Лабораторные работы по предмету микробиология, вирусология и иммунология

Антигены бактерий
Антигены микроорганизмов в зависимости от химических и структурных строений бывают разными. Различают жгутиковый (Н), соматический (О-антиген), капсульный (К) антигены. Кроме этого различают антигены, присущие патогенным антигенам Vi, M, W.
В антигенном составе некоторых бактерий выделяется группа антигенов с сильно выраженной иммуногенностью. Наличие такой группы может полностью обеспечивать иммунитет макроорга­низма ко всему инфекционному агенту. Эти антигены названы протективными. Впервые протективный антиген был обнаружен в гнойном отделяемом карбункула, вызванного бациллой си­бирской язвы. Имеются антигены и у вирусов, которые связаны со строением капсида, нуклеокапсида, суперкапсида.
У микроорганизмов различают общие родовые, относящиеся к семейству, виду и типовые антигены.
Экзотоксины и эндотоксины бактерий также обладают сильными антигенными свойствами.Изучение антигенных свойств микроорганизмов имеет важное значение в практической микробиологии, т.е для диагностики и лечения инфекционных заболеваний.
Так как антигены являются генетически чужеродными для организма, разрушает сбалансированное состояние организма и вызывает следующие иммунные реакции:
1.Синтез антител и обеспечение организма гуморальным иммунитетом
2.Аллергические реакции немедленного типа
3.Аллергические реакции замедленного типа
4.Иммунологическую толерантность
5.Иммунную память


Антитела
Антителами называются сывороточные белки, образующиеся в ответ на действие антигена. Они относятся к сывороточным глобулинам, поэтому называются иммуноглобулины (Ig). Через них реализуется гуморальный тип иммунного ответа. Согласно международной классификации иммуноглобулины делятся на 5 классов: IgC, IgM, IgA, IgE, IgД.



Рисунок48. Структура иммуноглобулинов

Молекулы иммуноглобулинов состоят из 2 тяжелых и 2 легких цепей. Тяжелые Н (с англ heavу) и легкие I (с англ heght), они связываются друг с другом дисульфидными цепями. Например, иммуноглобулин М состоит из 5 отдельных стркутурных элементов и называется пентомером. Если на их молекулы подействовать папаином, то он делится на 2 фрагмента (Fab-измен и Fс-неизмен).Специфичность антигенов зависит от их активного центра. В активном центре иммуноглобулинов располагаются легкие и тяжелые цепи на отрезкеFab, по форме и строению противоположен детерминантной группе антигенов. Связывание антител с антигенами зависит от центра активности и расположения легких и тяжелых цепей.

При первом попадании антигена в организм вырабатывается IgМ и через 5-6 дней синтезируется IgG. Этот иммуноглобулин сотавляет 80% отвсех иммуноглобулинов сыворотки крови. IgG передается через плаценту ребенку.Иммуноглобулин Апо количеству стоит на втором месте послеIgG.Существует в сы­вороточной и секреторной формах. Около 60 % всех IgA содержится в секретах слизистых, преимущест­венно в выделениях слизистых оболочек-в слюне, слезной жидкости, носовых выделениях, поте, мо­лозиве и в секретах легких, мочеполовых путей и желудочно-кишечного тракта, где обеспечивает за­щиту поверхностей, сообщающихся с внешней сре­дой, от микроорганизмов. Секреторный IgA в основном существует в виде димера, который за­щищен от протеолиза путем образования комп­лекса с другим белком - секреторным компонен­том. Последний синтезируется локально клетками эпителия и состоит из одной полипептидной цепи с мол. массой 60 000. Период полураспада IgA — 6 дней.
IgA — мономер, имеет 2 антигенсвязывающих центра (т. е. 2-валентный), молекуляр­ную массу около 170 кДа и константу седи­ментации 7S. Различают подтипы А1 и А2. Синтезируется зрелыми В-лимфоцитами (Ва) и плазматическими клетками. Хорошо опре­деляется в сыворотке крови на пике первич­ного и при вторичном иммунном ответе.
IgA синтезируется плазмати­ческими клетками и димеризуется внутри клетки, соединяясь с обогащенным цистеином полипепти­дом, называемым J-цепью (мол. масса 15 000). В тех редких случаях, когда образование димера происходит после секреции, димеры со смешанной специфичностью будут образовываться менее эф­фективно, чем нормальные молекулы, связываю­щие один антиген. ДимерIgA прочно соединяется с предшественником секреторного компонента, расположенным на поверхности синтезировавшей его клетки, затем образовавшийся комплекс посту­пает в клетки с помощью эндоцитоза, переме­щается в цитоплазме и попадает в секретируемые жидкости.IgA ингибирует связывание нагруженных Ig микроорганизмов с поверхностью клеток слизис­тых оболочек и предотвращает проникновение микроорганизмов в ткани. Агрегированные им­муноглобулины соединяются с нейтрофилами и могут запустить альтернативный, отличающийся от классического, путь активации комплемента который, возможно, обусловливает воз­никновение синергизма между IgA, комплементом и лизоцимом при уничтожении конкретных колиформных организмов. В сыворотке крови человека IgA представлен преимущественно мономерной формой, концентрация IgA в сыворотке сравни­тельно высока, биологическая функция до конца не установлена.

