Базовые понятия иммунологии

ЧАСТЬ II

Эйнгор М.А.

Антитела

Антитела — это основной компонент ИФА и многих других методов, основанных на использовании антител, поэтому понимание процесса их появления и изменения концентрации в крови важно как для понимания самого процесса болезни, так и для диагностики болезни. Знания о качествах, характеризующих те или иные антитела, вариантах состава различных видов антител в крови у различных млекопитающих коренным образом влияют на проведение тех или иных серологических методов.

Производство антител в ответ на стимуляцию антигеном

Антитела, производимые в ответ на стимуляцию антигеном, различаются по специфичности и могут быть из различных иммуноглобулиновых классов. Такое разнообразие является следствием того, что каждый антиген имеет множественные антигенные детерминанты, которые запускают размножение различных В-клеток. Поэтому сыворотка крови млекопитающих обычно содержит смесь различных иммуноглобулинов и, как следствие, в крови организма, в котором запущен процесс иммунного ответа, имеются поликлональные антитела, антитела к различным эпитопам одного и того же антигена. Специфичность этих иммуноглобулинов будет отражать процесс появления антигена в организме, историю формирования иммунного ответа.

В самом начале в ответ на первое проникновение инфекционного агента в организме производятся IgM-антитела. Если инфекция продолжается или повторяется, то вырабатываются другие классы антител, но обычно производится IgG. В ситуации, когда первичное проникновение патогена закончено, и он удален из организма, мы можем найти только небольшие количества IgM и IgG в крови организма. Но если все же происходит реэкспозиция антигена, он попадает в организм второй раз, или инфекционный процесс продолжается, то происходит повторный пик производства IgM. Кроме того, производство IgG может быть не только более быстрым, но и гораздо более сильным по количеству и времени присутствия в крови организма.

Аффинность и авидность

Аффинность (лат. affinitas — родственность) – это термодинамическая характеристика, количественно описывающая силу взаимодействия веществ (антигена и антитела). Когда паратоп абсолютно подходит эпитопу, то между ними самая высокая афинность. Если же эпитоп не очень подходит паратопу, то афинность, связь между антигеном и антителом будет гораздо слабее (см. рис. 6).

Когда эпитоп антигена и паратоп антитела хорошо подходят друг другу, внутримолекулярные интерактивные силы активизируются и преобладают над отталкивающими силами. Сила одиночной интеракции антиген-антитело – это и есть аффинность, которая отражает суммарное значение притягивающих и отталкивающих сил.

С развитием имунного ответа на проникновение антигена менее специфичные (подходящие к антигену) антитела с низкой афинностью постепенно заменяются на более специфичные с более высокой афинностью. Таким образом, обычно в сыворотке крови содержатся поликлональные антитела, выработанные к различным эпитопам антигена и имеющие также различную афинность.

Авидность может быть определена как суммарное значение всех аффинных связей между различными поликлональными антителами, присутствующими в сыворотке крови, и различными антигенными участками (эпитопами) антигена. При разведении сыворотки мы изменяем концентрацию различных популяций антител, имеющих различные характеристики.

В качестве примера можно привести сыворотку крови, содержащую небольшое количество антител, имеющих высокую афинность к определенному антигену. В таком случае при низком разведении сыворотки, при использовании ее в каком-то серологическом методе большое количество различных антител, имеющих разную афинность, будут «бороться» за присоединение к антигену. Антитела с большей афинностью к антигену будут иметь преимущество, а при разведении количество этих более специфичных антител будет снижено до критически малой концентрации и останутся уже только антитела с низкой афинностью.

Антигенные понятия

Иммунная система млекопитающих способна распознавать качественно поверхностность макромолекул или микроорганизмов, чужеродных организму (в том числе патогенных микроорганизмов). Это распознавание производится обычно специфично и осуществляется посредством антител, а чужеродные субстанции называются антигеном. Та часть антигена, к которому прикрепляется антитело, называется антигенная детерминанта или эпитоп. На одной чужеродной субстанции (патогене) может быть много различных эпитопов. Антитело специфически прикрепляется к эпитопу на антигене посредством множественных нековалентных интеракций. Та часть на антителе, которая прикрепляется к эпитопу, называется антигенсвязывающая часть или паратоп. Антиген, который стимулирует иммунную систему на иммунный ответ, называется иммуноген. Микроорганизмы, макромолекулы, чужеродные протеины, полисахариды, углеводы, нуклеиновые кислоты обычно являются эффективными иммуногенами. На рисунке проиллюстрированы различные возможные состояния при взаимодействии антигена и антитела.

