Microcamtest

Лайфстайл портал

Что такое антигены и антитела

Антигены опухолей

Опухолевые антигены, или неоантигены — это такие антигены, которые презентируются молекулами MHC I или MHC II на поверхности опухолевых клеток. Такие антигены могут быть презентированы опухолевыми клетками, и никогда — нормальными клетками. В таком случае они называются опухоль-специфичными антигенами (tumor-specific antigen, TSA) и, в общем случае, являются следствием опухоль-специфичной мутации. Более распространенными являются антигены, которые презентируются и на поверхности здоровых, и на поверхности опухолевых клеток, их называют опухоль-ассоциированными антигенами (tumor-associated antigen, TAA). Цитотоксические Т-лимфоциты, которые распознают такие антигены, могут уничтожить такие клетки до того, как они начнут пролиферировать или метастазировать.

Видео

Структура доменов в составе молекул иммуноглобулинов 

Вторичная структура полипептидных цепей молекулы иммуноглобулина обладает доменным строением. Отдельные участки тяжелых и легких цепей свернуты в глобулы (домены), которые соединены линейными фрагментами. Каждый домен имеет примерно цилиндрическую форму и представляет собой β-складчатую структуру, сформированную из антипараллельных β-складок. В рамках базовой структуры, между C- и V-доменами есть определенная разница, которую можно рассмотреть на примере легкой цепи.  На рисунке схематически изображена укладка одиночной полипептидной цепи белка Бенс-Джонса, содержащей Vи CL домены. Схема построена по данным рентгеноструктурного анализа — метода, который позволяет устанавливать трехмерную структуру белков. На схеме можно видеть сходства и различия между V- и C-доменами.   В верхней части рисунка схематически показана про В верхней части рисунка схематически показана пространственная укладка постоянного (C) и вариабельного (V) доменов легкой цепи молекулы белка. Каждый домен — это цилиндрическая "бочкообразная" (barrel-shaped) структура, в которой участки полипептидной цепи (β-тяжи), идущие в противоположных направлениях (т.е. антипареллельные) упакованы так, что формируют два β-листа, удерживаемых вместе дисульфидной связью.  Каждый из доменов, V- и C-, состоит из двух β-листов (слоев с β-складчатой структурой). Каждый β-лист содержит несколько антипараллельных (идущих в противоположных направлениях) β-тяжей: в С-домене β-листы содержат четыре и три β-тяжа, в V-домене — оба слоя состоят из четырех β-тяжей. На рисунке β-тяжи показаны желтым и зеленым для C-домена и красным и синим для V-домена. В нижней части рисунка иммуноглобулиновые домены рассмотрены подробнее. В этой половине картинки отображена схема взаимного расположения β-тяжей для V- и C-доменов легкой цепи. Можно яснее рассмотреть создающий итоговую структуру способ укладки их полипептидных цепей при формировании из них β-листов. Чтобы показать укладку,  β-тяжи обозначены буквами латинского алфавита, в соответствии с порядком их появления в последовательности аминокислот, составляющих домен. Порядок следования в каждом β-листе — это характеристика иммуноглобулиновых доменов.    Основная разница между V- и C-доменами состоит в том, что V-домен больше и содержит дополнительные β-тяжи, обозначенные, как Cʹ и Cʹʹ.  На рисунке β-тяжи Cʹ и Cʹʹ, имеющиеся у V-доменов, но отсутствующие у C-доменов выделены голубым прямоугольником. Можно видеть, что каждая полипептидная цепь формирует гибкие петли между последовательными β-тяжами при смене направления. В V-домене, гибкие петли, сформированные между некоторыми из β-тяжей, входят в структуру активного центра молекулы иммуноглобулина.  

Афинность и авидность антител

Сила связывания антител может быть охарактеризована иммунохимическими характеристиками: авидностью и аффинностью.   Под аффинностью понимают силу связывания активного центра молекулы антитела с соответствующей детерминантой антигена. Силу химической связи одного антигенного эпитопа с одним из активных центров молекулы Ig называют аффинностью связи антитела с антигеном. Аффинность количественно принято оценивать по константе диссоциации (в моль-1) одного антигенного эпитопа с одним активным центром.  Аффинность – это точность совпадения пространственной конфигурации активного центра (паратопа) антитела  и антигенной детерминанты (эпитопа). Чем больше образуется связей между эпитопом и паратопом, тем выше будут устойчивость и продолжительность жизни образовавшегося иммунного комплекса. Иммунный комплекс, образованный низкоаффинными антителами, чрезвычайно неустойчив и имеет малую продолжительность существования.  Сродство антител к антигену называется авидностью антител. Авидностью связи антитела с антигеном называют суммарную силу прочности и интенсивности связи цельной молекулы антитела со всеми ангитегнными эпитопами, которые ей удалось связать. 

