ÐикÑобнÑй ÑакÑоÑ 2023

Антиген состоит из 2 частей: высокомолекулярного носителя – шлеппера (schlepper (англ.) – тягач) и низкомолекулярных антигенных детерминант (эпитопов). Носитель чаще является белком, а детерминантами могут быть простые химические группировки (кислотные радикалы, дипептиды и др.).

Признаки антигенов:

1. Иммуногенность – потенциальная способность антигена вызывать иммунный ответ в организме.

Иммуногенность определяется:

-степенью чужеродности антигена по отношению к макроорганизму;

-молекулярной массой и химической природой носителя (шлеппера). Наиболее выраженной иммуногенностью обладают белки.

2.Антигенность – способность антигена специфически активировать компоненты иммунной системы (антитела, Т-лимфоциты) и специфически взаимодействовать с ними.

3.Специфичность определяется только эпитопами антигена. Один антиген может иметь несколько эпитопов.

Классификация антигенов по иммунологической активности:

•полноценные антигены обладают иммуногенностью и антигенностью. По химической природе это белки или комплексы белков с липидами, полисахаридами, нуклеиновыми кислотами.

•неполноценные антигены (гаптены) не обладают иммуногенностью и самостоятельно не вызывают иммунного ответа, но могут взаимодействовать с антителами или активированными лимфоцитами. При соединении с каким-либо белком, присутствующим в организме, гаптены становятся полноценными антигенами и вызывают иммунный ответ в организме. Причем, антитела, образовавшиеся к комплексу «белок + гаптен», реагируют не только с этим полноценным антигеном, но и со свободным гаптеном, не соединенным с белком. Примеры гаптенов: липиды, нуклеиновые кислоты, антибиотики и др.

Антигены бактерий по функциональному значению:

1.Протективные антигены (protection (англ.) – покровительство, защита) – первыми распознаются иммунной системой, т.к. обладают высокой иммуногенностью. Благодаря этому развивается полноценный иммунный ответ, защищающий организм от микроба в целом. Они различаются по химической природе и локализации в микробной клетке. Благодаря обнаружению и изучению протективных антигенов патогенных микроорганизмов создаются высокоэффективные вакцины, содержащие эти антигены и формирующие прочный искусственный иммунитет.

2.Перекрестно реагирующие антигены – имеют общие эпитопы для клеток микроорганизма и тканей макроорганизма. У возбудителей инфекций перекрестные антигены являются факторами патогенности, так как на эти антигены не вырабатываются антитела, не формируется иммунитет. Например, воз-

11

будитель дизентерии имеет перекрестные антигены с тканью кишечника, стрептококки – с тканью сердечной мышцы, почек.

Положительная роль перекрестно реагирующих антигенов проявляется в возможности формирования симбионтной микробиоты организма человека из непатогенных и условно-патогенных микробов, имеющих эти антигены.

Антигенная структура бактерий и её диагностическое значение:

•О-антиген – соматический, липополисахарид наружной мембраны клеточной стенки грамотрицательных бактерий, термостабилен. Является эндоток-

сином.

•Н-антиген – жгутиковый, по химической природе белок флагеллин, термолабилен.

•К-антигены – капсульные (у капсульных бактерий) и оболочечные (капсульный слой у грамотрицательных бактерий). По химической природе – полисахариды, в исключительных случаях – полипептиды (у Bacillus anthracis), с разной степенью термостабильности.

•Экзотоксин – белок.

Диагностическое значение антигенной структуры бактерий: для идентификации возбудителей по антигенным свойствам в серологических реакциях.

4. Иммунитет. Иммунная система организма человека. Виды иммунитета по происхождению

Иммунитет (immunitas (лат.) – освобождение, избавление) – это способ защиты макроорганизма от генетически чужеродных организмов и веществ – антигенов (АГ), направленный на поддержание и сохранение генетической индивидуальности. Частным случаем является противоинфекционный иммунитет.

