Первая. Общая микробиология. Глава место микроорганизмов среди других живых существ классификация и

• Название: Первая. Общая микробиология. Глава место микроорганизмов среди других живых существ классификация и
• Анкор: lektsii_po_mikre.doc
• Дата: 09.03.2018
• Размер: 1.23 Mb.
• Имя файла: lektsii_po_mikre.doc
• Тип: Документы; #16466
• страница: 9 из 24

Полноценные антигены обладают двумя свойствами: иммуногенностью и специфичностью. Под иммуногенностью понимают способ­ность антигена вызывать в организме иммунный ответ, в частности, образование антител и иммунных лимфоцитов. Специфичность анти­гена выражается в том, что он соединяется только с теми антителами и иммунными лимфоцитами, которые возникли в ответ на его введение.

Неполноценные антигены или гаптены не обладают иммуногеннос­тью, но могут соединяться с готовыми специфическими для них антите­лами. Антитела, специфические для гаптена, вырабатываются при вве­дении в организм гаптена с белком.

Для того, чтобы действовать как антигены, вещества должны быть распознаны макроорганизмом как чужеродные, "не свои", так как обычно антитела к "своим" белкам не образуются. Антигенами могут быть биоиолимерные вещества, чужеродные для данного организма, с большой молекулярной массой, имеющие жесткую химическую струк­туру, образующие колоидный раствор. Это, в основном, белки. Сре­ди антигенов микробного происхождения имеются и небелковые анти­гены - это липополисахариды (ЛПС) клеточной стенки грамотри­цательных бактерий.

Специфичность антигена определяется его детерминантными группами. Это небольшие участки молекулы антигена (эпитоны), располо­женные на ее поверхности. Именно они распознаются как чужерод­ные лимфоцитами (антигенраспознающими, иммунокомпетентными клетками). По химической природе детерминантные группы - это угле­воды, пептиды, липиды, нуклеиновые кислоты. Если отделить их от мо­лекулы-носителя, то они ведут себя как гаптены.

Иммуногенность повышается при введении антигенов с адъюванта-ми (лат. adjuvantis - вспомогающий). В качестве адъюванта часто при­меняется гидроксид алюминия - А1(ОН)₃.

Антигены микроорганизмов. Каждый микроорганизм содержит не­сколько антигенов. Различают групповые антигены, общие для несколь­ких родственных видов, ангигены видовые, свойственные отдельным

видам, и типовые, специфичные для определенных типов или вариан­тов (серологические варианты или серовары).

По локализации в микробной клетке различают антигены жгути­ковые, соматические, капсульные или поверхностные.

Жгутиковые Н-актигены (нем. Hauch - дыхание) находятся в жгу­тиках подвижных бактерий, по химической природе это белки - фла-геллины. Термолабильны. Хорошо сохраняются в присутствии форма­лина. Это используется при изготовлении Н-диагностикумов для реак­ции агглютинации.

Соматические О-антигепы (нем. ohne Hauch - без дыхания) входят в состав клеточной стенки, у грамотрицательных бактерий это липо-полисахариды (ЛПС) по химической природе. Термосггабильны, пере­носят кипячение, не разрушаются этиловым спиртом. О-антигены ток­сичны.

Капсульные или поверхностные К-антшепы хорошо изучены у саль­монелл и эшерихий. Расположены на поверхности микробной клетки. Среди них есть термостабильные и термолабильные: К поверхностным антигенам относится Vi-антиген. Он был впервые обнаружен в штам­мах бактерий, обладающих высокой вирулентностью, отсюда его на­звание.

Капсульные антигены имеются у бактерий, образующих видимую под микроскопом капсулу. Пневмококки по типоспецифическим капсульным антигенам делятся на серовары.

Антигены, извле­ченные из микробных тел, применяются для со­здания химических вак­цин, например, О- и Vi-антигены палочек брюшного тифа, О-антиген холерного вибри­она.

Протективный (лат. protectio - покровитель­ство, защита) или защит­ный антиген впервые был обнаружен в экссудате у животных, зараженных сибирской язвой. Этот антиген обладает вы­раженными антш енны-ми свойствами, создает в организме невосприим­чивость к возбудителю. Защитные протективные антигены образуют и некоторые другие микробы при попадании в организм хозяина, причем в культурах микробов, выращенных на питательных средах, эти антиге­ны могут и не присутствовать.

Искусственные антигены получают путем присоединения детерми-нантных групп к молекуле белка-носителя.