Различные наборы антител в сыворотке с более или менее специфичными паратопами к эпитопам антител являются причиной таких реакций:

a) когда наблюдается высокая специфичность сыворотки к антигену;

b) состояние, когда есть кроссреакция – если один из трех эпитопов соответствует паратопу, а два других не соответствуют;

c) третье состояние, когда нет взаимодействия между антителом и антигеном

Поэтому, когда вы слышите заявление о том, что серологические реакции — это высокоспецифичный метод диагностики, необходимо, по меньшей мере, уточнить все дополнительные параметры, влияющие на смесь различных антител в организме, подвергшемуся вторжению инфекционного агента, и соответственно оценить создавшуюся ситуацию.

Производство антител в ответ на иммунизацию или вакцинацию

Пассивная иммунизация характеризуется внесением в организм уже готовых антител от донора к реципиенту. Присутствие чужеродных антител имеет короткое по времени, но эффективное действие. Чужеродные антитела постепенно выводятся из организма реципиента (того, кто получил специфические антитела).

Активная иммунизация

Активная иммунизация достигается через введение в организм антигена или активного, обычно ослабленного, патогена. Организм отвечает на это производством антител, чтобы нейтрализовать этот патоген. Повторное введение антигена или патогена сопровождается активной анамнестической иммунизацией (иммунный ответ организма на повторное введение антигена). Такие антитела являются защитными антителами, и их комплементарные антигены выступают в качестве защитных антигенов. Защита, обеспечиваемая активной иммунизацией, не является немедленной, как при пассивной иммунизации, потому что иммунная система требует значительного времени для обработки таких антигенов и продуцирования защитных антител. Однако преимущество активной иммунизации заключается в том, что она длительная, и стимуляция теми же антигенами, которые присутствуют в патогенах, приводит к анамнестическому ответу. Важно признать, что иммунитет, вызываемый патогенами после активной иммунизации, настолько широк, насколько широк антигенный спектр препарата, используемого для иммунизации. Защита также обеспечивается применением различных подходов в разработке вакцин.

Живые вакцины

В живых вакцинах зачастую используются патогены, которые были ослаблены многочисленными пассажами (в основном вирусы) на не характерном для них хозяине, с целью заставить их потерять свою патогенность для вакцинируемых животных. Обычно это хорошие вакцины, потому что они обеспечивают тот же антигенный стимул, что и полноценный патоген. Только иногда возникает проблема с возвращением патогенности или с тем, что ослабленный вирус все еще слишком сильный и может вызвать само заболевание, особенно у слабого животного или у молодняка.

Модифицированные вакцины

В них используется целый патоген болезни. Вакцины можно выращивать, а затем химически модифицировать (например, убить жарой, модифицировать нуклеиновую кислоту (мутаген) или обработать формальдегидом). Это потенциально хорошие вакцины тем, что дается полный антигенный спектр. Антигенная масса, количество антигена в вакцине должно быть высоким, поскольку нет репликации антигена в организме и поддержания необходимого количества антигена для того, чтобы иммунная система получила достаточно хорошую стимуляцию и дала необходимый сильный иммунологический ответ. Для этой цели и существуют повторные прививки, которые предназначены для повышения уровня вырабатываемых антител.

Антитела при вирусной инфекции

Вирусы для того, чтобы размножаться, нуждаются в живой клетке. Им не хватает своих биохимических механизмов для производства белков и метаболизма сахаров. Некоторым вирусам также не хватает ферментов, необходимых для репликации нуклеиновых кислот. Количество генов, колеблется от 3 до 250, и стоит отметить, насколько это мало по сравнению с самой маленькой бактерией. Болезни, вызванные вирусами, разнообразны и делятся на острые, рецидивирующие, латентные и субклинические. Иммунный ответ колеблется от явно отсутствующего до пожизненного иммунитета. Поскольку внешние поверхности (капсиды) вируса содержат антигены, то как раз против них иммунная система и производит антитела. Первую линию защиты (исключая интерферон) представляют собой IgM и IgG-антитела, когда вирус уже проник в плазму крови и тканевые жидкости, или секреторные IgA-антитела, когда вирус пытается проникнуть через эпителиальные покровы (воздушный, тесный контакт). Некоторые вирусы, которые полностью реплицируются на эпителиальных поверхностях (респираторная система, желудочно-кишечный тракт, мочеполовой канал) и которые не имеют виремической фазы, будут контролироваться IgAантителами. Антитела могут уничтожать внеклеточные вирусы, предотвращать вирусную инфекцию клеток, блокируя их присоединение к клеточным рецепторам или участвуя в уничтожении инфицированных вирусом клеток.

