Het afweersysteem heeft een complex netwerk van controles en evenwichten opgebouwd dat kan worden verdeeld in aangeboren en verworven immuniteit.

Iedereen wordt geboren met een aangeboren immuniteit. De onderdelen van het afweersysteem die een rol spelen bij aangeboren immuniteit, macrofagen, neutrofiele granulocyten en complementfactoren, reageren op een vergelijkbare manier op alle lichaamsvreemde stoffen. De herkenning van antigenen door dit systeem is bij iedereen hetzelfde.

Zoals de naam al aangeeft moet verworven immuniteit worden aangeleerd. Bij de geboorte heeft het afweersysteem nog geen contact met de buitenwereld gehad of een geheugen opgebouwd. Het afweersysteem leert te reageren op ieder nieuw antigeen waarmee het in aanraking komt. Verworven immuniteit is daarom specifiek voor de antigenen waarmee iemand tijdens zijn leven in contact is gekomen. Kenmerkend voor deze specifieke immuniteit is het vermogen om te leren, zich aan te passen en te onthouden.

Het afweersysteem heeft een soort bestand of geheugen van alle antigenen waarmee iemand in aanraking is gekomen, hetzij via de longen (door de ademhaling), de darmen (door de voeding) of de huid. Dit is mogelijk omdat lymfocyten lang blijven leven. Wanneer lymfocyten een antigeen voor de tweede keer tegenkomen, reageren ze snel, krachtig en specifiek op dat antigeen. Dankzij deze specifieke immuunrespons kan iemand slechts eenmaal waterpokken of mazelen krijgen en daarom kunnen vaccinaties een ziekte effectief voorkomen. Polio wordt bijvoorbeeld voorkomen door iemand te vaccineren met een verzwakte vorm van het poliovirus. Als iemand die gevaccineerd is later in contact komt met het poliovirus, mobiliseert het afweersysteem haar geheugencellen voor het poliovirus onmiddellijk. Het gevolg is dat het poliovirus door specifieke antistoffen onschadelijk wordt gemaakt voordat het de kans heeft gehad zich te vermenigvuldigen en het zenuwstelsel binnen te dringen.

Aangeboren en verworven immuniteit werken niet onafhankelijk van elkaar. Beide systemen reageren op elkaar en beïnvloeden elkaar, direct of via cytokinen (boodschappers). Een prikkel leidt zelden tot één enkele reactie. Meestal ontstaan er meerdere reacties, waarvan de meeste elkaar kunnen versterken en sommige elkaar kunnen afremmen. Alle reacties werken echter op basis van hetzelfde principe: herkenning, mobilisatie en aanval.Voordat het afweersysteem op een antigeen kan reageren, moet het in staat zijn het antigeen te herkennen. Dit gebeurt via een proces dat antigeenpresentatie wordt genoemd. Macrofagen zijn de belangrijkste antigeenpresenterende cellen, maar ook andere cellen, zoals B-lymfocyten, kunnen antigenen verwerken.

Antigeenpresenterende cellen nemen een antigeen op en breken het in stukjes. Vervolgens worden de stukjes samengevouwen met MHC-moleculen naar het oppervlak van de celmembraan gebracht. Het gedeelte van het major histocompatibility complex dat een stukje antigeen bevat, bindt (hecht) zich dan aan een speciaal molecuul op het oppervlak van een T-lymfocyt die T-celreceptor wordt genoemd. De T-celreceptor past precies (als een sleutel in een slot) op het gedeelte van het major histocompatibility complex dat een stukje antigeen bevat.

T-lymfocyten kunnen in twee groepen worden onderverdeeld op basis van hun vermogen om zich te binden (hechten) aan een van de twee klassen MHC-moleculen. De groep T-lymfocyten met een CD8-molecuul op hun oppervlak kunnen zich aan klasse I MHC-moleculen binden. De groep T-lymfocyten met een CD4-molecuul op hun oppervlak kunnen zich aan klasse II MHC-moleculen binden.

