Теории образования антител. Клонально-селекционная теория. Выделение и очистка антител

Теория боковых цепей Эрлиха. Эрлих полагал, что антитела представляют собой макромолекулы, специфичность которых для антигена зависит от присутствия определенных стереохимических конфигураций, обладающих комплементарностью к аналогичным структурам антигена, что обеспечивает специфическое взаимодействие между ними. По его мнению, антитела - это естественный компонент организма, играющий роль специфического рецептора поверхностной мембраны клеток, где они выполняют в норме такие же физиологические функции, как гипотетические рецепторы для питательных веществ или как рецепторы для лекарственных препаратов, существование которых утверждал Эрлих в своих более поздних теориях химиотерапии. Один из постулатов Эрлиха заключался в том, что антиген специфически отбирает соответствующие антительные рецепторы, отрывающиеся затем от поверхности клеток. Это приводит к конденсаторной гиперпродукции рецепторов, которые накапливаются в крови в виде циркулирующих антител.

Но затем в иммунологии произошли два события, бросившие тень сомнения на теорию Эрлиха. Первым из них был целый поток исследований, показавших, что антитела можно получить против огромного количества разнообразных вполне безвредных природных веществ. Кроме того, в двадцатые годы появились, данные Ф. Обермайера и Е.П. Пика, значительно развитые затем К. Ландштейнером, согласно которым антитела могут образовываться против почти любого искусственного химического соединения, если его присоединить в качестве гаптена к белку-носителю. После этого стало казаться невероятным, чтобы организм мог вырабатывать специфические антитела против такого огромного количества чужеродных и даже искусственно созданных структур.

^ Инструктивные теории образования антител . Вполне естественно, что в тот период времени, когда так мало было известно о структуре белков и еще меньше о пути их образования, все были под впечатлением широты иммунологического репертуара и разнообразия химических структур, способных вызвать их образование. Именно это и привлекало внимание к антигену как носителю иммунологической информации. Сложилось убеждение, что именно антиген управляет образованием специфических антител, направляя механизмы белкового синтеза на изготовление тех уникальных молекулярных конфигураций, которые определяют иммунологическую специфичность. Тем или иным способом антиген должен передать новообразованной молекуле белка информацию о своей специфичности, чтобы придать этой молекуле функции антитела. Наиболее известная из этих инструктивных теории, созданная в 1930 году Ф. Брейнлем и Ф. Гауровицем, утверждала, что антиген играет роль матрицы, которая обеспечивает сборку уникальных аминокислотных последовательностей полипептидной цепи антител. Позднее инструктивная теория была развита Л. Полингом, поддержавшим ее всем авторитетом, которым он пользовался в области физической химии. Утверждалось, что антиген может служить тем шаблоном, на котором происходит свертывание преобразованной полипептидной цепи с возникновением соответствующей третичной конфигурации, заключающей в себе стереохимическую специфичность. В течение нескольких десятилетий подобные теории прямой матрицы пользовались большой популярностью, так как казалось, что они предлагают единственное разумное объяснение тому многообразию антител, которое, как показали Ландштейнер и другие, может образовываться в организме позвоночных.

С точки зрения биолога, теории матрицы обладали значительными недостатками, и именно это привело вирусолога Макфарлейна Бернета к созданию в 1941 г. другого варианта инструкционистской теории. В условиях растущего признания той роли, которую ферменты играют в процессах синтеза и расщепления, Вернет предположил, что функция антигена может заключаться в том, что он стимулирует адаптивную модификацию тех ферментов, которые необходимы для синтеза глобулина, вызывая в результате образование уникальной белковой молекулы с нужной специфичностью. Эта теория адаптивных ферментов имела то преимущество, что с позиций первичной инструктивной роли антигена она объясняла не только широту иммунологического репертуара, но и длительное образование антител и усиленный вторичный иммунный ответ.

С развитием представлений о возможной генетической роли нуклеиновых кислот М. Бернет и Ф. Феннер в 1949 году модифицировали эту теорию. Они предположили, что антиген может вносить информацию о своей специфической детерминанте прямо в геном. Это приводит затем к образованию непрямой матрицы для специфических антител.

Селективные теории образования антител. Первую чисто биологическую селективную теорию образования антител сформулировал в 1955 году Нильс Ерне, который назвал ее теорией «естественного отбора». Ерне, как и раньше Пауль Эрлих, предположил, что в организме действительно синтезируется полный набор антител, но каждое из них образуется в небольшом количестве и независимо от какого-либо стимула поступает в кровь в виде «естественных антител». Функция этих антител должна состоять в том, чтобы избирательно связываться с антигеном и таким способом доставлять этот антиген неким клеткам организма, для которых антитела служат сигналом к воспроизведению таких же молекул, то есть к образованию большого количества специфических антител. Теория естественного отбора, предложенная Ерне, привлекла на свою сторону лишь немного приверженцев инструктивных теорий, однако она имела большое историческое значение, так как дала стимул для теоретиков биологического направления. Действие этого стимула проявилось очень скоро, когда на протяжении трех лет М. Бернет, Д. Толмедж и Дж. Ледерберг создали клонально-селекционную теорию образования антител. Основа этой концепции в том, что антитела представляют собой естественный продукт, присутствующий на поверхности клеток в качестве рецептора, с которым антиген может вступать в избирательное (селективное) взаимодействие. Это взаимодействие служит сигналом для клональной пролиферации популяции клеток, которые фенотипически отличаются от остальных тем, что специфичны именно к данному антигену. Среди дочерних клеток клона часть дифференцируется в сторону антителообразующих клеток, а остальные сохраняются в качестве клеток иммунологической памяти, которые могут в последующем обеспечить усиленный вторичный ответ.

В дальнейшем Ж. Борде при исследовании механизмов иммунных реакций обнаружил, что в сыворотке имеются два разных вещества, совместное действие которых приводит к лизису бактерий: термостабильный фактор, идентифицированный как сывороточные антитела, и термолабильный фактор, названный комплементом или алексином (от греч. aleksein - защищать). Комплемент состоит из целого комплекса белков, каждый из которых включается в комплекс «антиген-антитело» на определенной стадии иммунного ответа.

Очень часто бывает, что периоды наиболее значительного прогресса в какой-либо области отмечены дискуссией между двумя противостоящими школами, каждая из которых стремится провести эксперименты, подтверждающие ее собственную точку зрения и опровергающие противоположный взгляд. Так, в ранний период развития иммунологии такие споры возникали вокруг природы взаимодействия антиген-антитело и способа действия комплемента, и именно в этом был заключен важный стимул для быстрого развития иммунологических знаний. Но, пожалуй, ни один спор не был таким долгим и не имел таких важных последствий для дальнейшего развития иммунологии, как спор между приверженцами клеточной теории иммунитета и теми, кто считал гуморальные факторы единственной основой иммунологических процессов. Вместе с тем этот иммунологический диспут не был изолированным явлением; его следует рассматривать скорее как часть более широкой революции идей, которая происходила в медицине XIX века и затронула самые основы понимания физиологических и патологических процессов. Более двух тысячелетий в медицине господствовали представления древнегреческих гуморалистов, видевших в болезни результат количественных и качественных нарушений равновесия главных жидкостей организма. Только в XIX веке было признано значение клеток, из которых состоят различные органы и которые образуют различные жидкости тела.

Клеточной патологии Рудольфа Вирхова (утверждающей, что в основе болезней лежит нарушение функции клеток) едва исполнилось 30 лет, когда иммунологам пришлось выбирать, чью сторону они займут в их собственном варианте этого большого конфликта. Зоолог Илья Мечников был первым, кто четко сформулировал представление о важной роли лейкоцитов в защите организма от инфекционных заболеваний, которая реализуется благодаря их способности к фагоцитозу (1884 год). Это свое положение Мечников аргументировал тем, что даже у морских беспозвоночных имеются макрофаги, способные поглощать и разрушать чужеродные вещества или внедрившиеся бактерии или, по крайней мере, изолировать их с помощью гранулематозных реакций или образования гигантских клеток. Мечников полагал, что такую же защитную функцию несут фагоцитирующие клетки позвоночных, являющиеся наиболее важными участниками и естественного, и приобретенного иммунитета. Эта работа произвела глубокое впечатление на Пастера, и он пригласил Мечникова в свой недавно образованный Пастеровский институт в Париже, где Мечников с целым рядом выдающихся учеников провел следующие 28 лет в плодотворной и полной творческого воображения работе, стремясь подтвердить и расширить клеточную (фагоцитарную) теорию иммунитета .