Авидность антител характеризуется скоростью образования комплекса «антиген-антитело», полнотой взаимодействия и прочностью образующегося комплекса. В основе авидности, так же, как и в основе специфичности антител, лежит первичное строение детерминанты (активного центра) антитела и связанная с ней степень адаптации поверхностной конфигурации полипептидов антител к детерминанте (эпитопу) антигена. 

Авидность определяется как аффинностью взаимодействия между эпитопами и паратопами, так и валентностью антител и антигена. Авидность зависит от числа антигенсвязывающих центров в молекуле антитела и их способностью связываться с многочисленными эпитопами данного антигена.  Типичная молекула IgG при вовлечении в реакцию обоих антиген-связывающих участков будет связываться с мультивалентным антигеном по меньшей мере в 10000 раз сильнее, чем в том случае, когда воэлечен лишь один участок.  Наибольшей авидностью обладают антитела класса М, так как они имеют 10 антигенсвязывающих центров. Если сродство отдельных антиген-связывающих участков IgG и IgM одинаково, молекула IgM (имеющая 10 таких участков) проявит несравненно большую авидностъ к мультивалентному антигену, чем молекула IgG (имеющая 2 участка). Благодаря высокой общей авидности антитела IgM — основной класс иммуноглобулинов, вырабатываемых в начале иммунного ответа, — могут эффективно функционировать даже при низком сродстве отдельных связывающих участков.    
  Различие в авидиости весьма важно, так как антитела, образующиеся на ранних стадиях имунного ответа, обычно обладают значительно меньшим сродством к антигену, чем те, которые вырабатываются позже. Повышение среднего сродства продуцируемых антител с течением времени после иммунизации называется созреванием сродства. 

Титр? Какой еще титр?

Как мы уже выяснили, антитела — это белки, которые циркулируют в крови. Для того чтобы обеспечивать эффективную защиту, эти белки должны быть в крови в определенной концентрации — ее и называют титром. Выражают титр в виде чисел, разделенных двоеточием, например 1:50 или 1:100 (читается как «один к пятидесяти» или «один к ста»). 

Так как антитела — это сложные белки, определять их химическими методами крайне трудно. Поэтому для определения антител используют иммунологические реакции. Конкретных методов очень много, но в самом общем виде суть этих реакций очень простая. Мы берем раствор нужного антигена (например, того самого шиповидного белка коронавируса) и смешиваем его с сывороткой, в которой ищем антитела. Если антитела в сыворотке есть, то они связываются с антигеном и их соединение выпадает в виде осадка или раствор мутнеет. На практике проведение такой реакции выглядит сложнее, часто используют специальные гелевые среды и разные способы детектирования, но суть от этого не меняется. 

Проблема в том, что такой подход отвечает нам только на вопрос, есть антитела в сыворотке или их нет, но ничего не говорит о количестве самих антител. Как в таком случае сравнить между собой две разные сыворотки? По количеству выпавшего осадка — не вариант, слишком большая погрешность. Но есть другой способ — можно разводить исследуемую сыворотку до тех пор, пока реакция (осадок) все еще будет обнаруживаться. И вот последнее, самое сильное разведение, при котором мы еще можем наблюдать реакцию сыворотки с раствором антигена, и называют титром этой сыворотки. То есть титр 1:50 говорит нам о том, что эту сыворотку можно развести в 50 раз и она еще будет давать реакцию с антигеном. Соответственно, чем больше вторая цифра в обозначении титра, тем выше концентрация антител в сыворотке.

