Антигены и их характеристика. Условия появления иммуногенности Явная патогенность и иммуногенность для

1.Определение антигена.

(Слайд: определение антигена, классификация и основные свойства антигенов)

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

2. Классификация антигенов и их основные свойства.

Свойства антигенов, определяет их иммуногенность - способность вызывать иммунный ответ; специфичность - способность (антигена) избирательно взаимодействовать со специфическими антителами или антиген - распознающими рецепторами лимфоцитов; антигенность – мера антигенного качества, большая или меньшая способность вызывать образование антител.

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.

3. Структура антигена.

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. (Слайд: структура антигенов - рис. 1.11. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

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). (Слайд)

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.). Изоантигены – антигены, благодаря которым различные особи или группы особей животных одного вида отличаются друг от друга. К разряду изоантигенов можно отнести антигены гистосовместимости или трансплантационные антигены, обуславливающие различие клеток и тканей, вследствие чего возникает их несовместимость при пересадках.

3.Типоспецифичность - понятие аналогичное предыдущему, но имеющее отношение чаще всего к микроорганизмам. Например, пневмакокки по своим полисахаридным антигенам делятся на типы Возбудители ботулизма по характеру синтезируемого токсина делятся на типы А, В, С, Д, Е.

4.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.

5.Функциональная – антигенная специфичность, связанная с функцией данной органической молекулы. Белки, выполняющие в организме различные функции иммунологически различаются (альбумины, глобулины).

6.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.).

7.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.

4. 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: (Слайд)

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. Например, F 1 - антиген E.pestis – возбудителя чумы.

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

5. Антигены гистосовместимости.

(Слайд: определение МНС; тканевое распределение молекул МНС 1 и 2 классов - табл. 3.3, сравнительные данные о степени участия молекул МНС 1 и 2 классов в иммунных реакциях – табл. 3.4. «Иммунология» В.Г.Галактионов)

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. Первоначально МНС определяли как совокупность генов, определяющих синтез трансплантационных антигенов. В настоящее время понятие МНС стало более широким. МНС – это комплекс близкосцепленных генов, основное предназначение которых – контроль различных функциональных проявлений иммунной реактивности. 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”.

Первые опыты и, которые легли в основу открытия МНС были выполнены благодаря близкородственному скрещиванию. Последовательное близкородственное скрещивание приводит к чистой инбредной линии животных. Основная характеристика такой линии состоит в том, что все ее особи гомозиготны и неотличимы в генетическом виде друг от друга.

Для решения вопросов сцепленности иммунологически значимых признаков с МНС, в частности признака иммунного отторжения трансплантанта, необходимо было иметь линии мышей, которые отличались бы друг от друга только по одному этому комплексу. в результате был разработан прием получения конгенных линий . В основе получения конгенных линий мышей лежит метод возвратного скрещивания - получение потомства в ряду поколений от скрещивания гетерозиготы (детей гомозиготных родителей, отличающихся генетически друг от друга) с одним из исходных гомозиготных родителей. Смысл заключается в замене МНС (комплекса Н-2) одной имбредной линии на гаплотип (набор сцепленных генов одной гаплоидной хромосомы) другой. Используются для изучения МНС рекомбинантные по МНС линии . Они отличаются друг от друга только отдельными или даже одним локусом комплекса Н-2. Рекомбинантные линииполучают при анализе потомков от скрещивания двух конгенных линий.

Использование инбредных линий для генетических и иммунологических исследований привело к созданию трансплантационной терминологии. (Слайд: терминология гистогенетических отношений между донором и реципиентом, законы трансплантации - табл. 3.1; рис. 3.4 , « Иммунология» В.Г. Галактионов)

Основными особенностями комплекса являются:

- полигенность - наличие нескольких неаллельных генов, белковой природы которые сходны структурно и функционально;

- полиморфизм – присутствие многих аллельных форм одного и того же гена.

