El alorreconocimiento es la capacidad de un organismo individual de distinguir sus propios tejidos de los de otro. Se manifiesta en el reconocimiento de antígenos expresados en la superficie de células de origen ajeno. El alorreconocimiento se ha descrito en casi todos los filos multicelulares.
Este artículo se centra en el alorreconocimiento desde el punto de vista de su importancia en la evolución de los organismos multicelulares. Para otros artículos que se centran en su importancia en la medicina, la biología molecular, etc., se recomiendan los siguientes temas, así como los que se incluyen en los enlaces de categorías que se encuentran al final de esta página.
La capacidad de distinguir entre lo propio y lo ajeno es un requisito fundamental para la vida. En el nivel más básico, incluso los organismos unicelulares necesitan poder distinguir entre alimento y no alimento, para responder adecuadamente a los patógenos invasores y evitar el canibalismo. En los organismos que se reproducen sexualmente, la discriminación entre lo propio y lo ajeno es esencial para garantizar la interacción óvulo/espermatozoide específica de la especie durante la fertilización. Los organismos hermafroditas, como los anélidos y ciertas plantas, requieren mecanismos de reconocimiento para evitar la autofecundación. Todas estas funciones las lleva a cabo el sistema inmunitario innato , que emplea receptores de reconocimiento de patrones conservados evolutivamente para eliminar las células que muestran "marcadores ajenos". [1]
La evolución de la multicelularidad trajo consigo diversos desafíos, muchos de los cuales podrían ser superados por sistemas inmunes innatos cada vez más sofisticados, pero que también sirvieron como una fuerza impulsora evolutiva para el desarrollo de sistemas inmunes adaptativos . El sistema inmune adaptativo o "específico" en su forma completamente calificada ( es decir , basado en el complejo mayor de histocompatibilidad (MHC), receptores de células T (TCR) y anticuerpos ) existe solo en vertebrados con mandíbulas , pero se ha identificado un sistema inmune adaptativo evolucionado independientemente en mixinos y lampreas (vertebrados sin mandíbulas). [2]
La pluricelularidad ha surgido independientemente docenas de veces en la historia de la vida, en plantas, animales, hongos y procariotas, [3] apareciendo por primera vez hace varios miles de millones de años en las cianobacterias . Se han atribuido dos categorías de ventajas al desarrollo temprano de la existencia pluricelular: ventajas relacionadas con el tamaño y ventajas relacionadas con la especialización funcional y la división del trabajo. [4] Las ventajas de tamaño pueden incluir una mayor eficiencia alimentaria o una mayor robustez. Por ejemplo, las mixobacterias , que se mueven en enjambres, pueden mantener una alta concentración de enzimas extracelulares utilizadas para digerir los alimentos, de las que se benefician todas las bacterias del enjambre. En diversas condiciones, muchos microorganismos forman biopelículas que les proporcionan un entorno protegido. En los organismos que han desarrollado una especialización funcional, puede existir una importante división del trabajo sobre la reproducción: solo una pequeña fracción de células contribuye a la siguiente generación. El crecimiento somático representa una forma de altruismo, donde las células somáticas renuncian a la reproducción ayudando a las células de la línea germinal a reproducirse. [5]
Las enzimas extracelulares secretadas por las bacterias en enjambre, la baba de una biopelícula o las células somáticas de un organismo diferenciado representan bienes públicos que son vulnerables a la explotación por parte de los tramposos. [6] Este problema es bien conocido en economía y biología evolutiva como el " problema del polizón " o la " tragedia de los comunes ". Un polizón (o gorrón) es un individuo que consume un recurso sin pagar por él, o paga menos del costo total. En los organismos multicelulares, los tramposos pueden surgir de mutaciones en células somáticas que ya no contribuyen al bien común, o ignoran los controles sobre su reproducción. [7] Otra posibilidad puede surgir de la fusión somática: hay estilos de vida multicelulares en los que hay pocas o ninguna barrera física para la mezcla de células (por ejemplo: esponjas, micelios fúngicos) e incluso entre organismos que han desarrollado tegumentos físicos que representan una primera línea de defensa contra la invasión, se producen oportunidades de intercambio celular. Un ejemplo de ello es la propagación de la enfermedad del tumor facial del diablo entre los demonios de Tasmania y del tumor venéreo transmisible en los perros. [8]