Недостаток титра в том, что он указывает на относительное содержание антител. Если у нас есть две сыворотки с титрами 1:50 и 1:100, мы можем с уверенностью сказать, что во второй сыворотке антител в 2 раза больше, чем в первой. Но какая именно концентрация антител в каждой из этих сывороток, мы не знаем. На практике это часто бывает и не нужно: нам достаточно знать, с каким титром антител человек еще защищен от инфекции, а с каким — уже нет. Это легко выяснить, измеряя титр антител у вакцинированных людей, которые все же заразились.

В результатах лабораторных анализов обычно указывают концентрацию антител в международных единицах (МЕ) или относительных единицах (ОЕ). Результаты, полученные в МЕ, можно сравнивать между собой — значение не будет зависеть от лаборатории, тест-системы и условий анализа (для коронавируса таких пока нет). Результаты, выраженные в ОЕ, можно сравнивать между собой только для тестов одной марки, при этом сама лаборатория и время анализа роли не играют, то есть можно отслеживать динамику изменения уровня антител у одного человека.

У меня нашли антитела. Я больше не заболею?

Есть связь между концентрацией в крови антител и устойчивостью к заражению. Чем выше концентрация, тем сильнее иммунитет. Особенно важно содержание антител класса G — они вырабатываются на последней стадии, когда организм уже победил инфекцию. Людей с высокой концентрацией таких антител даже призывают стать донорами плазмы. С помощью их крови врачи пытаются помочь тем, кто переносит инфекцию особенно тяжело. Хотя эффективность лечения COVID-19 с помощью донорской плазмы пока не доказана.

Другой вопрос, что концентрация антител со временем падает. Для разных инфекций это происходит с разной скоростью. Например, после кори они остаются в организме на всю жизнь, а после сальмонеллеза — только полгода-год. Если говорить о коронавирусе, данные обследования 20 тыс. человек говорят о том, что у большинства переболевших стойкий антительный иммунитет сохраняется как минимум три месяца.

Департамент вычислительной биологии компании BIOCAD — спонсор спецпроекта

BIOCAD — международная биотехнологическая компания, которая создала умную технологическую платформу, объединившую в себе компьютерное моделирование и современные принципы синтеза генов de novo.

BIOCAD включает:

  • научно-исследовательские центры мирового уровня;
  • современное фармацевтическое и биотехнологическое производство;
  • центр проведения доклинических и клинических исследований препаратов.

В компании реализован полный цикл выпуска лекарственных препаратов: от поиска лекарственной молекулы до массового производства и маркетинговой поддержки.

Компания ведет два масштабных проекта:

  • Mabmext — получение лекарственных средств на основе моноклональных антител;
  • Chemnext — получение низкомолекулярных соединений для создания революционных препаратов химической природы.

Для разработки лекарственных препаратов BIOCAD применяет технологию structure-based drug design, использующую методы компьютерного моделирования. Это позволяет сделать поиск молекул направленным. С помощью математического моделирования отобранная молекула оптимизируется под конкретную мишень, а затем воспроизводится в реальной лаборатории.

В основе большинства разработок компании лежит математическое моделирование. То, что раньше было возможно осуществить исключительно in vitro в стенах лабораторий, по мнению исследователей BIOCAD, сегодня может быть воплощено in silico силой чистого разума.

Здесь собрали одну из лучших команд биоинформатиков в стране, которая занимается научными исследованиями, разрабатывает и внедряет новейшие методы интеллектуального анализа данных. В ее распоряжении один из мощнейших вычислительных кластеров, и если еще 2–3 года назад можно было только мечтать о решении задач направленного дизайна белковых молекул, то сейчас это одно из направлений работ Департамента вычислительной биологии.

Материал предоставлен партнёром — Департаментом вычислительной биологии компании BIOCAD

Как проводится тест на антиген?

Экспресс-тест на выявление антигена SARS-CoV-2 — это анализ, основанный на реакции между антигеном и соответствующим ему антителом в биологическом материале человека. Анализ проводится с помощью тест-полоски. Взятый с помощью стерильных зондов из носоглотки и ротоглотки биоматериал помещают в раствор на несколько минут, после чего три капли выделенного образца наносятся на специальную тестовую пластину и через определенное время считывают. Положительный результат теста на антиген можно рассматривать как подтверждение диагноза «COVID-19».

Согласно информации с сайта Департамента здравоохранения города Москвы от 02.07.2021, со 2 июля в Москве все случаи ОРВИ рассматривают как COVID-19. До получения отрицательного ПЦР-теста на коронавирус все больные ОРВИ должны соблюдать самоизоляцию. Пациентам с ОРВИ и тем, кто с ними проживает, нужно проводить экспресс-тест на антиген к коронавирусу.

