Определение понятия «антиген». Свойства антигенов. Виды антигенов. Антигены Антигены их виды и свойства

Антигены - вещества различного происхождения, несущие признаки генетической чужеродности и вызывающие развитие иммунных реакций (гуморальных, клеточных, иммунологической толерантности, иммунологической памяти и др.).

Свойства антигенов, наряду с чужеродностью , определяет их иммуногенность - способность вызывать иммунный ответ и антигенность - способность (антигена) избирательно взаимодействовать со специфическими антителами или антиген - распознающими рецепторами лимфоцитов.

Антигенами могут быть белки, полисахариды и нуклеиновые кислоты в комбинации между собой или липидами. Антигенами являются любые структуры, несущие признаки генетической чужеродности и распознаваемые в этом качестве иммунной системой. Наибольшей иммуногенностью обладают белковые антигены, в том числе бактериальные экзотоксины, вирусная нейраминидаза.

Многообразие понятия “антиген”.

Антигены разделены на полные (иммуногенные) , всегда проявляющие иммуногенные и антигенные свойства, и неполные (гаптены) , не способные самостоятельно вызывать иммунный ответ.

Гаптены обладают антигенностью, что обусловливает их специфичность, способность избирательно взаимодействовать с антителами или рецепторами лимфоцитов, определяться иммунологическими реакциями. Гаптены могут стать иммуногенными при связывании с иммуногенным носителем (например, белком), т. е. становятся полными.

За специфичность антигена отвечает гаптенная часть, за иммуногенность - носитель (чаще белок).

Иммуногенность зависит от ряда причин (молекулярного веса, подвижности молекул антигена, формы, структуры, способности к изменению). Существенное значение имеет степень гетерогенности антигена, т. е. чужеродность для данного вида (макроорганизма), степени эволюционной дивергенции молекул, уникальности и необычности структуры. Чужеродность определяется также молекулярной массой, размерами и строением биополимера, его макромолекулярностью и жесткостью структуры. Белки и другие высокомолекулярные вещества с более высоким молекулярным весом наиболее иммуногенны. Большое значение имеет жесткость структуры, что связано с наличием ароматических колец в составе аминокислотных последовательностей. Последовательность аминокислот в полипептидных цепочках - генетически детерминированный признак.

Антигенность белков является проявлением их чужеродности, а ее специфичность зависит от аминокислотной последовательности белков, вторичной, третичной и четвертичной (т. е. от общей конформации белковой молекулы) структуры, от поверхностно расположенных детерминантных групп и концевых аминокислотных остатков. Коллоидное состояние и растворимость - обязательные свойства антигенов.

Специфичность антигенов зависит от особых участков молекул белков и полисахаридов, называемых эпитопами. Эпитопы или антигенные детерминанты - фрагменты молекул антигена, вызывающие иммунный ответ и определяющие его специфичность. Антигенные детерминанты избирательно реагируют с антителами или антиген - распознающими рецепторами клетки.

Структура многих антигенных детерминант известна. У белков это обычно фрагменты из 8 - 20 выступающих на поверхности аминокислотных остатков, у полисахаридов - выступающие О - боковые дезоксисахаридные цепи в составе ЛПС, у вируса гриппа - гемагглютинин, у вируса иммунодефицита человека - мембранный гликопептид.

Эпитопы качественно могут отличаться, к каждому могут образовываться “свои” антитела. Антигены, содержащие одну антигенную детерминанту, называют моновалентными, ряд эпитопов - поливалентными. Полимерные антигены содержат в большом количестве идентичные эпитопы (флагеллины, ЛПС).

Основные типы антигенной специфичности (зависят от специфичности эпитопов).

1. Видовая - характерна для всех особей одного вида (общие эпитопы).
2. Групповая - внутри вида (изоантигены, которые характерны для отдельных групп). Пример - группы крови (АВО и др.).
3. Гетероспецифичность - наличие общих антигенных детерминант у организмов различных таксономических групп. Имеются перекрестно - реагирующие антигены у бактерий и тканей макроорганизма.

а. Антиген Форсмана - типичный перекрестно - реагирующий антиген, выявлен в эритроцитах кошек, собак, овец, почке морской свинки.

б. Rh - система эритроцитов. У человека Rh - антигены агглютинируют антитела к эритроцитам обезьян Macacus rhesus, т. е. являются перекрестными.

в. Известны общие антигенные детерминанты эритроцитов человека и палочки чумы, вирусов оспы и гриппа.

г. Еще пример - белок А стрептококка и ткани миокарда (клапанный аппарат).

Подобная антигенная мимикрия обманывает иммунную систему, защищает от ее воздействия микроорганизмы. Наличие перекрестных антигенов способно блокировать системы, распознающие чужеродные структуры.

4. Патологическая. При различных патологических изменениях тканей происходят изменения химических соединений, что может изменять нормальную антигенную специфичность. Появляются “ожоговые”, “лучевые”, “раковые” антигены с измененной видовой специфичностью. Существует понятие аутоантигенов - веществ организма, к которым могут возникать иммунные реакции (так называемые аутоиммунные реакции) , направленные против определенных тканей организма. Чаще всего это относится к органам и тканям, в норме не подвергающихся воздействию иммунной системы в связи с наличием барьеров (мозг, хрусталик, паращитовидные железы и др.).
5. Стадиоспецифичность . Имеются антигены, характерные для определенных стадий развития, связанные с морфогенезом. Альфа - фетопротеин характерен для эмбрионального развития, синтез во взрослом состоянии резко увеличивается при раковых заболеваниях печени.

Антигенная специфичность и антигенное строение бактерий.

Для характеристики микроорганизмов выделяют родовую, видовую, групповую и типовую специфичность антигенов. Наиболее точная дифференциация осуществляется с использованием моноклональных антител (МКА), распознающих только одну антигенную детерминанту.

Обладая сложным химическим строением, бактериальная клетка представляет целый комплекс антигенов. Антигенными свойствами обладают жгутики, капсула, клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, рибосомы и другие компоненты цитоплазмы, токсины, ферменты.

Основными видами бактериальных антигенов являются:

Соматические или О - антигены (у грамотрицательных бактерий специфичность определяется дезоксисахарами полисахаридов ЛПС);

Жгутиковые или Н - антигены (белковые);

Поверхностные или капсульные К - антигены.