Клеточная теория Мечникова сразу наткнулась на сопротивление. Прежде всего, она была предложена в то время, когда большинство патологов видели в воспалительной реакции, а также в связанных с ней микрофагах и макрофагах не защитную, а вредоносную реакцию. В то время считали даже, что, хотя фагоцитирующие клетки действительно способны поглощать болезнетворные микроорганизмы, это приводит не к разрушению возбудителя, а к переносу его в другие части тела и распространению болезни. Сильный удар по клеточной теории иммунитета был нанесен открытиями Беринга, Эрлиха, Борде.

Тем не менее в этот период времени было сделано две попытки примирить противоречия между гуморальным и клеточным направлениями. В 1908 году Шведская академия удостоила Нобелевской премии по медицине совместно Мечникова - основателя клеточного направления и Эрлиха - олицетворявшего гуморалистские идеи того времени. Несколько ранее в Англии Э.Райт и СР. Дуглас попытались примирить различия между этими двумя школами в своих капитальных исследованиях процесса опсонизации (от греч. opsonein - делать съедобным). Эти ученые утверждали, что клеточный и гуморальный факторы являются одинаково важными и взаимозависимыми в том отношении, что гуморальные антитела, специфически реагируя со своей мишенью - микроорганизмом, подготавливают его к фагоцитозу макрофагами.

Приверженность Райта этой идее была в Англии настолько известна, что его друг Бернард Шоу использовал это в качестве сюжета для своей пьесы «Врач перед дилеммой». Этой едкой насмешке над деятелями медицинской профессии Шоу предпослал «Предисловие о докторах», в котором выразил взгляды Райта следующим образом: «Следуя одной из самых плодотворных биологических фантазий Мечникова, сэр Элмрот Райт обнаружил, что белые кровяные шарики, или фагоциты, которые атакуют и пожирают возбудителей наших болезней, делают это лишь в том случае, если мы для аппетита намажем этих возбудителей естественным соусом, который сэр Элмрот назвал опсонином».

Период с 1910 по 1940 гг. в иммунологии был периодом серологии. В это время было сформулировано положение о специфичности и о том, что антитела являются естественными, высоковариабельными глобулинами. Большую роль здесь сыграли работы Ландштейнера, который пришел к выводу, что специфичность антител не является абсолютной. В 1900 году К. Ландштейнер разработал учение о группах крови человека, различающихся по изоантигенам эритроцитов (система АВО) и антителам к ним. С 1905 начали появляться работы Карела и Гутрие по трансплантации органов. Неудачи в трансплантологии получили объяснение в 1945 году, когда П. Медавар показал, что в основе отторжения генетически чужеродных тканей лежат те же механизмы, что и в противоинфекционном иммунитете. Произошло новое осмысление функций иммунной системы: иммунная система предстала как некий «страж порядка», несущий ответственность за генетическое постоянство организма. Возникла трансплантационная иммунология.

Во второй половине XX века началось исследование иммунологических феноменов на молекулярном уровне. На протяжении этого периода была получена точная и детальная информация о классах антител, структуре этих белков, зависимости специфичности антител от аминокислотной последовательности.

Гейдельбергер показал, что антитела являются белками и, следовательно, их можно подвергнуть молекулярному анализу.

Ландштейнер, Эвери и Гейдельбергер охарактеризовали антигенные детерминанты.

Р. Портер и Д. Эдельман расшифровали структуру антител (1972).

Б. Бенацерраф, Ж. Доссе и Д. Снелл открыли антигены системы HLA (1980).

В середине XX века успешно развивается иммунология злокачественных опухолей. Используются иммунохимические методы для диагностики первичных онкологических заболеваний. Изучаются клеточные и гуморальные факторы и механизмы противоопухолевого иммунитета, изыскиваются иммунологические методы профилактики и терапии злокачественных образований.

Период развития иммунологии XX века Ерне охарактеризовал как клеточный. В начале 50-х годов было доказано, что в организме имеются воспроизводимые антителосекретирующие единицы (КОЕ - колониеобразующие единицы - плазматические клетки) и антителообразование является формой биологической адаптации. Кроме того, было показано, что иммунокомпетентные клетки в процессе иммунного ответа дифференцируются, иммунологическая память имеет клеточную основу.

В это время осуществлены:

Идентификация циркулирующих лимфоцитов как клеток, ответственных за иммунологические феномены. В 60-70-е годы были выделены две независимые, но совместно функционирующие популяции лимфоцитов тимического и костномозгового происхождения, названные соответственно T- и B-лимфоцитами.

Идентификация Фагреус и Кунсом плазматических клеток как клеток, которые образуют и секретируют антитела. Оказалось, что синтез антител подчиняется тем же законам, что и синтез менее разнообразных белков.

Открытие субпопуляций T-лимфоцитов Митчисоном, Раевским и Гершоном. Идентификация регуляторных функций T-лимфоцитов (в иммунном ответе и гомеостазе).

Открытие антиидиотипических антител. Разработка теории иммунологической сети Ерне.

Идентификация и клонирование Тонегавой генов, кодирующих вариабельные и константные сегменты иммуноглобулинов.

В 1969 году одновременно несколькими авторами (В. Петеров, М. Беренбаум, И. Ройт) была предложена трехклеточная схема кооперации иммуноцитов в иммунном ответе (T-, B-лимфоцитов и макрофагов), определившая на многие годы изучение механизмов иммунного ответа, субпопуляционной организации клеток иммунной системы.

В конце 50-х годов независимо Ф. Бернет и Т. Давид сформулировали концепцию клеточного отбора. В 1971 году Бернет создал клонально-селекционную теорию специфического иммунитета, которая впоследствии была подтверждена многими учеными. Бернет предположил, что иммунная система контролирует генетическое постоянство внутренней среды организма. Согласно концепции Бернета в эмбриогенезе происходит уничтожение клонов клеток, способных реагировать на собственные ткани. Иммунитет включается не только на поступающие извне чужеродные агенты, но и на собственные структуры с измененным генотипом. Защита от собственных изменившихся клеток является главной задачей иммунитета, тогда как защита от микроорганизмов, чужеродных белков и клеток - производная функция иммунологического надзора.

XX век и особенно его вторую половину можно по праву считать эпохой расцвета иммунологии. Иммунитет, еще недавно понимавшийся как способ защиты организма от инфекции, оказался одним из центральных механизмов поддержания постоянства внутренней среды организма. Интенсивные исследования показали, что иммунная система представляет собой сложную высокоорганизованную структуру, включающую иммунокомпетентные клетки разной степени специализации и огромное количество регуляторных молекул. Уже не у кого не вызывает сомнения, что нормальное функционирование системы является одним из определяющих условий здоровья человека.

В настоящее время в качестве активно развивающихся направлений в фундаментальной иммунологии можно отметить исследования рецепторного аппарата клеток иммунной системы, механизмов апоптоза, путей активации клеток, исследование различных цитокинов и других гуморальных факторов.

На современном этапе огромный вклад в развитие иммунологической науки вносит биотехнология. Ведутся активные работы по созданию различных иммунопрофилактических средств - генно-инженерных, синтетических вакцин, аллерговакцин. Уделяется большое внимание созданию современных диагностических средств для выявления различных инфекций, онкозаболеваний, аутоиммунных патологий и других.

^ 17. НОБЕЛЕВСКИЕ ЛАУРЕАТЫ В ИММУНОЛОГИИ

Первой Нобелевской премии по медицине был удостоен Эмиль фон Беринг (1854-1917, Германия) «за его исследования по сывороточной терапии и, в частности, за применение ее против дифтерии». Свои исследования он проводил у Роберта Коха в Коховском институте в Берлине. Беринг со своими сотрудниками Китасато и Вернике в 90-92 гг. XIX века показали, что иммунитет к дифтерии и столбняку зависит от образования антитоксинов, циркулирующих в крови. Он показал, что пассивное введение антитоксической сыворотки может обеспечить выздоровление больных, и этим положил начало сывороточной иммунотерапии разнообразных болезней. В результате он открыл новый путь в области медицинской науки и дал в руки врача победоносное оружие против болезни и смерти.

Премия присуждена Роберту Коху (1843-1910, Германия) «за его исследования и открытия, связанные с туберкулезом». Иммунодиагностика с помощью туберкулинового теста и «феномен Коха», который состоит в повышенной кожной реакции на туберкулезные бациллы при введении их в кожу сенсибилизированных животных, сыграли решающую роль в изучении механизмов клеточного иммунитета.

