Какими свойствами обладают антигены

ИНФЕКЦИЯ И ИНФЕКЦИОННАЯ БОЛЕЗНЬ. СВОЙСТВА АНТИГЕНОВ

1.1. Понятия инфекции и инфекционной болезни

1.2. Клинические стадии инфекционного заболевания

1.3. Свойства антигенов

1.1. ПОНЯТИЯ ИНФЕКЦИИ И ИНФЕКЦИОННОЙ БОЛЕЗНИ

Инфекция – сумма биологических реакций, которыми макроорганизм отвечает на внедрение микробного (инфекционного) агента, вызывающего нарушение постоянства внутренней среды (гомеостаза).

Аналогичные процессы, вызванные простейшими, называются инвазиями.

Сложный процесс взаимодействия между микроорганизмами и их продуктами, с одной стороны, клетками, тканями и органами человека и животных – с другой, характеризуется чрезвычайно широким разнообразием своего проявления. Патогенетические и клинические проявления этого взаимодействия между микроорганизмами и макроорганизмом обозначаются термином инфекционная болезнь (заболевание).

Другими словами, понятия «инфекционная болезнь» и «инфекция» абсолютно не равнозначны, заболевание – это только одно из проявлений инфекции. Хотя даже в специальной литературе в настоящее время термин «инфекция» достаточно широко употребляется для обозначения соответствующих инфекционных болезней. Например, в выражениях «кишечные инфекции», «воздушно–капельные инфекции. Инфекционные болезни по–прежнему наносят огромный ущерб различным биологическим видам.

За последние годы зарегистрировано 38 новых инфекций – так называемых эмерджентных болезней, в том числе ВИЧ, геморрагические лихорадки, «болезнь легионеров», вирусные гепатиты, прионные болезни; причем в 40% случаев это нозологические формы, ранее считавшиеся неинфекционными.

Особенности инфекционных болезней состоят в следующем:

1. их этиологическим фактором является микробный агент;
2. они передаются от больного к здоровому;
3. оставляют после себя ту или иную степень невосприимчивости;
4. характеризуются цикличностью течения;
5. имеют ряд общих синдромов.

1.2. КЛИНИЧЕСКИЕ СТАДИИ ИНФЕКЦИОННОГО ЗАБОЛЕВАНИЯ

В соответствии с этими особенностями любое инфекционное заболевание имеет определенные клинические стадии (периоды) своего течения, выраженные в той или иной степени:

• инкубационный период – период от момента проникновения инфекционного агента в организм человека до появления первых предвестников заболевания. Возбудитель в этот период обычно не выделяется в окружающую среду, и больной не представляет эпидемиологической опасности для окружающих;
• продромальный период – проявление первых неспецифических симптомов заболевания, характерных для общей интоксикации макроорганизма продуктами жизнедеятельности микроорганизмов и возможным действием бактериальных эндотоксинов, освобождающихся при гибели возбудителя; они также не выделяются в окружающую среду;

  Период разгара заболевания – проявление специфических симптомов заболевания. При наличии в этом периоде развития заболевания характерного симптомокомплекса клиницисты называют такое проявление заболевания манифестной инфекцией, а в тех случаях, когда заболевание в этот период протекает без выраженных симптомов, – бессимптомной инфекцией. Этот период развития инфекционного заболевания, как правило, сопровождается выделением возбудителя из организма, вследствие чего больной представляет эпидемиологическую опасность для окружающих; данные состояния характеризуются периодом исходов. В этот период возможны:

• рецидив заболевания – возврат клинических проявлений болезни без повторного заражения за счет оставшихся в организме возбудителей;
• суперинфекция – инфицирование макроорганизма тем же возбудителем до выздоровления. Если это происходит после выздоровления, то будет называться реинфекцией, так как возникает в результате нового заражения тем же возбудителем (как это часто бывает при гриппе, дизентерии, гонорее);
• бактерионосительство, или, вернее, микробоносительство, – носительство возбудителя какого–либо инфекционного заболевания без клинических проявлений;
• полное выздоровление (реконвалесценция) – в этот период возбудители также выделяются из организма человека в больших количествах, причем пути выделения зависят от локализации инфекционного процесса. Например, при респираторной инфекции – из носоглотки и ротовой полости со слюной и слизью; при кишечных инфекциях – с фекалиями и мочой, при гнойно–воспалительных заболеваниях – с гноем;
• летальный исход. При этом необходимо помнить, что трупы инфекционных больных подлежат обязательной дезинфекции, так как представляют собой определенную эпидемиологическую опасность из–за высокого содержания в них микробного агента.

