ХАРАКТЕРИСТИКА СЕРОЛОГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.
СТРУКТУРА И КЛАССЫ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ

1.1. Сущность серологических реакций

1.2. Строение иммуноглобулинов

1.3. Защитная роль иммуноглобулинов разных классов

1.1. СУЩНОСТЬ СЕРОЛОГИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Каждый организм представляет собой уникальную биологическую систему, наделенную гомеостазом – постоянством внутренней среды. Это постоянство контролируется иммунной системой организма, а конкретно – иммунокомпетентными клетками.

В ответ на проникновение во внутреннюю среду организма генетически чужеродных веществ (антигенов) иммунная система отвечает развитием иммунологических реакций – выработкой антител, специфических против данного антигена и ни какого другого. Иммунологические реакции направлены на удаление антигенов из организма и характеризуются высокой специфичностью. Поэтому для характеристики антигенов введено понятие «специфичность» и определяется оно наличием антигенной детерминанты, с которой связывается активный центр антитела.

Антигенную структуру микроорганизмов можно изучать в серологических реакциях с помощью антител. И это имеет, прежде всего, диагностическое значение. Серологическими реакции называют потому, что источником антител для реакции является сыворотка крови (от лат. Serum сыворотка). В настоящее время у иммунологов появились возможности выделять из сыворотки высокоочищенные иммуноглобулины, а также предложены способы получения высокоспецифических (моноспецифических) антител.

В основе всех серологических реакций лежит иммунологическое взаимодействие между антигенами и антителами, в результате чего образуется комплекс антиген – антитело. Антигены – генетически чужеродные вещества, которые при введении в организм животного (и человека) вызывают специфическую перестройку лимфоретикулярной ткани, сопровождающуюся продукцией (выработкой) антител. Различают антигены корпускулярные, или клеточные (бактерии, эритроциты), и растворимые (молекулярно – дисперсные). Антигены поливалентны – имеют несколько детерминантных рецепторов для связи с антителами и способны вступать в реакцию с ними как в организме животного (in vivo), так и вне организма – в пробирке (in vitro).

Антитела – высокомолекулярные белки глобулиновой фракции сыворотки крови (иммуноглобулины). По проявлению феномена взаимодействия между антигеном и антителами in vitro различают: осадочные (прямые) реакции, лизирующие и нейтрализирующие. Антитела, участвующие в осадочных реакциях, получили название, по своему взаимодействию с антигеном: агглютинины – вызывают склеивание корпускулярного антигена – агглютиногена и осаждение комплекса антиген – антитело (агглютината); преципитины – образуют преципитат с растворимым антигеном – преципитиногеном.

В реакциях лизиса участвуют антитела бактериолизины и гемолизины, обуславливающие распад корпускулярного антигена. Нейтрализирующие антитела обезвреживают токсичное действие антигена (токсина).

Осадочные серологические реакции протекают в две фазы: первая фаза – специфическая, невидимая простым глазом, при ней происходит образование комплекса антиген – антитело, во второй фазе – неспецифической (физико–химической) – проявляется конечный эффект – видимый результат, осаждение агглютината.

В ветеринарной и медицинской практике серологические реакции как методы диагностики инфекционных болезней применяются:

1. для определения, выявления (качественное и количественное) антител в сыворотке животного с помощью заведомо известного антигена;
2. для определения специфического антигена с использованием заведомо известных специфических гипериммунных сывороток (сибиреязвенная, сальмонеллезные, бруцеллезные и др.), а также установления видовой (вариантной) принадлежности возбудителя болезни, выделенного из исследуемого материала, (серологическая идентификация).

Серологические реакции применяют также для оценки естественно и искусственно приобретенного организмом животного иммунитета.

1.2. СТРОЕНИЕ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ

Антитела.

По физико–химическим и антигенным свойствам иммуноглобулины делятся на классы: G, M, A, E, D.

Молекула иммуноглобулина G построена из 2 тяжелых (Н–цепей) и 2 легких полипептидных цепей (L–цепей).

Каждая полипептидная цепь состоит из вариабельной (V), стабильной (константной, С) и так называемой шарнирной частей.

Тяжелые цепи иммуноглобулинов разных классов построены из разных полипептидов (гамма–, мю–, альфа–, дельта–, эпсилон–пептидов) и потому являются разными антигенами.

