Какие из перечисленных веществ обладают антигенными свойствами

План лекции:

1. Антигены: определение, строение, основные свойства.

2. Антигены микроорганизмов.

3. Антигены человека и животных.

4. Антитела: определение, основные функции, строение.

5. Классы иммуноглобулинов, их характеристика.

6. Динамика образования антител.

Антигены (от греч. anti – против, genos – создавать; термин предложил в 1899 г. Дойч) – вещества различного происхождения, несущие признаки генетической чужеродности и при введении в организм вызывающие развитие специфических иммунологических реакций.

Основные функции антигенов:

– Индуцируют иммунологический ответ (синтез антител и запуск реакций клеточного иммунитета).

– Специфически взаимодействуют с образовавшимися антителами (in vivo и in vitro).

– Обеспечивают иммунологическую память – способность организма отвечать на повторное введение антигена иммунологической реакцией, характеризующейся большей силой и более быстрым развитием.

– Обуславливают развитие иммунологической толерантности – отсутствие иммунного ответа на конкретный антиген при сохранении спо­собности к иммунному ответу на другие антигены.

Строение антигенов:

Антигены состоят из 2 частей:

1. Высокомолекулярный носитель (шлеппер) – высокополимерный белок, определяющий антигенность и иммуногенность антигена.

2. Детерминантные группы (эпитопы) – поверхностные структуры антигена, комплементарные активному центру антител или рецептору Т-лимфоцита и определяющие специфичность антигена. На одном носителе может быть несколько разных эпитопов, состоящих из пептидов или липополисахаридов и располагающихся в разных частях молекулы антигена. Их разнообразие достигается за счет мозаики аминокислотных или липополисахаридных остатков, располагающихся на поверхности белка.

Количество детерминантных групп или эпитопов определяет валентность антигена.

Валентность антигена – количество одинаковых эпитопов на молекуле антигена, равное числу молекул антител, которые могут к ней присоединяться.

Основные свойства антигенов:

1. Иммуногенность – способность вызывать иммунитет, невосприимчивость к инфекции (применяется для характеристики инфекционных агентов).

2. Антигенность – способность вызывать образование специфических антител (частный вариант иммуногенности).

3. Специфичность – свойство, по которому антигены различаются между собой и определяющее способность избирательно реагировать со специфическими антителами или сенсибилизированными лимфоцитами.

Иммуногенность, антигенность и специфичность зависят от многих факторов.

Факторы, определяющие антигенность:

– Чужеродность (гетерогенность) – генетически обусловленное свойство антигенов одних видов животных отличаться от антигенов других видов животных (чем дальше друг от друга в фенотипическом отношении находятся животные, тем большей антигенностью по отношению друг к другу они обладают).

– Молекулярный вес должен быть не менее 10000 дальтон, с увеличением молекулярного веса антигенность возрастает.

– Химическая природа и химическая однородность: наибольшей антигенностью обладают белки, их комплексы с липидами (липопротеиды), с углеводами (гликопротеиды), с нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды), а также сложные полисахариды (при массе более 100000 D), липополисахариды; сами по себе нуклеиновые кислоты, липиды вследствие недостаточной жесткости структуры неиммуногенны.

– Жесткость структуры (помимо определенной химической природы антигены должны обладать определенной жесткостью структуры, например, денатурированные белки не обладают антигенностью).

– Растворимость (нерастворимые белки не могут находиться в коллоидной фазе и не вызывают развитие иммунных реакций).

Факторы, определяющие иммуногенность:

– Свойства антигенов.

– Способ введения антигена (перорально, внутрикожно, внутримышечно).

– Доза антигена.

– Интервал между введением.

– Состояние иммунизированного макроорганизма.

– Скорость разрушения антигена в организме и выведения его из организма.

Иммуногенность и антигенность могут не совпадать! Например, дизентерийная палочка обладает высокой антигенностью, но выраженного иммунитета против дизентерии не вырабатывается.

Факторы, определяющие специфичность:

– Химическая природа антигенной детерминанты.

– Строение антигенной детеминанты (вид и последовательность аминокислот в первичной полипептидной цепи).

– Пространственная конфигурация антигенных детерминант.

Виды антигенов по строению:

1. Гаптены (неполноценные антигены) – это чистая детерминантная группа (имеют небольшую молекулярную массу, не распознаются иммунокомпетентными клетками, обладают только специфичностью, т.е. не способны вызывать образование антител, но вступают с ними в специфическую реакцию):

– простые – взаимодействуют с антителами в организме, но не способны реагировать с ними in vitro;

– сложные – взаимодействуют с антителами in vivo и in vitro.

2. Полноценные (конъюгированные) антигены – образуются при связывании гаптена с высокомолекулярным носителем, обладающим иммуногенностью.

3. Полугаптены – это неорганические радикалы (J-, Cr-, Br-, N+), связанные молекулами белка.