Все гены МНС наследуются по кодоминантному типу. Полигенность и полиморфизм – определяют антигенную индивидуальность особей данного вида. Полиморфизм прямо связан с процессом презентации антигенных эпитопов Т- клеткам. С полиморфизмом антигенов МНС связано такое явление, как генетический контроль иммунного ответа. В тех случаях, когда аминокислотные остатки не в состоянии связать пептидный фрагмент чужеродного антигена, Т-хелперы остаются ареактивными и их помощь В-клеткам не реализуется. Это и является причиной генетически детерминированного дефекта в иммунном реагировании.

Семь генетических локусов системы разделены на три класса.

Гены первого класса контролируют 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.

(Слайд: частота антигенов комплекса HLA в нормальной популяции людей и у лиц с некоторыми заболеваниями – табл. 3.5. «Иммунология» В.Г.Галактионов)

6. Процессинг антигенов

(Слайд: процессинг антигенов – рис. 9.20. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

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. (Слайд: предполагаемые пути внутриклеточных перемещений молекул МНС, связанных с презентацией антигена - рис 9.26. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

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.

(Слайд: образование комплексов антигенных пептидов эндогенного происхождения с молекулами МНС класса 1 - рис 9.25. «Иммунология» А.Ройт, Дж. Бростоф)

Лекция № 4

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

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 спо-собности 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 ).

Специфичность - это способность антигена взаимодействовать со строго определенными антителами или антигенными рецепторами лимфоцитов.

При этом взаимодействие происходит не со всей поверхностью антигена, а только с ее небольшим участком, который получил название «антигенная детерминанта» или «эпитоп». Одна молекула антигена может иметь от нескольких единиц до нескольких сотен эпитопов разной специфичности. Количество эпитопов определяет валентность антигена. Например: яичный альбумин (М 42 000) имеет 5 эпитопов, т. е. 5-валентен, белок тиреоглобулин (М 680 000) - 40-валентен.

В молекулах белков эпитоп (антигенная детерминанта) образуется совокупностью аминокислотных остатков. Размер антигенной детерминанты белков может включать от 5 - 7 до 20 аминокислотных остатков. Эпитопы, которые распознаются антигенными рецепторами В- и Т-лимфоцитов, имеют свои особенности.

В-клеточные эпитопы конформационного типа (образованы аминокислотными остатками из различных частей белковой молекулы, но сближенные в пространственной конфигурации белковой глобулы) находятся на внешней поверхности антигена, образуя петли и выступы. Обычно число аминокислот или сахаров в эпитопе составляет от 6 до 8. Антигенраспознающие рецепторы В-клеток распознают нативную конформацию эпитопа, а не линейную последовательность аминокислотных остатков.

Т-клеточные эпитопы представляют собой линейную последовательность аминокислотных остатков, составляющих часть антигена, и включают большее число аминокислотных остатков по сравнению с В-клеточными. Для их распознавания не требуется сохранения пространственной конфигурации.

Иммуногенность - способность антигена вызывать иммунную защиту макроорганизма. Степень иммуногенности определяют следующие факторы:

Чужеродность . Для того чтобы вещество выступило в качестве иммуногена, оно должно быть распознано как «не свое». Чем более чужероден антиген, т. е. чем менее он сходен с собственными структурами организма, тем более сильный иммунный ответ он вызывает. Например, синтез антител к бычьему сывороточному альбумину легче вызвать у кролика, чем у козы. Кролики относятся к отряду зайцеобразных и отстоят в филогенетическом развитии дальше от козы и быка, принадлежащих к парнокопытным.
Природа антигена . Наиболее сильными иммуногенами являются белки. Чистые полисахариды, нуклеиновые кислоты и липиды обладают слабыми иммуногенными свойствами. В то же время липополисахариды, гликопротеины, липопротеины способны в достаточной мере активировать иммунную систему.
Молекулярная масса . При прочих равных условиях большая молекулярная масса антигена обеспечивает большую иммуногенность. Антигены считаются хорошими иммуногенами, если их молекулярная масса больше 10 кД. Чем больше молекулярная масса, тем больше мест связывания (эпитопов), что приводит к возрастанию интенсивности иммунного ответа.