Перекрестно-реагирующие антигены. Некоторые микроорганизмы имеют общие антигены с антигенами клеток и органов человека. На­пример, возбудители чумы, дизентерии - с эритроцитами, гемолитичес-кие стрептококки группы А - с антигенами мышцы сердца и клубочков почек. С такой антигенной мимикрией (маскировкой) связывают роль стрептококков в развитии ревмокардита и гломерулонефрита.

Токсины и ферменты бактерий как антигены. Токсины бактерий яв­ляются антигенами. В ответ на эндотоксины в организме вырабатыва­ются антимикробные антитела, то есть антитела к тому виду бакте­рий, из которых выделен эндотоксин.

Экзотоксины являются сильными антигенами. В ответ на экзо­токсины вырабатываются специфические антитоксины, способные ней­трализовать данный экзотоксин. При обработке формалином и теп­лом экзотоксины теряют ядовитые свойства, сохраняя антигенность Полученные препараты применяются для создания искуственного ан­титоксического иммунитета при токсинемических инфекциях.

Антигенными свойствами обладают некоторые ферменты бакте­рий: гиалуронидаза, фибринолизин, коагулаза, вызывая в организме выработку соответствующих антител.

Антигены вирусов. Антигены просто организованных вирионов, не имеющих внешних оболочек, связаны с их нуклеокапсидами. У сложноорганизованных вирионов одни антигены - это нуклеокапсиды, дру­гие содержатся во внешней оболочке - суперкапсиде. Например, вирус гриппа имеет три антигена: внутренний растворимый нуклеопротеид и два поверхностных - гемагглютинин "Н" и нейраминидаза "N". Из­менчивость вируса обусловлена изменениями поверхностных антиге­нов.

Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) имеет сложный состав ан­тигенов: белковые антигены сердцевины и гликопротеидные антигены поверхности.

Аутоантигены. Вещества собственных тканей организма в норме не вызывают иммунного ответа. В условиях патологии происходит вы­работка антител к антигенам собственных тканей (аутоантитела).

Иммунная система организма

Специфический иммунный ответ формирует иммунная система ор­ганизма, основу которой составляет лимфоидная ткань. Роль иммун­ной системы - распознавание чужеродных веществ и клеток и устра­нение их. Клетки, способные распознавать антиген и отвечать им­мунной реакцией, называют иммунокомпетентными клетками.

Различают центральные и периферические органы иммунной систе­мы человека.

Периферические органы иммунной системы. К ним относят селезен­ку, лимфоузлы, лимфоидную ткань различных органов желудочно-ки­шечного тракта, дыхательной и мочеполовой систем. В периферичес­ких органах иммунной системы происходит выработка антител и им­мунных лимфоцитов в ответ на антиген. Формирование и функциони­рование периферических органов иммунной системы зависит от цент­ральных органов.

Центральные органы иммунной системы. К ним относятся тимус (вилочковая железа) и костный мозг. В центральных органах происходит созревание и дифференцировка лимфоцитов, в результате чего они при­обретают способность распознавать антигены. Кроме того, централь­ные органы продуцируют гормоны иммунной системы, несущие регу-ляторную функцию.

Процесс созревания лимфоцитов происходит в организме посто­янно, независимо от антигена (антигеннсзависимый процесс). Пред­шественниками лимфоцитов являются стволовые клетки, образующие­ся в костном мозге. В тимусе из них формируются Т-лимфоциты, кото­рые затем расселяются в периферические лимфоидные органы, обра­зуя в них тимусзависмые зоны. В-лимфоциты формируются в костном мозге и затем попадают в периферические лимфоидные органы, обра­зуя в них тимуснезависимые зоны.

Клетки иммунной системы, участвующие в иммунном ответе (им-муногенезе), выполняют следующие функции:

Макрофаги - захват и переработка (процессинг) антигена, концен­трация его детерминантных групп вместе с la-белком на поверхности клетки, представление (презентация) антигенной информации лим­фоцитам. Выработка интерлейкшюв - веществ, стимулирующих лим­фоциты.

В - лимфоциты - распознавание и восприятие антигенной стимуля­ции на поверхности макрофага, дифференциация и превращение в плазматические клетки, продуцирующие антитела. С В-лимфоцитами связан гуморальный иммунный ответ.

Т - лимфоциты - распознавание антигенной информации на по­верхности макрофага, дифференциация и превращение в иммунные лимфоциты: Т-эффекторы (Те) и Т-киллеры (Тк). С Т-лимфоцитами свя­зан клеточный иммунитет.

Регуляторные лимфоциты:

Т-хелперы (Тх) - Т-лимфоциты, усиливающие иммунный ответ; вы­рабатывают интерлейкины.

