La vida es un 'programa auto-operativo' que mantiene un diseño molecular y celular fijo en un marco abierto. La apertura de este marco permite que fuerzas físicas (es decir, luz, temperatura) y químicas (en forma gaseosa, líquida, coloidal y sólida), pasen a través de su espacio estructural. El modo "encendido o apagado" de un 'programa auto-operativo', regirá el destino final (captura, traslado, retención o expulsión) de los encuentros físico-químicos de su entorno. La transformación permanente de los componentes aleatorios del medio ambiente en segmentos organizados de un diseño celular y molecular fijo regulará ya sea la vida o la muerte de un organismo. En las formas de vida multicelulares (los seres humanos en particular), la extraordinaria capacidad de diferenciar lo "propio" de la afluencia del medio ambiente macro-molecular ha evolucionado, hasta convertirse en un programa auto-operativo vital, el sistema inmunológico. El sistema inmunológico está diseñado con un programa computacional único para operar cuatro niveles estratégicos de gestión de defensa: i) Reconocimiento de lo no propio, ii) Procesamiento de lo no propio, iii) Desarrollo de la memoria, y iv) Tolerancia hacia sí mismo.
Estas características vitales facultan la respuesta inmune para ser escalable, resistente a la subversión, robusta y flexible. Además, la defensa del huésped necesita ser ampliamente distribuida, altamente sensible y potencialmente eficaz, y fácilmente degradable en el cuerpo humano. Propias y no propias se refieren a estructuras químicas (tejidos, células, moléculas, etc.) inherentes al cuerpo y a entidades que se encuentran a través de una fuente extranjera, respectivamente. La eficiencia inmune depende además de la capacidad de distinguir entre no propias perjudiciales (es decir, bacterias, virus y toxinas), y todo lo demás, (es decir, alimentos, agua y aire). El éxito global de la autodefensa está supeditada a la capacidad del sistema inmunológico de reconocer una gran variedad de cuerpos extraños. El sistema también tiene que detectar y reaccionar a los agentes patógenos que el cuerpo nunca ha encontrado antes. Por lo tanto, la elaboración de estrategias de defensa eficientes para discriminar lo propio, de lo no propio ha sido fundamental en la evolución molecular del sistema inmunológico. El sistema inmunológico se basa en una disposición de membranas de múltiples capas (la piel, epiteliales y mucosas), células y moléculas que realizan conjuntamente un acto de equilibrio, que es lo suficientemente letal para matar agentes patógenos o células cancerosas, pero lo suficientemente específica, para no causar ningún daño colateral a agentes "propios". En consecuencia, la inmunidad es un proceso muy inteligente que se ocupa de una magnífica variedad de incógnitas en el medio ambiente.
La inmunidad y la defensa del huésped son similares a una "carrera armamentista", ya que un intruso ofensivo puede tener una capacidad de multiplicarse a un ritmo, muchas veces más rápido que la cascada de células inmunes. Por consiguiente, las células inmunitarias deben responder rápidamente a las amenazas patógenas pasando de un estado inactivo, a una fase de gran actividad dentro de un corto período de tiempo. En consecuencia, las células inmunitarias deben alterar dramáticamente su metabolismo para enfrentar el combate. Por lo tanto, una célula inmunitaria normal necesita "reprogramar" su metabolismo y nutrientes directos de manera efectiva, para la síntesis de nucleótidos, lípidos, aminoácidos, y otros productos biosintéticos necesarios para la proliferación, la carrera armamentista [van stipdonk et al 2003, Wang et al 2011].
Reconocimiento de lo No Propio: Ya que la exposición a un cuerpo extraño es potencialmente grande, aunque el sistema solo tiene recursos limitados celulares y moleculares, el reconocimiento de lo no propio se realiza sobre la base de la química. En lugar de identificar el cuerpo extraño en su conjunto, el sistema inmunológico solo detecta fragmentos diminutos (estructuras moleculares o "antígenos") de un agente no propio. De acuerdo con esto, los detectores utilizados por el sistema son pequeños, eficientes, altamente distribuidos, y no están sujetos a un control centralizado.