En los metazoos , la defensa contra la alteración del estilo de vida multicelular por parte de estos tramposos adopta dos formas principales. En primer lugar, una característica constante del ciclo de vida multicelular es la interposición de una fase unicelular, incluso entre organismos cuyo principal modo de propagación puede ser a través de propágulos vegetativos multicelulares. [9] Esta fase unicelular suele adoptar la forma de un cigoto producido sexualmente. El paso a través de un cuello de botella unicelular asegura que cada representante de la siguiente generación de organismos represente un clon distinto. Algunas crías portarán una gran cantidad de mutaciones deletéreas y morirán, mientras que otras crías portarán pocas. De esta manera, el organismo evita el " trinquete de Müller ", el proceso por el cual los genomas de una población asexual acumulan mutaciones deletéreas de manera irreversible. La segunda defensa contra los tramposos es el desarrollo de mecanismos de alorreconocimiento que protegen contra la invasión de replicadores parásitos. [10] El alorreconocimiento actúa como un agente de selección de parentesco al restringir la fusión y la aceptación de la comunidad a individuos relacionados. Si individuos emparentados se fusionan, los beneficios de la fusión seguirán vigentes, mientras que los costos de la competencia por recursos compartidos u oportunidades reproductivas se reducirán en una fracción proporcional al grado de parentesco entre los socios fusionados. [6] Si individuos no emparentados se fusionan, o si surge una célula mutada dentro de un organismo que se puede distinguir de sí mismo por el sistema de alorreconocimiento, se activará una respuesta de rechazo. Como regla general, el rechazo está mediado por los productos genéticos de loci altamente variables, que deben coincidir (o casi coincidir) entre organismos para que la fusión sea exitosa. [11]
Se han reconocido fenómenos de alorreconocimiento en sistemas de autoidentidad y reconocimiento social bacterianos, [12] discriminación de parentesco en amebas sociales, [13] [14] tipos de apareamiento fúngico, [15] incompatibilidad vegetativa fúngica, [16] sistemas de autoincompatibilidad vegetal, [17] invertebrados marinos coloniales (como corales, esponjas, hidroides, briozoos y ascidias), [18] y por supuesto, vertebrados. La forma en que se manifiesta el alorreconocimiento en estos diferentes sistemas varía enormemente. Las bacterias, por ejemplo, secretan bacteriocinas , toxinas proteínicas dirigidas específicamente contra miembros de su propia especie. Las colonias de invertebrados marinos, cada una de las cuales representa un solo genotipo, se expanden por el fondo del océano mediante reproducción asexual. Cuando las colonias se encuentran, pueden, si son compatibles, fusionarse para formar una sola unidad, o si son incompatibles, pueden intentar agresivamente crecer en exceso, envenenarse, picarse o consumirse entre sí. [18]
La inmunidad de los vertebrados depende tanto del sistema inmunitario adaptativo como del innato. En los vertebrados, el sistema inmunitario innato está compuesto por células como los neutrófilos y los macrófagos (que también tienen un papel en el sistema inmunitario adaptativo como células presentadoras de antígenos ), así como por vías moleculares como el sistema del complemento que reaccionan ante microorganismos ajenos. El sistema inmunitario innato permite una respuesta inflamatoria rápida que contiene la infección y activa el sistema inmunitario adaptativo, que elimina el patógeno y, a través de la memoria inmunológica , proporciona protección a largo plazo contra la reinfección. [19]
Las búsquedas exhaustivas de secuencias en varios grupos taxonómicos no han logrado identificar MHC y TCR fuera de los vertebrados con mandíbulas. El alorreconocimiento en estos animales depende de mecanismos moleculares distintos de los de los vertebrados con mandíbulas. En las esponjas, se han identificado varios receptores (moléculas de adhesión de esponjas, receptor de tirosina quinasa) con dominios similares a los encontrados en inmunoglobulinas . Se ha identificado variabilidad de secuencia en "puntos calientes" en estos receptores. [2] Parecería que las moléculas que, más tarde en la evolución, fueron explotadas en la respuesta inmune adaptativa, tuvieron un papel anterior en el reconocimiento innato. Las lampreas y los mixinos parecen haber desarrollado, por evolución convergente , una respuesta inmune adaptativa que es independiente y distinta de los sistemas inmunes adaptativos de los vertebrados superiores. Las células similares a los linfocitos en estos peces expresan genes de receptores de linfocitos altamente variables , que experimentan reordenamientos somáticos que recuerdan la forma en que los genes de inmunoglobulina de los mamíferos se reordenan durante el desarrollo. [20]
En resumen, el alorreconocimiento, la capacidad de distinguir lo propio de lo ajeno, es fundamental para toda la vida, tanto unicelular como multicelular. Los primeros sistemas de reconocimiento eran innatos y se basaban en el reconocimiento de moléculas propias. La evolución de formas multicelulares generó presiones selectivas para una sofisticación cada vez mayor de los sistemas inmunitarios innatos. Los sistemas inmunitarios adaptativos, basados en el reconocimiento de lo ajeno, han surgido de forma independiente en dos líneas de cordados y aprovechan moléculas y sistemas celulares que tenían un papel previo en las respuestas inmunitarias innatas. El alorreconocimiento tal como existe actualmente en los mamíferos se puede rastrear como resultado de la modificación secuencial de los mecanismos inmunitarios que se remontan a algunos de los primeros organismos multicelulares.