Т-супрессоры (Тс) - Т-лимфоциты, тормозящие иммунный ответ,

Иммунный ответ (иммуногенез)

Различают следующие формы иммунного ответа: гуморальный им­мунный ответ, клеточный иммунный ответ, иммунологическая память и иммунологическая толерантность.

Гуморальный иммунный ответ. Иммунный ответ в виде продукции специфических антител (иммуноглобулинов) происходит следующим образом (рис. 15).

Макрофаги фагоцитируют проникший в организм антиген, пере­варивают, перерабатывают (осуществляют процессинг), концентриру­ют его детерминантные группы и в соединении с Ia-белком предс-

тавляют на своей поверхности (презентация) эту антигенную инфор­мацию Т-хелперам и В-лимфоцитам. la-белок образуется в макрофаге, образование его кодируется Ir-геном, который таким образом регули­рует иммунный ответ. При этом макрофаги выделяют интерлейкины (монокины), стимулирующие Т-лимфоциты, и, в свою очередь, Т-хел­перы продуцируют интерлейкины (лимфокины), стимулирующие про­лиферацию (размножение) и дифференциацию В-лимфоцитов и прев­ращение их в плазматические клетки, продуцирующие антитела про­тив данного антигена. Процесс этот регулируется Т-лимфоцитами-супрессорами, которые тормозят его. Таким образом, гуморальный им­мунный ответ формируется при трехклеточной кооперации, то есть при участии макрофагов, В-лимфоцитов, Т-лимфоцитов. Некоторые ан­тигены, имеющие высокополимерное строение, способны вызвать образование антител без участия Т-хелперов. Такие антигены назы­вают тимуснсзависимыми, например, липополисахариды грамотрица-тельных бактерий.

Защитная роль гуморального иммунитета осуществляется таким образом, что антитела, специфичные к данным бактериям, соединяются с ними, подготавливают их, делают чувствительными к лизису при участии комплемента, к обезвреживанию фагоцитами. Для неко­торых патогенных бактерий, которые обладают антифагоцитарной ак­тивностью, например, стафилококки, бруцеллы, возбудители тубер­кулеза, фагоцитоз бывает завершенным только при участии специфи­ческих антител - опсонинов. Что касается антитоксинов, то их защитная роль заключается в непосредственном соединении с токсинами и нейт­рализации их.

Антитела участвуют также в реакциях гиперчувствительности не­медленного типа (ГЧНТ).

Пассивная передача гуморального иммунитета возможна с по­мощью сыворотки крови, поскольку антитела (иммуноглобулины) цир­кулируют в крови.

Клеточный иммунный ответ формируется при взаимодействии мак­рофагов и Т-лимфоцитов. Макрофаги передают антигенную инфор­мацию Т-лимфоцитам. Интерлейкины (монокины), выделяемые макрофагами, стимулируют Т-хелперы, те, в свою очередь, выделяют интерлейкины (лимфокины), стимулирующие дифференциацию и про­лиферацию Т-лимфоцитов и превращение их в иммунные лимфоциты: Т-эффекторы (Те) и Т-киллеры (Тк) В дальнейшем Те участвуют в ре­акциях гиперчувствительности замедленного типа, а Тк - в уничтоже­нии чужеродных клеток ("клеток-мишеней").

Клеточный иммунитет лежит в основе воспалительных процессов, противоопухолевого, противовирусного, трансплантационного имму­нитета.

Пассивная передача клеточного иммунитета не осуществляется с помощью сыворотки крови. В эксперименте возможна передача с по­мощью иммунных лимфоцитов, в клинике - с помощью интерлейкинов

Иммунологическая память. При формировании иммунного ответа часть В- и Т-лимфоцитов, получив антигенную информацию, не разм­ножаются. Такие долгоживущие клетки памяти, сохранившие свою спе­цифичность, обеспечивают более быстрый и сильный вторичный им­мунный ответ при повторном введении антигена.

Иммунологическая толерантность - специфическая не отвечаем ость на определенный антиген. Это явление, обратное иммунному ответу. Благодаря врожденной иммунологической толерантности иммунная система в норме не реагирует на антигены собственного организма. Приобретенную толерантность можно создать искусственно.

Явление иммунологической толерантности используется при транс­плантациях и при аутоиммунных заболеваниях.

Антитела (иммуноглобулины)

Антитела (иммуноглобулины) - белки плазмы крови, которые об­разуются в организме под влиянием антигенов. Основным свойством антител является специфичность, то есть способность соединяться с тем

антигеном, который вызвал их образование. Специфичность антител обусловлена активными центрами, то есть участками молекулы иммуноглобулина, которые соединяются с детерминантными группами (эпитопами) антигена. Число активных центров называют валентностью антител.