Выделяют протективные антигены , обеспечивающие защиту (протекцию) против соответствующих инфекций, что используется для создания вакцин.

Суперантигены (некоторые экзотоксины, например - стафилококковый) вызывают чрезмерно сильную иммунную реакцию, часто приводят к побочным реакциям, развитию иммунодефицита или аутоиммунных реакций.

Антигены гистосовместимости.

При пересадках органов возникает проблема совместимости тканей, связанная со степенью их генетического родства, реакциями отторжения чужеродных аллогенных и ксеногенных трансплантатов, т. е. проблемами трансплантационного иммунитета. Существует ряд тканевых антигенов. Трансплантационные антигены во многом определяют индивидуальную антигенную специфичность организма. Сопокупность генов, определяющих синтез трансплантационных антигенов, получила название главной системы гистосовместимости. У людей она часто называется системой HLA (Human leucocyte antigens), в связи с четким представительством на лейкоцитах трансплантационных антигенов. Гены этой системы расположены на коротком плече хромосомы С6. Система HLA - это система сильных антигенов. Спектр молекул МНС уникален для организма, что определяет его биологическую индивидуальность и позволяет различать “чужое - несовместимое”.

Семь генетических локусов системы разделены на три класса.

Гены первого класса контролизуют синтез антигенов класса 1, определяют тканевые антигены и контролируют гистосовместимость. Антигены класса 1 определяют индивидуальную антигенную специфичность, они представляют любые чужеродные антигены Т - цитотоксическим лимфоцитам. Антигены класса 1 представлены на поверхности всех ядросодержащих клеток. Молекулы МНС класса 1 взаимодействуют с молекулой CD8, экспрессируемой на мембране предшественников цитотоксических лимфоцитов (CD - claster difference).

Гены МНС класса 2 контролируют антигены класса 2. Они контролируют ответ к тимусзависимым антигенам. Антигены класса 2 экспрессированы преимущественно на мембране иммунокомпетентных клеток (прежде всего макрофагов и В - лимфоцитов, частично - активированных Т - лимфоцитов). К этой же группе генов (точнее - области HLA - D) относятся также гены Ir - силы иммунного ответа и гены Is - супрессии иммунного ответа. Антигены МНС класса 2 обеспечивают взаимодействие между макрофагами и В - лимфоцитами, участвуют во всех стадиях иммунного ответа - представлении антигена макрофагами Т - лимфоцитам, взаимодействии (кооперации) макрофагов, Т - и В - лимфоцитов, дифференцировке иммунокомпетентных клеток. Антигены класса 2 принимают участие в формировании противомикробного, противоопухолевого, трансплантационного и других видов иммунитета.

Структуры, с помощью которых белки МНС классов 1 и 2 связывают антигены (так называемые активные центры) по уровню специфичности уступают только активным центрам антител.

Гены МНС класса 3 кодируют отдельные компоненты системы комплемента.

Процессинг антигенов - это их судьба в организме. Одной из важнейших функций макрофагов является переработка антигена в иммуногенную форму (это собственно и есть процессинг антигена) и представление его иммунокомпетентным клеткам. В процессинге, наряду с макрофагами, участвуют В - лимфоциты, дендритные клетки, Т - лимфоциты. Под процессингом понимают такую переработку антигена, в результате которой пептидные фрагменты антигена (эпитопы), необходимые для передачи (представления), отбираются и связываются с белками МНС класса 2 (или класса 1). В таком комплексном виде антигенная информация передается лимфоцитам. Дендритные клетки имеют значение в фиксации и длительном хранении (депонировании) переработанного антигена.

Экзогенные антигены подвергаются эндоцитозу и расщеплению в антиген - представляющих (презентирующих) клетках. Фрагмент антигена, содержащий антигенную детерминанту, в комплексе с молекулой класса 2 МНС транспортируется к плазматической мембране антиген - представляющей клетки, встраивается в нее и представляется CD4 Т - лимфоцитам.

Эндогенные антигены - продукты собственных клеток организма. Это могут быть вирусные белки или аномальные белки опухолевых клеток. Их антигенные детерминанты представляются CD8 Т - лимфоцитам в комплексе с молекулой класса 1 МНС.

Антигены, основные свойства. Антигены гистосовместимости. Процессинг антигено в

Свойства антигенов, наряду с чужеродностью , определяет их иммуногенность- способность вызывать иммунный ответ и антигенность - способность (антигена) избирательно взаимодействовать со специфическими антителами или антиген- распознающими рецепторами лимфоцитов.

Многообразие понятия “антиген”.

За специфичность антигена отвечает гаптенная часть, за иммуногенность- носитель (чаще белок).

Иммуногенность зависит от ряда причин (молекулярного веса, подвижности молекул антигена, формы, структуры, способности к изменению). Существенное значение имеет степень гетерогенности антигена, т.е. чужеродность для данного вида (макроорганизма), степени эволюционной дивергенции молекул, уникальности и необычности структуры. Чужеродность определяется также молекулярной массой, размерами и строением биополимера, его макромолекулярностью и жесткостью структуры. Белки и другие высокомолекулярные вещества с более высоким молекулярным весом наиболее иммуногенны. Большое значение имеет жесткость структуры, что связано с наличием ароматических колец в составе аминокислотных последовательностей. Последовательность аминокислот в полипептидных цепочках- генетически детерминированный признак.

Антигенность белков является проявлением их чужеродности, а ее специфичность зависит от аминокислотной последовательности белков, вторичной, третичной и четвертичной (т.е. от общей конформации белковой молекулы) структуры, от поверхностно расположенных детерминантных групп и концевых аминокислотных остатков. Коллоидное состояние и растворимость- обязательные свойства антигенов.

Специфичность антигенов зависит от особых участков молекул белков и полисахаридов, называемых эпитопами. Эпитопы или антигенные детерминанты- фрагменты молекул антигена, вызывающие иммунный ответ и определяющие его специфичность. Антигенные детерминанты избирательно реагируют с антителами или антиген- распознающими рецепторами клетки.

Структура многих антигенных детерминант известна. У белков это обычно фрагменты из 8- 20 выступающих на поверхности аминокислотных остатков, у полисахаридов- выступающие О- боковые дезоксисахаридные цепи в составе ЛПС, у вируса гриппа- гемагглютинин, у вируса иммунодефицита человека- мембранный гликопептид.