Иммунная система организма человека представляет совокупность лимфоидных органов и тканей, предназначенных для распознавания, уничтожения и элиминации (удаления) из организма генетически чужеродных веществ (антигенов). В иммунной системе различают центральные (костный мозг и тимус (вилочковая железа)) и периферические органы (лимфатические узлы, селезёнка, лимфоидная ткань ротоглотки и кишечника).

В центральных органах иммунной системы происходит созревание и дифференцировка лимфоцитов, в результате чего они приобретают иммунокомпетентность, т.е. способность реагировать на чужеродные вещества. В периферических органах зрелые лимфоциты распознают и обезвреживают антигены.

По происхождению различают врожденный и адаптивный (приобретенный) противоинфекционный иммунитет (табл. 2).

12

Таблица 2 – Виды противоинфекционного иммунитета по происхождению

1.Способы выявления ферментов инвазии (плазмокоагулаза, лецитиназа, ДНК-аза) у стафилококков (демонстрация).

2.Определение наличия гемолизинов (экзотоксинов) у стафилококков (демонстрация).

13

Занятие № 2

Тема. Основные механизмы противоинфекционного иммунитета. Адаптивный иммунитет. Антитела.

Цель занятия. Изучить механизмы врожденного и адаптивного противоинфек-

ционного иммунитета и характеристику антител.

I.Теоретические знания:

1.Основные механизмы противоинфекционного иммунитета.

2.Адаптивный иммунитет, его механизмы.

3. Антитела (иммуноглобулины).

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЗАНЯТИЮ

I. Основные механизмы противоинфекционного иммунитета

Механизмы врожденного иммунитета

1.Физиологический обусловлен следующими факторами:

−выделением микробов из организма при кашле, чихании, с мочой, испражнениями, секретами потовых и сальных желёз;

−механическими барьерами (кожа, слизистые оболочки) на пути проникновения микробов в организм;

−бактерицидными свойствами кожных покровов и желудка за счет кислой реакции среды;

−колонизационной резистентностью кожи и слизистых оболочек открытых полостей организма за счёт резидентной микробиоты;

−барьерными функциями лимфатических узлов;

−лихорадкой, воспалением – как защитными реакциями.

14

2. Клеточные механизмы обусловлены действием естественных киллеров (NК-клетки, natural killer (англ.)) и фагоцитов.

NК-клетки составляют около 10% всех лимфоцитов крови. Это крупные лимфоциты, содержащие много гранул белков перфоринов и гранзимов. Мишенью для NК-клеток является любая клетка организма, инфицированная бактериями, вирусами, простейшими и утратившая характерные для организма маркеры «своего» – молекулы главного комплекса гистосовместимости (МНСI). В этих случаях NК-клетка осуществляет так называемый контактный цитолиз клетки-мишени, выбрасывая из гранул активные молекулы перфоринов и гранзимов. Перфорины образуют поры в мембране клетки-мишени, а гранзимы вызывают ее апоптоз.

Фагоцитоз, его стадии. Завершенный и незавершенный фагоцитоз

В1883 г. И.И. Мечников впервые обнаружил способность некоторых клеток макроорганизма поглощать, переваривать и очищать организм от инородных тел, в том числе микробов и продуктов распада клеток. Это явление было названо «фагоцитозом», а клетки – «фагоцитами».

Впроцессе фагоцитоза участвуют гранулоциты крови (в основном, нейтрофилы), тканевые макрофаги – гистиоциты соединительной ткани, звездчатые клетки печени (купферовские клетки), остеокласты костной ткани, альвеолярные, плевральные и перитонеальные макрофаги, микроглия ЦНС.

Стадии фагоцитоза:

1.Хемотаксис – приближение фагоцита к микробам.

2.Адгезия микробов на фагоците.

3.Поглощение фагоцитом микробов. Внутри фагоцита микробы погибают под действием активных форм кислорода (О2-, Н2О2), а также кислороднезависимых факторов (лизоцим, катионные белки и др.).

4.Внутриклеточное переваривание убитых микроорганизмов с помощью ферментов лизосом.

Возможны два основных исхода фагоцитоза:

•завершенный – когда микробы внутри фагоцита погибают и полностью перевариваются;

•незавершенный – при котором микробы не погибают, а размножаются в

фагоцитах (при туберкулезе, гонококковой, менингококковой инфекциях и др.).

3.Гуморальный механизм обусловлен химическими веществами присутствующими в сыворотке крови, слезной жидкости, слюне, грудном молоке и других биологических жидкостях. К ним относят:

Комплемент – подробно рассмотрен ниже.

Дефензины – пептиды, создающие поры в оболочке бактерий. Продуцируются нейтрофилами и эпителиальными клетками ЖКТ и дыхательных путей.

15

Лизоцим синтезируется лейкоцитами и содержится в слезной жидкости, слюне, крови, грудном молоке и др. Представляет собой фермент мурамидазу, который разрушает пептидогликан клеточной стенки бактерий, что приводит к их лизису. Наибольшую активность лизоцим проявляет в отношении грамположительных бактерий, обладает также противогрибковой активностью.

Трансферрин относится к β-глобулинам сыворотки крови. Благодаря его способности связывать железо, попавшие в кровь микробы оказываются в условиях пониженного содержания железа, необходимого для их роста и жизнедеятельности.

Белки острой фазы воспаления:

−С-реактивный белок – вырабатывается в печени в ответ на повреждение тканей и клеток, активирует комплемент, стимулирует фагоцитоз, является индикатором воспаления;

−Маннозо-связывающий белок – активирует комплемент;

−ЛПС-связывающий белок – активирует макрофаги.

Интерфероны – гликопротеины, которые могут быть синтезированы любыми клетками организма (в большей степени – лейкоцитами) в ответ на внедрение вирусов. Более подробно интерфероны будут рассмотрены в разделе «Введение в вирусологию. Бактериофаги. Генетика и изменчивость бактерий».

Комплемент как защитная система организма, пути его активации Комплемент (complement (лат.) – дополнение) – комплекс сывороточных

белков, которые последовательно активируются и вызывают лизис бактерий (бактериолиз) и других чужеродных клеток (цитолиз).

Функции комплемента: лизис бактерий и других чужеродных клеток, усиление фагоцитоза, участие в аллергических реакциях немедленного типа.

Комплемент (С) состоит из 9 белковых компонентов (фракций) – от С1 до С9. Кроме того, первый компонент (С1) состоит из трёх подфракций.

Все компоненты комплемента можно условно разделить на три блока:

I блок – распознающий (С1 с подфракциями); II блок – активирующий (С2 – С4);

IIIблок– мембраноатакующий (С5 – С9).

Внорме белки комплемента находятся в крови в неактивном состоянии. При появлении в организме микробов или их продуктов запускается активация комплемента по типу каскадной реакции.

Процесс активации системы комплемента может осуществляться тремя путями: классический, лектиновый и альтернативный (рис. 1).

16

С5 С6 С7

С8 С9 бактериолиз, цитолиз

Рисунок 1 – Пути активации комплемента

Классический путь активации комплемента. В нем участвуют все ком-

поненты комплемента. Инициатором активации классического пути является иммунный комплекс Аг+Ат . Мембраноатакующий комплекс образует в мембране клетки-мишени многочисленные поры. Это приводит к выходу содержимого клетки и ее гибели.

Лектиновый путь активации комплемента запускается поверхностными полисахаридами бактерий и грибов, содержащими маннозу. Манноза распознается циркулирующим в крови белком, который называется маннозосвязывающий лектин. Этот белок активирует С4-С2 фракции комплемента. Далее активация совпадает с классическим путем.

