background image

Immunology    

 

Lec.1 

 ﺩ.ﻋﺎﺋﺪﺓ ﺍﻟﺪﺭﺯﻱ

 

Introduction to immunology & the immune system: 

Immunology: 

is the science which studies  immunity. It is a relative 

new  branch  of  medical  sciences.  Many  of  the  observations  in 

immunology  were  made  by  microbiologists  at  the  beginning  of  the  last 

century  through   the  researches  for  protection  against  infectious 

diseases. 

The  Latin  term  "immunis",  meaning  "exempt",  is  the  source  of  the 

English  word  immunity,  meaning  the  state  of  protection  against  foreign 

organisms or substances. 

 

 
 

Components of immunity: 

 

The immune system is designated to produce a coordinated response to 

the  introduction  of  foreign  substances  into  the  body.  It  is  divided  into 

TWO complementary arms: 

1- non-specific component 

→ Innate immunity 

 

2- specific component 

→Adaptive immunity 

 

 
 
 

Innate (natural, native) immunity: 

Non-specific host defenses that exist to a particular pathogen.  This type 

of  immunity  present  since  birth  (pre-exist)  &  it  is  the  main,  first  line  of 

defense against microbial invaders. 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

It's characteristics are that: 

 

1- It's preexist, it present for life. 

 

2- It  has  no  specificity  (it  can't  discriminate  between  different  types  of 

foreign substances). 

3- It has no memory (it can't remember any previous exposure). 

 

4- It is non-adaptive or acquired. 

 

 
 
 

Innate   immunity   comprises   three   types  of   defensive 

barriers: 

1- Mechanical barriers 

 

2- Humoral (chemical) barriers 

 

3- 

Cellular barriers 

 
 

 

1- Mechanical barriers: these barriers inhibit the attachment & 

 

penetration of infectious agents, they include the following: 

 
 

 

AIntact skin & mucous membrane: these are the first line of defense 

against  infection.  The  keratinized  outer  layer  of  dead  cells,  the 

successive  layers of  epidermis,  & the  contiguous  mucosal  epithelium 

are impenetrable to microbe. 

 
 

 

B/  Mucous:  it  coats  the  epithelial  cells  of  mucosa.  Bacteria  &  other 

particles   are   trapped   in   viscous   mucous   &   are   removed   by   other 

mechanisms: 

I- beating of cilia of epithelial cells in respiratory tract removes 

contaminating 

microbes 

that 

become 

trapped 

in 

mucous. 

IIcoughing  & sneezing  enhance  dislodge  &  help  to  expel  mucous 

blanket. 

 

 
 


background image

C/   Shedding   of   cells  that   carry  microbes   provide   a   mechanical 

cleansing action. 

 

 

D/  Flushing  action  of  saliva,  tears,  urine,  &  other  body  fluids  assist  in 

washing microbes from the body. 

 

 

E/  Vomiting,  peristalsis,  diarrhea...   etc.  also  eliminate  pathogenic 

organisms. 

However, some invaders may pass the mechanical barriers , so they will 

face the Humoral barriers. 

 

 
 

2- Humoral   barriers:  

are  numerous  substances  found  in  body 

secretions  &  provide  a  natural  defenses  against  microorganisms  (m.o) 

that invade the body. They include: 

1-  Tears 

→  contain  lysozymes  which  lyses  bacteria  by  destroying  the 

peptidoglycan layer of bacterial cell wall. 

2-  Fatty acids of skin 

→ inhibit growth of m.o. by denaturizing the protein 

of cell membrane. 

(Sebaceous  glands  of  skin  secrete  sebum  which  is  an  oily  secretion 

consist of lactic acids & fatty acids & it maintains the pH of skin between 

3-5). 

 

3- Saliva  

→  contains  enzymes  that  cause  damage  to  the  microbial 

cell wall & membrane & cause leakage of cytoplasm. 

Also  it  contains  complement  components  &  antibodies  that  help  in  the 

opsonization & lyses of m.o. 

4- Gastric  acid  

→  acidity  of  stomach  can  kill  most  ingested  m.o.  It 

causes denaturation of cell wall protein. 

