免立優|解鎖免疫力
藏好自己，做好清理。
—劉慈欣《三體·死神永生》
作為免疫系統，最重要的便是區別自己和異己。因此，患有臉盲症的免疫細胞一定是要被淘汰的不合格細胞。漫長的進化過程給了病原體和我們的身體足夠的技能點，使得交戰雙方勢均力敵。其實免疫系統不止存在於像我們這樣的高等生物，即使是最原始的細菌，也需要時刻警惕外敵入侵。
下面我們以大腸桿菌（E. Coli）為例，來看看他們是如何進化出防禦噬菌體（bacteriophage）侵染的免疫系統。
免疫學第一定律：所有生物都有一套防禦外敵的機制。
當今生物領域最熱門的CRISPR-Cas9基因編輯技術，最初就來源於大腸桿菌。噬菌體是大腸桿菌的天敵之一，它們可以將自身DNA注入大腸桿菌內，在其體內繁殖、最終裂解細菌釋放子代噬菌體。為抵抗噬菌體，大腸桿菌進化出了一套成熟的防禦機制。它們將入侵噬菌體的部分DNA序列保存到自己基因組中，留下一份“黑名單”，併合成對應的crDNA識別體內是否含有來自噬菌體的外源DNA，一旦發現便動用Cas9切除、降解相應DNA。為了區別自身基因組中攜帶的基因，除了直接認出黑名單上的靶標基因外，Cas9還需要一個叫PAM的先導序列，同時具有上述兩種特徵的DNA才會被識別為外源DNA而被清除。CRISPR基因簇結構、pre-crRNA處理與Cas9基因編輯機制
另一種更加簡單粗暴的防禦機制是限制性內切酶（Restriction Enzyme，RE）。這是一類可以識別並切斷特定序列的雙鏈DNA切割酶。大腸桿菌能表達多種RE，大多數的識別位點為6~8個鹼基組成的短迴文（palindrome）序列。計算一下對應的概率，平均每4000個鹼基中就會出現一個酶切位點。
不同種類的限制性內切酶可以識別不同DNA序列並將其從中切斷
RE認識的這種特定序列在大腸桿菌基因組中也很多，會不會誤傷自己呢？
免疫學第二定律：標記自我可以防止誤傷友軍
大腸桿菌通過對酶切位點序列上的特定鹼基進行甲基化修飾來避免被切割。比如，在腺苷的氨基上引入甲基化就是一種有效的區分敵我的方式。缺少DNA甲基化酶的大腸桿菌會因RE誤傷自己而難以存活。在人體，免疫識別機制是把雙刃劍：太遲鈍則無法阻擋病原體入侵；太靈敏則會誤傷自己，引起自免疫疾病（autoimmune disease）或過敏反應。
N6-甲基腺苷
有了一套可以識別外敵的防禦機制和標記自身免受誤傷的保護機制是不是就夠了呢？
免疫學第三定律：病原體通過進化逃脫免疫機制
免疫學第四定律：機體需要多種免疫機制抵禦不同病原
病原體總有辦法繞開免疫系統的追殺。例如大腸桿菌進化出了針對特定位點的內切酶，那麼噬菌體也會通過基因突變減少DNA內的內切酶位點，從而能更加順利地侵染宿主。因此，大腸桿菌需要不同種類的內切酶抵擋帶有各種突變的噬菌體。而升級後的防禦系統又迫使噬菌體進化出更強大的入侵技能。這樣，在入侵和防禦之間的軍備競賽中，雙方都積累了足夠多技能點。
在人體，B細胞和T細胞充當後天免疫系統中最重要的角色。發育過程中，淋巴細胞會發生基因重組，產生上億中可能的組合，從而產生數量龐大的不同淋巴細胞表面受體。這些受體可以識別不同抗原，理論上氨基酸的排列組合能產生識別任意抗原的抗體和T細胞受體。這就是人體後天免疫的數學基礎。
免疫學第五定律：免疫系統可能影響同一物種個體
大腸桿菌可以通過接合（conjugation）的方式將部分基因傳遞給其他個體。傳遞的基因依附於F質粒上，兩細胞通過纖毛相互接觸以單鏈DNA的形式從供體傳給受體。這一過程對於大腸桿菌在惡劣環境下的生存尤為重要，比如在抗生素條件下，大多數大腸桿菌無法合成細胞壁而死亡，而極少數細菌通過突變產生了耐藥性，這些耐藥菌株可以將耐藥基因以接合的方式傳給周圍個體，從而使更多個體存活下來。
細菌內部的內切酶會識別並降解外源DNA，使得接合傳遞效果大打折扣。同樣的故事發生在人體器官移植上。攻擊異己的本性使得人體免疫細胞誤傷友軍，產生排異反應。因此，器官移植後，往往需要長時間服用抑制免疫反應的藥物。
小結：
免疫學基本定律是瞭解免疫系統工作原理的基本框架。識別自己和異己是免疫系統的首要工作。免疫系統既需要防禦外敵，也必須不傷害自身，在兩者之間達到平衡，過猶不及。