Mobilisatie

Zodra een antigeen eenmaal op een antigeenpresenterende cel door een T-lymfocyt is herkend, volgt er een reeks van stappen die het afweersysteem mobiliseren. Wanneer een antigeenverwerkende cel een antigeen opneemt, scheidt deze cel cytokinen uit, bijvoorbeeld interleukine-1, interleukine-8 of interleukine-12, die bepaalde andere cellen beïnvloeden. Interleukine-1 mobiliseert T-lymfocyten; interleukine-12 zet natural killer cells aan tot effectieve vernietiging en tot uitscheiding van interferon; interleukine-8 werkt als een gids die neutrofiele granulocyten naar de plaats leidt waar het antigeen is waargenomen. Dit proces, waarbij cellen worden aangetrokken en ingezet, wordt chemotaxis genoemd.

Wanneer T-lymfocyten door middel van hun T-celreceptoren worden geactiveerd, produceren ze verscheidene cytokinen die weer helpen om andere lymfocyten aan te trekken en zo de immuunrespons versterken. Cytokinen kunnen ook de niet-specifieke (aangeboren) afweermechanismen activeren en slaan zodoende een brug tussen de aangeboren en de verworven immuniteit.

Aanval

Een groot gedeelte van het afweermechanisme is erop gericht binnendringende microben te vernietigen of te verwijderen zodra deze zijn herkend. Macrofagen, neutrofiele granulocyten en natural killer cells kunnen veel lichaamsvreemde indringers onschadelijk maken.

Als een indringer niet volledig kan worden vernietigd, kan deze ingesloten worden in een zogenaamd granuloom. Tuberculose is een voorbeeld van een infectie die niet volledig wordt opgeruimd; de bacteriën die tuberculose veroorzaken, worden in een granuloom opgesloten. De meeste gezonde mensen die in contact komen met deze bacteriën, verweren zich tegen de tuberculose-infectie. Sommige bacteriën overleven de afweer echter en blijven, ingesloten in een granuloom, voor onbepaalde tijd aanwezig, meestal in de longen. Als het afweersysteem verzwakt raakt (zelfs 50 tot 60 jaar later), ontstaan er gaten in het granuloom en beginnen de bacteriën die tuberculose veroorzaken, zich te vermenigvuldigen.

Het lichaam bestrijdt niet alle indringers op dezelfde manier. Indringers die buiten de lichaamscellen blijven (extracellulaire organismen), zijn relatief eenvoudig te bestrijden. Het afweersysteem zet hiertoe afweermechanismen in werking die de opname van deze indringers door macrofagen en andere cellen vergemakkelijken. Hoe het afweersysteem dit doet, hangt af van het feit of de indringers ingekapseld zijn of niet. Indringers die de cellen binnendringen (intracellulaire organismen) en daar blijven leven en functioneren, worden op een geheel andere wijze bestreden.

Ingekapselde extracellulaire organismen

Sommige bacteriën zijn omgeven door een kapsel dat hun celwand beschermt, waardoor ze niet door macrofagen worden herkend. Een veelvoorkomend voorbeeld van ingekapselde bacteriën zijn streptokokken, die angina veroorzaken. Tijdens een immuunrespons tegen deze bacteriën worden door B-lymfocyten antistoffen tegen het kapsel gevormd. Ook kunnen de giftige stoffen die bepaalde bacteriën produceren door antistoffen worden geneutraliseerd.

Zodra de antistoffen zijn gemaakt, hechten ze zich aan de kapsels. Een dergelijke verbinding van een bacterie en een antistof heet een immuuncomplex. Het immuuncomplex wordt gebonden door een receptor op een macrofaag. Dit proces vereenvoudigt de opname van het gehele complex door de macrofaag, waarna de bacterie wordt verteerd. Daarnaast activeren immuuncomplexen ook het complementsysteem. Door binding van het immuuncomplex met complementfactoren wordt het voor macrofagen zeer eenvoudig om de immuuncomplexen die ze moeten opnemen te herkennen.

Niet-ingekapselde extracellulaire organismen

Sommige bacteriën hebben alleen een celwand; ze zijn niet door een kapsel omgeven en zijn dus niet ingekapseld. Escherichia coli, een veelvoorkomende veroorzaker van voedselvergiftiging en urineweginfecties, is een voorbeeld van een niet-ingekapselde bacterie. Wanneer niet-ingekapselde bacteriën het lichaam binnendringen, komen macrofagen, natural killer cells, cytokinen en het complementsysteem direct in actie.

