Основні властивості речовин-антигенів

Хімічна природа. Відомо, що речовини із складною хімічною будовою мають значну антигенність. Найбільш виражені антигенні властивості притаманні білкам. Теоретично із 20 основних амінокислот можна побудувати 1020 різних за антигенними властивостями поліпептидів. Обов'язковою умовою антигенних властивос тей білків є доступність тирозинових залишків для рецепторів імунокомпетентних клітин. Проте для прояву їх антигенності має значення не тільки хімічна стуктура, але й їх хімічний стан. Білки - антигенні тільки в колоїдному стані. У порівнянні з білками, полісахариди у чистому вигляді рідко є антигенами. Антигенні властивості полісахариди проявляють у складі складних сполук з ліпідами і білками. У той же час хорошими антигенами є поліса хариди клітинної стінки і капсул бактерій, полісахариди тваринного походження, наприклад, глікоген, речовини, що визначають групи крові людини.

У комплексі з білками як гаптенні субстанції можуть функціонувати такі ліпіди: кардіоліпін, холестерин, лецитин, кефалін. Вони стимулюють синтез антитіл і реагують з ними.

Важливою властивістю антигенів є їх генетична чужорідність. Відомо, що кожний індивідум має свій індивідуальний набір генів, а отже свій набір макромолекул - білків-антигенів. Якраз дякуючи цьому і можливе існування індивідума як такого. Імунна система є тим цензором, контролером, який не допускає в організм речовини з іншою генетичною програмою і слідкує за генетичним складом свого внутрішнього середовища. У зв'язку з цим існує таке визначення антигенів - це речовини, які несуть на собі ознаки чужорідної генетичної інформації.

Антигенні відмінності існують між видами і між окремими особами всередині виду. Речовина є антигеном для даного виду, якщо вона генетично чужорідна для її лімфоїдної системи. Ступінь чужорідності є важливим фактором імуногенності антигена. Речовини, дуже подібні за своєю хімічною структурою до власних речовин організму, є слабими антигенами. Речовини, які виконують у різних організмів одну й ту ж функцію, також погані антигени (гемоглобін, інсулін та ін.). У той же час у власному організмі є речовини і тканини, які в період ембріонального розвитку не контактували з лімфоїдною тканиною, а тому лімфоїдна система "не знає" про їх існування. І якщо при певних патологічних процесах ці речовини потрапляют ь у кров, лімфоїдна система реагує на них як на чужорідні (кришталик ока, щитовидна залоза, мозкова тканина, сперматозоїди, казеїн та ін.).

Такі речовини є антигенними для власного організму і називаються аутоантигенами. Крім того різноманітні процеси в організмі можуть призводити до часткових змін молекул власного організму (віруси, отрути, хімічні речовини, іонізуюча радіація, температурний фактор), і вони також стають антигенами.

Наступною властивістю антигенів є їх макромолекулярність. Чим вища молекулярна маса, чим складніша їх структура, тим кращими антигенами вони є. Як правило, у хороших антигенів молекулярна маса становить десятки тисяч дальтон. Чим більше на поверхні антигена різноманітних кінцевих залишків амінокис лот (-СООН, -ОН, -SО3Н), моно- і дицукрів, так званих детермінантних груп, тим кращі антигенні властивості він має.

Специфічність антигена. Як правило, будь-який антиген складається з двох частин високомолекулярного носія, який забезпечує макромолекулярність, молекулярну масу (це білок або полісахарид) і детермінантної групи, від якої залежить специфічність антигена. На одному носієві може бути багато детермінант них груп, і на кожну з них синтезуються окремі антитіла (рис. 7.1).

Специфічність антигена зумовлена не тільки структурою детермінантної групи, але і її просторовим розміщенням. Речовини з однаковими детермінантами, але з різним її просторовим розміщенням (орто-, парарозміщення, L- i D-структури) відмінні в антигенному відношенні. Детермінанти специфічності білкових антигенів є комбінацією залишків амінокислот, які створюють певну трьохпросторову конфігурацію, олігопептиди, кінцеві амінокислоти.