5- Bile acids 

→ interfere with vital function of cell membrane. 

 

 
 


background image

6- Trypsin 

→Hydrolyze protein of cell membrane & cell wall. 

 

7- spermin 

→it is a pH-dependent poly amine found in sperms & seminal 

fluid. It inhibits growth of gram - positive bacteria. 

8- Lactoferrin  &   Transferrin  

→these  are  iron  binding  proteins,  they 

sequester iron required for bacterial growth as an essential metabolite. 

 

 
 

Other humoral factors are: 

 

-

Complement  components:  complements  are  a  series  of  about  20 

serum  proteins  which  are  functionally  inactive,  but  once  activated,  they 

play  a  major  role  in  HDM  (host  defense  mechanism)  &  inflammatory 

processes. 

Complement  is  a  lytic  system,  non- specific  in  its  mode  of  killing  & 

 

causing lyses of the invaders. 

 

-Interferons  (IFNs):  these  proteins  are  not  antiviral  by  themselves  but 

induce an antiviral state in other cells following viral infection. 

INFs   combine   with   specific   receptors   on   cytoplasmic   membrane   & 

activate cellular genes to produce an anti-viral proteins that interfere with 

translation of viral m-RNA. 

They are of 3 types: 

 

IFN-

α ◊ secreted by macrophages & other leukocytes. 

IFN-

β ◊ secreted by  fibroblasts. 

IFN-

ү ◊ secreted by T-lymphocytes. 

 

 

*  If  the  m.o.  manages  to  pass  the  second  barrier,  it  will  be  faced  by 

another barriers which are the cellular barriers. 

 
 
 
 
 
 
 


background image

3- Cellular barriers: 

 

- Cells of phagocytosis: 

 

Phagocytosis  is  the  process  by  which  particulate  substances  such  as 

bacteria are ingested by a cell & destroyed. 

a.  Neutrophils (polymorph nuclear leukocytes- PMNs): 

 

These  are  granulocytes  that  circulate  in  blood  &  migrate  quickly  in 

response to local invasion by m.o. 

b.  Monocytes: 

 

Also circulate in blood but in much lower number than neutrophils. 

 

They migrate to tissues, where they differentiate into macrophages, 

which reside in all body tissues. 

e.g. kupffer cells are macrophages in liver 

 

      - histiocytes are macrophages in connective tissue 

 

     - splenocytes in spleen 

 

Other types of cells: 

 

Natural killer cells (NK): these are cytotoxic granular lymphocytes 

that play an important role in innate host defenses. 

They  are  specialized  in  killing  virus-infected  cells  &  mutated 

 

(precancerous) cells by secreting cytotoxins (perforins & granzymes). 

 

 
 
 

Physiological factors contribute to innate immunity: 

 

1- The inflammatory process 

 

As a  result  of  inflammation,  body  fluids  &  phagocytic  cells  are  brought 

into the site of injury. 

 

 

2- Body temperature 

 

Some organisms do not infect human because they grow poorly at 37°C 

 
 
 
 
 

 

3- Hormonal balance 

 


background image

4- Age 

 

People who are very young < 3 yrs old 

 

                           Very old      >75 yrs old 

 

are more susceptible to infection because their immune response 
is suboptimal. 

 

If the  invader  manages  to  pass  natural  HDM,  it  will  face another  limb 

of defense mechanism which is the specific immunity. 

 

 
 

Adaptive immunity: 

 

Adaptive   (acquired,   specific)   immunity,   is   capable   of   recognizing  

selectively  eliminating  foreign  microorganisms  &  molecules.  These 

host  defenses are  mediated  by  TWO  interrelated  &  interdependent 

mechanisms: 

1- Humoral  immunity  primarily  involves  bone  marrow-derived  B- 

lymphocytes  or  B-cells.    Interaction  of  B-cells  with  antigen  results  in 

proliferation & differentiation into antibody secreting plasma cells. 

2-  Cell-mediated  (cellular)  immunity  primarily  involves  thymus-
derived T- lymphocytes or T-cells. 