Растворимость . Корпускулярные антигены, связанные с клетками (эритроциты, бактерии), как правило, более иммуногенны. Растворимые антигены (сывороточный альбумин) также могут обладать высокой иммуногенностью, но они быстрее выводятся. Для увеличения времени их пребывания в организме, необходимого для развития эффективного иммунного ответа, применяют адъюванты (депонирующие вещества). Адъюванты - это вещества, которые используют для усиления иммунного ответа, например, вазелиновое масло, ланолин, гидроксид и фосфат алюминия, алюмокалиевые квасцы, хлористый кальций и др.
Химическое строение антигена . Увеличение числа ароматических аминокислот в синтетических полипептидах увеличивает их иммуногенность. При равной молекулярной массе (около 70000) альбумин является более сильным антигеном, чем гемоглобин. В то же время белок коллаген, молекулярная масса которого в 5 раз больше, чем у альбумина, и составляет 330000, обладает значительно меньшей иммуногенностью по сравнению с альбумином, что, несомненно, связано с особенностями строения этих белков.

Иммуногенность антигена - это способность в организме иммунизированного животного образования антител. Иммуногенность как биологическое свойство антигена является более сложным, чем антигенность. Антигенности того или иного вещества недостаточно, чтобы вызвать образование антител. В качестве примера можно привести гаптены, которые приобретают иммуногенность только после конъюгирования с соответствующим носителем.

Иммуногенность веществ сильно зависит от их молекулярной массы: чем выше молекулярная масса, тем выше иммуногенность. Отсюда вытекает важное практическое следствие - сшивка биополимеров между собой и другими белками повышает иммуногенность. Зависимость иммуногенности от молекулярной массы, по-видимому, определяется следующими причинами: во-первых, увеличение времени пребывания антигена в организме при возрастании его молекулярной массы; во-вторых, у высокомолекулярных антигеноа существенно возрастает способность взаимодействовать с макрофагами, в-третьих, с увеличением молекулярной массы в антигене увеличивается как общее количество антигенных детерминант, так и их разнообразие, что повышает эффективность взаимодействия] антигенов как с B-, так и с T-лимфоцитами.

Плотность расположения и количество антигенных детерминант на поверхности антигенов также имеет важное значение: по мере увеличения этих показателей иммуногенность в начале растет, а затем начинает уменьшаться. Так, например, для динитрофенильной гаптеновой группы было показано, что из конъюгатов, содержащих 3, 16 и 28 групп на молекулу бычьего альбумина, максимальной антигенностью обладал конъюгат, содержащий 16 молекул гаптена. Одной из причин такого эффекта, по-видимому, является сложность межклеточной кооперации. В частности, показано, что в иммунном ответе против антигенов, имеющих повторяющиеся антигенные детерминанты, участвуют только В-лимфоциты; такие антигены называются независимыми . Для этих антигенов, например полимеров. D-аминокислот, также характерно снижение скорости метаболизма в организме.

Очень важным является понятие "чужеродность" иммуногена. Установлено, что чем более антиген отличается по своей структуре от гомологичного антигена иммунизируемого животного, тем выше его иммуногенность. Например, инсулины человека и многих видов животных имеют близкую первичную структуру и поэтому для них инсулин человека малоиммуногенен. Однако между инсулином человека и морской свинки имеются достаточные отличия, что позволяет использовать этих животных как продуцентов соответствующих антисывороток. Однако это правило нельзя считать абсолютным. Так, например, гормон тироксин имеет одинаковую структуру у всех животных, тем не менее, будучи конъюгированным с подходящим белком, он становится хорошим иммуногеном. В данном случае антигенная детерминанта состоит не только из гормона, но и "ножки" и части белковой глобулы, что в целом создает "чужеродную" структуру. Именно на этом принципе основано получение антител против различных низкомолекулярных физиологически активных веществ.