Імунологічна специфічність антигенів полісахаридного походження визначається складом цукрів і типом зв'язку. Цими детермінантами можуть бути моно-, ди- і трисахариди, які складаються із 5-6 простих цукрів. Роль носія, напевне, полягає в тому, що він стабілізує стереохімічну структуру детермінанти в найвигіднішому положенні для з'єднання з активним центром антитіла.

Розрізняють таке поняття як валентність антигена. Валентність антигена - це кількість детермінантних груп на його молекулі. Неповноцінні антигени, як правило, мають лише одну детермінантну групу і тому є одновалентними.

Детермінантні групи антигена розпізнаються рецепторними структурами антитіл та імунокомпетентних клітин. Їх називають епітопами. Епітоп - це та частинка антигена, яка з'єднується з активним центром антитіла (ідіотопом).

Велике значення для антигенних властивостей речовини має стабільність конструкції молекули, її жорсткість. Желатин, маючи високу молекулярну масу, є поганим антигеном через нестабільність конструкції молекули, яка обертається навколо своєї осі. Якщо структуру молекули за допомогою відповідних речовин стабілізувати, то желатин стає добрим антигеном.

Види специфічності. Як ми вже говорили, специфічність антигенів визначається особливостями хімічної структури, їх детермінантними групами (епітопами). Розрізняють специфічність видову, групову, типову, органну, тканинну, гетероспецифічність.

Видова специфічність. Кожен вид організму має в органах і тканинах свої характерні антигени. Ці антигени носять назву видових.

У різних індивідів одного й того ж виду однакові білки відрізняються за антигенними властивостями, що обумовлено генотипічно. Ці відмінності називаються алотипічними.

Групова специфічність. Серед тварин одного й того ж виду є групи, які відрізняються специфічними антигенами. Такі антигени, спільні для груп тварин чи людей, називаються груповими або ізоантигенами. У людей розрізняють 14 груп за ізоантигенами еритроцитів, існує також система HLA (лейкоцитарних антигенів), яка відіграє головну роль у реакціях гістосумісності. Проте у повсякденній практиці найчастіше використовується визначення основних чотирьох груп крові, які асоційовані з наявністю відповідних антигенів на еритроцитах: при наявності антигена А (група А), В (група В), АВ (група АВ), при відсутності антигенів АВ (група О). Їх визначення має вирішальне значення при переливанні крові. Основна схема переливання крові подана нижче (рис. 7.2).

Типова специфічність. Ці антигени обумовлюють відмінності серед штамів одного і того ж виду мікробів. За такими типовими антигенами розрізняють окремі типи стрептококів, менінгококів, ботулінового токсину тощо.

Під гетероспецифічністю розуміють такий стан, коли у різних видів знаходять однакові антигени. Наприклад, так званий антиген Форсмана знаходять у сальмонел, баранячих еритроцитах, нирках гвінейської свинки. Загальні антигени часто зустрічаються в тканинах тварин і мікроорганізмів.

Органна специфічність. Тканини кожного органу мають специфічну хімічну будову, отже, містять специфічні лише для конкретного органу антигени. Такі антигени виявлені в нервовій тканині, нирках, щитовидній залозі, печінці,.легенях.

Антигени, які виявляються тільки у певній тканині, називають ся тканинними і говорять про тканинну специфічність.

Розрізняють ще тимусзалежні і тимуснезалежні антигени.

Тимусзалежні антигени - це такі антигени, для імунної відповіді на які потрібна допомога Т-лімфоцитів. Вони повинні мати хоча б одну детермінанту (гаптен) для В-лімфоцита і детермінан ту (носій) для Т-лімфоцита, за допомогою яких вони взаємодіють із цими імунокомпетентними клітинами. Такими антигенами є деякі білки сироватки, еритроцити барана тощо.