Эпитопы качественно могут отличаться, к каждому могут образовываться “свои” антитела. Антигены, содержащие одну антигенную детерминанту, называют моновалентными, ряд эпитопов- поливалентными. Полимерные антигены содержат в большом количестве идентичные эпитопы (флагеллины, ЛПС).

Основные типы антигенной специфичности (зависят от специфичности эпитопов).

1.Видовая - характерна для всех особей одного вида (общие эпитопы).

2.Групповая - внутри вида (изоантигены, которые характерны для отдельных групп). Пример- группы крови (АВО и др.).

3.Гетероспецифичность - наличие общих антигенных детерминант у организмов различных таксономических групп. Имеются перекрестно- реагирующие антигены у бактерий и тканей макроорганизма.

а. Антиген Форсмана- типичный перекрестно- реагирующий антиген, выявлен в эритроцитах кошек, собак, овец, почке морской свинки.

б.Rh- система эритроцитов. У человека Rh- антигены агглютинируют антитела к эритроцитам обезьян Macacusrhesus, т.е. являются перекрестными.

в. Известны общие антигенные детерминанты эритроцитов человека и палочки чумы, вирусов оспы и гриппа.

г. Еще пример- белок А стрептококка и ткани миокарда (клапанный аппарат).

4.Патологическая. При различных патологических изменениях тканей происходят изменения химических соединений, что может изменять нормальную антигенную специфичность. Появляются “ожоговые”, “лучевые”, “раковые” антигены с измененной видовой специфичностью. Существует понятие аутоантигенов - веществ организма, к которым могут возникать иммунные реакции (так называемые аутоиммунные реакции) , направленные против определенных тканей организма. Чаще всего это относится к органам и тканям, в норме не подвергающихся воздействию иммунной системы в связи с наличием барьеров (мозг, хрусталик, паращитовидные железы и др.).

5.Стадиоспецифичность . Имеются антигены, характерные для определенных стадий развития, связанные с морфогенезом. Альфа- фетопротеин характерен для эмбрионального развития, синтез во взрослом состоянии резко увеличивается при раковых заболеваниях печени.

Антигенная специфичность и антигенное строение бактерий.

Основными видами бактериальных антигенов являются:

Соматические или О- антигены (у грамотрицательных бактерий специфичность определяется дезоксисахарами полисахаридов ЛПС);

Жгутиковые или Н- антигены (белковые);

Поверхностные или капсульные К- антигены.

Суперантигены (некоторые экзотоксины, например- стафилококковый) вызывают чрезмерно сильную иммунную реакцию, часто приводят к побочным реакциям, развитию иммунодефицита или аутоиммунных реакций.

Антигены гистосовместимости.

При пересадках органов возникает проблема совместимости тканей, связанная со степенью их генетического родства, реакциями отторжения чужеродных аллогенных и ксеногенных трансплантатов, т.е. проблемами трансплантационного иммунитета. Существует ряд тканевых антигенов. Трансплантационные антигены во многом определяют индивидуальную антигенную специфичность организма. Сопокупность генов, определяющих синтез трансплантационных антигенов, получила название главной системы гистосовместимости. У людей она часто называется системой HLA (Humanleucocyteantigens), в связи с четким представительством на лейкоцитах трансплантационных антигенов. Гены этой системы расположены на коротком плече хромосомы С6. Система HLA - это система сильных антигенов. Спектр молекул МНС уникален для организма, что определяет его биологическую индивидуальность и позволяет различать “чужое- несовместимое”.

Семь генетических локусов системы разделены на три класса.

Гены первого класса контролизуют синтез антигенов класса 1, определяют тканевые антигены и контролируют гистосовместимость. Антигены класса 1 определяют индивидуальную антигенную специфичность, они представляют любые чужеродные антигены Т- цитотоксическим лимфоцитам. Антигены класса 1 представлены на поверхности всех ядросодержащих клеток. Молекулы МНС класса 1 взаимодействуют с молекулой CD8, экспрессируемой на мембране предшественников цитотоксических лимфоцитов (CD- clasterdifference).

Гены МНС класса 2 контролируют антигены класса 2. Они контролируют ответ к тимусзависимым антигенам. Антигены класса 2 экспрессированы преимущественно на мембране иммунокомпетентных клеток (прежде всего макрофагов и В- лимфоцитов, частично- активированных Т- лимфоцитов). К этой же группе генов (точнее- области HLA- D) относятся также гены Ir - силы иммунного ответа и гены Is - супрессии иммунного ответа. Антигены МНС класса 2 обеспечивают взаимодействие между макрофагами и В- лимфоцитами, участвуют во всех стадиях иммунного ответа- представлении антигена макрофагами Т- лимфоцитам, взаимодействии (кооперации) макрофагов, Т- и В- лимфоцитов, дифференцировке иммунокомпетентных клеток. Антигены класса 2 принимают участие в формировании противомикробного, противоопухолевого, трансплантационного и других видов иммунитета.

Гены МНС класса 3 кодируют отдельные компоненты системы комплемента.

Процессинг антигенов - это их судьба в организме. Одной из важнейших функций макрофагов является переработка антигена в иммуногенную форму (это собственно и есть процессинг антигена) и представление его иммунокомпетентным клеткам. В процессинге, наряду с макрофагами, участвуют В- лимфоциты, дендритные клетки, Т- лимфоциты. Под процессингом понимают такую переработку антигена, в результате которой пептидные фрагменты антигена (эпитопы), необходимые для передачи (представления), отбираются и связываются с белками МНС класса 2 (или класса 1). В таком комплексном виде антигенная информация передается лимфоцитам. Дендритные клетки имеют значение в фиксации и длительном хранении (депонировании) переработанного антигена.

Экзогенные антигены подвергаются эндоцитозу и расщеплению в антиген- представляющих (презентирующих) клетках. Фрагмент антигена, содержащий антигенную детерминанту, в комплексе с молекулой класса 2 МНС транспортируется к плазматической мембране антиген- представляющей клетки, встраивается в нее и представляется CD4 Т- лимфоцитам.

Эндогенные антигены - продукты собственных клеток организма. Это могут быть вирусные белки или аномальные белки опухолевых клеток. Их антигенные детерминанты представляются CD8 Т- лимфоцитам в комплексе с молекулой класса 1 МНС.