В учении об инфекции существует также понятие персистентности (инфицированности): микроорганизмы попадают в организм животного и могут существовать в нем, не проявляя себя достаточно долгое время.

Это происходит очень часто с возбудителем туберкулеза.

Отличие бактерионосительства от персистениии:

• при носительстве животное выделяет возбудителя в окружающую среду и является опасным для окружающих;
• при персистенции инфицированные животные в окружающую среду микроорганизм не выделяет, следовательно, не опасны для окружающих в эпидемиологическом отношении.

Кроме перечисленных терминов, существует еще понятие «инфекционный процесс» – это ответная реакция организма на проникновение и циркуляцию в нем микробного агента.

Из определения понятия «инфекция» становятся очевидными и факторы, необходимые для ее возникновения и развития:

– микроорганизм–возбудитель;

– восприимчивый макроорганизм;

– внешняя среда, в которой они взаимодействуют.

1.3. СВОЙСТВА АНТИГЕНОВ

Иммунный ответ – это сложная многокомпонентная, кооперативная реакция иммунной системы организма, индуцированная антигеном и направленная на его элиминацию. Явление иммунного ответа лежит в основе иммунитета.

Иммунный ответ зависит от:

1. антигена – свойства, состав, молекулярная масса, доза, кратность попадания, длительность контакта);
2. состояния организма (иммунологическая реактивность);
3. условий внешней среды.

Антигены

Первоначально термин антиген (от англ. Antibodi generator) применяли для обозначения любой молекулы, индуцирующей образование В–клетками специфических антител. Однако теперь этот термин имеет более широкий смысл, обозначая любую молекулу, которую могут специфически распознавать элементы системы приобретенного иммунитета, т.е. В–клетки или Т–клетки, либо и те и другие.

Антиген – это инициатор и движущая сила всех реакций приобретенного иммунитета. Иммунная система возникла для распознавания и разрушения чужеродных агентов, а также устранения источника их образования – бактерий, инфицированных вирусом клеток и т.п. Когда антиген элиминирован, иммунный ответ прекращается.

Антигены – вещества различного происхождения, несущие признаки генетической чужеродности и вызывающие развитие иммунных реакций (гуморальных, клеточных, состояние иммунной толерантности, индуцирование иммунной памяти).

Свойства антигена определяются комплексом признаков: иммуногенность, антигенность, специфичность.

Иммуногенность – способность антигена индуцировать в организме иммунный ответ.

Антигенность – способность антигена взаимодействовать только с гомологичными антителами и лимфоцитами определенного клона.

Специфичность – структурные особенности, отличающие один антиген от другого.

Способность вызывать развитие иммунного ответа и определять его специфичность обладает фрагмент молекулы антигена – антигенная детерминанта (эпитоп), избирательно реагирующая с антигенраспознающими рецепторами и антителами. Молекула антигена может иметь несколько эпитопов, то есть быть поливалентной. Чем сложнее молекула антигена и чем больше у нее эпитопов, тем больше вероятность развития иммунной ответа.

Иммуногены или полные антигены – это вещества, вызывающие полноценный иммунный ответ и обладающие свойствами: иммуногенностью, антигенностью и специфичностью. Иммуногенами являются биополимеры – белки, их комплексы с углеводами (гликопротеиды), а также сложные полисахариды, липополисахариды с высокой молекулярной массой. Чем дальше от человека в эволюционном отношении отстоят организмы, тем большую иммуногенность проявляют их белки.

Гаптены – неполные антигены, относительно простые вещества, способные участвовать в иммунологических взаимодействиях, но не способные самостоятельно индуцировать иммунный ответ. Гаптены обладают свойствами антигенностью и специфичностью, но не обладают иммуногенностью.

Гаптены после присоединения к крупным, обычно белковым молекулам (носителям), могут приобретать свойства полного антигена.

Толерогены – антигены, способные подавлять иммунные реакции с развитием специфической неспособности отвечать на них.