Премию этого года разделили Илья Ильич Мечников (1845-1916, Россия) и Пауль Эрлих (1854-1915, Германия), получившие ее в качестве «признания их работ по иммунитету». И.И. Мечников - первый ученый, который сознательно и целеустремленно, посредством экспериментов, исследовал вопрос столь фундаментальный для иммунитета - какими средствами организм побеждает болезнетворных микроорганизмов. Сначала его эксперименты были ограничены низшими животными. Однако эти исследования открыли путь для теории фагоцитоза. Согласно ей, микроорганизмы разрушаются за счет деятельности некоторых клеток организма. Некоторые виды клеток в организмах людей и животных, а именно фагоциты имеют, в дополнение к другим функциям, задачи удаления болезнетворных микроорганизмов.

Однако, как полагали в начале XX века, кроме уничтожающего бактерии иммунитета имеется также защита другого вида, которая действует против продуктов бактерий. Повреждение, наносимое микроорганизмами, обусловлено ядами, которые эти организмы производят и которые затем распространяются по жидкостям организма. Другой вид иммунитета направлен против именно этой опасности. Лучший пример этого - использование антидифтерийной сыворотки, содержащей определенные вещества, которые действуют как антитоксины против дифтерии. Эти вещества были названы антителами. После того, как иммунитет был достигнут, антитела остаются в тканевых жидкостях организма. Многочисленные вопросы, касающиеся источника антител, их характера и строения, воздействия на токсины и многие другие, поднял в своих экспериментальных и теоретических изысканиях ученый Пауль Эрлих.

Премия присуждена Шарлю Рише (1850-1935, Франция) «за исследования по анафилаксии». Вместе со своим коллегой Полем Портье он открыл феномен анафилаксии, обусловленный не токсическими свойствами вводимых веществ, а их действием как антигенов в предварительно сенсибилизированном организме. Тем самым он открыл новое и в то время весьма неожиданное направление в медицине, показав, что «защитные» механизмы иммунитета могут также вызывать развитие болезни.

Премия присуждена Жюлю Борде (1870-1961, Бельгия) «за его исследования по иммунитету». В 1898 году он открыл феномен специфического гемолиза. Спустя некоторое время, работая вместе со своим помощником Октавом Жангу, Борде описал феномен фиксации комплемента и диагностические возможности этой реакции.

Премии удостоен Карл Ландштейнер (1868-1943, Австрия) «за открытие групп крови у человека». В своих исследованиях по антиэритроцитарным антителам он описал в 1901 году ряд изогемагглютининов человека, которые в наше время составляют систему групп крови AB0. Ландштейнер внес весьма значительный вклад в понимание химических основ взаимодействия между антителами и антигеном, обобщив наблюдения в своей знаменитой книге «Специфичность серологических реакций». Отдавая должное значение своему открытию групп крови, Ландштейнер заметил, что, с его точки зрения, премию 1930 году следовало бы скорее присудить за его исследования по взаимодействию гаптен-антитело.

Премия присуждена Максу Тейлеру (1899-1972, Южная Африка) «за разработку вакцины против желтой лихорадки». Тейлер родился в Южной Африке, изучал медицину в Англии и затем в 1922 году переехал в Соединенные Штаты. Именно он показал, что возбудителем желтой лихорадки является фильтрующийся вирус, и описанный им тест защиты мышей (при котором сывороточные антитела в смеси с вирусом защищают мышь от гибели при внутримозговом заражении) стал весьма приемлемым инструментом в эпидемиологических и других исследованиях желтой лихорадки. В конце 30-х годов ему удалось получить аттенуированные штаммы, которые сохраняли свою иммуногенность, но были лишены патогенности и составили основу современных эффективных вакцин против желтой лихорадки.

Премия присуждена Даниэлю Бове (1907-1992, Швейцария) «за разработку антигистаминных препаратов для лечения аллергии». Открытие феномена Шульца-Дейла (сокращение кусочка матки под влиянием антигена) позволило моделировать in vitro аллергические реакции и изучать участвующие в них физиологические механизмы. В результате этого было обнаружено, что среди факторов, которые освобождаются при анафилаксии, наиболее важными являются гистамин, серотонин и другие биологически активные вещества. Бове, по-видимому, познакомился с иммунологией и аллергией в период своей работы в Пастеровском институте в Париже, когда он опубликовал много работ о действии различных химических соединений на вегетативную нервную систему. Эти исследования привели его к поиску веществ, способных подавлять действие гистамина; в результате появились лекарственные препараты, оказавшиеся эффективным средством лечения астмы и сенной лихорадки.

Премия присуждена Франку Макфарлейну Бернету (1899-1985, Австралия) и Питеру Медавару (1915-1987, Великобритания) «за открытие приобретенной иммунологической толерантности». Медавар показал, что отторжение чужеродного кожного трансплантата подчиняется всем правилам иммунологической специфичности и в основе его лежат такие же механизмы, как и при защите от бактериальных и вирусных инфекций. Последующая работа, которую он провел вместе с рядом учеников, заложила прочную основу для развития трансплантационной иммунобиологии, которая стала важной научной дисциплиной и в дальнейшем обеспечила многие достижения в области клинической трансплантации органов. Бернет опубликовал книгу «Образование антител» (1941 г.). Он утверждал, что способность к иммунологическим реакциям возникает на сравнительно поздних стадиях эмбрионального развития и при этом происходит запоминание существующих маркеров «своего» у антигенов, присутствующих в данный момент. Организм в последующем приобретает к ним толерантность и не способен отвечать на них иммунологической реакцией. Все антигены, которые не запомнились, будут восприниматься как «не свои» и смогут в дальнейшем вызывать иммунный ответ. Было высказано предположение, что любой антиген, введенный в течение этого критического периода развития, будет затем восприниматься как свой и вызывать толерантность, в результате чего не сможет в дальнейшем активировать иммунную систему. Эти идеи были далее развиты Бернетом в его клонально-селекционной теории образования антител. Предположения Бернета были подвергнуты экспериментальной проверке в исследованиях Медавара, который в 1953 году на мышах чистых линий получил четкое подтверждение гипотезы Бернета, описав феномен, которому Медавар дал название приобретенной иммунологической толерантности.

Премия присуждена Джералду М. Эдельману (1929, США) и Роднёю Р. Портеру (1917-1985, Великобритания) «за их исследования по химической структуре антител». Данные А. Тизелиуса и Э.А. Кэбета о том, что антитела являются гамма-глобулинами с большой молекулярной массой, показали, насколько трудным будет установить химическую основу для их первичной иммунологической специфичности и их вторичных биологических свойств. Расщепляя молекулу антитела ферментами, Портер стремился получить более мелкие активные фрагменты, ив 1958 году он добился успеха. При расщеплении папаином из молекулы антитела удалось выделить три составляющие ее фрагмента: два идентичных Fab-фрагмента и третий Fc-фрагмент. Fab-фрагмент содержит антительные участки связывания антигена, а Fc обеспечивает вторичную биологическую активность антитела. Затем Эдельман показал, что, восстанавливая гомогенный белок, можно выделить составляющие его полипептидные цепи - легкие (L) и тяжелые (Н). Далее Портер показал, что молекула иммуноглобулина образована двумя легкими и двумя тяжелыми цепями. На основе этих данных была создана теперь уже общепризнанная модель строения IgG. Выделение из иммуноглобулина цепей и фрагментов открыло возможность изучения их аминокислотной последовательности; такие исследования стали проводиться с большой интенсивностью в лабораториях Портера, Эдельмана и многих других исследователей. В результате этих работ было установлено, что в L- и Н-цепях существуют как вариабельные, так и константные области, и появилась возможность сравнивать первичную структуру антител разной специфичности и даже разных видов животных. Наконец в 1969 г. Эдельман и его сотрудники сумели полностью расшифровать первичную структуру одной молекулы иммуноглобулина, что позволило не только установить положение антигенсвязывающего участка, но также локализовать те «домены», которые обеспечивают вторичные биологические функции антител.

Премия по медицине присуждена Розалине Ялоу (1921, США) «за разработку метода радиоиммунологического анализа пептидных гормонов». Гормоны - химические вещества с очень большим диапазоном различного действия при концентрациях, которые в течение долгого времени казались настолько низкими, что считались следовыми. Розалина Ялоу работала над методологией измерения содержания гормонов в крови при очень низких концентрациях. Розалина Ялоу и ее коллега Соломон Берсон обнаружили случайно, что белковый гормон инсулин после введения в кровь человека, больного сахарным диабетом, способствует образованию антител против инсулина. Через пару лет интенсивной работы они представили в 1960 году метод для определения белковых гормонов в крови, принцип которого был основан на способности этих гормонов вызывать продукцию антител. В результате смешивания в пробирке известного количества радиоактивного инсулина с известным количеством антител против инсулина образуются комплексы инсулин-антитело с частью радиоактивного инсулина. Впоследствии, если добавить к этой смеси небольшое количество крови, которая содержит инсулин, инсулин крови замещает некоторую часть радиоактивного инсулина в комплексах с антителами. Чем выше концентрация инсулина находится в пробе крови, тем большее количество радиоактивного инсулина будет отделено от антител. Количество радиоактивного инсулина, удаленного из комплексов, может легко быть установлено, тем самым указывая точную величину содержания исследуемого инсулина в пробе крови. Таким образом метод Розалины Ялоу и его последующие модификации позволили применять его далеко за рамками ее собственной области исследования.