 

 
 
 

Characteristics of adaptive (acquired) immunity: 

 

1-  The  ability  to  distinguish  self  from  foreignness  (self/non-self 

recognition). 

2- It has specificity: 

 

Cells of the immune  system react only with matching (homologous) 

 

immunogens. 

 

3- Immunologic memory: 

The  immune  system  remember  homologous  immunogens  &  respond 

rapidly to them on subsequent exposure. 

 


background image

4- Diversity: 

 

The  human  immune  system  is  capable  of  producing  a vast  number  of 

different antibody molecules, each with its own specificities. 

 

 
 

Specific  immunity  may  be  acquired  by  natural  or  artificial 

processes: 

1-Naturally acquired: 

 

a- placental transfer of antibody (passive) 

 

b- Recovery from disease (active) 

 

2-Artificially acquired: 

 

a- administration of antitoxin (passive) 

 

b- Vaccination (active) 

 

Antigens & Immunogens: 

 

Antigens  are  molecules  that  react  with  antibodies,  whereas 

immunogens are molecules that induce an immune response. 

Immunogens  have  the  capacity  to  stimulate  the  immune  system  to 

produce an immune elements & react specifically to it. 

 

Criteria of immunogenicity: 

1-  Foreignness: it must be recognized as foreign. 

 

2-   Molecular weight: The size of a molecule is important in 

determining its ability to induce an immune response. Usually the 
larger the molecule, the better the immunogen, because it provides 
the opportunity for more chemical complexity. 
Proteins are the most potent immunogens due to its high molecular 
weight.                                                                    
In general,   mol.wt. > 100000 dalton ---- potent immunogen 
                    mol.wt. < 10000 dalton   ---- weak immunogen 

 

 
 
 
 
 
 


background image

3-  Chemical structural complexity:  

It enables the formation of  numerous  different  structures,  called 
Epitopes,  that are  the  units  to  which  antibodies are 
directed. 
Proteins  are  the  most  potent  immunogens  because  they  are  built 
from  20  amino  acids  and  more,  and  thus  can  include  many 
distinct 

epitopes,  while 

most  polysaccharides 

are 

weak 

immunogens  because  they  are  constructed  of  only  a  few 
monosaccharaides & hence they do not possess sufficient chemical 
diversity for full immunogenicity 

 
4- Dose & route of antigen administration 

 

Generally,  minimal doses  and excessive large doses  of  antigen  impair 

the immune response. 

- The subcutaneous or intramuscular routes of antigen injection are best 

for inducing an antibody response, while I.V. route minimize the immune 

response. 

5- Genetic constituents of the host 

 

6- Antigenic determinants (Epitopes) 

 

Immunogens  &  antigens  possess  unique  cluster  of  chemical  grouping 

that  serve  as  the  B-cell  &T-cell stimulating  sites  in  the  molecule.  These 

sites are called epitopes

 

 
 

Epitope 

is  that  portion  of  an  antigen  with  which  antibodies  &  T-cell 

receptors react. 

• Structure of epitopes: 

 

-Size: they consist of 4-5 amino acids of a protein or an equal-size area 

of polysaccharide. 

-Conformation: epitopes could be linear or conformational (folded) 

 

-Site: topographic or internal 

 

 
 
 


background image

• Function: 

 

Epitopes determine the specificity of the antigen molecule. Antigens that 

share one or more identical or similar epitopes are cross-reactive 

antigens. 

 
 

 

 

 
 
 
 
 

Adjuvants:  These  are  chemical  substances  that  enhance  the  immune 

response  to  an  immunogen.  They  act  non-specifically  by  stimulating  the 

immunoreactive cells or by releasing immunogen slowly. 

Ex. Some human vaccines contain adjuvants such as aluminum 

hydroxide or lipid. 

 

 

Hapten: 

 

A small organic molecules that are non- antigenic & non-immunogenic. 

Chemical  coupling  of  a  hapten  to  large  protein  (existing  Ag),  called 

carrier, yield an immunogenic hapten-carrier conjugate. 

Hapten can add a new epitope (i.e. a new specificity) when combined to 

 

an existing Ag. 

 
 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 79 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل