58. Иммунодиагностические реакции. Реакции антиген-анитело и реакции с меченными компонентами. Использование в целях идентификации микроорганизмов и диагностики инфекционных заболеваний.

Иммунные реакции используют при диа¬гностических и иммунологических исследо-ваниях у больных и здоровых людей. С этой целью применяют серологические методы (от лат. serum — сыворотка и logos — учение), т. е. методы изучения антител и антигенов с помо¬щью реакций антиген—антитело, определяе¬мых в сыворотке крови и других жидкостях, а также тканях организма.

Обнаружение в сыворотке крови боль¬ного антител против антигенов возбудите¬ля позволяет поставить диагноз болезни. Серологические исследования применяют также для идентификации антигенов микро¬бов, различных биологически активных ве¬ществ, групп крови, тканевых и опухолевых антигенов, иммунных комплексов, рецепто¬ров клеток и др.

При выделении микроба от больного про¬водят идентификацию возбудителя путем изу-чения его антигенных свойств с помощью иммунных диагностических сывороток, т. е. сывороток крови гипериммунизированных животных, содержащих специфические ан-титела. Это так называемая серологическая идентификация микроорганизмов.

В микробиологии и иммунологии широко применяются реакции агглютинации, преци-питации, нейтрализации, реакции с участи¬ем комплемента, с использованием меченых антител и антигенов (радиоиммунологичес¬кий, иммуноферментный, иммунофлюорес- центный методы). Перечисленные реакции различаются по регистрируемому эффекту и технике постановки, однако, все они осно- . ваны на реакции взаимодействия антигена с антителом и применяются для выявления как антител, так и антигенов. Реакции иммуните¬та характеризуются высокой чувствительнос¬тью и специфичностью.

Ниже приводятся принципы и схемы ос¬новных иммунодиагностических реакций. Детальная техника постановки реакций дана в. практических руководствах по иммуноди-агностике.

Реакция агглютинации — РА (от лат. aggluti- natio — склеивание) — простая по постановке реакция, при которой происходит связыва¬ние антителами корпускулярных антигенов (бактерий, эритроцитов или других клеток, нерастворимых частиц с адсорбированными на них антигенами, а также макромолекуляр- ных агрегатов). Она протекает при наличии электролитов, например при добавлении изо¬тонического раствора натрия хлорида.

Применяются различные варианты реакции агглютинации: развернутая, ориентировоч-ная, непрямая и др. Реакция агглютинации проявляется образованием хлопьев или осад¬ка

РА используют для:

• определения антител в сыворотке крови боль¬ных, например, при бруцеллезе (реакции Райта, Хеддельсона), брюшном тифе и паратифах (реак¬ция Видаля) и других инфекционных болезнях;

• определения возбудителя, выделенного от больного;

• определения групп крови с использова¬нием моноклональных антител против алло- антигенов эритроцитов.

Для определения у больного антител ставят развернутую реакцию агглютинации: к разве¬дениям сыворотки крови больного добавля¬ют диагностикум (взвесь убитых микробов,) и через несколько часов инкубации при 37 °С отмечают наибольшее разведение сыворотки (титр сыворотки), при котором произошла агглютинация, т. е. образовался осадок.

Характер и скорость агглютинации зави¬сят от вида антигена и антител. Примером являются особенности взаимодействия диа- гностикумов (О- и Я-антигенов) со специ-фическими антителами. Реакция агглютина¬ции с О-диагностикумом (бактерии, убитые нагреванием, сохранившие термостабильный О-антиген) происходит в виде мелкозернис¬той агглютинации. Реакция агглютинации с Н-диагностикумом (бактерии, убитые фор¬малином, сохранившие термолабильный жгу¬тиковый Н-антиген) — крупнохлопчатая и протекает быстрее.

Если необходимо определить возбудитель, выделенный от больного, ставят ориентиро-вочную реакцию агглютинации, применяя диа¬гностические антитела (агглютинирующую сыворотку), т. е. проводят серотипирование возбудителя. Ориентировочную реакцию проводят на предметном стекле. К капле диа¬гностической агглютинирующей сыворотки в разведении 1:10 или 1:20 добавляют чистую культуру возбудителя, выделенного от больно¬го. Рядом ставят контроль: вместо сыворотки наносят каплю раствора натрия хлорида. При появлении в капле с сывороткой и микроба¬ми хлопьевидного осадка ставят развернутую реакцию агглютинации в пробирках с увели¬чивающимися разведениями агглютинирую¬щей сыворотки, к которым добавляют по 2—3 капли взвеси возбудителя. Агглютинацию учитывают по количеству осадка и степени просветления жидкости. Реакцию считают положительной, если агглютинация отмеча¬ется в разведении, близком к титру диагнос¬тической сыворотки. Одновременно учитыва¬ют контроли: сыворотка, разведенная изото¬ническим раствором натрия хлорида, должна быть прозрачной, взвесь микробов в том же растворе — равномерно мутной, без осадка.