"Чужеродность" зависит от генетических особенностей иммунизируемого животного, поэтому часто иммуногенность связывают с генетической чужеродностью антигена. Из "чужеродности" следует, что иммуногенность - это не абсолютное свойство антигена по отношению к данному виду животного, а иногда даже к индивидуальному организму. Необходимо иметь в виду, что иммунная система организма сама находится под жестким генетическим контролем, который определяет как биологическую активность различных участников иммунного процесса, так и многообразие специфичностей рецепторов, а значит, и специфичностей антител. Именно видовая и индивидуальная вариабельность организмов требует внимательного выбора вида животного. Чем менее " чужеродный" антиген, тем большее количество животных следует брать для иммунизации. Так, например, для получения антисывороток против инсулина наиболее иммунореактивными являются морские свинки, при этом в среднем только одна из семи морских свинок дает удовлетворительную для целей анализа антисыворотку. Даже в случае получения антисывороток против достаточно "чужеродных" антигенов необходима большая группа животных, так как в этом случае нивелируются индивидуальные различия. Смесь антисывороток против данного антигена от разных животных одной группы называют пулом.

Из лабораторных животных чаще всего берут для иммунизации кроликов, морских свинок или мышей в зависимости от количества имеющегося антигена, доступности животного и т.д. Возможность использования группы лабораторных животных позволяет решить проблему отбора из них наиболее иммунореактивных. Иммунизировать удобнее самцов, так как у них иммуногенный ответ менее подвержен влиянию гормональных циклов. Для получения антител против вирусов эффективными оказались куры, у которых антитела накапливаются в яйцах. Большие количества антисывороток получают иммунизацией крупных животных: козлов, баранов, ослов, лошадей.

Для получения специфических антисывороток важное значение имеет гомогенность антигена. Это обусловлено тем, что примеси чужеродных антигенов могут обладать большей иммуногенностью, чем основной антиген, в результате чего, несмотря на небольшое количество примеси, против нее может образоваться достаточное количество антител. Так, например, вирусные антигены, выделенные из культуры ткани животных, содержат примесь тканевых антигенов, против которых вырабатываются антитела, дающие ложноположительные реакции в иммунохимическом анализе.

Степень иммунного ответа также зависит от количества введенного антигена. При определенных концентрациях антигена, как высоких, так и низких, наступает торможение гуморального иммунного ответа, называемое толерантностью. Это обусловливает необходимость выбора оптимальной дозы в каждом конкретном случае, с учетом чистоты препарата и его иммуногенности. Доза иммуногена для одной инъекции кролику или морской свинке составляет в среднем 100-300 мкг на 2 кг массы. Доза, необходимая для крупных животных, не увеличивается пропорционально их массе. Так, для овец достаточна доза, равная 0,25-5 мг иммуногена на инъекцию, для осла - 0,5-10 мг. В случае использования в качестве иммуногена конъюгата гаптенноситель доза зависит от молекулярной массы конъюгата.

Способ введения антигена и периодичность введения влияют на иммунологическую активность антисывороток. Так как иммунный ответ формируется в организме постепенно, принято различать первичный ответ и вторичный ответ . Первичные и вторичные антисыворотки отличаются по составу антител и их специфичности. Обычно высокоактивные антисыворотки получают после нескольких циклов иммунизации. Однако очень длительные иммунизации могут привести к снижению специфичности из-за постепенного увеличения титра антител к примесным антигенам.

В процессе иммунизации изменяется также аффинность и соотношение между различными фракциями антител. Такая вариабельность качества антисывороток по специфичности антител, их физико-химическим свойствам и концентрации является следствием популяционной природы иммунного ответа. В связи с этими обстоятельствами на практике необходимо вести непрерывный контроль за качеством получаемых антисывороток.

Иммуногенность - потенциальная способность антигена вызывать иммунный ответ вне зависимости от его иммунной специфичности. Степень иммуногенности зависит от трех групп факторов: молекулярных особенностей антигена,кинетики антигена в организме,реактивности макроорганизма.