Альтернативный путь активации комплемента в отличие от классиче-

ского пути активируется не иммунным комплексом, а отдельными компонентами микробных клеток. В нем не участвуют фракции С1, С4 и С2. Их функции выполняют сывороточные белки: факторы В, D и пропердин (Р). Каскадная цепная реакция при альтернативном пути начинается с взаимодействия микробного антигена (например, липополисахарида) с факторами В, D и Р, с последующей активацией компонента С3. В дальнейшем все этапы активации комплемента осуществляются в той же последовательности, как при классическом пути.

17

На ранних этапах инфекции, когда нет еще комплексов Аг+Ат , лизис бактерий осуществляется при активации комплемента лектиновым и альтернативным путём. По мере накопления Ат и образования иммунных комплексов большее значение приобретает классический путь активации (рис. 2).

КЛЕТКА-МИШЕНЬ

пора

С8 С9 С6 С7

С5

С4 С1

Fc-фрагмент Ат

Мембраноатакующий блок комплемента

Рисунок 2 – Взаимодействие комплемента, Ат и Аг (клетка-мишень) при активации по классическому пути

2. Адаптивный иммунитет, его механизмы

Основные клетки, участвующие в адаптивном иммунном ответе: анти-

генпрезентирующие клетки (дендритные клетки, макрофаги и др.), Т- и В- лимфоциты.

•Антигенпрезентирующие клетки (АПК) захватывают микробный анти-

ген, расщепляют (процессируют) его и затем представляют (презентируют) Т-лимфоцитам. Антигенпрезентирующей является любая клетка организма, несущая на своей поверхности молекулы главного комплекса гистосовме-

стимости I класса (МНС I – major histocompatibility complex (англ.)).

Среди АПК существуют так называемые «профессиональные» АПК – три типа клеток, которые, кроме МНС I, несут на своей поверхности молекулы главного комплекса гистосовместимости II класса (МНС II). Такими «профессионалами» презентации являются дендритные клетки, макрофаги и В- лимфоциты.

•Т-лимфоциты имеют на поверхности специфические антигенраспознающие рецепторы – TCR (T-cell receptor (англ.)). Кроме TCR, в процессе рас-

18

познавания микробного антигена также участвуют маркерные рецепторы CD, характер которых зависит от функций Т-лимфоцитов.

CD-молекулы (антигены) располагаются на поверхности клеток иммунной системы и имеют различное функциональное значение. Их используют для идентификации и дифференцировки субпопуляций лейкоцитов (clasters of differentiation – кластеры (группы) дифференцировки). CD-антигены являются рецепторами для взаимодействия между клетками. Эти белковые рецепторы имеют порядковые номера и их присутствие на клетках зависит от функции Т- и В- лимфоцитов.

На основании различий в характеристике CD-антигенов (маркеров), Т-

лимфоциты подразделяют на CD4+ и CD8+, которые отличаются и по функ-

ции в процессе иммунного ответа.

CD4 – это Т-хелперы-активаторы и Т-хелперы регуляторы:

-Т-хелперы-активаторы (Th, Th1, Th2) – при взаимодействии с АПК специфически распознают микробные антигены с помощью TCR. Одновременно CD4-маркерные рецепторы связываются с МНСII для стабилизации взаимодействия Th и АПК. После распознавания антигена Th2 стимулируют иммунный ответ по гуморальному типу, а Th1 – по клеточному типу;

-Т-хелперы-регуляторы – регулируют интенсивность иммунного ответа, подавляя активность других субпопуляций лимфоцитов.

CD8 – это цитотоксические Т-лимфоциты (ЦТЛ). С помощью TCR ци-

тотоксические лимфоциты при взаимодействии с АПК распознают антиген, а их CD8-рецепторы связываются с МНСI. ЦТЛ лизируют клетки организма, зараженные вирусами или бактериями, а также опухолевые клетки. Следователь-

но, CD8 Т-лимфоциты отвечают за клеточный иммунный ответ.