Разные родственные бактерии могут агглю¬тинироваться одной и той же диагностической агглютинирующей сывороткой, что затрудня¬ет их идентификацию. Поэтому пользуются адсорбированными агглютинирующими сыво¬ротками, из которых удалены перекрестно реагирующие антитела путем адсорбции их родственными бактериями. В таких сыво-ротках сохраняются антитела, специфичные только к данной бактерии. Получение таким :^особом монорецепторных диагностических агглютинирующих сывороток было предло-жено А. Кастелляни (1902).

Реакция непрямой (пассивной) гемагглюти¬нации (РНГА, РПГА) основана на использо¬вании эритроцитов с адсорбированными на ■х поверхности антигенами или антителами, взаимодействие которых с соответствующими антителами или антигенами сыворотки крови бальных вызывает склеивание и выпадение эритроцитов на дно пробирки или ячейки в виде фестончатого осадка (рис. 13.2). При отрицательной реакции эритроциты оседают ■ виде «пуговки». Обычно в РНГА выявляют антитела с помощью антигенного эритроцитарного диагностикума, который представ¬ляет собой эритроциты с адсорбированными на них антигенами. Иногда применяют антительные эритроцитарные диагностику мы, на которых адсорбированы антитела. Например, можно обнаружить ботулинический токсин, добавляя к нему эритроцитарный антитель¬ный ботулинический диагностикум (такую реакцию называют реакцией обратной непря¬мой гемагглютинации — РОНГА). РНГА при¬меняют для диагностики инфекционных бо¬лезней, определения гонадотропного гормона в моче при установлении беременности, для выявления повышенной чувствительности к лекарственным препаратам, гормонам и в не¬которых других случаях.

Реакция коагглютинации. Клетки возбуди¬теля определяют с помощью стафилококков, предварительно обработанных иммунной диагностической сывороткой. Стафилококки, содержащие белок А, имеющий сродство к Fc-фрагменту иммуноглобулинов, неспеци-фически адсорбируют антимикробные анти¬тела, которые затем взаимодействуют актив-ными центрами с соответствующими микро¬бами, выделенными от больных. В результате коагглютинации образуются хлопья, состо¬ящие из стафилококков, антител диагности-ческой сыворотки и определяемого микроба.

Реакция торможения гемагглютинации (РТГА) основана на блокаде, подавлении ан-тигенов вирусов антителами иммунной сы¬воротки, в результате чего вирусы теряют свойство агглютинировать эритроциты (рис. 13.3). РТГА применяют для диагностики мно¬гих вирусных болезней, возбудители которых (вирусы гриппа, кори, краснухи, клещево¬го энцефалита и др.) могут агглютинировать эритроциты различных животных.

Реакцию агглютинации для определения групп крови применяют для установления системы АВО (см. разд. 10.1.4.1) с помощью агглютина¬ции эритроцитов антителами иммунной сы¬воротки против антигенов групп крови А (II), В (III). Контролем служат: сыворотка, несодер- жащая антител, т. е. сыворотка AB (ГУ) группы крови; антигены, содержащиеся в эритроцитах групп А (II), В (III). Отрицательный контроль не содержит антигенов, т. е. используют эрит¬роциты группы 0 (I).

В реакции агглютинации для определения резус-фактора (см. разд. 10.1.4.1) используют антирезусные сыворотки (не менее двух раз¬личных серий). При наличии на мембране ис-следуемых эритроцитов резус-антигена проис¬ходит агглютинация этих клеток. Контролем служат стандартные резус-положительные и резус-отрицательные эритроциты всех групп крови.