На степень иммуногенности вещества влияют следующие факторы:

Природа антигена. Высокой иммуногенностью обладают белки и углеводы. Нуклеиновые кислоты, липиды и другие органические вещества зачастую слабоиммуногенны и могут выступать в роли эффективных антигенов только в составе комплексных соединений.
Размер молекулы вещества. С повышением молекулярной массы растёт иммуногенность. Для белков пороговый размер молекулы, при котором появляется иммуногенность, видимо, связан с появлением α-спиральной структуры. Молекулярная масса антигена влияет не только на формирование определённой вторичной структуры белка, но и на количество эпитопов и их разнообразие, что повышает валентность антигена и также влияет на степень его иммуногенности.
Жёсткость структуры молекулы антигена, то есть способность сохранять определённую конфигурацию, увеличивает иммуногенность.
Принадлежность антигенов к классам полимеров, свойственным высшим животным, увеличивает их иммуногенность для последних. В частности, полипептиды, состоящие из не свойственных позвоночным D-аминокислот, слабо иммуногенны для них. Предполагается, что это может быть связано с трудностью деградации этих веществ из-за отсутствия необходимых ферментов.

Литература

Ссылки

Иммуногенность антигенов

Иммуногенность антигена — это способность в организме иммунизированного животного образования антител. Иммуногенность как биологическое свойство антигена является более сложным, чем антигенность. Антигенности того или иного вещества недостаточно, чтобы вызвать образование антител. В качестве примера можно привести гаптены, которые приобретают иммуногенность только после конъюгирования с соответствующим носителем.

Иммуногенность веществ сильно зависит от их молекулярной массы: чем выше молекулярная масса, тем выше иммуногенность. Отсюда вытекает важное практическое следствие — сшивка биополимеров между собой и другими белками повышает иммуногенность. Зависимость иммуногенности от молекулярной массы, по-видимому, определяется следующими причинами: во-первых, увеличение времени пребывания антигена в организме при возрастании его молекулярной массы; во-вторых, у высокомолекулярных антигеноа существенно возрастает способность взаимодействовать с макрофагами, в-третьих, с увеличением молекулярной массы в антигене увеличивается как общее количество антигенных детерминант, так и их разнообразие, что повышает эффективность взаимодействия] антигенов как с B-, так и с T-лимфоцитами.

Одной из причин такого эффекта, по-видимому, является сложность межклеточной кооперации. В частности, показано, что в иммунном ответе против антигенов, имеющих повторяющиеся антигенные детерминанты, участвуют только В-лимфоциты; такие антигены называются независимыми . Для этих антигенов, например полимеров. D-аминокислот, также характерно снижение скорости метаболизма в организме.

2. Иммуногенность

Однако это правило нельзя считать абсолютным. Так, например, гормон тироксин имеет одинаковую структуру у всех животных, тем не менее, будучи конъюгированным с подходящим белком, он становится хорошим иммуногеном. В данном случае антигенная детерминанта состоит не только из гормона, но и "ножки" и части белковой глобулы, что в целом создает "чужеродную" структуру. Именно на этом принципе основано получение антител против различных низкомолекулярных физиологически активных веществ.

"Чужеродность" зависит от генетических особенностей иммунизируемого животного, поэтому часто иммуногенность связывают с генетической чужеродностью антигена. Из "чужеродности" следует, что иммуногенность — это не абсолютное свойство антигена по отношению к данному виду животного, а иногда даже к индивидуальному организму. Необходимо иметь в виду, что иммунная система организма сама находится под жестким генетическим контролем, который определяет как биологическую активность различных участников иммунного процесса, так и многообразие специфичностей рецепторов, а значит, и специфичностей антител. Именно видовая и индивидуальная вариабельность организмов требует внимательного выбора вида животного. Чем менее " чужеродный" антиген, тем большее количество животных следует брать для иммунизации. Так, например, для получения антисывороток против инсулина наиболее иммунореактивными являются морские свинки, при этом в среднем только одна из семи морских свинок дает удовлетворительную для целей анализа антисыворотку. Даже в случае получения антисывороток против достаточно "чужеродных" антигенов необходима большая группа животных, так как в этом случае нивелируются индивидуальные различия. Смесь антисывороток против данного антигена от разных животных одной группы называют пулом.