4. Проантигены – гаптены, способные присоединяться к белкам организма и сенсибилизировать их как аутоантигены.

5. Толерогены – антигены, способные подавлять иммунологические реакции с развитием специфической неспособности отвечать на них.

Виды антигенов по степени чужеродности:

1. Видовые антигены – антигены определенного вида организмов.

2. Групповые антигены (аллоантигены) – антигены, обусловливающие внутривидовые различия у особей одного вида, разделяющие их на группы (серогруппы у микроорганизмов, группы крови у человека).

3. Индивидуальные антигены (изоантигены) – антигены конкретного индивидуума.

4. Гетерогенные (перекрестнореагирующие, ксеноантигены) антигены – антигены, общие для организмов разных видов, далеко отстоящих друг от друга:

– антигенная мимикрия – длительное отсутствие иммунологической реакции на антигены из-за схожести с антигенами хозяина (микроорганизмы не распознаются как чужеродные);

– перекрестные реакции – образовавшиеся на антигены микроорганизмов антитела вступают в контакт с антигенами хозяина и могут вызывать иммунологический процесс (например: гемолитический стрептококк обладает перекрестнореагирующими антигенами с антигенами миокарда и почечных клубочков; вирус кори имеет перекрестнореагирующие антигены к белку миелину, поэтому иммунная реакция способствует демиелинизации нервных волокон и развитию рассеянного склероза).

Антигены микроорганизмов в зависимости от систематического положения:

1. Видоспецифические – антигены одного вида микроорганизмов.

2. Группоспецифические – антигены одной группы в пределах вида (подразделяют микроорганизмы на серогруппы).

3. Типоспецифические – антигены одного типа (варианта) в пределах вида (подразделяют микроорганизмы на серовары/серотипы).

Антигены – это вещества, которые несут признаки генетически чужеродной информации и при введении в организм вызывают развитие специфических иммунологических реакций.

Антигенные вещества представляют собой высокомолекулярные соединения, обладающие определенными свойствами: чужеродностью, антигенностью, иммуногенностью, специфичностью и определенной молекулярной массой. Антигенами могут быть разнообразные вещества белковой природы, а также белки в соединении с липидами и полисахаридами. Антигенными свойствами обладают клетки животного и растительного происхождения, яды животного и растительного происхождения. Антигенными свойствами обладают вирусы, бактерии, микроскопические грибы, простейшие, экзо – и эндотоксины микроорганизмов. Все антигенные вещества имеют ряд общих свойств:

Антигенность – это способность антигена вызывать иммунный ответ. Степень иммунного ответа организма на различные антигены неодинакова, т. е. на каждый антиген вырабатывается неодинаковое количество антител.

Специфичность – это особенность строения веществ, по которой антигены отличаются друг от друга. Ее определяет антигенная детерминанта, т. е. небольшой участок молекулы антигена, который соединяется с выработанным на него антителом.

Иммуногенность – это способность создавать иммунитет. Это понятие относится, главным образом, к микробным антигенам, обеспечивающим создание иммунитета к инфекционным болезням. Антиген, чтобы быть иммуногенным, должен быть чужеродным и иметь достаточно большую молекулярную массу. С увеличением молекулярной массы иммуногенность нарастает. Корпускулярные антигены (бактерии, грибы, эритроциты) более иммуногены, чем растворимые. Среди растворимых антигенов наибольшей иммуногенность обладают высокомолекулярные соединения.

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 только с данным антигеном.

Неполноценные антигены (гаптены) представляют собой сложные углеводы, липиды и другие вещества, не способные вызвать образование антител в организме, но вступающие с ними в специфическую реакцию. Добавление к гаптенам небольшого количества белка придает им свойства полноценного антигена.

Аутоантигены – антигены, образованные из белков собственных тканей, изменивших свои физико-химические свойства под воздействием различных факторов (токсины и ферменты бактерий, лекарственные вещества, ожоги, обморожения, облучение). Такие, измененные белки становятся чужеродными для организма, и организм отвечает выработкой антител, т. е. возникают аутоиммунные заболевания.

Если рассматривать антигенные свойства микроорганизма, то можно отметить, что антигенный состав – это достаточно постоянная характеристика любого микроорганизма. В антигеном комплексе чаще всего встречаются общеродовые антигены (общие для представителей данного рода), группоспецифические (присущие определенной группе), видоспецифические (присущие всем особям данного вида), и штаммоспецифические.

По локализации антигены могут быть поверхностные (К-антигены – антигены клеточной стенки), соматические (О-антигены, локализованы во внутреннем слое клеточной стенки, термостабильны) и жгутиковые (Н-антигены, присутствуют у всех подвижных бактерий, термолабильны). Многие из них активно секретируются клеткой в окружающую среду. В тоже время, существуют гидрофобные антигены, прочно связанные с клеточной стенкой.