Реакцию агглютинации для определения антирезусных антител (непрямую реакцию Кумбса) применяют у больных при внутрисосудистом гемолизе. У некоторых таких боль-ных обнаруживают антирезусные антитела, которые являются неполными, одновалент-ными. Они специфически взаимодействуют с резус-положительными эритроцитами, но не вызывают их агглютинации. Наличие таких неполных антител определяют в непрямой реакции Кумбса. Для этого в систему анти- резусные антитела + резус-положительные эритроциты добавляют антиглобулиновую сыворотку (антитела против иммуноглобули¬нов человека), что вызывает агглютинацию эритроцитов (рис. 13.4). С помощью реакции Кумбса диагностируют патологические состо¬яния, связанные с внутрисосудистым лизисом эритроцитов иммунного генеза, например ге¬молитическую болезнь новорожденных: эрит¬роциты резус-положительного плода соединя¬ются с циркулирующими в крови неполными антителами к резус-фактору, которые пере¬шли через плаценту от резус-отрицательной матери.

Реакции преципитации

Реакция преципитации — РП (от лат. praeci- pito — осаждать,) — это формирование и осаж¬дение комплекса растворимого молекулярно¬го антигена с антителами в виде помутнения, называемого преципитатом. Он образуется при смешивании антигенов и антител в эк¬вивалентных количествах; избыток одного из них снижает уровень образования иммунного комплекса.

Реакции преципитации ставят в пробирках (реакция кольцепреципитации), в гелях, пита¬тельных средах и др. Широкое распростране¬ние получили разновидности реакции преци¬питации в полужидком геле агара или агаро- зы: двойная иммунодиффузия по Оухтерлони. радиальная иммунодиффузия, иммуноэлектро- форез и др.

Реакция кольцепреципитации. Реакцию про¬водят в узких преципитационных пробирках с иммунной сывороткой, на которую наслаивают растворимый антиген. При оптимальном соот¬ношении антигена и антител на границе этих двух растворов образуется непрозрачное кольцо преципитата (рис. 13.5). Избыток антигена не влияет на результат реакции кольцепреципи¬тации вследствие постепенной диффузии ре¬агентов к границе жидкости. Если в качестве антигенов в реакции кольцепреципитации ис-пользуют прокипяченные и профильтрованные водные экстракты органов или тканей, то такая реакция называется реакцией термопреципита- иии (реакция Асколи, при сибирской язве/

Реакция двойной иммунодиффузии по Оухтерюни. Для постановки реакции растопленный агаровый гель тонким слоем выливают на стек¬лянную пластинку и после его затвердевания в нем вырезают лунки размером 2—3 мм. В эти лунки раздельно помещают антигены и иммун¬ные сыворотки, которые диффундируют на¬встречу друг другу. В месте встречи в эквивален¬тных соотношениях они образуют преципитат в виде белой полосы. У многокомпонентных систем между лунками с разными антигенами и антителами сыворотки появляется несколько линий преципитата; у идентичных антигенов линии преципитата сливаются; у неидентич¬ных — пересекаются (рис. 13.6).

Реакция радиальной иммунодиффузии. Иммун¬ную сыворотку с расплавленным агаровым гелем равномерно наливают на стекло. После застыва¬ния в геле делают лунки, в которые помещают антиген в различных разведениях. Антиген, диф¬фундируя в гель, образует с антителами кольце- зые зоны преципитации вокруг лунок (рис. 13.7). Диаметр кольца преципитации пропорционален концентрации антигена. Реакцию используют лля определения содержания в крови иммуног¬лобулинов различных классов, компонентов системы комплемента и др.

Иммуноэлектрофорез — сочетание метода электрофореза и иммунопреципитации: смесь антигенов вносится в лунки геля и разделяет¬ся в геле с помощью электрофореза. Затем в канавку параллельно зонам электрофореза зносят иммунную сыворотку, антитела кото¬рой, диффундируя в гель, образуют в месте - встречи» с антигеном линии преципитации.

Реакция флоккуляции (по Рамону) (от лат. floccus — хлопья шерсти)— появление опалес- ценции или хлопьевидной массы (иммуноп- реципитации) в пробирке при реакции ток¬син—антитоксин или анатоксин—антитоксин. Ее применяют для определения активности антитоксической сыворотки или анатоксина.

Иммунная электронная микроскопия — элек¬тронная микроскопия микробов, чаще ви¬русов, обработанных соответствующими ан¬тителами. Вирусы, обработанные иммунной сывороткой, образуют иммунные агрегаты (микропреципитаты). Вокруг вирионов обра¬зуется «венчик» из антител, контрастирован- ный фосфорно-вольфрамовой кислотой или другими электронно-оптически плотными препаратами.

Реакции с участием комплемента

Реакции с участием комплемента основаны на активации комплемента комплексом анти¬ген—антитело (реакция связывания компле¬мента, радиального гемолиза и др.).

