Микробиология Борисов Л.В. Микробиология Борисов Л. Литература для студентов медицинских вузов
 Скачать 27.52 Mb.
|
|
14.3. АНТИГЕНЫ МИКРООРГАНИЗМОВ Каждый микроорганизм, как бы примитивно он ни был устроен, содержит несколько антигенов. Чем сложнее его структура, тем больше антигенов можно обнаружить в его составе. У различных микроорганизмов, принадлежащих к одними тем же систематическим категориям, различают групп оспе ц и фи чески е антигены встречаются у разных видов одного итого же рода или семейства, вид оспе ц и фи чески е — у различных представителей одного вида и тип оспе ц и фи чески е ( вариантные) антигены — у разных вариантов в пределах одного итого же вида. Последние подразделяют нас ер о логические варианты, или серо вар ы. Среди бактериальных антигенов различают НО, К и др. (риса, Жгутиковые Н-антигены. Как видно из названия, эти антигены входят в состав бактериальных жгутиков. Н-антнген представляет собой белок флагеллин. Он разрушается при нагревании, а после обработки фенолом сохраняет свои антигенные свойства. Соматический О-антиген. Ранее полагали, что О-антиген заключен в содержимом клетки, ее соме, поэтому и назвали его соматическим антигеном. Впоследствии оказалось, что этот антиген связан с бактериальной клеточной стенкой. О-антиген грамотрицательных бактерий связан с ЛПС клеточной стенки. Детерминантными группами этого слижного комплексного антигена являются концевые повторяющиеся звенья полисахаридных цепей, просоединенные к ее основной части. Состав сахаров в детер- минантных группах, также как и их число, у разных бактерий неоди- Рис. а. Бактериальные Рис. 14.36. Антигенная структура антигены бактериальной клетки наков. Чаще всего в них содержатся гексозы (галактоза, глюкоза, рам ноза и др, аминосахар (М-ацетилглюкозамин). О-антиген термиста- бнлен: сохраняется при кипячении в течение 1-2 ч, не разрушается после обработки формалином и этанолом. При иммунизации животных живыми культурами, имеющими жгутики, образуются антитела к О- и Н-антигенам, а при иммунизации кипяченой культурой образуются антитела только к О-антнгену. К-антигены (капсульные. Эти антигены хорошо изучены у эшерихий и сальмонелл. Они, также как О-антигены, тесно связаны с ЛПС клеточной стенки и капсулой, нов отличие от О-антигена содержат главным образом кислые нолисахариды: глюкуроновую, галактуроновую и другие уроновые кислоты. По чувствительнсти к температуре К-антигены подразделяют на А, В- и антигены. Наиболее термостабильными являются А-антигены, выдерживающие кипячение более 2 ч. В-антигены выдерживают нагревание при температуре Св течение часа, а антигены разрушаются при нагревании до 60°С. К-антигены располагаются более поверхностно, чем О-антигены, и часто маскируют последние. Поэтому для выявления О-антигенов необходимо предварительно разрушить К-антигены, что достигается кипячением культур. К капсульным антигенам относится так называемый антиген. Он обнаружен у брюшнотифозных и некоторых других энтеробактерий, обладающих высокой вирулентностью, в связи с чем данный антиген получил название антигена вирулентности. Капсульные антигены полисахаридной природы выявлены у пневмококков, клебсиелл и других бактерий, образующих выраженную капсулу. В отличие от группоспецифических О-антигенов они часто характеризуют антигенные особенности определенных штаммов (вариантов) данного вида, которые на этом основании подразделяются нас еров ары. У сибиреязвенных бацилл капсульный антиген состоит из полипептидов. Антигены бактериальных токсинов. Токсины бактерий обладают полноценными антигенными свойствами в том случае, если они являются растворимыми соединениями белковой природы. Ферменты, продуцируемые бактериями, в том числе факторы патогенности см. 10.1.1), обладают свойствами полноценных