Гуморальный иммунитет. Иммуноглобулины. Роль антител в иммунном ответе. Реакция антиген- антитело, ее применение .

Основными формами иммунного ответа на попадание антигена в организм являются: биосинтез антител, образование клеток иммунной памяти, реакция гиперчувствительности немедленного типа, реакция гиперчувствительности замедленного типа, иммунологическая толерантность, идиотип- антиидиотипические отношения.

Для гуморального иммунитета характерна выработка специфических антител (иммуноглобулинов).

Антитела - специфические белки гамма- глобулиновой природы, образующиеся в организме в ответ на антигенную стимуляцию и способные специфически взаимодействовать с антигеном (invivo, invitro). В соответствии с международной классификацией совокупность сывороточных белков, обладающих свойствами антител, называют иммуноглобулинами.

Уникальность антител заключается в том, что они способны специфически взаимодействовать только с тем антигеном, который вызвал их образование.

Иммуноглобулины (Ig) разделены в зависимости от локализации на три группы:

Сывороточные (в крови);

Секреторные (в секретах- содержимом желудочно- кишечного тракта, слезном секрете, слюне, особенно- в грудном молоке) обеспечивают местный иммунитет (иммунитет слизистых);

Поверхностные (на поверхности иммунокомпетентных клеток, особенно В- лимфоцитов).

Любая молекула антител имеет сходное строение (Y- образную форму) и состоит из двух тяжелых (Н) и двух легких (L) цепей, связанных дисульфидными мостиками. Каждая молекула антител имеет два одинаковых антигенсвязывающих фрагмента Fab (fragmentantigenbinding), определяющих антительную специфичность, и один Fc (fragmentconstant) фрагмент, который не связывает антиген, но обладает эффекторными биологическими функциями. Он взаимодействует со “своим” рецептором в мембране различных типов клеток (макрофаг, тучная клетка, нейтрофил).

Концевые участки легких и тяжелых цепей молекулы иммуноглобулина вариабельны по составу (аминокислотным последовательностям) и обозначаются как VLи VH области. В их составе выделяют гипервариабельные участки, которые определяют структуру активного центра антител (антигенсвязывающий центр или паратоп). Именно с ним взаимодействует антигенная детерминанта (эпитоп) антигена. Антигенсвязывающий центр антител комплементарен эпитопу антигена по принципу “ключ - замок” и образован гипервариабельными областями L- и Н- цепей. Антитело свяжется антигеном (ключ попадет в замок) только в том случае, если детерминантная группа антигена полностью вместится в щель активного центра антител.

Легкие и тяжелые цепи состоят из отдельных блоков- доменов. В легких (L) цепях - два домена- один вариабельный (V) и один константный (C), в тяжелых (H) цепях- один Vи 3 или 4 (в зависимости от класса иммуноглобулина) C домена.

Существуют легкие цепи двух типов- каппа и лямбда, они встречаются в различных пропорциях в составе различных (всех) классов иммуноглобулинов.

Выявлено пять классов тяжелых цепей- альфа (с двумя подклассами), гамма (с четырьмя подклассами), эксилон, мю и дельта. Соответственно обозначению тяжелой цепи обозначается и класс молекул иммуноглобулинов- А, G, E, Mи D.

Именно константные области тяжелых цепей, различаясь по аминокислотному составу у различных классов иммуноглобулинов, в конечном результате и определяют специфические свойства иммуноглобулинов каждого класса.

Известно пять классов иммуноглобулинов, отличающихся по строению тяжелых цепей, молекулярной массе, физико- химическим и биологическим характеристикам: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. В составе IgG выделяют 4 подкласса (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4), в составе IgA- два подкласса (IgA1, IgA2).

Структурной единицей антител является мономер, состоящий из двух легких и двух тяжелых цепей. Мономерами являются IgG, IgA (сывороточный), IgDи IgE. IgM- пентамер (полимерный Ig). У полимерных иммуноглобулинов имеется дополнительная j (joint) полипептидная цепь, которая объединяет (полимеризует) отдельные субъединицы (в составе пентамера IgM, ди- и тримера секреторного IgA).

Основные биологические характеристики антител.

1. Специфичность - способность взаимодействия с определенным (своим) антигеном (соответствие эпитопа антигена и активного центра антител).

2 . Валентность- количество способных реагировать с антигеном активных центров (это связано с молекулярной организацией- моно- или полимер). Иммуноглобулины могут быть двухвалентными (IgG) или поливалентными (пентамер IgM имеет 10 активных центров). Двух- и более валентные антитела навывают полными антителами . Неполные антитела имеют только один участвующий во взаимодействии с антигеном активный центр (блокирующий эффект на иммунологические реакции, например, на агглютинационные тесты). Их выявляют в антиглобулиновой пробе Кумбса, реакции угнетения связывания комплемента.

3. Афинность - прочность связи между эпитопом антигена и активным центром антител, зависит от их пространственного соответствия.

4. Авидность - интегральная характеристика силы связи между антигеном и антителами, с учетом взаимодействия всех активных центров антител с эпитопами. Поскольку антигены часто поливалентны, связь между отдельными молекулами антигена осуществляется с помощью нескольких антител.

5. Гетерогенность - обусловлена антигенными свойствами антител, наличием у них трех видов антигенных детерминант:

- изотипические - принадлежность антител к определенному классу иммуноглобулинов;

- аллотипические- обусловлены аллельными различиями иммуноглобулинов, кодируемых соответствующими аллелями Ig гена;

- идиотипические- отражают индивидуальные особенности иммуноглобулина, определяемые характеристиками активных центров молекул антител. Даже тогда, когда антитела к конкретному антигену относятся к одному классу, субклассу и даже аллотипу, они характеризуются специфическими отличиями друг от друга (идиотипом). Это зависит от особенностей строения V- участков H- и L- цепей, множества различных вариантов их аминокислотных последовательностей.

Понятие о поликлональных и моноклональных антителах будет дано в следующих разделах.

Характеристика основных классов иммуноглобулинов.