Реакция связывания комплемента (РСК) за¬ключается в том, что при соответствии друг другу антигены и антитела образуют иммун¬ный комплекс, к которому через Fc-фрагмент антител присоединяется комплемент (С), т. е. происходит связывание комплемента комп¬лексом антиген—антитело. Если же комплекс антиген—антитело не образуется, то комп¬лемент остается свободным (рис. 13.8). РСК проводят в две фазы: 1-я фаза — инкубация смеси, содержащей три компонента антиген + антитело + комплемент; 2-я фаза (инди¬каторная) — выявление в смеси свободного комплемента путем добавления к ней гемоли¬тической системы, состоящей из эритроцитов барана, и гемолитической сыворотки, содер¬жащей антитела к ним. В 1-й фазе реакции при образовании комплекса антиген—антите¬ло происходит связывание им комплемента, и тогда во 2-й фазе гемолиз сенсибилизирован¬ных антителами эритроцитов не произойдет; реакция положительная. Если антиген и ан¬титело не соответствуют друг другу (в иссле¬дуемом образце нет антигена или антитела), комплемент остается свободным и во 2-й фазе присоединится к комплексу эритроцит — ан- тиэритроцитарное антитело, вызывая гемо¬лиз; реакция отрицательная.

РСК применяют для диагностики многих инфекционных болезней, в частности сифи-лиса (реакция Вассермана).

Реакцию радиального гемолиза (РРГ) ставят в лунках геля из агара, содержащего эрит-роциты барана и комплемент. После внесе¬ния в лунки геля гемолитической сыворотки (антител против эритроцитов барана) вокруг них (в результате радиальной диффузии анти¬тел) образуется зона гемолиза. Таким образом можно определить активность комплемента и гемолитической сыворотки, а также антитела в сыворотке крови у больных гриппом, крас¬нухой, клещевым энцефалитом. Для этого на эритроцитах адсорбируют соответствующие антигены вируса, а в лунки геля, содержащего данные эритроциты, добавляют сыворотку крови больного. Противовирусные антитела взаимодействуют с вирусными антигенами, адсорбированными на эритроцитах, после че¬

го к этому комплексу присоединяются ком¬поненты комплемента, вызывая гемолиз.

Реакция иммунного прилипания (РИП) ос¬нована на активации системы комплемента корпускулярными антигенами (бактериями, вирусами), обработанными иммунной сыво-роткой. В результате образуется активирован¬ный третий компонент комплемента (СЗЬ), который присоединяется к корпускулярному антигену в составе иммунного комплекса. На эритроцитах, тромбоцитах, макрофагах имеются рецепторы для СЗЬ, благодаря чему при смешивании этих клеток с иммунными комплексами, несущими СЗЬ, происходят их соединение и агглютинация.

Реакция нейтрализации

Антитела иммунной сыворотки способны нейтрализовать повреждающее действие мик¬робов или их токсинов на чувствительные клетки и ткани, что связано с блокадой микро¬бных антигенов антителами, т. е. их нейтрали¬зацией. Реакцию нейтрализации (РН) проводят путем введения смеси антиген—антитело жи¬вотным или в чувствительные тест-объекты (культуру клеток, эмбрионы). При отсутствии у животных и тест-объектов повреждающего действия микроорганизмов или их антигенов, токсинов говорят о нейтрализующем дейс¬твии иммунной сыворотки и, следовательно, о специфичности взаимодействия комплекса антиген—антитело (рис. 13.9).

Реакции с использованием меченых антител или антигенов

Реакция иммунофлюоресценции — РИФ (метод Кунса)

Различают три основные разновидности метода: прямой, непрямой (рис. 13.10), с ком-плементом. Реакция Кунса является методом экспресс-диагностики для выявления антиге¬нов микробов или определения антител.

Прямой метод РИФ основан на том, что антигены тканей или микробы, обработанные иммунными сыворотками с антителами, ме¬ченными флюорохромами, способны светить-ся в УФ-лучах люминесцентного микроскопа.

Бактерии в мазке, обработанные такой люми- несцирующей сывороткой, светятся по пери¬ферии клетки в виде каймы зеленого цвета.

Непрямой метод РИФ заключается в вы¬явлении комплекса антиген—антитело с по-мощью антиглобулиновой (против антитела) сыворотки, меченной флюорохромом. Для этого мазки из взвеси микробов обрабаты¬вают антителами антимикробной кроличьеи диагностической сыворотки. Затем антитела, не связавшиеся антигенами микробов, от-мывают, а оставшиеся на микробах антитела выявляют, обрабатывая мазок антиглобули-новой (антикроличьей) сывороткой, мечен¬ной флюорохромами. В результате образуется комплекс микроб + антимикробные кроличьи антитела +антикроличьи антитела, меченные флюорохромом. Этот комплекс наблюдают в люминесцентном микроскопе, как и при прямом методе.