Тимуснезалежними називаються антигени, для імунної відповіді на які не потрібна допомога Т-лімфоцит ів. Це високополі мерні білки і полісахариди. Молекули цих антигенів мають значну кількість однозначних детермінантних груп.

 

Феномен преципітації

Реакція преципітації (РП). Реакція антиген-антитіло представлена ​​преципітацією. Заснована на осадженні антигену з розчину специфічними антитілами. Комплекс антиген - антитіло випадає в осад тільки за певних співвідношеннях концентрацій реагуючих молекул. Область цих співвідношень, при яких в надосадової рідини після утворень преципитата не виявляються ні вільні антигени, ні вільні антитіла, називається зоною еквівалентності. Поза цієї зони, при надлишку антитіл або антигену, феномен преципітації не відбувається, так як утворюється розчинна комплекс антиген - антитіло. Реакція преципітації менш чутлива, ніж реакція аглютинації.Існують модифікації реакції преципітації. Найпростіший спосіб постановки - кільцепреципітації, яку виконують в пробірках шляхом нашарування на імунну сироватку різних розведень прозорого розчину антигену. На кордоні двох реагуючих систем через певний час з'являється опалесціюючий сіро-біле кільце преципітації. Саме таким чином при вивченні стерильних фільтратів бульйонних культур збудників холери, черевного тифу, чуми, сибірської виразки і відповідних антисироваток в кінці XIX століття (1897) були виявлені преціпітіни.Реакція преципітації може бути поставлена ​​в агарових гелі (іммунодіффузія по Ухтерлоні). Принцип цього методу полягає в наступному. Розчинні антигени і антитіла вносять у лунки, вирізані в гелі на певній відстані. Компоненти реакції дифундують в шарі агару назустріч один одному, утворюючи в зоні контакту преципітат у вигляді каламутній видимої лінії преципітації.Для більш детальних імунологічних досліджень застосовують метод іммуноелектрофореза, запропонований П. Грабар і К. А. Вільямсом (1953). Спочатку здійснюють електрофоретичної поділ антигену, що представляє собою часто суміш білкових або інших молекул в забуференном агарових гелі. Після поділу в канавку, яка йде в напрямку міграції антигенних речовин, вносять преципітуючих сироватку. Антиген і антисироватки дифундують в гелі назустріч один одному, і в місці їх взаємодії виникають дугоподібні лінії преципітації. За кількістю, положенню і формі цих ліній дають висновок про склад вихідної суміші антигенів.

Преципітація - це серологічна реакція, яка полягає у взаємодії розчинної антигену з антитілом з подальшим випаданням дрібнозернистого осаду (преципітату). Реакція преципітації дозволяє визначити в досліджуваному матеріалі присутність невідомого антигену шляхом додавання відомого антитіла або за допомогою відомого антигену - невідоме антитіло. Преципітація йде гірше за відсутності солей. Оптимум преципітації знаходиться в діапазоні рН = 7,0-7,4. Механізм преципітації близький до механізму аглютинації. Під впливом імунної сироватки, прореагованою з антигеном, зменшується ступінь його дисперсності. Необхідно, щоб сироватка та антиген були абсолютно прозорі. При постановці преципітації можна до одного розведенню сироватки додавати різні розведення антигену або навпаки. Преципитация реєструється краще, якщо антиген нашаровувати в пробірці на антитіло. При цьому спостерігається поява преципітату у вигляді кільця - кільцепреципітації. Кільце преципітації проводять у спеціальних пробірках діаметром 2,5-3,5 мм. Для визначення числа антигенів у досліджуваному матеріалі або різних антитіл в сироватці користуються реакцією преципітації в агарі: 1% освітлений агар розливають в чашки Петрі або на предметні скла. У різні лунки, зроблені в агарі, наливають розчини антигену і антитіла, які дифундують назустріч один одному, утворюючи лінії преципітації. Реакція преципітації широко використовується при діагностиці сибірки (див. Асколі реакція). Преципитация в агарі дозволяє визначати токсигенність дифтерійних культур. У судово-медичних дослідженнях преципитация служить для встановлення видової приналежності крові, органів і тканин за допомогою специфічних преципитирующих сироваток.