•В-лимфоциты имеют на своей поверхности антигенраспознающий рецептор – ВCR (B-cell receptor (англ.)), а также маркерные рецепторы CD19-21 и др. После встречи с антигеном активированные В-лимфоциты превращаются в плазматические клетки (плазмоциты), вырабатывающие антитела – Ig

всех классов. Следовательно, В-лимфоциты отвечают за гуморальный

иммунный ответ.

Цитокины – гуморальные факторы организма белковой природы. Синтезируются различными клетками и регулируют межклеточное взаимодействие. Цитокины, которые синтезируются при иммунном ответе, называются интерлейкинами (ИЛ). Они имеют порядковые номера. Основная функция ИЛ – стимуляция клеток, участвующих в иммунном ответе.

Весь процесс возникновения защитных механизмов организма состоит из трех действий:

1) распознавание чужеродного микроба специфическими иммунными клетками;

19

2)активация этих клеток для получения специфического ответа;

3)возникновение реакций, которые ведут к уничтожению конкретных чужеродных микробов.

Независимо от того, какой микроорганизм (антиген) проник в организм,

защищать макроорганизм будут оба звена адаптивного иммунитета: гуморальный (опосредованный антителами) и клеточный.

Гуморальный механизм адаптивного иммунитета Иммунный ответ по гуморальному типу – предназначен для уничтожения

микробов и токсинов, находящихся вне клеток организма. Для его осуществления необходимо взаимодействие (кооперация) антигенпрезентирующей клетки – профессиональной АПК, Т-хелперов второго порядка (Th2) и В- лимфоцитов. Этот процесс происходит в несколько стадий (рис. 3):

При появлении в организме микробного антигена (Аг), профессиональные АПК (дендритная клетка или макрофаг, а также В-лимфоцит) захватывают антиген и расщепляют его на отдельные антигенные детерминанты (пептиды). Это расщепление обозначается как процессирование.

Процессированный антиген соединяется с MHCII и в таком комплексе выходит на поверхность АПК. Комплекс [Аг + МНСII] передается на рецепторы Th (TCR и CD4+). Одновременно АПК выделяет ИЛ-1. Th активируется и дает популяцию двух типов Th: Th1 и Th2. Th1 участвует в стимуляции иммунного ответа по клеточному типу, а Th2 активирует В-лимфоцит с помощью ИЛ-4,5.

Кроме того, В-лимфоцит самостоятельно с помощью рецептора BCR распознает микробный антиген.

Активированные В-лимфоциты трансформируются в плазмоциты, продуцирующие антитела (иммуноглобулины, Ig) различных классов. Далее происходит связывание антител с микробом или токсином и удаление их из организма.

Клеточный механизм адаптивного иммунитета Иммунный ответ по клеточному типу – предназначен для уничтожения

клеток организма, инфицированных вирусами или бактериями, а также опухолевых клеток. Процесс происходит в несколько стадий (рис. 3): зараженная клетка (АПК) расщепляет микроб на отдельные антигенные детерминанты (пептиды). Процессированный Аг соединяется с МНСI и в таком комплексе выходит на поверхность АПК. Комплекс [Аг + МНСI] передается на рецепторы ЦТЛ (TCR и CD8+). Одновременно на ЦТЛ поступает сигнал от Th1 в виде ИЛ- 2. ЦТЛ активируется и выделяет цитотоксические белки (перфорины и гранзимы). Их действие приводит к гибели зараженной клетки.

Перфориновый и гранзимный механизмы гибели клетки-мишени

Перфорины на поверхности клетки-мишени формируют трансмембранные поры диаметром 5-20 нм. Через них в клетку проникает вода, что приводит к ее осмотической смерти. Через поры в клетку-мишень поступают гранзимы – протеазы, запускающие ее апоптоз путем фрагментации ДНК клетки. Зараженная клетка погибает.

20