Степень иммунного ответа также зависит от количества введенного антигена. При определенных концентрациях антигена, как высоких, так и низких, наступает торможение гуморального иммунного ответа, называемое толерантностью. Это обусловливает необходимость выбора оптимальной дозы в каждом конкретном случае, с учетом чистоты препарата и его иммуногенности. Доза иммуногена для одной инъекции кролику или морской свинке составляет в среднем 100-300 мкг на 2 кг массы. Доза, необходимая для крупных животных, не увеличивается пропорционально их массе. Так, для овец достаточна доза, равная 0,25-5 мг иммуногена на инъекцию, для осла — 0,5-10 мг. В случае использования в качестве иммуногена конъюгата гаптенноситель доза зависит от молекулярной массы конъюгата.

Антигены — виды и свойства. Иммуногенность

Антиген – это биополимер органической природы, генетически чужеродный для макроорганизма, который при попадании в последний распознаётся его иммунной системой и вызывает иммунные реакции, направленные на его устранение.

Антигены обладают рядом характерных свойств: антигенностью, специфичностью и иммуногенностью.

Существует два основных вида антигенов: экзогенные и эндогенные (аутологичные). Экзогенные антигены попадают в организм из внешней среды. Среди них различают инфекционные и неинфекционные АГ.

Инфекционные антигены — это антигены бактерий, вирусов, грибов, простейших.

Известны следующие разновидности бактериальных антигенов:

— группоспецифические (встречаются у разных видов одного рода или семейства);

— видоспецифические (у различных представителей одного вида);

— типоспецифические (определяют серологические варианты — серовары, антигеновары внутри одного вида).

Антигенность

Под антигенностью понимают потенциальную способность молекулы антигена активировать компоненты иммунной системы и специфически взаимодействовать с факторами иммунитета (антитела, клон эффекторных лимфоцитов). Иными словами, антиген должен выступать специфическим раздражителем по отношению к иммунокомпетентным клеткам. При этом взаимодействие компоненты иммунной системы происходит не со всей молекулой одновременно, а только с ее небольшим участком, который получил название «антигенная детерминанта», или «эпитоп».

Чужеродность является обязательным условием для реализации антигенности. По этому критерию система приобретенного иммунитета дифференцирует потенциально опасные объекты биологического мира, синтезированные с чужеродной генетической матрицы. Понятие «чужеродность» относительное, так как иммунокомпетентные клетки не способны напрямую анализировать чужеродный генетический код. Они воспринимают лишь опосредованную информацию, которая, как в зеркале, отражена в молекулярной структуре вещества.

Иммуногенность - потенциальная способность антигена вызывать по отношению к себе в макроорганизме специфическую защитную реакцию. Степень иммуногенности зависит от ряда факторов, которые можно объединить в три группы:

1. Молекулярные особенности антигена;

2. Клиренс антигена в организме;

3. Реактивность макроорганизма.

К первой группе факторов отнесены природа, химический состав, молекулярный вес, структура и некоторые другие характеристики.

Иммуногенность в значительной степени зависит от природы антигена. Важна также оптическая изомерия аминокислот, составляющих молекулу белка. Большое значение имеет размер и молекулярная масса антигена. На степень иммуногенности также оказывает влияние пространственная структура антигена. Оказалась также существенной стерическая стабильность молекулы антигена.

Что Такое иммуногенность- Значение Слова иммуногенность

Еще одним важным условием иммуногенности является растворимость антигена.

Вторая группа факторов связана с динамикой поступления антигена в организм и его выведения. Так, хорошо известна зависимость иммуногенности антигена от способа его введения. На иммунный ответ влияет количество поступающего антигена: чем его больше, тем более выражен иммунный ответ.

Третья группа объединяет факторы, определяющие зависимость иммуногенности от состояния макроорганизма. В этой связи на первый план выступают наследственные факторы.

Специфичностью называют способность антигена индуцировать иммунный ответ к строго определенному эпитопу. Это свойство обусловлено особенностями формирования иммунного ответа - необходима комплементарность рецепторного аппарата иммунокомпетентных клеток к конкретной антигенной детерминанте. Поэтому специфичность антигена во многом определяется свойствами составляющих его эпитопов. Однако при этом следует учитывать условность границ эпитопов, их структурное разнообразие и гетерогенность клонов антигенреактивных лимфоцитовой специфичности. В результате этого организм на антигенное раздражение всегда отвечает поликлональными иммунным ответом.