антиге нов. Протективные антигены. Впервые обнаружены в экссудате пораженной ткани при сибирской язве. Они обладают сильно выраженными антигенными свойствами, обеспечивающими иммунитет к соответствующему инфекционному агенту. Протективные антигены образуют и некоторые другие микроорганизмы при попадании в организм хозяина, хотя эти антигены не являются их постоянными компонентами Антигены вирусов. В каждом вирионе любого вируса содержатся различные антигены. Одни из них являются вирусспецифически- ми. В состав других антигенов входят компоненты клетки хозяина липиды, углеводы, которые включаются в его внешнюю оболочку. Антигены простых вирионов связаны сих нуклеокапсидами. По своему химическому составу они принадлежат к рибонуклеопротеидам или дезоксирибонуклеопротеидам, которые являются растворимыми соединениями и поэтому обозначаются как антигены (solutio— раствор. У сложноорганизованных вирионов одни антигенные компоненты связаны с нуклеокапсидами, другие — с гликопротеидами внешней оболочки. Многие простые и сложные вирионы содержат особые поверхностные антигены — гемагглютинин и фермент нейрамини- дазу. Антигенная специфичность гемагглютинина у разных вирусов неодинакова. Данный антиген выявляется в реакции гемагглютинации или ее разновидности — реакции гемадсорбции. Другая особенность гемагглютинина проявляется в антигенной функции вызывать образование антител — антигемагглютининов и вступать сними в реакцию торможения гемагглютинации (РТГА) см. Вирусные антигены могут быть группоспецифическими, если они обнаруживаются у разных видов одного итого же рода или семейства, и типоспецифическими, присущими отдельным штаммам одного итого же вида. Эти различия учитываются при идентификации вирусов. Наряду с перечисленными антигенами в составе вирусных частиц могут присутствовать антигены клетки хозяина. Так, например, вирус гриппа, выращенный на аллантоисной оболочке куриного эмбриона, реагирует с антисывороткой, полученной к аллантоисной жидкости. Этот же вирус, взятый из легких инфицированных мышей, реагирует с антисывороткой к легким данных животных и не реагирует с антисывороткой к аллантоисной жидкости. Гетерогенные антигены (гетероантигены ). Общие антигены, обнаруженные у представителей различных видов микроорганизмов, животных и растений, называют гетерогенными Например, гетерогенный антиген Форемана содержится в белковых структурах органов морской свинки, в эритроцитах барана и сальмонеллах. Существование общих гетероантигенов у животных и паразитирующих в их организме микроорганизмов можно рассматривать как следствие антигенной мимикрии паразита, те. способности разных патогенных микроорганизмов маскироваться в организме за счет общих антигенов. В результате подобной маскировки клетки иммунной системы организма недостаточно активно отвечают синтезом антител на инфекцию данными патогенными агентами. П ере крест норе а г и р у ю щи е антигены (ПРА) обнаружены у ряда микроорганизмов ив тканях человека. К ним относится антиген слизистой оболочки кишечника человека, в частности у больных язвенным колитом, и общий антиген энтеробакте рий. Гемолитические стрептококки группы А содержат ПРА, общие с аутоантигенами миокарда и клубочков почек, с чем связывают их способность провоцировать ревмокардит и гломерулонефрит. ДНК-содер- жащие вирусы и ядра клеток организма человека также несут в себе ПРА. Для паразита ПРА играют защитную роль, для организма хозяина они могут стать пусковым механизмом аутоиммунного заболевания см. Вопросы для самоконтроля. Каковы основные свойства антигенов. Какая структура антигена определяет его специфичность. Что такое толерогенность антигена. Дайте определение перекрестно реагирующим антигенам (ПРА) и антигенной мимикрии. Какие условия способствуют иммуногенному действию антигена. Какие изоантигены организма человека представляют для медицины наибольший интерес. Каковы свойства суперантигенов? 