Антитела содержатся в жидкой части крови и в других жидкостях организма. Сыворотку, содержащую антитела, называют иммунной, в отличие от нормальной, не содержащей специфических антител.

Химическая природа антител. Это гликопротеиды. Состоят из двух тяжелых полипептидных цепей - Н-цепей (англ, heavy - тяжелый) и двух легких цепей - L-цепей (англ, light - легкий). Цепи связаны дисульфидными мостиками. Как в легких, так и в тяжелых цепях имеется вариабельная V-обдасть с непостоянной последовательностью амино­кислот, и константная С-область. Аминокислоты в полипептидных це­пях направлены таким образом, что их NН2-концевые группы распо­ложены в вариабельной части, а СООН-концевые группы - в констант­ной.

При обработке протеолитическим ферментом папаином молекула иммуноглобулина распадается на Fab-фрагменты (англ, fragment an­tigen binding - фрагмент, связывающий антиген) и Fc-фрагмент (англ. fragment cristalline - кристаллизующийся фрагмент). В состав Fab-фрагмента входит целиком легкая цепь и часть тяжелой цепи, концевые их части составляют активный центр. В состав Fc-фрагмента входят остатки двух тяжелых цепей.

Активный центр молекулы иммуноглобулина по конфигурации со­ответствует конфигурации детерминантной группе антигена. Он очень мал, занимает лишь 2% поверхности антитела. Описанная мономерная молекула иммуноглобулина имеет два активных центра, то есть может связать две молекулы антигена.

Будучи белками, антитела (иммуноглобулины) обладают анти­генной, видовой специфичностью. Детерминантная группа, определя­ющая специфичность, расположена в области Fc-фрагмента. Наличие антигенной специфичности иммуноглобулинов имеет практическое зна­чение, так как позволяет обнаружить их с помощью антиглобулиновых сывороток.

Различают пять классов иммуноглобулинов, которые обозначаются IgG, IgM, IgA, IgD, IgE и отличаются между собой по физико-химичес­ким свойствам и биологическим функциям (рис. 17).

Иммуноглобулины класса G (Ig G) являются мономерами, то есть состоят из двух легких и двух тяжелых цепей, молекулярная масса 160 кД, константа седиментации (скорость осаждения в центрифу­ге) 7S. Составляют основную массу сывороточных иммуноглобули­нов (70-80%). Единственные из всех классов проникают через пла­центу и играют важную роль в защите новорожденного от инфек­ции.

Иммуноглобу­лины класса М (Ig М) первыми появ­ляются после введе­ния антигена. Мо­лекула IgM состоит из 5 субъединиц, то есть является пентамером. Молеку­лярная масса 300 кД, константа се­диментации 19S. Содержание в сыворотке крови 5-10%.

Иммуноглобулины класса A (Ig А) синтезируются в селезенке, лимфоузлах и подслизистом слое дыхательных путей и кишечного тракта. По физико-химическим свойствам неодинаковы и могут иметь константы седиментации 7,9,11 и 18S. Часть IgA попадает в кровь - это сывороточные IgA. Большая же часть IgA - это секреторные SIgA, у которых два или три мономера соединены между собой сек­реторным фрагментом, защищающим иммуноглобулин от разруше­ния ферментами. Секреторные SIgA проникают на поверхность сли­зистых оболочек, содержатся в секретах и играют важную роль в защите организма от проникновения возбудителей, например, ви­русов гриппа, полиомиелита.

Иммуноглобулины класса D (Ig D) - молекулярная масса 180 кД, константа седиментации 7S. Содержание в сыворотке крови около 0,2%. Роль IgD пока неизвестна

Иммуноглобулины класса Е (Ig E) - молекулярная масса 200 кД, кон­станта седиментации 8S, содержатся в нормальной сыворотке крови в небольших количествах (0,002%). Их называют также реагинами, по­скольку они способны присоединяться к клеткам (цитофильны) и при­нимают участие в реакции анафилаксии

Форма и размеры иммуноглобулинов G и М были изучены в элект­ронном микроскопе. IgG имеют форму вытянутых эллипсов с тупыми концами, a IgM - форму паучка с пятью ножками.

Динамика образования антител (рис 18). Синтез антител протекает в две фазы. Первая - индуктивная, которая длится 3-5 суток от момен­та введения антигена до появления антител в крови. Вторая - продук­тивная, когда антитела появляются в крови, количество их нарастает к 15-30 суткам и затем снижается. Иммунный ответ после первого вве­дения антигена называют первичным. Особенностью его является то, что первоначально синтезируются IgM, затем IgG.