Рис. 1 Легкие цепи представлены 2 типами полипептидов – каппа– и лямбда–пептидами.

Вариабельные участки значительно короче константных участков. Каждая пара легких и тяжелых полипептидных цепей в их С–частях, а также тяжелые цепи между собой связаны дисульфидными мостиками.

Ни тяжелые, ни легкие цепи свойствами антител (взаимодействие с гаптенами) не обладают. При гидролизе папаином молекула иммуноглобулина G распадается на 3 фрагмента – 2 Fab–фрагмента и Fс–фрагмент.

Последний представляет собой остатки тяжелых цепей, их константные части. Он не обладает свойством антитела (не взаимодействует с антигеном), но обладает сродством к комплементу, способен фиксировать и активировать его. В связи с этим фрагмент и обозначается как Fс–фрагмент (фрагмент комплемента). Этот же Fс–фрагмент обеспечивает прохождение иммуноглобулинов G через гематоэнцефалический или плацентарный барьеры.

Два других фрагмента иммуноглобулина G представляют собой остатки тяжелой и легкой цепи с их вариабельными частями. Они идентичны друг другу и обладают свойством антител (взаимодействуют с антигеном), в связи с этим эти фрагменты и обозначаются как Fab,–(фрагмент–антитело).

Поскольку ни тяжелые, ни легкие цепи не обладают свойством антитела, но оно выявляется у Fаb–фрагментов, очевидно, что за взаимодействие с антигеном ответственны именно вариабельные части тяжелых и легких цепей. Они формируют уникальную по строению и пространственной организации структуру – активный центр антитела. Каждый активный центр любого иммуноглобулина соответствует детерминантной группе соответствующего антигена как «ключ замку.

Молекула иммуноглобулина G имеет 2 активных центра. Поскольку строение активных центров иммуноглобулинов одного класса, но разной специфичности неодинаково, то эти молекулы (антитела одного класса, но разной специфичности) являются разными антителами. Эти различия обозначаются как идиотипические различия иммуноглобулинов, или идиотипы.

Молекулы иммуноглобулинов других классов построены по тому же принципу, что и IgG, т. е. из мономеров, имеющих 2 тяжелых и 2 легких цепи, но иммуноглобулины класса М являются пентамерами (построены из 5 таких мономеров), а иммуноглобулины класса А – димерами или тетрамерами.

Количество мономеров, входящих в состав молекулы того или иного класса иммуноглобулина, определяет ее молекулярную массу. Самые тяжелые – это IgM, самые легкие – IgG, вследствие чего они и проходят через плаценту.

Очевидно также то, что иммуноглобулины разных классов имеют разное число активных центров: у IgG их 2, а у IgM – 10. В связи с этим они способны связать разное число молекул антигена, и скорость этого связывания будет различной.

Скорость связывания иммуноглобулинов с антигеном – это их авидность.

Прочность этой связи обозначают как аффинитет.

IgM высокоавидны, но низкоафинны, IgG – наоборот, низко–авидны, но высокоафинны.

Если в молекуле антитела функционирует лишь один активный центр, она может связаться лишь с одной антигенной де–терминантой без последующего образования сетевой структуры комплексов антиген – антитело. Такие антитела называются неполными. Они не дают видимых на глаз реакций, но тормозят реакцию антигена с полными антителами.

Неполные антитела играют важную роль в развитии резус–конфликта, аутоиммунных заболеваний (коллагенозы) и др. и выявляются с помощью реакции Кумбса (антиглобулиновый тест).

Рис. 2. Классы иммуноглобулинов

Выделяют следующие классы иммуноглобулинов: JgM, JgJ, JgA, JgD, JgE. JgM – этот вид антител появляется самым первым при контакте с антигеном (микробом), повышение их титра в крови свидетельствует об остром воспалительном процессе, JgM играют важную защитную роль при проникновении бактерий в кровь на ранних стадиях инфекции.