Рисунок 49.Механизм проникновения секреторного имуноглобулина А в слизистый слой.

Иммуноглобулин Е

Концентрация IgE в сыворотке крови невелика, и лишь небольшая часть плазматических клеток организма синтезирует иммуноглобулины этого класса. Поэтому неудивительно, что на сегодняш­ний день обнаружено всего 6 вариантов миеломныхIgE, в то время как для IgG известны десятки тысяч случаев парапротеинемии. При подкожной инъекции человеку IgE задерживается в коже на длительное время, вероятно, связываясь с тучны­ми клетками. Взаимодействие с антигеном при­водит к дегрануляции тучных клеток и сопровож­дается высвобождением вазоактивных аминов. Этот процесс обусловливает симптомы сенной ли­хорадки и бронхиальной астмы при контакте с аллергеном (например, пыльцой трав) у людей, страдающих аллергией.ОсновнаяфизиологическаяфункцияIgE - оче­видно, защита внешних слизистых оболочек орга­низма путем локальной активации факторов плаз­мы и эффекторных клеток благодаря индукции острой воспалительной реакции. Инфекционные агенты, способные прорвать линию обороны, об­разованную IgA, будут связываться со специфиче­скими IgE на поверхности тучных клеток, в ре­зультате чего последние получат сигнал к вы­свобождению вазоактивных аминов и хемотаксических факторов, а это, в свою очередь, вызовет приток циркулирующих в крови IgG, компле­мента, нейтрофилов и эозинофилов. В этих условиях способность эозинофилов повреждать гельминтов, нагруженных IgG, и уси­ленная продукция IgE в ответ на проникновение этих паразитов в организм будут обеспечивать эффективную защиту.Рецепторные иммуноглобулины. Рецепторные, или мембранные Ig, локализуются на цитоплазматической мембране В-лимфоцитов. Выполняют функции антигенспецифических рецепторов. Рецепторные Ig имеют те же изотипы и специфичность, что и синтезируемые в межклеточную среду антитела. Структурное отличие от секретируемых антител заключа­ется в особом, дополнительном М-пептиде, благодаря которому молекула рецепторного Ig фиксируется в цитоплазматической мембране иммунокомпетентной клетки.

Иммуноглобулин D

Этот класс иммуноглобулинов был обнаружен в результате изучения миеломного белка, который не обладал антигенной специфичностью IgG, IgA или IgM, хотя и связывался с антителами к легким цепям иммуноглобулинов и имел характерную структуру из четырех цепей. Шарнирная область иммуноглобулинов класса D отличается особой протяженностью, и, хотя она в некоторой степени защищена углеводами, возможно, именно благо­даря ей IgD по сравнению с другими классами иммуноглобулинов обладает повышенной чув­ствительностью к протеолитическому расщепле­нию, а период его полураспада в плазме крови очень невелик. Неожиданным оказался тот факт, что почти весь IgD вместе с IgM на­ходится на поверхности лимфоцитов крови, и по­хоже, что эти антигенные рецепторы могут взаи­модействовать между собой, осуществляя конт­роль за активацией и супрессией лимфоцитов. Возрастающая чувствительность IgD к протеолизу после связывания с антигеном может объясняться этими функциями.

Соединение антигена и антитела происходит не только в организме, но и в пробирке (in vitro). Эти специфические реакции называются серологическими. К ним относятся: агглютинация, преципитация, лизис, реакция связывания комплемента, гемагглютинации и др. Эти реакции являются строго специфичными, вследствие чего применяются на практике для диагностики инфекционных заболеваний.

Все серологические реакции протекают в 2 фазы. Первая фаза специфичная, т.е связывание детерминантной группы антигена с активным центром антител. Вторая фаза является неспецифической по типу этих реакций может образоваться осадок или наблюдается растворение антигена. Если антитела связываются с малодисперсными и корпускулярными антигенами (микробы, спирохеты), при этом они образуют прочное соединение, оседают на дне пробирки в виде осадка (агломерата) – реакция агглютинации.