Премия по медицине присуждена Баруху Бенацеррафу (1920, Венесуэла), Жану Доссе (1916, Франция) и Джорджу Д. Снеллу (1903-1996, США) «за их работу по генетически детерминированным структурам клеточной поверхности, регулирующим иммунологические реакции». В 1965 году Доссе и его сотрудники описали систему примерно из 10 антигенов человека, закодированных в главном комплексе гистосовместимости, который включает «сублокусы», определяющие ограниченное число антигенных аллелей.

Нобелевская премия по медицине присуждена Нильсу К. Ерне (1911-1994, Дания), Джорджу Г.Ф. Кёлеру (1946- 1995, Германия) и Цезарю Мильштейну (1927-2002, Аргентина) «за теории, касающиеся специфичности в иммунной системе, и открытие принципов получения моноклональных антител». Ерне - известный теоретик в области иммунологии - выдвинул предложение, что способность иммунной системы идентифицировать несметное число антигенов была как-то предопределена еще до первого поступления антигена. А при поступлении антигена происходит некий выбор в пользу нужных антител и увеличивается их наработка. Теория Ерне сильно контрастировала с преобладающими в то время теориями, но она быстро была поддержана и расширена.

Отправной точкой для следующей важной теории Ерне в 1971 году явилась особенность иммунной системы одного индивидуума отторгать ткань другого. Ерне предполагал, что за эти реакции ответственны молекулы, названные им антигенами трансплантации. По его предположению, они должны иметь определенные функции в здоровом организме, не подвергшемуся трансплантации. Одной из функций этих молекул могла быть активация и запуск сигналов об увеличении количества клеток иммунной системы, участвующих в защите тканей организма. Специальные органы, например тимус, могли были приняты в качестве «оранжереи» и «университета» для этих клеток. В этой теории Ерне предсказывал феномен образования специфичности для клеточного звена иммунитета.

В третьей теории в 1974 году Нильс Ерне представил предполагаемую картину устройства иммунной системы. Иммунная система уподобляется гигантскому компьютеру, где осуществляется постоянная связь и регулирование между различными ее компонентами. Количество клеток в такой системе в организме взрослого человека превышает 10 12 млн.; кроме того, система имеет способность производить миллиарды различных антител с огромным структурным разнообразием. Некоторые антитела, согласно теории, подражают антигенам, против которых нарабатываются другие антитела. И тогда в ответ на проникновение антигена в организм иммунитет срабатывал бы быстрее. Это стало, по сути, предсказанием существования иммунологической памяти. Таким образом, умозрительные теории Ерне позволили современной иммунологии сделать важные шаги по пути новых открытий.

Джордж Келер и Цезарь Мильштейн открыли и развили принципы производства так называемых моноклональных антител с помощью гибридомной технологии. Мильштейн, работал с опухолевыми плазматическими клетками, способными производить антитела. Однако антигенов, с которыми они могли бы связываться, не было найдено. В то же самое время молодой исследователь Келер пытался вырастить нормальные плазматические клетки в условиях in vitro. Только немногие плазматические клетки могли существовать в культуре, и то недолгое время. Тогда Келер, узнав об опытах Мильштейна, обратился к нему с предложением создать гибриды опухолевых клеток с нормальными плазматическими клетками, продуцирующими антитела. Свойства опухолевых клеток позволили бы этим гибридам приобрести большую жизнеспособность для выращивания в культуре.

Ученые смогли решить эту задачу за два года. К этому времени они отработали технику, позволяющую им по желанию получить гибридные клетки, производящие нужные антитела. Эти клетки имели высокую жизнеспособность, чтобы произвести антитела в высоком количестве. Ученые назвали эти гибридные клетки гибридомами, а поскольку все клетки в гибридомной культуре происходят от одной гибридной клетки, антитела были названы моноклональными.

Премия по медицине присуждена Сусумо Тонегава (1939, Япония) «за открытие генетических принципов генерации антител». Благодаря исследованиям Тонегавы стали ясны молекулярно-биологические механизмы формирования огромного разнообразия активных центров антител, а позднее и T-клеточных рецепторов.

Премия по медицине и физиологии присуждена Жозефу Е. Марри (1919, США) и Е. Донналлу Томасу (1920, США) «за открытия в области трансплантологии органов и клеток». Они создали основы техники пересадки клеток костного мозга при лейкозах и при пересадке таких органов, как почка, используя подбор донора и реципиента по антигенам гистосовместимости и применяя созданные ими цитотоксические препараты.

Премия по медицине присуждена Питеру К. Догерти (1940, Австралия) и Рольфу М. Зинкернагелю (1944, Швейцария) «за их открытия в области специфичности клеточного иммунного ответа». Оба работают в США. Основная заслуга лауреатов заключается в расшифровке механизмов узнавания антигенов T- и B-лимфоцитами. Этот механизм был назван когнатным, или сцепленным, распознаванием.

Премия по медицине и физиологии присуждена Лиланду Г. Хартвеллу (1939, США), Р. Тимоти Ханту (1943, Великобритания) и Полю М. Нёрсу (1949, Великобритания) «за открытие ключевых регуляторов клеточного цикла». Лауреаты обнаружили ключевые регуляторы клеточного цикла - циклин-зависимые киназы (CDK) и циклины. Вместе эти два компонента образуют фермент, в котором CDK является как бы «молекулярным двигателем», проводящим клетку через клеточный цикл, изменяя структуру и функцию других белков в клетке. Циклин - это главный «переключатель», который запускает и останавливает «CDK-двигатель». Были обнаружены гены, ответственные за деление клетки, названные CDC-гены. Один из этих генов, CDC28, контролирует инициацию клеточного цикла. Ими была также сформулирована концепция «сверочных точек», которые гарантируют, что события клеточного цикла идут правильно. Дефекты сверочных точек рассматривается в качестве одной из причин преобразования нормальных клеток в раковые.

Премия по медицине и физиологии присуждена Сиднею Бреннеру (1927, Великобритания), г. Роберту Хорвитцу (1947, США) и Джону Е. Сулстону (1942, Великобритания) «за открытие генетической регуляции развития органов и программированной клеточной смерти». Эти исследования были выполнены на нематоде Caenorhabditis elegans . Ученые идентифицировали несколько генов, ответственных за программированную гибель клеток. Кроме того, они показали, что в человеческих клетках имеются гомологи этих генов.

К этой группе иммунологической недостаточности относятся состояния, обусловленные тяжелыми воспалительными и токсическими процессами, дефицитом белков, в том числе иммуноглобулинов, в результате обильных и длительных кровотечений; у новорожденных вследствие слабой активности иммунологической системы может возникнуть транзиторная иммунологическая недостаточность.

Выявлена аутосомно-рецессивная форма комбинированной иммунологической недостаточности (синдром Луи-Бар), при которой глубоко нарушены функции Т- и В-систем иммунитета; она сцеплена с полом (болеют мальчики) и является следствием нарушения белкового обмена.

Прт иммунологической недостаточности отмечено резкое повышение частоты злокачественных опухолей.

При частом введении антигена или при введении его в больших дозах может наступить иммунизаторное торможение, при котором организм не будет отвечать на действие антигена дальнейшей выработкой иммунитета. При одновременном введении в организм сильного и слабого антигенов может возникать угнетение ответа на слабый антиген.

При избытке антигена, введенного в организм, наступает иммунологический паралич. Организм утрачивает способность иммунизироваться заведомо вакцинирующими дозами. Предполагают, что иммунологический паралич обусловлен связыванием антител с антигеном, длительно сохраняющимся в организме. При этом наступает блокада лимфоидно-макрофагальной системы.

На образование антител большое влияние оказывают питание, ионизирующая радиация, продукция гормонов, охлаждение и перегревание, интоксикация. При голодании или неполноценном белковом питании продукция антител снижается. Состояние гиповитаминоза также задерживает синтез антител. Наиболее чувствительными к действию ионизирующей радиации являются клетки в индуктивной фазе продукции антител, т. е. в период фиксации клетками антигена. Состояние стресса обусловливает резкое снижение общей резистентности организма, включая и гуморальный иммунитет. Выработка антител к возбудителям инфекционных болезней в ряде случаев снижается под влиянием антибиотиков, вводимых с целью лечения больных в ранних стадиях заболевания.