8. Каковы последствия действия суперантигена в организме человека. Каковы особенности опухолевых антигенов. Каковы природа и функции антигенов главного комплекса гистосов местимости I и II классов. Каких людей относят к универсальным донорами универсальным реципиентам. Каковы особенности антигенов, связанные с разными структурами бактериальной клетки и с ее продуктами. Дайте характеристику групповым, видовыми типоспецифическим антигенам. Каковы особенности антигенов, связанные с разными структурами вирионов? ГЛАВА АНТИТЕЛА (ИММУНОГЛОБУЛИНЫ И АНТИГЕНСВЯЗЫВАЮЩИЕ РЕЦЕПТОРЫ ЛИМФОЦИТОВ С пособность клеток и молекул к участию в иммунологических реакциях определяется наличием в их составе структур, способных к взаимодействию с каким-либо антигеном. Такими структурами (рецепторами) В-лимфоцитов служат находящиеся на поверхности клетки молекулы иммуноглобулинов, способные отделяться от клетки и функционировать в организме как свободные антитела. Рецепторы Т-лимфоцитов — гликопротеидные молекулы, которые в случае отделения от клетки утрачивают способность взаимодействовать с антигенами. Все рецепторы лимфоцитов и свободные антитела принадлежат к суперсемейству иммуноглобулинов к которому относятся связанные с клетками и свободные молекулы, определяющие процессы распознавания, адгезии и связывания в иммунной системе. Все члены суперсемейства иммуноглобулинов происходят от общих і енов-предков путем конвергентной эволюции. Все представители суперсемейства обладают гомологией в пределах 15%. Молекулы членов суперсемейства предстваляют собой полипептидные цепи, состоящие из последовательностей аминокислотных остатков рис. 15.1). Последовательности аминокислотных остатков образуют компактные структуры, именуемые доменами каждый из которых содержит 70-110 аминокислот. Все члены суперсемейсгва содержат в своем составе один и более доменов. Домены могут быть консервативными, те. одинаковыми у всех молекул и вари- абильными — неодинаковыми у разных молекул данной группы. Структура цепей и связь их между собой поддерживается дисульфидными связями. На рис. 15.1 представлено схематическое изображения отдельных представителей суперсемейства. 15.1. АНТИТЕЛА (ИММУНОГЛОБУЛИНЫ) Антителами называют белки, образование которых индуци руются антигенами и основным свойством которых является способность к специфическому взаимодействию с антигеном. Антитела — ITO молекулы гликопротеидов, которые по своей электрофоретической подвижности относятся к у-глобулинам и по международной классификации именутся иммуноглобулинами Они составляют '/3 всех белков іьіворотки крови (около 16 гл. Иммуноглобулины и антитела — C1ASS I МНС A CIAS8 и мне им ШИШ ш ш ш ш ш ш TTTTTTTTTTTTtTtTT ш ш ш ш ш ша ш ш ш ш ш і ссе CD3 t (6.£I C M ттттттт зттттттттщттттттттттшттттттттт Ш 1 Ш І Ш 1 Ш і | і Ш Ш Ш І і 1 . б Ш І І Гст*1 м ё TtTTTttttTt Ш Ш 1 1 Ш IL-1И (Туи САМ Т Т Т Т Т Т Т Т Т g T t T T t f t T T | T T t t T T T T T T T T T T T в т т т т т т ш ш и ї ш і ш і у ш ш ш ш ш і ш ш с — св с s Рис. 15.1. Протеины суперсемейства иммуноглобулинов (схема — Т-клеточный рецептор антигена Class МН С — молекулы МНС 1 или II класса CD2 — рецептор Т-лимфоцита; CD3 — рецептор Т-лимфоцита; CD4 — рецептор Т-хелперов; CD8 рецептор Т-цитотокс/супрессоров; FcyR — рецептор IgG; ICAM — молекула межклеточной адгезии IL 'I R — рецептор ИЛ-1 синонимы. Однако слово антитело чаще используется тогда, когда речь идет оо иммуноглобулине определенной специфичности. Продуцентами иммуноглобулинов являются В-лимфоциты и их производные плазматические клетки см. главу Все антитела данной специфичности являются продуктами одного клона