Антигены бактериальной клетки

В структуре бактериальной клетки различают жгутиковые, соматические, капсульные и некоторые другие антигены. Жгутиковые, или Н-антигены, локализуются в локомоторном аппарате бактерий - их жгутиках. Они представляют собой эпитопы сократительного белка флагеллина. При нагревании флагеллин денатурирует, и Н-антиген теряет свою специфичность. Фенол не действует на этот антиген.

Соматический, или О-антиген, связан с клеточной стенкой бактерий. Его основу составляют ЛПС. О-антиген проявляет термостабильные свойства - он не разрушается при длительном кипячении. Однако соматический антиген подвержен действию альдегидов (например, формалина) и спиртов, которые нарушают его структуру.

Капсульные, или К-антигены, располагаются на поверхности клеточной стенки. Встречаются у бактерий, образующих капсулу. Как правило, К-антигены состоят из кислых полисахаридов (уроновые кислоты). В то же время у бациллы сибирской язвы этот антиген построен из полипептидных цепей. По чувствительности к нагреванию различают три типа К-антигена: А, В, и L. Наибольшая термостабильность характерна для типа А, он не денатурирует даже при длительном кипячении. Тип В выдерживает непродолжительное нагревание (около 1 часа) до 60 оС. Тип L быстро разрушается при этой температуре. Поэтому частичное удаление К-антигена возможно путем длительного кипячения бактериальной культуры.

На поверхности возбудителя брюшного тифа и других энтеробактерий, которые обладают высокой вирулентностью, можно обнаружить особый вариант капсульного антигена. Он получил название антигена вирулентности, или Vi-антигена. Обнаружение этого антигена или специфичных к нему антител имеет большое диагностическое значение.

Антигенными свойствами обладают также бактериальные белковые токсины, ферменты и некоторые другие белки, которые секретируются бактериями в окружающую среду (например, туберкулин). При взаимодействии со специфическими антителами токсины, ферменты и другие биологически активные молекулы бактериального происхождения теряют свою активность. Столбнячный, дифтерийный и ботулинический токсины относятся к числу сильных полноценных антигенов, поэтому их используют для получения анатоксинов для вакцинации людей.

В антигенном составе некоторых бактерий выделяется группа антигенов с сильно выраженной иммуногенностью, чья биологическая активность играет ключевую роль в формировании патогенности возбудителя. Связывание таких антигенов специфическими антителами практически полностью инактивирует вирулентные свойства микроорганизма и обеспечивает иммунитет к нему. Описываемые антигены получили название протективных. Впервые протективный антиген был обнаружен в гнойном отделяемом карбункула, вызванного бациллой сибирской язвы. Это вещество является субъединицей белкового токсина, которая ответственна за активацию других, собственно вирулентных субъединиц - так называемого отечного и летального факторов.

Антигены грибов

Дрожжевые клетки Candida albicans содержат полисахарид клеточной стенки — маннан, цитоплазматические и ядерные белки. Среди них выявлено более 80 антигенов. Для иммунологических тестов используют экстракты цельных клеток, очищенный маннан или цитоплазматические белки. Антигены вызывают немедленные (антитела IgM, IgG, IgA, IgE классов) и замедленные (Т-клеточные) реакции и сенсибилизацию без клинических проявлений. Антитела также выявляются у некоторых здоровых лиц. В крови больных слизисто-кожным кандидозом находят антигены кандид.

Антигены грибов обладают иммуностимулирующим и иммунодепрессивным действием.

Антигены вирусов

У большинства вирусов имеются суперкапсидные — поверхностные оболочечные, белковые и гликопротеидные АГ (например, гемагглютинин и нейраминидаза вируса гриппа), капсидные — оболочечные и нуклеопротеидные (сердцевинные) АГ.