Иммуноферментный метод, или анализ (ИФА)

ИФА — выявление антигенов с помощью соответствующих им антител, конъюгированных с ферментом-меткой (пероксидазой хре¬на, бета-галактозидазой или щелочной фосфатазой). После соединения антигена с ме¬ченной ферментом иммунной сывороткой в смесь добавляют субстрат/хромоген. Субстрат расщепляется ферментом, и изменяется цвет продукта реакции — интенсивность окраски прямо пропорциональна количеству связав¬шихся молекул антигена и антител.

Твердофазный ИФА — наиболее распростра¬ненный вариант иммунологического теста, когда один из компонентов иммунной реак¬ции (антиген или антитела) сорбирован на твердом носителе, например в лунках план¬шеток из полистирола

При определении антител в лунки планше¬ток с сорбированным антигеном последова-тельно добавляют сыворотку крови больного, антиглобулиновую сыворотку, меченную фер¬ментом, и субстрат (хромоген) для фермента.

Каждый раз после добавления очередного компонента из лунок удаляют несвязавшие- ся реагенты путем тщательного промывания. При положительном результате изменяется цвет раствора хромогена. Твердофазный но¬ситель можно сенсибилизировать не только антигеном, но и антителами. Тогда в лунки с сорбированными антителами вносят иско-мый антиген, добавляют иммунную сыворот¬ку против антигена, меченную ферментом, а затем субстрата для фермента.

Конкурентный вариант ИФА. искомый ан¬тиген и меченный ферментом антиген кон-курируют друг с другом за связывание ог¬раниченного количества антител иммунной сыворотки. Другой тест — искомые антитела

и меченые антитела конкурируют друг с дру¬гом за антигены.

ИФА применяют для диагностики вирус¬ных, бактериальных и паразитарных болезней в частности для диагностики ВИЧ-инфекций, гепатита В и др., а также определения гормо¬нов, ферментов, лекарственных препаратов и других биологически активных веществ, содержащихся в исследуемом материале в ми¬норных концентрациях — 10~10^10~12 г/л.

Радиоиммунологический метод, или анализ (РИА)

Высокочувствительный метод, основанный на реакции антиген—антитело с примене-нием антигенов или антител, меченных ра¬дионуклидом (125J, 14С, 3Н, 51Сг и др.). После их взаимодействия отделяют образовавшийся радиоактивный иммунный комплекс и опре-деляют его радиоактивность в соответствую¬щем счетчике (бета- или гамма-излучение):

интенсивность излучения прямо пропорцио¬нальна количеству связавшихся молекул ан-тигена и антител.

При твердофазном варианте РИА один из компонентов реакции (антиген или антитела) сорбирован на твердом носителе, например в лунках микропанелей из полистирола. Другой вариант метода — конкурентный РИА. ис¬комый антиген и меченный радионуклидом антиген конкурируют друг с другом за свя¬зывание ограниченного количества антител иммунной сыворотки. Этот вариант исполь¬зуют для определения количества антигена в исследуемом материале.

РИА применяют для выявления антигенов микробов, определения гормонов, фермен-тов, лекарственных веществ и иммуноглобу¬линов, а также иных веществ, содержащихся в исследуемом материале в минорных концент¬рациях — 10~|0-И0~12 г/л. Метод представляет определенную экологическую опасность.

Иммуноблоттинг

Иммуноблоттинг (ИБ) — высокочувстви¬тельный метод, основанный на сочетании электрофореза и ИФА или РИА.

Антиген выделяют с помощью электрофоре¬за в полиакриламидном геле, затем переносят его (блоттинг — от англ. blot, пятно) из геля на активированную бумагу или нитроцеллюлоз- ную мембрану и проявляют с помощью ИФА. Фирмы выпускают такие полоски с «блотами»

антигенов. На эти полоски наносят сыворотку больного. Затем после инкубации отмывают от несвязавшихся антител больного и наносят сыворотку против иммуноглобулинов челове¬ка, меченную ферментом. Образовавшийся на полоске комплекс антиген + антитело больно¬го + антитело против Ig человека выявляют до-бавлением субстрата/хромогена, изменяющего окраску под действием фермента (рис. 13.12).

ИБ используют как диагностический метод при ВИЧ-инфекции и др.