Таким образом, для максимального развития иммунитета определенное значение имеют химический состав, физико-химические свойства, условия введения, интервалы и доза антигена, состояние организма и внешняя среда.

Существующие в настоящее время теории образования антител пытаются объяснить этот сложный процесс с различных точек зрения.

Рис. 1. Образование антител.

1 — под контролем антигена, выполняющего функцию матрицы; 2—под контролем генов клонов плазмоцитов.

Согласно теории прямой матрицы Гауровитца — Полита, антигены проникают в поле белкового синтеза клетки — в рибосомы (рис. 1). Контакт с новообразующимися молекулами иммуноглобулина приводит к изменению первичной и вторичной его структур, в результате чего он приобретает специфическое сродство к антигену и становится антителом.

Теория непрямой матрицы Бернета—Феннера предполагает, что антиген, действуя на ДНК или РНК, специфически изменяет саморегулирующиеся нуклеопротеидные структуры клетки. Антиген в данном случае, возможно, выполняет функцию индуктора при синтезе адаптивных ферментов, растормаживая естественно репрессированные иммунологические способности клетки.

По теории естественной селекции Ерне антитела образуются в результате селекции нормальных антител. Антиген соединяется в организме с соответствующими нормальными антителами, образующийся комплекс антиген — антитело поглощается клетками, которые и вызывают выработку антител.

Клоналъно-селекционная теория -Бернета предусматривает, что популяция лимфоидных клеток генетически гетерогенна, каждый клон клеток (В-лимфоцитов) обладает различным сродством к антигенам. Вследствие контакта с антигеном клоны клеток, обладающие наибольшим сродством к нему, интенсивно пролиферируют, трансформируясь в плазматические клетки, продуцирующие антитела. Согласно этой теории, под влиянием антигенов происходит селекция иммунокомпетентных клеток. В результате иммунизации могут возникнуть мутации данного клона с последующей их пролиферацией. Эта теория в большей степени объясняет ранее неизвестные явления в иммунологии, однако она не в состоянии раскрыть механизм предсуществования многочисленных клеточных клонов, заранее готовых продуцировать иммуноглобулины.

Таким образом, образование антител подчиняется закономерностям биосинтеза белков, происходит в рибосомах плазматических клеток и контролируется системой ДНК — РНК клетки. Антиген, вероятно, выполняет пусковую функцию, не принимая затем участия в образовании антител.

В общем комплексе механизмов невосприимчивости специфические и неспецифические, клеточные и гуморальные защитные реакции представляют собой эффективную систему, обеспечивающую сохранение постоянства внутренней среды макроорганизма. Они проявляются на молекулярном, клеточном и организменном уровнях, что наделяет их широким диапазоном действия на патогенные агенты.

Наряду с защитными функциями иммунные реакции в ряде случаев могут обусловливать возникновение патологических состояний: аутоиммунных процессов, аллергии и др.

Антитела - белки сыворотки крови и других биологических жидкостей, которые синтезируются в ответ на введение антигена и обладают способностью специфически взаимодействовать с антигеном, вызвавшим их образование, или с изолированной детерминантной группой этого антигена (гаптеном).

Защитная роль А. как факторов гуморального иммунитета обусловлена их антигенраспознающей и антигенсвязывающей активностью и рядом эффекторных функций: способностью активировать систему комплемента, взаимодействовать с различными клетками, усиливать фагоцитоз. Эффекторные функции А. реализуются, как правило, после их соединения с антигеном, вслед за которым происходит удаление чужеродного агента из организма. При инфекциях появление в крови больного А. против возбудителя инфекции свидетельствует о сопротивлении организма данной инфекции, а уровень антител служит мерой напряженности иммунитета.

Впервые появление в крови у животных веществ, которые специфически взаимодействовали с введенными ранее токсинами бактерий, обнаружили в 1890 г. Беринг и Китасато (Е. Behring, S. Kitasato). Вещество вызывало обезвреживание токсина и было названо антитоксином. Более общий термин «антитела» был предложен, когда выявили возникновение подобных веществ при введении в организм любых чужеродных агентов. Первоначально о появлении и накоплении А. судили по способности исследуемых сывороток давать при соединении с антигенами видимые серологические реакции или по их биологической активности - способности нейтрализовать токсин, вирус, лизировать бактерии и чужеродные клетки. Предполагали, что каждому феномену соответствуют особые А. Однако впоследствии оказалось, что тип антиген - антитело реакции определяется физическими свойствами антигена - его растворимостью, а антитела разной специфичности и видового происхождения принадлежат к гамма-глобулиновой фракции крови или, по номенклатуре ВОЗ, к иммуноглобулинам (lg). Иммуноглобулины - это совокупность сывороточных белков, несущих активность антител. Позже была обнаружена гетерогенность по физико-химическим свойствам и сродству к антигену антител одной специфичности, выделенных от одного индивида, и показано, что они синтезируются в организме разными клонами плазматических клеток. Важным шагом в изучении строения антител стало использование с этой целью миеломных белков - гомогенных иммуноглобулинов, синтезируемых одним клоном плазматических клеток, подвергшихся малигнизации.

Классы иммуноглобулинов и их физико-химические свойства. Иммуноглобулины составляют около 30% всех белков сыворотки крови. Их количество значительно возрастает после антигенной стимуляции. Антитела могут принадлежать к любому из пяти классов иммуноглобулинов (lgA, lgG, lgM, lgD, lgE). Молекулы иммуноглобулинов всех классов построены из ептидных цепей двух видов: легких (L) с молекулярной массой около 22000, одинаковых для всех классов иммуноглобулинов, и тяжелых (Н) с молекулярной массой от 50000 до 70000 в зависимости от класса иммуноглобулина. Структурные и биологические особенности каждого класса иммуноглобулинов обусловлены особенностями строения их тяжелых цепей. Основной структурной единицей иммуноглобулинов всех классов является димер двух идентичных пар легкой и тяжелой цепей (L-Н) 2 .

Иммуноглобулин G (lgG) имеет молекулярную массу около 160000, молекула состоит из одной (L-Н) 2 -субъединицы и содержит два антигенсвязывающих центра. Это основной класс антител, составляющий до 70-80% от всех иммуноглобулинов сыворотки крови. Концентрация lgG в сыворотке крови 6-16 г/л . В процессе первичного иммунного ответа (после первичного введения антигена) он появляется позднее lgM-антител, но образуется раньше при вторичном иммунном ответе (после повторного введения антигена). lgG - единственный класс антител, которые проникают через плаценту и обеспечивают иммунологическую защиту плода, активируют систему комплемента, обладают цитофильной активностью. Благодаря высокому содержанию в сыворотке крови lgG имеет наибольшее значение в противоинфекционном иммунитете. Поэтому об эффективности вакцинации судят по наличию его в сыворотке крови.

Иммуноглобулин М (lgM) имеет молекулярную массу 900000. молекула состоит из 5 (L-Н) 2 -субъединиц, скрепленных дисульфидными связями и дополнительной пептидной цепью (J-цепь). lgM составляет 5-10% от всех иммуноглобулинов сыворотки крови; концентрация его в сыворотке крови 0,5-1,8 г/л . Антитела этого класса образуются при первичном иммунном ответе, Молекула lgM содержит 10 активных центров, поэтому lgM особенно эффективен против микроорганизмов, содержащих в мембране повторяющиеся антигенные детерминанты. lgM обладает высокой агглютинирующей активностью, сильным опсонизирующим эффектом, активирует систему комплемента. В виде мономера является антигенсвязывающим рецептором В-лимфоцитов.

Иммуноглобулин A (lgA) составляет 10-15% от сывороточных иммуноглобулинов; концентрация его в сыворотке 1-5 г/л крови. lgA существует в виде мономера, димера, тримера (L-Н) 2 -субъединицы. В виде секреторного lgA (slgA), устойчивого к протеазам, является основным глобулином экстраваскулярных секретов (слюны, слезной жидкости, носового и бронхиального секретов, поверхности слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта). lgA-антитела обладают цитофильной активностью, агглютинируют бактерии, активируют систему комплемента, нейтрализуют токсины, создают защитный барьер в местах наиболее вероятного проникновения инфекционных агентов. Уровень lgA в сыворотке крови возрастает при перинатальных инфекциях, заболеваниях дыхательных путей.