IgG. Мономеры, включают четыре субкласса. Концентрация в крови- от 8 до 17 г/л, период полураспада- около 3- 4 недель. Это основной класс иммуноглобулинов, защищающих организм от бактерий, токсинов и вирусов. В наибольшем количестве IgG- антитела вырабатываются на стадии выздоровления после инфекционного заболевания (поздние или 7Sантитела), при вторичном иммунном ответе. IgG1 и IgG4 специфически (через Fab- фрагменты) связывают возбудителей (опсонизация) , благодаря Fc- фрагментам IgG взаимодействуют с Fc- рецепторам фагоцитов, способствуя фагоцитозу и лизису микроорганизмов. IgG способны нейтрализовать бактериальные экзотоксины, связывать комплемент. Только IgG способны транспортироваться через плаценту от матери к плоду (проходить через плацентарный барьер) и обеспечивать защиту материнскими антителами плода и новорожденного. В отличие от IgM- антител, IgG- антитела относятся к категории поздних- появляются позже и более длительно выявляются в крови.

IgM. Молекула этого иммуноглобулина представляет собой полимерный Ig из пяти субъединиц, соединенных дисульфидными связями и дополнительной J- цепью, имеет 10 антиген- связывающих центров. Филогенетически это наиболее древний иммуноглобулин. IgM- наиболее ранний класс антител, образующихся при первичном попадании антигена в организм. Наличие IgM- антител к соответствующему возбудителю свидетельствует о свежем инфицировании (текущем инфекционном процессе). Антитела к антигенам грамотрицательных бактерий, жгутиковым антигенам- преимущественно IgM- антитела. IgM- основной класс иммуноглобулинов, синтезируемых у новорожденных и младенцев. IgM у новорожденных- это показатель внутриутробного заражения (краснуха, ЦМВ, токсоплазмоз и другие внутриутробные инфекции), поскольку материнские IgM через плаценту не проходят. Концентрация IgM в крови ниже, чем IgG- 0,5- 2,0 г/л, период полураспада- около недели. IgM способны агглютинировать бактерии, нейтрализовать вирусы, активировать комплемент, активизировать фагоцитоз, связывать эндотоксины грамотрицательных бактерий. IgM обладают большей, чем IgG авидностью (10 активных центров), аффинность (сродство к антигену) меньше, чем у IgG.

IgA. Выделяют сывороточные IgA (мономер) и секреторные IgA (IgAs). Сывороточные IgA составляют 1,4- 4,2 г/л. Секреторные IgAs находятся в слюне, пищеварительных соках, секрете слизистой носа, в молозиве. Они являются первой линией защиты слизистых, обеспечивая их местный иммунитет. IgAs состоят из Ig мономера, J-цепи и гликопротеина (секреторного компонента). Выделяют два изотипа- IgA1 преобладает в сыворотке, субкласс IgA2 - в экстраваскулярных секретах.

Секреторный компонент вырабатывается эпителиальными клетками слизистых оболочек и присоединяется к молекуле IgA в момент прохождения последней через эпителиальные клетки. Секреторный компонент повышает устойчивость молекул IgAs к действию протеолитических ферментов. Основная роль IgA- обеспечение местного иммунитета слизистых. Они препятствуют прикреплению бактерий к слизистым, обеспечивают транспорт полимерных иммунных комплексов с IgA, нейтрализуют энтеротоксин, активируют фагоцитоз и систему комплемента.

IgE. Представляет мономер, в сыворотке крови находится в низких концентрациях. Основная роль- своими Fc- фрагментами прикрепляется к тучным клеткам (мастоцитам) и базофилам и опосредует реакции гиперчувствительности немедленного типа. К IgE относятся “антитела аллергии”- реагины. Уровень IgE повышается при аллергических состояниях, гельминтозах. Антигенсвязывающие Fab- фрагменты молекулы IgE специфически взаимодействует с антигеном (аллергеном), сформировавшийся иммунный комплекс взаимодействует с рецепторами Fc- фрагментов IgE, встроенных в клеточную мембрану базофила или тучной клетки. Это является сигналом для выделения гистамина, других биологически активных веществ и развертывания острой аллергической реакции.

IgD. Мономеры IgD обнаруживают на поверхности развивающихся В- лимфоцитов, в сыворотке находятся в крайне низких концентрациях. Их биологическая роль точно не установлена. Полагают, что IgD участвуют в дифференциации В-клеток, способствуют развитию антиидиотипического ответа, участвуют в аутоиммунных процессах.

С целью определения концентраций иммуноглобулинов отдельных классов применяют несколько методов, чаще используют метод радиальной иммунодиффузии в геле (по Манчини)- разновидность реакции преципитации и ИФА.

Определение антител различных классов имеет важное значение для диагностики инфекционных заболеваний. Обнаружение антител к антигенам микроорганизмов в сыворотках крови- важный критерий при постановке диагноза- серологический метод диагностики. Антитела класса IgMпоявляются в остром периоде заболевания и относительно быстро исчезают, антитела класса IgG выявляются в более поздние сроки и более длительно (иногда- годами) сохраняются в сыворотках крови переболевших, их в этом случае называют анамнестическими антителами.

Выделяют понятия: титр антител, диагностический титр, исследования парных сывороток. Наибольшее значение имеет выявление IgM- антител и четырехкратное повышение титров антител (или сероконверсия - антитела выявляют во второй пробе при отрицательных результатах с первой сывороткой крови) при исследовании парных - взятых в динамике инфекционного процесса с интервалом в несколько дней- недель проб.

Реакции взаимодействия антител с возбудителями и их антигенами (реакция “антиген- антитело”) проявляется в виде ряда феноменов- агглютинации, преципитации, нейтрализации, лизиса, связывания комплемента, опсонизации, цитотоксичности и могут быть выявлены различными серологическими реакциями.

Динамика выработки антител. Первичный и вторичный иммунный ответ.

Первичный ответ- при первичном контакте с возбудителем (антигеном), вторичный- при повторном контакте. Основные отличия:

Продолжительность скрытого периода (больше- при первичном);

Скорость нарастания антител (быстрее- при вторичном);

Количество синтезируемых антител (больше- при повторном контакте);

Последовательность синтеза антител различных классов (при первичном более длительно преобладают IgM, при вторичном- быстро синтезируются и преобладают IgG- антитела).

Вторичный иммунный ответ обусловлен формированием клеток иммунной памяти. Пример вторичного иммунного ответа- встреча с возбудителем после вакцинации.

Роль антител в формировании иммунитета.

Антитела имеют важное значение в формировании приобретенного постинфекционного и поствакцинального иммунитета.