Преципитация - реакція осадження комплексу антигену (преципітиногену) і антитіла (преціпітіни). Преципитация - один з імунологічних феноменів, що дозволяють визначити вміст антитіл (див.) в сироватці крові хворих або вакцинованих людей, а також у крові імунізованих тварин. При використанні стандартних сироваток реакція преципітації може бути застосована для титрування різних за походженням розчинних антигенів (див.). При найбільш простій формі постановки реакції преципітації до ряду пробірок з постійною кількістю антигену додають подслаіваніем досліджувану сироватку в серії кратних розведень. Після 30-60 хв. інкубації при кімнатній температурі на межі двох рідин утворюється кільце помутніння - кільцепреципітації. Мінімальна кількість сироватки, яке дає реакцію П., приймають за титр антисироватки. При зворотній постановці реакції зі стандартною антисироваткою вдається оцінити відносну концентрацію антигену в різних біологічних рідинах. Результати титрування антитіл і антигенів на підставі вищевказаного методу не мають абсолютного кількісного вираження. З метою кількісної оцінки вмісту антитіл Гельдербергер, Кабат (М. Heidelberger, Є. Kabat) та ін розробили кількісний метод реакції преципітації, в основі якого лежить виявлення так звані зони еквівалентності. При змішуванні вікових кількостей антигену з постійними обсягами антисироватки кількість утворюється преципитата спочатку зростає, а потім знову знижується через збільшення розчинності комплексу антиген - антитіло в надлишку антигену. Якщо визначити у всіх пробірках вміст антитіл в надосадової рідини, то виявиться, що в середніх пробірках ряду або навіть в єдиній пробірці антитіл у надосадової рідини немає; разом з тим тут же утворюється найбільший за величиною преципітат. Оскільки в зоні еквівалентності в преципітат втягується також весь антиген, введений в суміш реагуючих речовин, після вирахування з кількості білка преципитата білка антигену отримують точну величину вмісту антитіл у даному обсязі випробуваної сироватки. Вміст білка преципитата після ретельного промивання охолодженим физиол. розчином визначають по азоту або яким-небудь колориметричним методом. При оцінці значення реакції преципітації як діагностичного методу необхідно враховувати, що в імунних сироватках можуть бути присутніми антитіла, не володіють властивостями преципітинів і, отже, не утворюють преципітату при взаємодії з антигеном. До їх числа відносяться насамперед неповні антитіла, а також деякі інші антитіла, які відносяться до групи гамма-А-глобулінів. Здатність антисироватки преципітувати антиген може бути порушена нагріванням до 65-70 °, обробкою органічними розчинниками, відновленням у кислому середовищі [Ізлікер (Н. Isliker), А.Я. Кульберг]. Феномен преципітації з антисироваткою, завідомо містить преціпітіни, можливий лише при певній температурі, концентрації солей і водневих іонів. Найшвидше реакція П. протікає при 25-37 °. Неодмінна умова освіти преципитата - присутність в ізотонічних концентраціях хлориду натрію (0,85% розчину NaCl). При збільшенні концентрації NaCl до 15% преципітати, утворені антигеном полисахаридной природи, частково розчиняються, чим можна скористатися для вилучення чистих антитіл. Реакція преципітації з антигенами білкової природи протікає з однаковою швидкістю і повнотою як у 0,85%, так і в 15% розчинах NaCl. Оптимальна для утворення преципітату концентрація водневих іонів відповідає значенням рН від 5,0 до 9,0. У лабораторній практиці знаходять застосування різні модифікації реакції преципітації. Зокрема, реакцію термопреципітації застосовують для виявлення антигенів бактерій сибірської виразки, ботулізму та ін, що не піддаються термічній денатурації (коктоантігени). Ця реакція відрізняється від реакції кільцепреципітації тільки тим, що в якості антигену використовують фільтрат прокипяченного досліджуваного матеріалу (см. А сколи реакція).