Протективные антигены

Это совокупность антигенных детерминант (эпитопов), которые вызывают наиболее сильный иммунный ответ, что предохраняет организм от повторной инфекции данным возбудителем. Определение вирусных антигенов в крови и других биологических жидкостях широко используется для диагностики вирусных инфекций. Наиболее иммуногенные, протективные пептиды вирусов используются для создания синтетических вакцин. По строению они вариабельны даже у одного вида вирусов.

Пути проникновения инфекционных антигенов в организм разнообразны:

— через поврежденную и иногда неповрежденную кожу;
— через слизистые оболочки носа, рта, желудочно-кишечного тракта, мочеполовых путей.

Пути распространения антигенов — кровь, лимфа, а также по поверхности слизистых оболочек.

Протективные антиген

Cтраница 1

Протективные антигены или их фрагменты, используемые для конструирования молекулярных вакцин, могут быть синтезированы искусственно.

Протективные антигены — это совокупность антигенных детерминант (эпитопов), которые вызывают наиболее сильный иммунный ответ, что предохраняет организм от повторного инфицирования данным возбудителем.

Все протективные антигены, используемые в убитых вакцинах, должны обладать природной высокой антигенностью, обеспечивая мощную выработку антител или накопление специфических Т — клеток. В этом случае понятия антигенности и иммуногенности практически совпадают.

Заключением протективных антигенов в микрокапсулы из полимеров и липидов (липосомы), обеспечивающих соответствующую динамику подачи антигена и активацию фагоцитов.

Есть предложения вместо протективных антигенов использовать участки ДНК возбудителя, к которому ковалентно присоединяются адгезины реовирусов.

В связи с целенаправленным выделением протективных антигенов и их дальнейшей очисткой молекулярные вакцины, созданные на базе очищенных протективных антигенов, обладают довольно низкой реактогенностью, токсичностью и аллер-гизируюшей активностью.

Как правило, в качестве таких протективных антигенов выступают различные факторы патогенное возбудителя. Именно при блокировании их функций патогенный организм не способен реализовать свою патоген-ность, не может противостоять системе иммунитета и погибает. Однако нельзя исключать, что в качестве протективных антигенов могут выступить иные жизненно важные компоненты клеток возбудителя.

Условия появления иммуногенности

Основным действующим началом убитых вакцин служат тоже протективные антигены, которые находятся в структуре микробных клеток или вирусов. Причем вакцины этого типа вводят, как правило, только парэнтерально: подкожно, внутрикожно, внутримышечно.

Такое трансгенное растение синтезирует в своем составе протективные антигены возбудителей. Эти антигены можно выделить, очистить и использовать как обычные молекулярные вакцины.

Этот вид вакцин получил свое название благодаря тому, что протективные антигены используются в них в виде отдельных, как правило, растворимых молекул. Отсюда и возникло предложение называть эти препараты химическими вакцинами.

Основная субстанция этого вида вакцин — чистая ДНК возбудителя, кодирующая эпитопы протективных антигенов. В последовательность ее оснований обычно включается подходящий промотор. Такая структура ДНК может проникать в клетку хозяина и встраиваться в ее геном.

В эту группу вакцинных препаратов относят молекулярные конструкции, у которых эпитопы протективных антигенов встроены в комплекс молекул гистосовместимости. Отмечается, что в таком виде вакцинные препараты способны индуцировать сильный клеточный иммунный ответ.

В эту же группу можно отнести вакцинные препараты, представляющие собой конъюгаты протективных антигенов (вернее, их фрагментов) с молекулами, обеспечивающими доставку и их присоединение к продуктам генов МНС. В качестве таких лигандных молекул могут быть использованы монокло-нальные антитела к молекулам МНС I и II классов, а также искусственно синтезированные пептиды, избирательно взаимодействующие с молекулами МНС.

В большинстве случаев (но не всегда) из вирулентных штаммов возбудителей выделяются более активные протективные антигены, и в большем количестве, чем из слабовирулентных.

Теоретической посылкой для создания таких вакцин явилось положение о том, что фрагменты протективных антигенов приобретают иммуногенность только после процессинга и встраивания в молекулы МНС. Поэтому, в качестве вакцины и предлагается такая, уже готовая конструкция.

Страницы: 1 2