Macrofagen hebben sensoren die de moleculen op het oppervlak van niet-ingekapselde bacteriën herkennen. Wanneer deze moleculen en sensoren in elkaar passen, wordt de bacterie door de macrofaag opgenomen tijdens een proces dat fagocytose wordt genoemd. Bij fagocytose worden macrofagen aangezet tot de uitscheiding van diverse cytokinen die neutrofiele granulocyten aantrekken. Vervolgens worden er nog meer bacteriën opgenomen en vernietigd door de neutrofiele granulocyten. Sommige cytokinen die door de macrofagen worden uitgescheiden, activeren natural killer cells, die vervolgens sommige bacteriën direct vernietigen of de neutrofiele granulocyten en macrofagen helpen om effectiever te werk te gaan. Ook niet-ingekapselde bacteriën activeren het complementsysteem. Complementfactoren helpen bij de vernietiging van bacteriën en scheiden een stof uit die als signaal dient om neutrofiele granulocyten te lokken. Deze cellen vernietigen vervolgens de resterende bacteriën.

Intracellulaire organismen

Sommige micro-organismen, bijvoorbeeld tuberkelbacteriën, overleven het beste in een cel. Omdat deze organismen een cel juist moeten binnendringen om te kunnen blijven leven, hebben ze geen specifieke afweer tegen opname door een cel. Tijdens de opname worden deze organismen in een beschermend omhulsel afgezonderd binnen de cel. Dit omhulsel wordt een blaasje of vacuole genoemd. De blaasjes kunnen met andere blaasjes in het cytoplasma versmelten, bijvoorbeeld met vacuolen die klasse II MHC-moleculen verzamelen en verpakken.

Bij de versmelting van blaasjes neemt het major histocompatibility complex (MHC) enkele stukjes van de bacteriën op. Wanneer het MHC naar het celoppervlak wordt gebracht, bevat het deze lichaamsvreemde stukjes. MHC-moleculen worden door T-lymfocyten herkend, die op het antigeen reageren door cytokinen uit te scheiden. De cytokinen activeren de macrofagen, waardoor er in de macrofaag nieuwe chemische stoffen worden geproduceerd. Deze chemische stoffen zorgen er dan voor dat de macrofaag de organismen die in de cel aanwezig zijn, kan vernietigen.

Sommige cytokinen stimuleren de productie van antistoffen. Antistoffen zijn zinvol bij de afweer tegen organismen buiten de cel, maar zijn niet effectief tegen infecties binnen de cel.

Een virus is nog een voorbeeld van een organisme dat in een cel moeten binnendringen om te kunnen overleven. Virussen worden echter niet in blaasjes gehuld maar in speciale structuren die proteosomen worden genoemd. In de proteosomen wordt het virus in stukjes gebroken en naar een ander onderdeel van de cel gebracht, het zogenaamde ruw endoplasmatisch reticulum, de eiwitfabriek van de cel. In het ruw endoplasmatisch reticulum worden ook klasse I MHC-moleculen samengevoegd. Bij de samenvoeging nemen deze moleculen stukjes virus op en nemen die mee wanneer ze naar het celoppervlak worden gebracht.

Bepaalde T-lymfocyten, de zogenaamde cytotoxische T-lymfocyten, herkennen de klasse I moleculen, die nu stukjes virus bevatten, en binden zich aan deze moleculen. Wanneer de verbinding is voltooid, wordt er door de celmembraan heen een signaal gegeven dat de antigeenspecifieke T-lymfocyten activeert. In tegenstelling tot natural killer cells doden cytotoxische T-cellen echter alleen cellen die zijn geïnfecteerd met het specifieke virus dat hen heeft geactiveerd. Cytotoxische T-cellen helpen bijvoorbeeld om een griepvirus te bestrijden. De meeste mensen hebben zeven tot tien dagen nodig om van een griep te herstellen, omdat dat de benodigde tijd is om specifieke cytotoxische T-cellen te activeren die het griepvirus vervolgens bestrijden.