Иммуноглобулин Е (lgE) имеет вид мономера (L-Н) 2 -субъединицы и молекулярную массу около 190000. В сыворотке крови содержится в следовых количествах. Обладает высокой гомоцитотропной активностью, т.е. прочно связывается с тучными клетками соединительной ткани и базофилами крови. Взаимодействие связанных с клетками lgE с родственным антигеном вызывает дегрануляцию тучных клеток, высвобождение гистамина и других вазоактивных субстанций, что приводит к развитию гиперчувствительности немедленного типа. Ранее антитела lgE-класса назывались реагинами.

Иммуноглобулин D (lgD) существует в виде мономерного антитела с молекулярной массой около 180000. Концентрация его в сыворотке крови 0,03-0,04 г/л . lgD в качестве рецептора присутствует на поверхности В-лимфоцитов.

Структура антител и их специфичность . Общий план строения макромолекулы обычно рассматривают в отношении lgG-антател. включающих одну (L-Н) 2 -субъединицу. При ограниченном протеолизе папаином молекулы А этого класса распадаются на два идентичных Fab-фрагмента и Fc-фрагмент. Каждый Fab-фрагмент содержит по одному активному центру, или антидетерминанте, т.к. соединяется с антигеном, но не может его преципитировать. В организации активного центра принимают участие вариабельные участки легкой и тяжелой цепей.

Fc-фрагмент не связывает антиген. В его состав входят константные участки тяжелых цепей. В Fc-фрагменте расположены центры, ответственные за эффекислоторные функции, общие для всех А. одного класса. Схематически молекулу lgG-антител можно представить в виде буквы Y, верхние плечи которой составляют идентичные Fab-фрагменты, а нижний отросток является Fc-фрагментом.

Иммунная система позвоночных способна синтезировать 10 5 - 10 8 молекул А. разной специфичности. Специфичность - важнейшее свойство А., позволяющее им избирательно реагировать с тем антигеном, которым был стимулирован организм. Специфичность А. определяется уникальностью строения антидетерминанты и является результатом пространственного соответствия (комплементарности) между детерминантой антигена и аминокислотными остатками, выстилающими полость анти-детерминанты. Чем выше комплементарность, тем большее число нековалентных связей возникает между детерминантой антигена и аминокислотными остатками антидетерминанты и тем прочнее, стабильнее образующийся иммунный комплекс. Различают аффинность антител, которая является мерой прочности связывания одной антидетерминанты с детерминантой, и авидность антител - суммарную силу взаимодействия поливалентного А. с полидетерминантным антигеном. Хотя А. способны различать незначительные изменения в структуре антигена, известно, что они могут реагировать и с детерминантами сходной структуры. Антитела одной специфичности представлены пулом молекул с разной молекулярной массой, электрофоретической подвижностью и разным сродством к антигену.

Для получения однородных по специфичности и сродству к антигену антител применяют гибридому - гибрид моноклона антителопродуцирующей клетки с клеткой миеломы. Гибридома приобретает способность продуцировать в неограниченном количестве моноклональные А., абсолютно идентичные по классу и типу молекул, по специфичности и сродству к антигену. Моноклональные А. - наиболее перспективное диагностическое и лечебное средство.

Виды антител и их синтез. Различают полные и неполные А. Полные А. имеют в молекуле не менее двух активных центров и при соединении с антигенами дают видимые серологические реакции. Могут быть тепловые и холодовые полные А., которые реагируют с антигеном соответственно при t° 37° или при 4°. Известны двухфазные, биотермические А. Они соединяются с антигеном при низких температурах, а видимый эффект соединения проявляется при 37°. Полные А. могут принадлежать ко всем классам иммуноглобулинов. Неполные А. (моновалентные, непреципитирующие, блокирующие, агглютиноиды) содержат в молекуле одну антидетерминанту вторая антидетерминанта или замаскирована, или обладает низкой аффинностью.

Неполные А. не дают при соединении с антигеном видимых серологических реакций. Их выявляют по способности блокировать реакцию специфического антигена с полными А. той же специфичности либо с помощью антиглобулинового теста - так называемые пробы Кумбса. К неполным А. относятся антитела к резус-фактору.

Нормальные (естественные) А. обнаруживают в крови животных и человека при отсутствии явной инфекции или иммунизации. Антибактериальные нормальные А. возникают, вероятно, в результате постоянного, незаметного контакта с данными бактериями. Предполагают, что они могут определять индивидуальную устойчивость организма к инфекциям. К нормальным А. относят изоантитела, или алло-антитела (см. Группы крови ). Нормальные А., как правило, представлены lgM.

Синтез молекул иммуноглобулинов осуществляется в плазматических клетках. Тяжелые и легкие цепи молекулы синтезируются на разных хромосомах и кодируются разными наборами генов.

Динамика выработки А. в ответ на антигенный стимул зависит от того, впервые или повторно организм сталкивается с данным антигеном. При первичном иммунном ответе появлению А. в крови предшествует латентный период продолжительностью 3-4 дня. Первые образующиеся А. принадлежат к lgM. Затем количество А. резко возрастает и происходит переключение синтеза с lgM- на lgG-антитела. Максимум содержания А. в крови приходится на 7-11-е сутки, после чего их количество постепенно снижается. Для вторичного иммунного ответа характерны укороченный латентный период, более быстрое нарастание титров А. и большее их максимальное значение. Характерно образование сразу lgG-антител. Способность к иммунному ответу по вторичному типу сохраняется в течение многих лет и представляет собой проявление иммунологической памяти, примерами которой может служить противокоревой и противооспенный иммунитет.

Современные теории образования антител . Образование А. является результатом межклеточного взаимодействия, возникающего под влиянием иммуногенного стимула. В клеточной кооперации участвуют три типа клеток: макрофаги (А-клетки). лимфоциты тимусного происхождения (Т-лимфоциты) и лимфоциты костномозгового происхождения (В-лимфоциты). Т- и В-лимфоциты имеют на своей поверхности генетически детерминированные рецепторы для антигенов самой разнообразной специфичности. Т о., распознавание антигена сводится к отбору (селекции) клонов Т- и В-лимфоцитов, несущих рецепторы данной специфичности. Иммунный ответ осуществляется по следующей схеме. Антиген, попадая в организм, поглощается макрофагами и перерабатывается ими в иммуногенную форму, которая распознается иммуноглобулиноподобными рецепторами Т-лимфоцитов (помощников), специфичными к данному антигену. Молекулы антигена, связанные с иммуноглобулиновыми рецепторами, отрываются от Т-лимфоцитов и присоединяются к макрофагам через Fc-рецепторы иммуноглобулинов. На макрофагах образуется таким способом «обойма» антигенных молекул, которая распознается специфическими рецепторами В-лимфоцитов. Только такой массированный сигнал может вызвать пролиферацию и дифференцировку В-лимфоцита (предшественника) в плазматическую клетку. Следовательно, Т- и В-лимфоциты распомают различные детерминанты на одной молекуле антигена. Клеточная кооперация возможна лишь при наличии двойного распознавания.

Феномен двойного распознавания заключается в том, что Т- и В-лимфоциты распознают чужеродную антигенную детерминанту только в комплексе с продуктами генов основного комплекса гистосовместимости своего организма. Известно, что клеточной кооперации между аллогенными клетками не происходит. Вероятно, ассоциация антигенной детерминанты со своими поверхностными структурами осуществляется на поверхности макрофагов в процессе переработки антигена в иммуногенную форму, а также на поверхности лимфоцитов.

Выделение антител и их очистка . Различают неспецифические и специфические методы выделения А. К неспецифическим относят методы фракционирования иммунных сывороток, в результате которых получают фракции, обогащенные А., чаще всего фракцию lgG-антител. К ним относятся высаливание иммуноглобулинов сернокислым аммонием или сернокислым натрием, осаждение иммуноглобулинов спиртом, методы препаративного электрофореза и ионообменной хроматографии и гель-хроматографии. Специфическая очистка основана на выделении А. из комплекса с антигеном и приводит к получению А. одной специфичности, но гетерогенных по физико-химическим свойствам. Процедура состоит из следующих этапов: получение специфического преципитата (комплекса антиген - антитело) и отмывка его от остальных компонентов сыворотки; диссоциация преципитата; отделение А. от антигена на основе различий в их молекулярной массе, заряде и других физико-химических свойств. Для специфического выделения А. широко используют иммуносорбенты - нерастворимые носители, на которых фиксирован антиген. В этом случае процедура получения А. значительно упрощается и включает пропускание иммунной сыворотки через колонку с иммуносорбентом, отмывку иммуносорбента от несвязавшихся белков сыворотки, элюцию фиксированного на иммуносорбенте А. при низких значениях рН и удаление диссоциирующего агента путем диализа.