1. Связываясь с токсинами, антитела нейтрализуют их, обеспечивая антитоксический иммунитет.

2. Блокируя рецепторы вирусов, антитела препятствуют адсорбции вирусов на клетках, участвуют в противовирусном иммунитете.

3. Комплекс антиген- антитело запускает классический путь активации комплемента с его эффекторными функциями (лизис бактерий, опсонизация, воспаление, стимуляция макрофагов).

4. Антитела принимают участие в опсонизации бактерий, способствуя более эффективному фагоцитозу.

5. Антитела способствуют выведению из организма (с мочой, желчью) растворимых антигенов в виде циркулирующих иммунных комплексов.

IgG принадлежит наибольшая роль в антитоксическом иммунитете, IgM- в антимикробном иммунитете (фагоцитоз корпускулярных антигенов), особенно в отношении грамотрицательных бактерий, IgA- в противовирусном иммунитете (нейтрализация вирусов), IgAs- в местном иммунитете слизистых оболочек, IgE- в реакциях гиперчувствительности немедленного типа.

Литература:

1. Пяткин К.Д. «Микробиология», 1980.

2. Поздеев О.К. «Медицинская микробиология» под ред. Покровского В. И., учебник для ВУЗов, 2001.

3. Королюк А.М., Сбойчаков В.Б. «Медицинская бактериология», 1-е издание.

4. Королюк А.М., Сбойчаков В.Б. «Медицинская вирусология», 2-е издание.

5. Алишукина А.И. «Медицинская микробиология», Ростов 2003. Учебное пособие для мед. ВУЗов.

Воробьев А.А. «Медицинская микробиология, вирусология, иммунология», Москва 2004. Учебное пособие для мед. ВУЗов

Особые вещества, генетически нам чужеродные, которые провоцируют иммунный ответ организма через активацию специфических В- и/или Т-лимфоцитов, называются антигенами. Свойства антигенов подразумевают их взаимодействие с антителами. Практически любая молекулярная структура может вызвать данную реакцию, например: белки, углеводы, липиды и т. д.

Чаще всего ими становятся бактерии и вирусы, которые каждую секунду нашей жизни пытаются попасть внутрь клеток, чтобы передать и размножить свою ДНК.

Структура

Чужеродные структуры обычно представляют собой высокомолекулярные полипептиды или полисахариды, но другие молекулы, такие как липиды или нуклеиновые кислоты, могут также выполнять их функции. Более мелкие образования становятся этим веществом, если они соединяются с более крупным протеином.

Антигены сочетаются с антителом. Комбинация очень похожа на аналогию замка и ключа. Каждая молекула Y-образного антитела имеет по крайней мере две области связывания, которые могут прикрепляться к определенному участку на антигене. Антитело способно соединиться с одинаковыми частями двух разных клеток одновременно, что может привести к агрегации соседних элементов.

Строение антигенов состоит из двух частей: информационной и несущей. Первая определяет специфичность гена. За нее отвечают определенные участки белка, называемые эпитопами (антигенными детерминантами). Это фрагменты молекул, которые провоцируют иммунитет на ответные действия, заставляя его защищаться и производить антитела со схожими характеристиками.

Несущая часть помогает веществу проникнуть внутрь организма.

Химическое происхождение

Протеины. Антигены обычно представляют собой большие органические молекулы, которые являются белками или крупными полисахаридами. Они отлично справляются со своими обязанностями из-за своей высокой молекулярной массы и структурной сложности.
Липиды. Считаются неполноценными из-за их относительной простоты и отсутствия структурной стабильности. Однако, когда они присоединяются к протеинам или полисахаридам, то могут действовать как полные вещества.
Нуклеиновые кислоты. Плохо подходят на роль антигенов. Свойства антигенов отсутствуют в них из-за относительной простоты, молекулярной гибкости и быстрого распада. Антитела к ним могут вырабатываться путем их искусственной стабилизации и связывания с иммуногенным носителем.
Углеводы (полисахариды). Сами по себе слишком малы, чтобы функционировать самостоятельно, но в случае антигенов эритроцитарной группы крови, белковые или липидные носители могут вносить свой вклад в необходимый размер, а полисахариды, присутствующие в виде боковых цепочек, придают иммунологическую специфичность.

Основные характеристики

Чтобы называться антигеном, вещество обязано обладать определенными свойствами.

Прежде всего, оно должно быть чужеродным тому организму, куда стремится попасть. Например, если реципиент трансплантата получает донорский орган с несколькими основными различиями HLA (человеческого лейкоцитарного антигена), орган воспринимается как чужеродный и впоследствии отторгается реципиентом.

Вторая функция антигенов - это иммунногенность. То есть чужеродное вещество должно при проникновении внутрь восприниматься иммунной системой как агрессор, вызывать ответную реакцию и заставлять ее вырабатывать специфические антитела, способные уничтожить захватчика.

За это качество отвечают многие факторы: структура, вес молекулы, ее скорость и т. д. Важную роль играет то, насколько инородной является она для индивидуума.

Третьим качеством является антигенность — умение вызывать реакцию у определенных антител и сцепляться с ними. За это отвечают эпитопы, и именно от них зависит тип, к которому относится враждебный микроорганизм. Данное свойство дает возможность связываться с Т-лимфоцитами и другими атакующими клетками, но не может вызвать сам иммунный ответ.

Например, частицы с более низкой молекулярной массой (гаптены) способны соединяться с антителом, но для этого они должны быть прикреплены к макромолекуле в качестве носителя для запуска самой реакции.

Когда несущие антиген клетки (такие как эритроциты), от донора переливаются реципиенту, они могут быть иммуногенными так же, как внешние поверхности бактерий (капсула или клеточная стенка), а также поверхностные структуры других микроорганизмов.

Коллоидное состояние и растворимость — это обязательные свойства антигенов.

Полные и неполные антигены

В зависимости от того, насколько хорошо выполняют свои функции, эти вещества бывают двух типов: полные (состоящие из белка) и неполные (гаптены).

Полный антиген способен обладать иммуногенностью и антигенностью одновременно, индуцировать образование антител и вступать с ними в конкретные и наблюдаемые реакции.

Гаптены - вещества, которые не могут из-за своего крошечного размера влиять на иммунитет и поэтому должны сливаться с крупными молекулами, чтобы те могли их доставить к «месту преступления». В этом случае они становятся полноценными, а за специфичность отвечает гаптенная часть. Определяются реакциями in vitro (исследованиями, произведенными в лабораторных условиях).