Вторичный иммунный ответ развивается при повторном введе­нии того же антигена и отличается от первичного следующими особенностями, индуктивная фаза короче (1-2 суток), уровень анти­тел нарастает быстрее, достигает более высоких значений и сохраняется дольше, медленно снижаясь в течение нескольких лет При вторичном иммунном ответе с самого начала образуются IgG. Более быстрая и сильная выработка антител при вторичном иммун­ном ответе объясняется тем, что после первичного введения в орга­низме остаются "клетки памяти", которые при вторичном введении того же антигена быстро размножаются и интенсивно включают про­цесс образования антител.

В практической медицине учитываются особенности динамики ан-тителообразования:

1) при составлении рациональных графиков вакцинации с опреде­ленными интервалами;

2) при экстренной профилактике столбняка людям, получившим травму, если они были ранее привиты столбнячным анатоксином, вво­дят не антитоксическую сыворотку, которая может дать нежелатель­ные аллергические реакции, а анатоксин, - в расчете на быстрый и сильный иммунный ответ;

3) при серологической диагностике дифференцируют первичное заболевание сыпным тифом от рецидива (болезни Брилля) по наличию в крови больного IgM.

Виды антител. Принято различать полные и неполные антитела. Полные антитела имеют не менее двух активных центров, поэтому при постановке реакции агглютинации, преципитации и других реакций иммунитета они обусловливают видимый эффект. Неполные антитела способны соединяться с антигеном, но видимой реакции агглютина­ции или преципитации не наблюдается. Причина в том, что неполные антитела имеют только один активный центр, способный соединяться с антигеном (второй блокирован). Неполными являются антитела к резус-антигену эритроцитов. При многих инфекциях они появляются

наряду с полными антителами. Для выявления неполных антител ис­пользуют реакцию Кумбса.

По характеру действия антитела разделяют на антимикробные, антитоксические, вируснейтрализующие, гемолизины, аутоантитела и др. Антимикробные антитела вызывают агглютинацию бактерий или преципитацию антигенов, извлеченных из них, лизис бактерий при уча­стии комплемента, усиление фагоцитоза - опсонизацию; антитоксины нейтрализуют токсины; вируснейтрализующие антитела оказывают противовирусное действие. Аутоантитела вырабатываются орга­низмом против собственных белков и клеток при изменении их хими­ческой структуры или при освобождении антигенов из разрушивших­ся органов и тканей, или при утрате естественной нммунологической толерантности к каким-то собственным антигенам.

Моноклональные антитела. При введении антигена в иммунный от­вет вовлекается множество лимфоцитов. Они могут различаться между собой по специфичности, различия эти могут быть совсем незначитель­ными. Однако при иммунизации даже таким антигеном, который со­держит одну детерминантную группу, образуются антитела, различа­ющиеся по своей специфичности.

Для получения антител одной специфичности необходимо полу­чить потомство-клон (греч. klon - отпрыск, ветвь) из одного лимфоцита. Но культуру лимфоцитов в искусственной питательной среде получить трудно (вследствие ограниченного числа делений и времени жизни клетки). Только опухолевые клетки могут культивироваться in vitro без ограничения при условии поступления питательных веществ .

Задачу получения культуры клеток, полученных из одного лимфоцита и способных длительно размножаться в питательной сре­де, решили Г.Келер и К. Мильштейн (1975 г., Нобелевская премия, 1984 г.). Авторы разработали методику получения гибридом (гиб­ридных клеток) от слияния лимфоцитов иммунизированных живот­ных с миеломными (опухолевыми) клетками. Слияние осуществляет­ся с помощью полиэтиленгликоля или электрического разряда. По­лученные гибридомы наследуют от лимфоцита способность синте­зировать специфическое антитело, а от миеломной клетки спо­собность бесконечно размножаться в питательной среде in vitro. Син­тезируемые гибридомами антитела могут быть получены в неогра­ниченном количестве. Антитела идентичны и по специфичности, и по классу иммуноглобулинов. Таким образом, полученный in vitro препарат может служить идеальным по специфичности средством для диагностики и лечения (рис. 19).

Аллергия

Термином "аллергия" (греч. allos - другой, ergon - действие) в на­стоящее время обозначают повышенную чувствительность организма к антигену (аллергену). Различают два типа аллергии: гиперчувстви­тельность немедленного типа (ГЧНТ) и гиперчувствительность замедленного типа (ГЧЗТ).