Библиогр.: Вейсман И.Л., Худ Л.Е. и Вуд У.Б. Введение в иммунологию, пер. с англ., с. 13, М., 1983; Иммунология, под ред. У. Пола, пер. с англ., с. 204, М., 1987; Кульберг А.Я. Молекулярная иммунология, М., 1985; Образование антител, под ред. Л. Глинна и М. Стьюарда, пер. с англ., с. 10, М., 1983, Петров Р.В. Иммунология, с. 35, М., 1987.

Первую «селекционную» теорию образования антител предложил в 1900 г. Пауль Эрлих (Ehrlich). Согласно его теории, существуют клетки (по-видимому, В-лимфоциты), на поверхностной мембране которых расположено много разных молекул антител. Эти клетки способны синтезировать любое из них. После того как происходит связывание чужеродного антигена с каким-то одним антителом, клетка начинает производить антитела только этой специфичности. Поскольку этот «селективный» процесс происходит одновременно в большом числе клеток, образуется много антител, специфичных к данному антигену. Сейчас известно, что идея Эрлиха не верна. Современные селекционные теории, основанные на представлениях о том, что одна клетка может продуцировать только антитела одного типа (а не многих), начали появляться только в 1950-х гг.

Первой среди них была теория, предложенная Нильсом Ерне (Jerne) в 1955 г. Его теория переместила интересы иммунологов с инструктивных теорий, по которым антитела принимают любую форму в зависимости от формы антигена, на селекционные. В 1957 г.Макфарлейн Бернет предположил, что основной единицей отбора антигеном является клетка, и что одна клетка отвечает за образование антител только одного типа. Именно Бернет придумал термин «клональная селекция». В основе этой теории лежит представление о том, что «одна клетка производит только одно антитело» (точнее, антитела одной специфичности). Существует много разных клеток (лимфоцитов), образующих и несущих на поверхности разные антитела. Клетка «отбирается» антигеном, форма которого соответствует антителам, производимым данной клеткой. Именно она начинает размножаться и дает клон идентичных клеток, причем все клетки клона продуцируют антитела одной специфичности. Согласно этой теории, должен существовать механизм, который обеспечивает проявление на поверхности клетки антител только одной специфичности и исключает все другие антитела. Теперь мы знаем, что «решение», какое антитело будет синтезироваться в В-клетке, принимается на ранних стадиях развития лимфоцита. Бернет не только нашел экспериментальные свидетельства в пользу этой теории, но и сформулировал ее следствия для проблемы различения «своего» и «не-своего».

Далее клонально-селекционная теория развивалась усилиями таких исследователей, как Мелвил Кон и Элистэр Каннингем (Cunningham). До сих пор основные представления этой теории объясняют, как иммунная система приспосабливается к разнообразным и постоянно меняющимся антигенам внешней среды. Основные положения клонально-селекционной теории подтверждены экспериментально.

Привлекательность этой теории состояла в том, что она давала разумные объяснения механизма аутотолерантности. Если рецептор на поверхности развивающегося незрелого лимфоцита связывается с собственным антигеном, клетка получает «отрицательный» сигнал и уничтожается. Так как собственные антигены - это первые молекулы, которые встречаются незрелым лимфоцитам, этот процесс должен происходить в местах развития лимфоцитов. Бернет назвал его уничтожением «запрещенных» клонов. Только лимфоциты, прошедшие этот селекционный фильтр (уничтожение запрещенных клонов), достигают зрелости и приобретают способность связываться с чужеродными антигенами.

Мелвин Кон, а затем Элистэр Каннингем привели доводы в пользу того, что иммунная система имеет способность генерировать соматические мутации генов антител в ответ на внедрение чужеродных антигенов. По их мнению, по-видимому, выгодно, чтобы с ДНК зародышевой линии наследовалось только небольшое число необходимых Ig генов, а новые могли бы возникать в течение жизни животного в виде соматических мутаций, вызванных антигеном.

Сузуму Тонегава (Япония) открыл генетической основы образования вариационного богатства антител. В стрессовой ситуации, которую создает вторжение антигена, включается механизм перестройки генов иммуноглобулинов: генетическая система по каким-то не вполне еще понятным правилам режет и сшивает фрагменты генов до тех пор, пока не найдет приемлемый вариант – тот, что синтезирует антитело, которое реагирует с вторгшимся антигеном. Найденный вариант клонируется (т.е. размножается из единственного родоначального экземпляра).

За открытие этого механизма иммунолог из Японии Сусуму Тонегава получил в 1987 г. Нобелевскую премию (работа начата в Швейцарии, а завершена в США). Суть открытия в том, что ген может быть переделан в цитоплазме.

Указанный механизм рекомбинаций поставляет антитела, связывающие антигены довольно слабо. Для улучшения их «качества», для тонкой подстройки, осуществляется следующий этап, соматический (т.е. не связанный с размножением), –гипермутагенез . Гипермутагенез заключается в том, что при клонировании гены «болванки» (первично найденного варианта) мутируют с огромной частотой (каждый тысячный нуклеотид заменяется, тогда как обычно точковый мутагенез в 100 миллионов раз менее интенсивен), а потом с их копий синтезируется масса чуть отличных друг от друга белковых цепей антител, какое-то из которых оказывается подогнанным к антигену наилучшим образом. Этот окончательный вариант снова клонируется и запоминается клетками иммунной памяти, т.е.наследуется на время жизни особи (возникаетприобретенный иммунитет ).

В этом, грубо говоря, состоит генетический принцип обеспечения разнообразия антител (термин Тонегавы): возникшие при перестройках фрагменты сшиваются (механизм Тонегавы), причем с нематричными вставками (механизм Альта–Балтимора, п.4), затем успешный вариант точно подгоняется к антигену (механизм гипермутагенеза), клонируется и запоминается (соматическое наследование).

Словом, гены антител образуются не за счет случайных мутаций, как думали прежде, а путем многостадийного процесса, в котором лишь одну ступень можно назвать мутагенезом и то в особом смысле: он направлен – в том смысле, что происходит только в нужных участках нужных генов, зато с неимоверной частотой.

Первичный и вторичный иммунный ответ.

При попадании антигенов в организм в первые сутки наблюдается антигенемия (циркуляция антигенов в крови). Основное количество антигена исчезает из крови через сутки и накапливается в лимфоузлах. В случаях бактериемии или вирусемии количество антигена может снова увеличиваться.

П е р в и ч н ы й и м м у н н ы й ответ развивается после латентного периода (3-5 дней), во время которого происходит распознание АГ и образование клонов плазматических клеток. Затем наступает логарифмическая фаза , соответствующая поступлению АТ в кровь. Продолжительность 7-15 суток. Постепенно титры АТ достигают пика и наступает стационарная фаза , продолжительность которой 15-30 суток. Ее сменяет фаза затухания , характеризующаяся снижением титров АТ, длящаяся 1-6 месяцев.

Первыми синтезируются IgM, а затем IgG (они могут сохраняться в течение всей жизни). Позже всех и не всегда появляются в небольших количествах IgA, E, D. Одновременно нарастает количество уровень иммунных Т-лимфоцитов, образуются комплексы антиген-антитело. В зависимости от вида антигена преобладают или иммунные Т-лимфоциты, или антитела.

Особенность первичного иммунного ответа – низкая скорость антителообразования и появление сравнительно невысоких титров АТ.

В т о р и ч н ы й и м м у н н ы й о т в е т.

Как мы уже отмечали , после антигенной стимуляции часть клетов В- и Т-лимфоцитов циркулирует в виде клеток памяти. Особенности вторичного имунного ответа:

латентный период очень непродолжительный – несколько часов;

за счет клеток памяти стимуляция синтеза антител и иммунных Т-клеток наступает быстро (через 1-3 дня);

образование АТ стимулируется значительно меньшими дозами АГ;

высокая скорость антителообразования;

титры АТ достигают максимального значение (кривая скорости синтеза антител значительно круче, чем при первичном иммунном ответе;

синтезируются сразу антитела, относящиеся к классу IgG;

часть антител связывается с Fc-рецепторами лейкоцитов;

образующиеся антитела циркулируют в организме длительное время.

Чем больше контактов с антигенами, тем выше уровень антител. Это явление используют при иммунизации (многократном введении антигена животным) с целью получения антисывороток, которые применяют для диагностики и лечения.

11. Иммунологическая память

Иммунологическая, или иммунная, память – способность иммунной системы отвечать на вторичное проникновение АГ быстрым развитием специфических реакций по типу вторичного иммунного ответа. Иммунная память проявляется как в отношении выработки антител, так и в отношении других имунных реакций (гиперчувствительности замедленного типа, трансплантационный иммунитет и проч.).