JgJ – антитела этого класса появляются через какое–то время после того, как произошел контакт с антигеном. Они участвуют в борьбе с микробами – образуют комплексы с антигенами на поверхности бактериальной клетки. В дальнейшем к ним присоединяются другие белки плазмы (так называемый комплемент), и бактериальная клетка лизируется (ее оболочка разрывается). Кроме того, JgJ участвуют в возникновении некоторых аллергических реакций. Они составляют 80 % всех иммуноглобулинов человека, являются главным защитным фактором у ребенка первых недель жизни, так как обладают способностью проходить через плацентарный барьер в сыворотку крови плода. При естественном вскармливании антитела из молока матери через слизистую оболочку кишечника новорожденного проникают в его кровь.v

JgA – вырабатываются лимфоцитами слизистых оболочек в ответ на местное воздействие чужеродного агента, таким образом они защищают слизистые оболочки от микроорганизмов и аллергенов. JgA тормозят прилипание микроорганизмов к поверхности клеток и тем самым препятствуют проникновению микробов во внутреннюю среду организма. Именно это предупреждает развитие хронического местного воспаления.

JgD менее всего изучен. Исследователи предполагают, что он участвует в аутоиммунных процессах организма.

JgE – антитела этого класса взаимодействуют с рецепторами, которые располагаются на тучных клетках и базофилах. В результате происходит освобождение гистамина и других медиаторов аллергии, вследствие чего развивается аллергическая реакция. При повторном контакте с аллергеном взаимодействие JgE происходит на поверхности клеток крови, что приводит к развитию анафилактической аллергической реакции. Помимо реакций аллергии, JgE принимают участие в обеспечении противоглистного иммунитета.

1.3. ЗАЩИТНАЯ РОЛЬ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ РАЗНЫХ КЛАССОВ

Иммуноглобулины класса Е (реагины) реализуют развитие аллергических реакций немедленного типа (гиперчувствительность немедленного типа – ГНТ). К FаЬ–фрагментам фиксированных в тканях реагинов (Fс–фрагмент связан с рецепторами тканевых базофилов) присоединяются поступающие в организм аллергены (антигены), что приводит к освобождению биологически активных веществ, запускающих развитие аллергических реакций. При аллергических реакциях тканевые базо–филы повреждаются комплексом антиген – антитело и выделяют гранулы, содержащие гистамин и другие биологически активные вещества.

Иммуноглобулины класса А могут быть:

1. сывороточными (синтезируются в плазматических клетках селезенки, лимфатических узлов, имеют мономерную и димерную структуру молекулы и составляют 80% содержащегося в сыворотке IgA);
2. секреторными (синтезируются в лимфатических элементах слизистых оболочек).

Последние отличаются наличием секреторного компонента (бета–глобулина), присоединяющегося к молекуле иммуноглобулина при его прохождении через эпителиальные клетки слизистой.

Секреторные иммуноглобулины играют существенную роль в местном иммунитете, препятствуя адгезии микроорганизмов на слизистых оболочках, стимулируют фагоцитоз и активируют комплемент, могут проникать в слюну, молозиво.

Иммуноглобулины класса М первыми синтезируют в ответ на антигенное раздражение. Они способны связывать большое количество антигенов и играют важную роль в формировании антибактериального и антитоксического иммунитета. Большую часть сывороточных антител составляют иммуноглобулины класса G, на долю которых приходится до 80% всех иммуноглобулинов. Они образуются на высоте первичного и вторичного иммунного ответа и определяют напряженность иммунитета против бактерий и вирусов. Кроме того, они способны проникать через плацентарный и гематоэнцефалический барьер. Иммуноглобулины класса D, в отличие от иммуноглобулинов других классов, содержат N–ацетилгалактозоамин и неспособны фиксировать комплемент. Уровень IgD повышается при миеломной болезни и хронических воспалительных процессах.

В основе всех реакций иммунитета лежит специфическое взаимодействие антитела (Ат) с антигеном (Аг). Эти реакции называют серологическими, так как для их постановки используют сыворотки (serum), содержащие Ат. В серологических реакциях один компонент (ингредиент) должен быть всегда известен. Серологические реакции применяются в следующих случаях:

1. для определения неизвестного Аг (бактерия, вирус, токсин и др.) с помощью известного Ат (иммунная сыворотка);
2. для определения Ат в сыворотке с помощью известного Аг.

В зависимости от состояния Аг и особенностей среды, в которой взаимодействуют Аг и Ат, различают реакции агглютинации, преципитации, лизиса, связывания комплемента, иммунофлюоресценции, иммуноферментного анализа, радиоиммунного анализа и другие.