Такие вещества известны как чужеродные или несамостоятельные, а те, что присутствуют на собственных клетках организма, называются авто- или само-антигенами.

Специфичность

Видовая — присутствует у живых организмов, относящихся к одному виду и имеющих общие эпитопы.
Типовая — бывает у совершенно непохожих существ. Например, это идентичность между стафилококком и соединительными тканями человека или красными кровяными тельцами и чумной палочкой.
Патологическая — возможна при необратимых изменениях на клеточном уровне (например, от радиации или лекарственных препаратов).
Стадиоспецифическая — вырабатывается только на каком-то этапе существования (у плода при внутриутробном развитии).

Аутоантигены начинают вырабатываться при сбоях, когда иммунная система признает определенные участки своего же организма как чужеродные и пытается разрушить их при помощи синтеза с антителами. Природа таких реакций до сих пор точно не установлена, но приводит к таким страшным неизлечимым заболеваниям, как васкулит, СКВ, рассеянный склероз и многим другим. В постановке диагноза данных случаев необходимы in vitro исследования, которые находят разбушевавшиеся антитела.

Группы крови

На поверхности всех кровяных телец расположено огромное количество различных антигенов. Все они объединены благодаря специальным системами. Всего их насчитывается более 40.

Эритроцитарная группа отвечает за совместимость крови при переливании. В нее входит, например, серологическая система ABO. Все группы крови обладают общим антигеном - Н, который является предшественником образования веществ А и В.

В 1952 году из Мумбаи сообщили об очень редком примере, в котором антигены A, В и H отсутствовали на красных кровяных тельцах. Это группа крови была названа «бомбейской» или «пятой». Такие люди могут принять кровь только от своей собственной группы.

Еще одной системой является резус-фактор. Некоторые антигены Rh представляют структурные компоненты мембраны эритроцита (RBC). Если они отсутствуют, то оболочка деформируется и приводит к гемолитической анемии. Кроме того, резус очень важен при беременности и его несовместимость у матери и ребенка может приводить к большим проблемам.

Когда антигены не являются частью структуры мембраны (например, А, B и H), их отсутствие не влияет на целостность эритроцитов.

Взаимодействие с антителами

Возможно только при условии, что молекулы обоих достаточно близки для того, чтобы некоторые из отдельных атомов поместились в комплементарные углубления.

Эпитопом является соответствующая область антигенов. Свойства антигенов позволяют большинству из них иметь несколько детерминантов; если два из них или более идентичны, то такое вещество считается мультивалентным.

Другой способ измерения взаимодействия - авидность связывания, которая отражает общую стабильность комплекса антител и антигенов. Она определяется как общая сила связывания всех ее мест.

Антигенпредставляющие клетки (АПК)

Те, которые могут поглотить антиген и доставить его в необходимое место. Существует три типа данных представителей в нашем организме.

Макрофаги. Обычно находятся в состоянии покоя. Их фагоцитарные возможности значительно увеличиваются, когда они стимулируются для перехода в активную форму. Присутствуют наряду с лимфоцитами практически во всех лимфоидных тканях.
Характеризуются длительными цитоплазматическими процессами. Их основная роль действовать в качестве ловцов антигенов. Они имеют не фагоцитарную природу и находятся в лимфоузлах, тимусе, селезенке и коже.

B-лимфоциты. Выделяют на своей поверхности молекулы внутримембранного иммуноглобулина (Ig), которые функционируют как рецепторы клеточных антигенов. Свойства антигенов позволяют им связывать только один тип чужеродного вещества. Это делает их гораздо более эффективными, чем макрофаги, которые должны поглощать любой посторонний материал, попадающийся им на пути.

Потомки В-клеток (плазматических клеток) вырабатывают антитела.

Антигенностъ - способность антигена связываться с антителом, иммуногенность - способность антигена вызывать иммунный ответ и создавать иммунитет (рис. 9.3).

Антигенами могут быть разнообразные вещества белковой природы, а также белки в соединении с липидами (липопротеины, или липопротеиды), полисахаридами (полисахарид-белковые комплексы и гликопротеины, или гликопротеиды) и нуклеиновыми кислотами

(нуклеопротеины, или нуклеопротеиды) природного и синтетического происхождения.

Рис. 9.3.

Иммуногенность антигена - это также способность создавать иммунитет. Это понятие относится главным образом к микробным антигенам, обеспечивающим создание иммунитета к инфекционным болезням. Антиген, чтобы стать иммуногенным, должен быть чужеродным в отношении данного реципиента, иметь молекулярную массу не менее 10 000 и специфический химический состав. С увеличением молекулярной массы иммуногенность нарастает (рис. 9.4).

Рис. 9.4.

Корпускулярные антигены (бактерии, грибы, простейшие, эритроциты, искусственные микобактериальные частицы и др.) более иммуногенны, чем растворимые. Среди растворимых антигенов большей иммуногенностью обладают высокомолекулярные, например, агрегированные антигены. Условием иммуногенности также является доступность антигена для ферментативных систем антигенпрезен- тирующих клеток.

Специфичность - особенность строения веществ, по которой антигены отличаются друг от друга. Специфичность определяет антигенная детерминанта, т.е. небольшой участок молекулы антигена, который и соединяется с выработанным на него антителом. Разные антигены отличаются друг от друга таким количеством участков (группировок), которое определяет в свою очередь количество молекул антител, с которыми может соединяться антиген (валентность). От количества детерминант зависит валентность антигена: чем больше молекула, тем выше валентность. Специфичность высокомолекулярного антигена представлена отдельными участками (эпитопами) - местами связывания антител или антигенраспознающих рецепторов. Причем, чем больше молекулярная масса антигена, тем больше мест связывания.

Эпитоп-часть антигена, взаимодействующая с паратопом - участком, находящимся в структуре антитела (антигенсвязывающий центр антитела) (рис. 9.5). Эпитопы часто включают аминокислотные остатки, которые находятся далеко друг от друга в первичной структуре белка, но собраны в один эпитоп в результате упаковки полипептид- ной цепи в нативном белке.