Реализацию этого эффекта обеспечивают стимулированные Т- и В-лимфоциты, не выполняющие эффекторные функции. Не все индуцированные антигеном В-лимфоциты подвергаются дифференцировке до конца. Часть из них после нескольких циклов деления перестает размножаться и образует субклон клеток памяти (из одной В-клетки образуется около 1000 клеток памяти, таким же образом образуются клетки памяти и из Т-лимфоцитов). Клетки памяти определяют продолжительность приобретенного иммунитета. При повторном контакте с данным антигеном они быстро превращаются в клетки-эффекторы.

Феномен интенсивного развития иммунного ответа на вторичное попадание АГ – бустер-эффект [от англ. to boost, усиливать] используют для получения лечебных и диагностических сывороток с высоким титром антител (гипериммунные сыворотки) от иммунизированных животных. Бустер-эффект также применяют для быстрого создания невосприимчивости при повторных вакцинациях (например, для профилактики туберкулеза).

Эффект иммунной памяти составляет основу вакцинопрофилактики многих инфекционных заболеваний.

Кооперации ИКК в регуляции иммунного ответа

Антите­ла - это белки, а синтез каждого белка запрограммирован соответствующим геном.

Схе­матически полный ген L-цепи иммуноглобулинов: L (область, коди рующая лидерный пептид, необходимый для секреции иммуноглобулинов из клетки) - интрон - V-ген - интрон -J-ген - интрон - С-ген.

Схе­матически полный ген Н-цепи иммуноглобулинов: L-ген - интрон - V-ген - интрон - D-ген - интрон - J-ген - интрон - С-ген.

Точки объединения зародышевых генов строго не фиксированы. Это увеличива­ет количество возможных вариантов полипептидных цепей, а в том случае, когда они участвуют в формировании активных центров, то и их разнообразия. Кроме то­го, в период созревания В-лимфоцитов в V-генах происходят точечные соматичес­кие мутации, которые окончательно подгоняют структуру активного центра антите­ла к структуре детерминанта антигена. Считается, что общее количество вариантов антител возрастает за счет неточности сплайсинга и соматических мутаций еще в 100 раз и составляет около 2 млрд:

Таким образом, приобретенный иммунитет может быть обеспечен к любому воз­будителю, к любому возможному чужеродному антигену. Решающий вклад в обеспе­чение многообразия иммуноглобулинов (специфичности антител) вносят следую­щие механизмы:

1. наличие множества зародышевых генов иммуноглобулинов;

2. внутригенные рекомбинации, обусловленные экзон-интронной структурой V-, D-,J-, С-генов;

3. ассоциация различных L-цепей с различными Н-цепями;

4. неточность сплайсинга;

соматические мутации V-генов в зрелых В-лимфоцитах.

14. Центральные и периферические органы иммунитета. Основные формы иммунного ответа. Роль антител в формировании иммунитета. Полные и неполные антитела методы их обнаружения.

Центральные органы иммунитета. К ним относятся костный мозг, тимус (вилочковая железа), сумка Фабрициуса у птиц, печень у млекопитающих.

Периферические отделы иммунной системы. К ним относятся: селезенка, лимфатические узлы, лимфоидные ткани желудоч­но-кишечного тракта (пейеровы бляшки и солитарные фолликулы), а также кровь и лимфа, в которые поступают и непрерывно в них циркулируют все иммунокомпетентные клетки. В селезенке содержится больше всего плазматических клеток, воз­никающих в результате дифференцировки из В-лимфоцитов и являющихся основ­ными продуцентами антител.

Формы иммунного ответа: биосинтез антител, образование клеток иммунной памяти, реакция ги­перчувствительности немедленного типа, реакция гиперчувствительности замед­ленного типа (в том числе трансплантационный иммунитет), иммунологическая то­лерантность, идиотип-антиидиотипические отношения.

Благодаря своей способности специфически взаимодействовать с бактериальны­ми клетками и продуктами их жизнедеятельности, в том числе с токсинами и фер­ментами, а также с другими микроорганизмами, антитела играют важную роль в формировании приобретенного постинфекционного, поствакцинального и пассив­ного иммунитета. Эта их роль заключается в том, что связываясь с токсинами, они нейтрализуют их действие и обеспечивают формирование антитоксического имму­нитета. Связываясь с вирусами, особенно блокируя рецепторы, с помощью которых они адсорбируются на клетках, антитела создают иммунитет против вирусов. Обра­зование комплекса антитело + антиген запускает классический путь активации си­стемы комплемента со всеми его эффекторными последствиями (лизис бактерий, опсонизация, формирование очага воспаления, стимуляция системы макрофагов). Антитела, взаимодействуя с бактериями, опсонизируют их, т. е. делают их фагоци­тоз более эффективным. В результате взаимодействия антител с растворимыми ан­тигенами, выделяющимися в кровь, образуются так называемые циркулирующие иммунные комплексы, с помощью которых антигены выводятся из организма, в ос­новном, желчью и мочой.

Cуще­ствует два типа антигенов - полноценные и неполноценные.

Полноценные антигены обладают обеими функциями антигена: способностью индуцировать образование антител и специфически с ними взаимодействовать.

Неполноценные антигены сами по себе способностью индуцировать образование антител не обладают, они приоб­ретают это свойство только после соединения с белками или другими полноценными антигенами. Такие неполноценные антигены называются гаптенами или полугаптенами.

Неполноценные антигены обладают только од­ним свойством антигена: они способны специфически взаимодействовать с теми антителами, в индукции синтеза которых они участвовали (после присоединения к белку и превращения в полноценные антигены).

Если взаимодействие неполноценного антигена с антителом сопровождается обычными иммунологическими реакциями, его называют гаптеном. Если неполно­ценный антиген имеет очень небольшую молекулярную массу и его взаимодействие с антителами не сопровождается обычными видимыми реакциями, его называют полугаптеном. О присутствии полугаптена в этом случае судят по тому признаку, что антитела, будучи связаны с полугаптеном, уже не проявляют себя в обычной реак­ции с полноценным антигеном (задерживающая реакция Ландштейнера).

15. Роль тимуса в иммунитете. Механизм дифференциации стволовых клеток в тимусе в иммунокомпетентные лимфоциты. Система Т-лимфоцитов: Т-киллеры, помощники, Т-супрессоры, Т-контрсупрессоры, их функции.

Клетки, являющиеся предшественниками Т-лимфоцитов, поступают из кровотока в тимус, где и происходит их превращение в иммунокомпетентные Т-лимфоциты под влиянием гуморальных факторов, секретируемых эпителиальными клетками тимуса; затем они покидают его и циркулируют по лимфатической и кровеносной системам, а также расселяются по лимфоидным образованиям организма.

Установлено, что для приобретения иммунокомпетентности клетки необязатель­но должны вступать в непосредственный контакт с тканью тимуса.

Решающая роль в дифференцировке предшественников Т-лим­фоцитов в иммунокомпетентные клетки принадлежит гуморальным факторам, об­разуемым тимусом.

Гуморальные факторы тимуса делят на продукты лимфоидных и продукты нелимфоидных (эпителиальных) клеток.

По характеру действия на Т-клетки гуморальные факторы тимуса делят на фак­торы активации, дифференцировки и размножения. Помимо этого, к числу важней­ших свойств пептидов тимуса относится их способность активировать продукцию лимфокинов; некоторые тимозины, а также сывороточный тимусный фактор усили­вают продукцию Т-клетками интерлейкина-2.

Тимус играет важнейшую роль не только в функционировании иммунной систе­мы и регуляции иммунного гомеостаза, но и опосредует взаимодействие иммунной системы с другими важнейшими системами организма.

По морфологическим свойствам Т- и В-лимфоциты не отличаются друг от друга. Однако они существенным образом различаются по вкладу в реакции иммунитета, по многим другим свойствам, в том числе структуре и функции рецепторов и по ан­тигенной специфичности.

Самый ответственный момент в процессе иммунного ответа - это распознавание химического маркера, свойственного «чужому» агенту и отличающегося от «своего». Эту роль выполняют макрофаги, антитела, Т- и В-лимфоциты. Антитела распознают антиген с помощью своих активных центров, а макрофаги, Т- и В-лимфоциты - благодаря имеющимся на их мембранах особым рецепторам.

Т-лимфоциты по своим функциям разделены на три суб­класса:

Т-хелперы, или Т-помощники;

Т-киллеры, или Т-цитотоксические лимфоциты;

Т-супрессоры.

Т-хелперы необходимы для превращения В-лимфоцитов в антителообразующие клетки и клетки памяти. Т-киллеры разрушают клетки трансплантата, опухолевые клетки и клетки, инфицированные вирусными, бактериальными и другими антиге­нами. Т-супрессоры подавляют функции определенных эффекторных Т- и В-клеток и обеспечивают иммунологическую толерантность.