Антитела при бактериальной инфекции

Роль антител в борьбе с бактериальной инфекцией различна. Антитела к бактериальным поверхностным антигенам предотвращают присоединение бактерии к мембране клетки-хозяина путем блокирования сайтов-рецепторов. Антитело может нейтрализовать бактериальные экзотоксины (возможно, путем блокирования взаимодействия между экзотоксином и рецепторным сайтом). Обычно IgG-антитела отвечают за нейтрализацию токсинов. Антитело к капсульным антигенам может нейтрализовать антифагоцитарные свойства капсулы. Когда бактерии лишены капсулы, аналогичную функцию могут выполнять антитела к соматическим антигенам. IgM-антитела более эффективны в индуцировании опосредованного комплементами лизиса и бактериальной опсонизации до фагоцитоза, чем IgG. Антитела могут блокировать транспортные механизмы и бактериальные рецепторы (например, для железо-хелатирующих соединений); нейтрализуют иммунорегуляторы (которые препятствуют нормальному фагоцитозу) и нейтрализуют факторы распространения, которые облегчают инвазию (например ферменты, гиалуронидаза).

Антитела в протозойной инфекции

Антитела регулируют количество паразитов, которые существуют в кровотоке и тканевых жидкостях, но они неэффективны после того, как паразит стал внутриклеточным. Следовательно, важность антител зависит от инфекции. Присутствие в хозяине инкапсулированных морфологических форм также снижает эффективность антител (например,Toxoplasma, Entamoeba, Giardia). Многие простейшие паразиты развиваются у млекопитающих, что проявляется в морфологически различной форме. Такие формы развития часто имеют связанные со стадией развития различные поверхностные антигены. Антитела могут непосредственно повреждать паразитов, индуцировать лизис, активировать комплемент, агглютинацию внеклеточных форм, стимулировать антителозависимую клеточную цитотоксичность и блокировать их проникновение в клетки-хозяева. В эти реакции вовлечены IgM, IgG и IgAантитела. Специфичность антитела зависит не только от того, где находится паразит (например, респираторная система, желудочно-кишечный тракт, мочеполовая система [IgA], кровоток, лимфоидная ткань [IgM, IgG]), но также от антигенов, выраженных на разных этапах развития, и от их сохранности. Протозойные паразиты могут индуцировать хронические инфекции у млекопитающих, и поэтому большое количество антител (IgM + IgG) производятся в ответ на инвазию. Наружные поверхности и содержащиеся в них антигены важны для контроля простейших инфекций, и против них направлены многие эффективные/защитные механизмы антител. Протозойные паразиты способны к поликлональной стимуляции В-клеток и, следовательно, при некоторых инфекциях (например, трипаносомоз) образуются большие количества нетрипаносомальных IgM и IgG-антител. В таких случаях иммуноаналитик должен обладать способностью отличать специфические и неспецифических реакции антител. Протозойные паразиты (например, бабезия) также способны подавлять иммунный ответ (иммунодепрессия), в таких случаях уровень циркулирующих антител снижается. Вышеупомянутые явления следует учитывать при использовании ИФА для простейших паразитов.

Антитела при гельминтных инфекциях

Гельминты (трематоды, цестоды, нематоды, скребни) обычно имеют сложные жизненные циклы, а их большой размер способствует повышенному антигенному разнообразию. Кроме того, когда в хозяине существует множество различных стадий развития, наблюдается специфичность антигенов в соответствии со стадией. Гельминтные паразиты индуцируют хронические инфекции, и такое долгосрочное присутствие антигенов может приводить к повышению уровня циркулирующих антител. Поскольку гельминтные паразиты обычно передаются путем тесного контакта, векторами, водой и, возможно, аэрозолью, они воздействуют на многочисленные ткани и органы хозяина. Некоторые гельминты имеют минимальную миграционную фазу, но большинство из них способны к миграции во всех мягких тканях хозяина. Антитела IgM, IgG, IgA и IgE продуцируются в ответ на гельминтные антигены и, в зависимости от того, в каком физиологическом отделе хозяина находится паразит, каждый вид антитела может быть использован в ИФА для его обнаружения посредством антител.

Ссылка на сайт: www.wavm.ru