Рис. 9.5

Антигены подразделяют на полноценные и неполноценные. Полноценные антигены вызывают в организме синтез антител или сенсибилизацию лимфоцитов и вступают с ними в реакцию как in vivo, так и in vitro. Для полноценных антигенов характерна строгая специфичность, т.е. они вызывают в организме выработку только специфических антител, вступающих в реакцию лишь с данным антигеном.

Неполноценные антигены, или гаптены, не способны вызывать образование антител в организме, но вступают с ними в специфическую реакцию. Добавление к гаптенам небольших количеств белка придает им свойства полноценных антигенов. Белок, который укрупняет молекулу гаптена, получил название шлеппер (от нем. Schlepper- проводник).

Конъюгированные антигены - обобщенное название белков, которые приобрели новую антигенную специфичность благодаря присоединению к ним с помощью химической связи новой химической группировки.

Антигены - вещества различного происхождения, несущие признаки генетической чужеродное™ и вызывающие развитие иммунных реакций (гуморальных, клеточных, состояние иммунной толерантности, индуцирование иммунной памяти). Свойства Аг определяются комплексом признаков: иммуногенность, антигенность, специфичность, чужеродность.

Иммуногенность - способность индуцировать иммунный ответ.
Антигенность - способность Аг избирательно реагировать со специфичными к нему AT или Аг-распознающими рецепторами лимфоцитов. С понятием «антигенность» связан другой термин «чужеродность»: без чужеродности нет антигенности применительно к конкретному организму. Например, альбумины мыши не проявляют антигенные свойства по отношению к другим мышам, но являются Аг для морской свинки.
Специфичность - структурные особенности, отличающие один Аг от другого.

Способностью вызывать развитие иммунного ответа и определять его специфичность обладает фрагмент молекулы Аг - антигенная детерминанта (эпитоп ), избирательно реагирующая с Аг-распознающими рецепторами и AT. Антигенные детерминанты располагаются в областях Аг, обращенных к его микроокружению.

Эпитоп - наименьшая распознаваемая единица Аг; молекула Аг может иметь несколько эпитопов, то есть быть поливалентной. Чем сложнее молекула Аг и чем больше у неё эпитопов, тем больше вероятность развития иммунного ответа. Структура многих антигенных детерминант известна. Например, в полипептидной последовательности эпитопом может быть фрагмент из 7-8 аминокислотных остатков; свойства антигенности и специфичности определяются также пространственной конфигурацией фрагмента.

Моноклональные AT специфически распознают только одну Аг-детерминанту и связываются с ней. Поликлональные AT, как правило, распознают несколько антигенных детерминант в составе Аг.

34. PAMP Толл-подобные рецепторы (TLR) являются главными компонентами системы врожденного иммунитета, которые опосредуют специфическое распознавание эволюционно консервативных молекулярных структур патогенов (PAMP – pathogen associated molecular patterns). Толл-подобные рецепторы представлены на клетках разного типа – от эпителиальных до иммунокомпетентных. Как известно, при связывании TLR с собственными лигандами происходит активация ряда адаптерных белков и киназ, которые участвуют в индукции ключевых провоспалительных факторов. Итогом такой индукции является развитие как врожденного иммунного ответа в результате усиления экспрессии ряда антиапоптотических белков, провоспалительных цитокинов, антибактериальных белков, так и приобретенного иммунного ответа через созревание дендритных клеток, презентации антигена и т.д. Благодаря своей способности усиливать специфические и неспецифические иммунные реакции организма агонисты Толл-подобных рецепторов нашли применение не только в терапии инфекционных заболеваний, но также в качестве адъювантов в химиотерапии различных злокачественных новообразований.TLR (и их лиганды) могут выступать в роли супрессоров опухолевого роста, с другой стороны, TLR могут стимулировать опухолевую прогрессию и влиять на устойчивость опухолей к химиотерапии. В представленном обзоре обобщены данные о влиянии TLR и их агонистов на рост опухоли, а также проанализированы основные механизмы, лежащие в основе таких различий.

35. Реагиновый, цитотоксич, иммунокомплексные типы ГНТ (ГНТ) - повышенная чувствительность организма к аллергенам, обусловленная Ат и медиаторами. Характеризуется быстрым развитием после разрешающего введения аллергена и способностью передаваться пассивно, с с-кой. Иммунный ответ на аллергены, к-рыми при ГНТ могут быть бытовая и производственная пыль, пыльца, эпидермальные, пищевые, лекарственные, микробные вещества, приводит к образованию Ат классов IgE или IgG и связанному с этим переходу от нормальной реактивности организма к повышенной Сенсибилизация). При повторном проникновении в сенсибилизированный организм аллерген соединяется с Ат на поверхности клеток шоковых органов и повреждает их с последующим развитием серозного или иного воспаления. В зависимости от механизмов повреждения и клин, картины выделяют несколько типов ГНТ. При медиаторном типе (I тип реакции) в фазе сенсибилизации образуются Ат IgE, адсорбирующиеся вследствие их высокой цитофильности на тучных клетках и базофилах. Повторные проникновения аллергена (чужеродной с-ки, пенициллина и др.) приводят к образованию иммунного комплекса на поверхности тучных клеток и быстрому выделению ими в кровь патологических количеств медиаторов (гистамина, серотонина, ацетилхолина, простагландинов, лейкотриенов и др.), к-рые вызывают сокращение гладких мышечных волокон и резкое повышение проницаемости сосудов в шоковых органах. Выделяют 2 варианта медиаторного типа ГНТ: анафилактический и атопический При цитотоксическом типе ГНТ (II тип реакции) аллерген принадлежит клеткам шоковых органов или адсорбирован на них, Ат против этих аллергенов относят к классу IgG (возможно, и IgM). Ат соединяются с локализованными на клетках шоковых органов аллергенами и совместно с комплементом и (или) лизосомальными ферментами вызывают их лизис, за чем следует воспаление. Для III типа реакции ГНТ- иммунокомплексного- характерно образование и циркуляция в крови высокой концентрации иммунных комплексов, состоящих из аллергенов (чужеродных с-к, лекарственных препаратов) и Ат класса IgG. Иммунные комплексы оседают в виде преципитатов на базальных мембранах тканей и сами по себе или с участием С и лизосомальных ферментов обусловливают воспаление. К этому типу ГНТ относят Артюса феномен сывороточную болезнь васкулиты, гломерулонефрит и др. Д-ку ГНТ осуществляют кожными пробами и серол. Реакциями