Антигены – химические вещества, свободные, либо входящие в состав клеток, способные индуцировать иммунный ответ организма.

Полноценный антиген состоит из двух частей:

• носитель (стабилизирующая часть) – 97 – 99% молекулы антигена; это, как правило, макромолекулы, инертные корпускулярные частицы;
• детерминантная группа (эпитоп) – олигосахариды или олигопептиды, располагаются как правило на поверхности молекулы (эпи–); на одном носителе может быть несколько эпитопов, в связи с этим вводят понятие эпитопная плотность; детерминантная группа определяет специфичность антигена.

Свойства антигенов:

• способны вызывать иммунный ответ;
• способны к специфическому взаимодействию с различными молекулами и клетками (эритроцитами и т.д.).

Если реализованы оба указанных свойства, то такой антиген называют полноценным, если реализовано только второе свойство, то такой антиген называют неполноценным или гаптеном.

Гаптен может быть фиксирован на специальные носители – адьюванты. Механизм действия адьювантов:

• создают депо антигенов;
• укрупняют молекулу;
• активируют лимфоидную ткань.

Классификация антигенов:

1. по чужеродности
   • ксеноантигены (гетеро–) – не принадлежат особям данного вида;
   • аллоантигены (гомо–) – принадлежат особям данного вида;
   • аутоантигены – собственные антигены, например «забарьерные» клетки – сперматозоиды, клетки мозга;
     vсобственные клетки с иммунной активностью;
2. по типу вызываемого иммунного ответа
   • иммуногены;
   • аллергены;
   • толерогены;
   • трансплантационные антигены;
3. по связи с вилочковой железой ( тимусом)
   • Т– зависимые;
   • Т– независимые.
4. по локализации в микроорганизме
   • О – антигены – липополисахариды (ЛПС) клеточной стенки, термостабильные, высокоактивные, многообразны у разных микроорганизмов и даже у одного и того же;
   • Н – антиген – жгутиковый белок, термолабильный, достаточно активный, также разнообразен;
   • К – антигены – капсульные гликопротеиды, иммуногенность зависит от химической природы;
   • фимбриальные антигены;
   • протоплазматические антигены;
   • экзоаллергены;
5. по специфичности для микроорганизма – носителя
   • видовые – у всех особей вида;
   • типовые – вариантные, у варов;
   • групповые – общие для микроорганизмов разных видов и родов;
   • стадийные – появляются на определенных стадиях развития;
   • штаммоспецифичные.

АНТИГЕНЫ МИКРООРГАНИЗМОВ

Большинство возбудителей инфекционных заболеваний человека, их структуры и токсины – полноценные антигены, вызывающие развитие иммунных реакций.

АНТИГЕНЫ БАКТЕРИЙ

По расположению в бактериальной клетке выделяют антигены:

Капсульный антиген – К Ag

Жгутиковый антиген – H Ag

Соматический антиген – O Ag

О–Аг большинства бактерий представлены термостабильным липополисахаридно–полипептидным комплексом; у грамотрицательных бактерий О–Аг представляет эндотоксин.

Н–Аг представлен термолабильным белком флагеллином.

К–Аг большинства бактерий имеют полисахаридную природу. По чувствительности к темпратуре К–Аг подразделяются на А–, В– и L–антигены. Наиболее термостабильными являются А–Аг, выдерживающие кипячение более 2 часов. В–Аг выдерживают нагревание при температуре 60°С в течение часа, а L–Аг разрушаются при нагревании до 60°С.

Для идентификации выделенных микроорганизмов в лаборатории применяют внутривидовую или внутриродовую дифференциацию микроорганизмов, основанную на различиях в антигенной структуре. При этом символически отображают антигенную структуру бактерий в виде антигенной формулы. Например, антигенную формулу одного из сероваров E. coli, вызывающую колиэнтериты у молодняка раннего возраста обозначают как О55:К5:Н21 (серовар, относящийся к серогруппе О55).

Рис. 1. Антигены бактерий: О–антиген (3 – клеточная стенка); Н–антиген (7 – жгутик); К–антиген (2 – капсула).