клеток-антителопродуцентов. Продукты одного клона могут быть названы моноклональными антителами. Однако поскольку каждый природный антигенный субстрат представляет собой комплекс антигенов, иммунный ответ на него реализуется несколькими клонами клеток и образованные антитела являются поликлональными. М о ноклональные антитела могут быть получены в лабораторных условиях при культивировании клеток-антителопродуцентов, принадлежащих к одному клону (см. Антитела, которые продуцируются в организме после иммунизации или в результате инфекционного процесса, называют иммунными Антитела, появление которых не связано с иммунизацией или инфекцией называют нормальными В части случаев появление нормальных антител связано с незарегистрированным антигенным воздействием, например скрыто протекающим инфекционным процессом. Однако истинные нормальные антитела — результат неспеци фической активации антиген-реактивны х клеток цитокинам и или другими стимуляторами, формируемыми входе иммунного ответа на другие антигены. Нормальные антитела способствуют индукции первичного иммунного ответа, участвуя в представлении антигена анти- генреактивным клетками усиливают фагоцитоз, направляя действие фагоцитов на микробные и другие клетки, к которым присоединились антитела(опсонизация). 15.2. СТРУКТУРА ИММУНОГЛОБУЛИНОВ Белковая часть молекулы иммуноглобулина состоит из 4 по- липептидных цепей двух тяжелых Н-цепей (англ. Heavy chains) и двух легких цепей (англ. Light chains), различающихся по молекулярной массе. Водной молекуле иммуноглобулина каждая пара легких и тяжелых цепей идентична друг другу. Каждая полипентидная цепь состоит изв ар и а бель ной- и стабильной, или константной, С-части (см. рис. 15.1), которые на электронно-микроскопических снимках имеют форму буквы участок начинается с М-конца полипептидной цепи и заканчивается примерно на 110 аминокислотном остатке как в легких, таки в тяжелых цепях. Они составляют активный центр — паратоп. Участки такой протяженности получили название доменов Легкая цепь состоит из двух доменов, один из которых относится к участку, другой — к С-участку, как это показано на рис. участок тяжелой цепи представлен одним доменом, в то время как С-участок включает 3 или 4 домена в зависимости от класса иммуноглобулина. Каждая пара легких и тяжелых цепей связана дисульфидными мостиками, расположенными между их С-участками. В свою очередь обе тяжелые цени также соединены друг с другом аналогичными мостиками между их константными участками, образующими шарнир. В пределах каждого домена полипептидная цепь уложена особым образом и виде петель. Три петли в вариабельных доменах пегкой и тяжелой цепи составляют гипервариабельный участок, который входит в состав антигенсвязывающего центра. При гидролизе иммуноглобулина G (IgG), вызванном протеолитическим ферментом папаином, легкие и тяжелые полипетидные цепи распадаются натри фрагмента два фрагмента (англ. Fragment antigen binding) и один фрагмент (англ. Fragment crystalline). Свободные концы каждого фрагмента (NH2 или N -концы) входят и ( остав вариабельных доменов, формирующих антигенсвязывающий (икгивный) центр. фрагмент имеет свободные концы (СОО-концы), представляющие собой полипептиды с одинаковыми аминокислотными последовательностями у антител разной специфичности, и не принимают участия в формировании антигенсвязывающего центра. Их функции заключаются в фиксации и последующей активации системы комплемента по классическому пути после образования комплекса антиген антитело, в прикреплении иммуноглобулина G к рецепторам клеточных мембран ив прохождении IgG через плаценту. В области фрагментов антител локализуются участки (эпито пы), определяющие индивидуальную, видовую, групповую антигенную специфичность данного иммуноглобулина. КЛАССЫ И