Как делается тест на антитела?

Для выявления антител в тестах используются антигены — участки с поверхности вируса, с которыми связываются эти самые антитела. Их закрепляют в лунках специальных планшетов, или плашек, а в лунки добавляют кровь пациента. Затем с помощью окрашивания выявляют антитела, которые должны были прикрепиться к антигенам. Если проба меняет цвет, это должно означать, что антитела есть. 

Быстрые тесты на антитела, как правило, используются для получения простого результата "да/нет". В них две полоски, как в тесте на беременность. Есть и такие, которые ищут отдельно белки классов M (которые образуются во время болезни) и G (которые остаются в крови после выздоровления). В этом случае в тесте полосок уже три.

Есть и количественные тесты. Они уже позволяют определить не только наличие антител, но и их концентрацию. По ней можно судить и о состоянии иммунитета, и о стадии инфекционного процесса: находится он в острой форме или дело идет к выздоровлению. Для проведения количественных тестов разработчики отталкиваются от устоявшейся нормы антител, которая соответствует разными стадиям.

Не все антитела одинаково полезны

Для характеристики антител важно понимать их класс, тип и с каким антигеном они связываются.

Антитела бывают разных классов (A, M, G, E и др.). Основной класс защитных антител — G, в лабораторных исследованиях и тестах их обычно обозначают IgG. Наличие этих антител в крови говорит о наличие иммунитета после вакцинации или перенесенного заболевания. IgM — тоже защитные антитела, которые начинают вырабатываться первыми, раньше, чем IgG. Обычно IgM менее эффективны, чем IgG, и почти полностью исчезают к концу заболевания. Наличие этих антител обычно указывает на еще протекающее, или совсем недавно перенесенное заболевание, или на хроническую инфекцию. То есть, если нас интересует устойчивый иммунитет, в тестах ищем IgG.

Если антитело связывается с каким-то белком на поверхности вируса или бактерии, это далеко не всегда означает, что бактерия и вирус становятся после этого полностью безвредными. Например, вирус может использовать другой участок поверхностного белка для проникновения в клетку, не тот, с которым связалось антитело. Антитела, которые связываются с патогенами, но не подавляют их опасность, называют связывающими. Если же связывание антитела полностью «обезвреживает» микроб, «нейтрализует» его опасное влияние, такое антитело называют нейтрализующим. Связывающие антитела нельзя назвать полностью бесполезными — прикрепляясь к вирусу или бактерии, такие антитела делают их более заметными для клеток иммунной системы и ускоряют реакцию иммунитета. Но именно нейтрализующие антитела, которые могут самостоятельно обезвреживать опасные микробы, обеспечивают основную защиту, и именно их уровень важен при оценке вакцинного или естественного иммунитета. То есть в анализах нам нужно искать нейтрализующие IgG.

И, наконец, антиген. Как мы разбирали выше, антитела обладают очень высокой специфичностью и связываются только с определенными белками. Когда иммунная система, столкнувшись с инфекцией, подбирает нужное антитело, она чаще всего начинает синтезировать сразу несколько разных видов, нацеленных на разные белки возбудителя. Ведь клетки, синтезирующие антитела, получают для анализа разные кусочки полупереваренного микроба — и поверхностные, и внутренние белки — и для каждого из них ищут антитело. Для эффективной защиты важны именно те антитела, которые связываются с белками на поверхности вируса или бактерии. Ведь антитела — это крупные молекулы, которые не могут поникать внутрь вирусных частиц или бактерий, для них доступны только поверхностные белки. Именно поэтому защитный иммунитет в первую очередь обеспечивают антитела к поверхностным антигенам. Например, в случае коронавирусной инфекции вырабатывается как минимум 2 вида антител — к S-белку (который на поверхности вирусной частицы) и к N-белку (он же нуклеокапсидный белок, который находится внутри вирусной частицы). Так как до N-белка антитела добраться не могут, защиту будут обеспечивать именно антитела к S-белку. То есть, если вы все же хотите определить уровень защитных антител после прививки от ковида, нужно искать тест на нейтрализующие IgG к S-белку.

Теги