АНТИГЕНЫ ВИРУСОВ

В каждом вирионе любого вируса содержатся различные антигены. Одни из них являются вирусспецифическими. В состав других антигенов входят компоненты клетки хозяина (липиды, углеводы), которые включаются в его внешнюю оболочку. Антигены простых вирионов связаны с их нуклеокапсидами. По своему химическому составу они принадлежат к рибонуклеопротеидам или дезоксирибонуклеопротеидам, которые являются растворимыми соединениями и поэтому обозначаются как S–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 V–антигены – гемагглютинин и фермент нейраминидазу.

Рис. 2. Антигены вирусов гриппа (поверхностные (V–антигены) и серцевинные (S–антигены)).

Рис. 3. Антигены вирусов гепатита В (поверхностные (V–антигены) и серцевинные (S–антигены)).

АНТИГЕНЫ ОРГАНИЗМА

Все ткани и клетки организма обладают антигенными свойствами. Одни антигены специфичны для всех млекопитающих, другие видоспецифичны для человека, третьи – для отдельных групп, их называют изоантигенами (например, антигены групп крови). К антигенам, свойственным только данному организму относятся антигены тканевой совместимости.

Изоантигены

Изоантигены или групповые антигены – это антигены, по которым отдельные индивидуумы или группы особей одного вида различаются между собой.

В эритроцитах, лейкоцитах, тромбоцитах, а также в плазме крови людей открыто несколько десятков изоантигенов.

Изоантигены, генетически связаны, объединены в группы, получившие название: система АВО, резус и др. В основе деления людей на группы по системе АВО лежит наличие или отсутствие на эритроцитах антигенов, обозначенных А и В. В соответствии с этим все люди подразделены на 4 группы. Группа I (О) – антигены отсутствуют, группа II (А) – в эритроцитах содержится антиген А, группа III (В) – эритроциты обладают антигеном В, группа IV (АВ) – эритроциты обладают обоими антигенами. Поскольку в окружающей среде имеются микроорганизмы, обладающие такими же антигенами (их называют перекресно–реагирующими), у человека имеются антитела к этим антигенам, но только к тем, которые у него отсутствуют. К собственным антигенам организм толерантен. При переливании крови или эритроцитов реципиенту, в крови которых содержатся антитела к соответствующему антигену, в сосудах происходит агглютинация перелитых несовместимых эритроцитов, что может вызвать шок и гибель реципиента.

У части людей эритроциты содержат еще особый антиген, получивший название резус–антигена (Rh). По наличию или отсутствию Rh–антигена люди разделяются на две группы – резус (Rh)–положительных и резус (Rh)–отрицательных. При переливании крови Rh–отрицательному реципиенту, если эритроциты донора содержат Rh–антиген, может развиваться гемолитическая желтуха.

Рис. 4. Рецепторы, встроенные в мембрану эритроцита, являются антигенами организма (изоантигены) в том числе антигены А и В системы АВО и резус фактор.

Антигены главного комплекса тканевой (гисто) совместимости.

Помимо антигенов, свойственных всем людям и групповых антигенов, каждый организм обладает уникальным набором антигенов, свойственных только ему самому. Эти антигены кодируются группой генов, находящихся у человека на 6 хромосоме, и называются антигенами главного комплекса тканевой совместимости и обозначаются МНС–антигены (англ. Major histocompatibility complex). МНС–антигены человека впервые были обнаружены на лейкоцитах и поэтому имеют другое название – HLA (Human leucocyte antigens). МНС–антигены относятся к гликопротеинам и содержатся на мембранах клеток организма, определяя его индивидуальные свойства и индуцируют трансплантационные реакции, за что они получили третье название – трансплантационные антигены. Кроме того, МНС–антигены играют обязательную роль в индукции иммунного ответа на любой антиген.

Белки I класса находятся на поверхности практически всех клеток организма. Антигены I класса обеспечивают представление антигенов цитотоксическим CD8+–лимфоцитам, а распознавание этого антигена антигенпредставляющим клеткам другого организма при трансплантации приводит к развитию трансплантационного иммунитета.

МНС–антигены II класса находятся преимущественно на антигенпредставляющих клетках – дендритных, макрофагах, В–лимфоцитах. Основная роль в иммуногенезе антигенов II класса – участие в представлении чужеродных антигенов Т–хелперным лимфоцитам.