Кроме того, патогенные микроорганизмы способны выделять ряд экзотоксинов. Экзотоксины обладают свойствами полноценных антигенов с выраженной неоднородностью в пределах рода и вида. Споры бактериальной клетки также обладают антигенными свойствами: они содержат антиген, общий для вегетативной клетки и споры.

Патогенные микроорганизмы ведут постоянную борьбу с иммунной системой путем изменения структуры поверхностных антигенов. Изменения чаще всего появляются в результате точечных мутаций, в результате появляются варианты существующих антигенов.

Антитела

В процессе эволюции организмы выработали набор защитных приспособлений к патогенным микроорганизмам, включающие неспецифические механизмы, препятствующие проникновению патогенов, вещества неспецифически повреждающие их (лизоцим, комплемент), фагоцитоз и другие клеточные реакции. Вместе с тем, патогенные микроорганизмы тоже научились преодолевать неспецифические барьеры. Поэтому в процессе эволюции появились специфические гуморальные факторы защиты в виде антител и способность организма к выраженному специфическому иммунному ответу.

Антитела – белки, относящиеся к иммуноглобулинам, которые синтезируются лимфоидными и плазматическими клетками в ответ на попадание в организм антигена, обладающими способностью специфически связываться с ним. Антитела составляют более 30% белков сыворотки крови, обеспечивают специфичность гуморального иммунитета благодаря способности связываться только с тем антигеном, который стимулировал их синтез.

Первоначально антитела условно классифицировали по их функциональным свойствам на нейтрализующие, лизирующие и коагулирующие. К нейтрализующим были отнесены антитоксины, антиферменты и вируснейтрализующие лизины. К коагулирующим – агглютинины и преципитины; к лизирующим – гемолитические и комплементсвязывающие антитела. С учетом функциональной способности антител были даны названия серологическим реакциям: агглютинация, гемолиз, лизис, преципитация и др.

В соответствии с Международной классификацией сывороточные белки, несущие функцию антител, получили название иммуноглобулинов (Ig). В зависимости от физикохимических и биологических свойств различают иммуноглобулины классов IgM, IgG, IgA, IgE, IgD.

Иммуноглобулины – белки с четвертичной структурой, т. е. их молекулы построены из нескольких полипептидных цепей. Молекула каждого класса состоит из четырех полипептидных цепей – двух тяжелых и двух легких, связанных между собой дисульфидными мостиками. Легкие цепи – структура общая для всех классов иммуноглобулинов. Тяжелые цепи имеют характерные структурные особенности, присущие определенному классу, подклассу.

Антитела, входящие в определенные классы иммуноглобулинов, обладают различными физическими химическими, биологическими и антигенными свойствами.

Иммуноглобулины содержат три вида антигенных детерминант: изотипические (одинаковые для каждого представителя данного вида), аллотипические (детерминанты, различные у представителей данного вида) и идиотипические (детерминанты, определяющие индивидуальность данного иммуноглобулина и являющиеся различными у антител одного класса, подкласса). Все указанные антигенные различия определяются с помощью специфических сывороток.

Синтез и динамика образования антител

Антитела вырабатывают плазматические клетки селезенки, лимфатических узлов, костного мозга, пейеровых бляшек. Плазматические клетки (антителопродуценты) происходят из предшественников В-клеток после их контакта с антигеном. Механизм синтеза антител аналогичен синтезу любых белков и происходит на рибосомах. Легкие и тяжелые цепи синтезируются отдельно, затем соединяются на полирибосомах, а окончательная их сборка происходит в пластинчатом комплексе.

Динамика образования антител. При первичном иммунном ответе в антителообразовании различают две фазы: индуктивную (латентную) и продуктивную. Индуктивная фаза – это период от момента парентерального введения антигена до появления антигенреактивных клеток (продолжительность не более суток). В эту фазу происходит пролиферация и дифференцировка лимфоидных клеток в направлении синтеза IgM. Вслед за индуктивной фазой наступает продуктивная фаза антителообразования. В этот период, примерно до 10…15 суток уровень антител резко возрастает, при этом уменьшается число клеток, синтезирующих IgM, и нарастает продукция IgA.

Феномен взаимодействия антиген-антитело.

Знание механизмов взаимодействия антигенов и антител раскрывает сущность многообразных иммунологических процессов и реакций, возникающих в организме под влиянием патогенных и непатогенных факторов.

Реакция между антителом и антигеном протекает в две стадии:

– специфическая – непосредственное соединение активного центра антитела с антигенной детерминантой.

– неспецифическая – вторая стадия, когда, отличающийся плохой растворимостью иммунный комплекс выпадает в осадок. Эта стадия возможна в присутствии раствора электролита и визуально проявляется по разному, в зависимости от физического состояния антигена. Если антигены корпускулярные, то имеет место феномен агглютинации (склеивания различных частиц и клеток). Образующиеся конгломераты выпадают в осадок, при этом клетки морфологически не изменяются, теряя подвижность, они остаются живыми.