ТИПЫ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ Иммуноглобулины подразделяют на классы в зависимости от структуры, свойств и антигенных особенностей их тяжелых цепей. Легкие цепи в молекулах иммуноглобулинов представлены двумя изотипами — лямбда (Аи каппа (к, которые различаются по химическому составу как вариабельных, таки константных участков, в частности наличием модифицированной аминогруппы на М-конце к- цепи. Они одинаковы у всех классов. Тяжелые цепи иммуноглобулинов подразделены на 5 изотипов ура, є, которые определяют их принадлежность к одному из пяти классов иммуноглобулинов G, М, A, D, Е соответственно. Они отличаются друг от друга по структуре, антигенными другим свойствам. Таким образом, в состав молекул разных классов иммуноглобулинов входят легкие и тяжелые цепи, которые относятся к разными з от и пи чески м вариантам иммуноглобулинов. Наряду с йими имеются алло типические варианты (аллотипы) иммуноглобулинов, несущие индивидуальные антигенные генетические маркеры, которые служат для их дифференци ровки. Наличием специфического для каждого иммуноглобулина анти- генсвязывающего участка, образованного гипервариабельными доменами легкой и тяжелой цепи, обусловлены их различные антигенные свойства. Эти различия положены в основу деления иммуноглобулинов на идиотипы Накопление любых антител, несущих в структуре своих активных центров новые для организма антигенные эпитопы идиотипы, приводит к индукции иммунного ответа на них с образованием анти-антител, получивших название антиидиотипических рис. АТ . А в г * АТ чаи и к д и и т ми Рис. 1S.2. А нгиидиотипические антитела 15.3.1. Свойства иммуноглобулинов Молекулы иммуноглобулинов разных классов построены из одних и тех же мономеров, имеющих по две тяжелых и по две легких цепи, которые способны соединяться в ди- и полимеры. К мономерам относятся иммуноглобулины G и Е, к пентамерам — IgM, a IgA могут быть представлены мономерами, димерами и тетра мерами (рис. 15.3 и 15.4). Мономеры соединены между собой так называемой соединительной цепью, или -цепью (англ — соеди нительный). Иммуноглобулины разных классов отличаются друг от друга биологическими свойствами. Прежде всего это относится к их способности связывать антигены. В данной реакции у мономеров IgG и IgE участвуют два антигенсвязывающих участка (активных центра, обусловливающих бивалентность антител. При этом каждый активный центр связывается с одним из эпитопов поливалентного антигена, образуя сетевую структуру, которая выпадает в осадок. Наряду с би- и поливалентными существуют моновалентные антитела, у которых функционирует лишь один из двух активных центров, способный свя- іаться лишь с единичной антигенной детерминантой без последующего образования сетевой структуры иммунных комплексов. Такие антитела называются неполными они выявляются в сыворотке крови і помощью реакции Кумбса (см. с. Иммуноглобулины характеризуются различной авидностью, под которой понимают скорость и прочность связывания с молекулой .інтигена. Авидность зависит от класса иммуноглобулинов. В этой і иязи наиболее выраженной авидностью обладают пентамеры имму- Рис. 15.3. Структура иммуноглобулина IgM — п ентам ера иммуноглобулина IgA секреторного) — димера. структура иммуноглобу- Рис. 15.4. Структура Для сравнения — лина IgG ноглобулинов класса М. Авидность антител меняется в процессе иммунного ответа в связи с переходом от синтеза IgM к преимущественному синтезу Разные классы иммуноглобулинов отличаются друг от друга по способности проходить через плаценту, связывать и активировать комплемент (табл. 15.1). За эти свойства отвечают отдельные домены фрагмента иммуноглобулина, образованные его тяжелой цепью. Так, например, цитотропность IgG определяется СуЗ-доменом, связывание комплемента — Су2-доменом и т.д. |