interacts with naı¨ve and primed neutrophils, inducing innate immune responses" (PDF). Glycobiology Laboratory, Research Centre for Infectious Diseases, Laval University Medical Centre, Faculty of Medicine, Laval University. Diakses tanggal 2010-03-11. line feed character di
|title=pada posisi 57 (bantuan)
- Alberts, Bruce; Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walters (2002). Molecular Biology of the Cell; Fourth Edition. New York and London: Garland Science.
- Stvrtinová, Viera; Ján Jakubovský and Ivan Hulín (1995). Inflammation and Fever from Pathophysiology: Principles of Disease. Computing Centre, Slovak Academy of Sciences: Academic Electronic Press.
- Schneider, David (2005) Plant immune responses. Stanford University Department of Microbiology and Immunology.