Los linfocitos son las células inmunes responsables del reconocimiento o detección de los antígenos. La detección de lo no propio se logra a través de interacciones, cuando los enlaces químicos se forman entre el antígeno y los "receptores" que cubren la superficie del linfocito. Debido al tamaño y complejidad de la mayoría de los antígenos, solo los sitios discretos ("epítopos") se enlazan a los receptores de los linfocitos. Un linfocito típico tiene aproximadamente 100.000 receptores en su superficie. El número de receptores que se enlazan a un antígeno determinará la "afinidad" (umbral de detección) de un linfocito con su objetivo.
Procesamiento de lo No propio: El sistema inmunológico separa lo propio, de lo no propio con diversos mecanismos a través de la arquitectura de varias capas, con una protección en fila en varios niveles. La primera línea de defensa incluye la piel y otras barreras físicas (es decir, ácidos y temperatura) para frenar la presencia extraña. Si la primera línea de defensa se ve comprometida, las barreras inmunitarias innatas y adquiridas surten su efecto. La defensa "innata" implica células carroñeras itinerantes, como los fagocitos, que ingieren las moléculas y materiales extracelulares, despejando el sistema tanto de escombros como de patógenos. La respuesta inmune "adquirida" es una defensa sofisticada que implica un gran número de células, productos químicos y moléculas. Cualquier cuerpo extraño (patógenos, en particular) que evade las capas anteriores de la defensa del huésped será mucho más difícil de detectar y eliminar.
Una respuesta inmune adquirida exitosa implica células B especializadas (linfocitos que maduran en la médula ósea), que se activan tras el enlace con los patógenos. La activación de las células B tiene un efecto doble: i) resulta en la secreción de la forma soluble de sus receptores, los "anticuerpos", que enlazan e inactivan patógenos, o ii) presenta el patógeno enlazado a los fagocitos y a otros sistemas de defensa innata para destruirlos y eliminarlos. Las células B son de corta duración y desaparecen cuando se elimina un patógeno, lo que significa que el sistema inmune tendría que repetir todo el proceso de maduración y activación de la afinidad en caso de re-infección. El sistema inmunológico evita este lapso del proceso mediante la retención de una "memoria" de la información codificada en las células B adaptadas.
Desarrollo de la Memoria: El sistema inmunológico puede aprender y memorizar las estructuras de los agentes extraños que encuentra. Cuando se encuentra un nuevo patógeno, el cuerpo monta una respuesta inmune primaria, que generalmente toma un poco de tiempo para eliminar la infección. Durante dicho proceso, diversos mecanismos inmunológicos permiten a los linfocitos aprender acerca de las estructuras químicas de las moléculas de antígenos específicos y recordar el agente infeccioso. Si el cuerpo es re-infectado, la memoria del huésped recuerda una respuesta inmune secundaria para generar linfocitos de alta afinidad contra antígenos específicos del patógeno encontrado previamente. Tales respuestas inmunes inducidas por la memoria son significativamente rápidas y protegen eficazmente el cuerpo de ataques nocivos del medio ambiente.
La tolerancia a lo Propio: En general, el sistema inmunológico es tolerante a sí mismo y no se ataca a sí mismo. La tolerancia se implementa a través de otro tipo de linfocitos, llamados células T auxiliares que maduran en el Timo, un órgano ubicado justo detrás del esternón. La mayoría de las proteínas propias circulan a través del Timo y cualquier célula T que madura en este órgano está expuesta a la mayoría de proteínas propias. Si una célula T en maduración se enlaza (reconoce) con cualquiera de estas proteínas propias, será censurada, o eliminada, en un proceso denominado deleción clonal. Las células T que sobreviven al proceso de maduración y salen del Timo son tolerantes a la mayoría de las proteínas propias.
El reconocimiento de lo propio y lo no propio en el cuerpo humano se consigue también mediante un marcador celular con base en el complejo mayor de histocompatibilidad (MHC). Cualquier célula que no muestre este marcador es tratada como no propia, y es atacada y eliminada. El control de tolerancia es efectivo en la medida en que cualquier proteína propia, que esté mal o bien digerida, se trate como un antígeno. Rara vez el control de tolerancia se puede descomponer y el sistema inmunológico podría atacar auto-células, resultando en enfermedades auto inmunes (es decir, la artritis reumatoide, esclerosis múltiple, etc.).
