Медицинская микробиология, иммунология и вирусология - Сергей Бабичев

Жирные кислоты, а также триглицериды и другие чистые липиды свойствами полноценных антигенов не обладают. Некоторые классы липидов могут быть составной частью молекулы гаптена. Помимо липидов, связанных ковалентной связью с белками, только два класса липидов, содержащиеся в живых тканях, функционируют как гаптены: фосфатиды и гликосфинголипиды. По крайней мере пять хорошо охарактеризованных фосфолипидов обладают свойствами гаптенов: кардиолипин и четыре фосфатидил-инозитол-олигоманнозида, выделенных из туберкулезных бактерий. Липиды обладают способностью усиливать иммуногенность других антигенов, поэтому их используют в качестве адъювантов (англ. adjuvant – помощник, полезный). Применению адъювантов во многом способствовали работы Дж. Фрейнда. В качестве адъюванта Дж. Фрейнд использовал смесь минерального масла с нейтральным детергентом для создания стабильных эмульсий водных растворов антигенов. Добавление к этой эмульсии убитых туберкулезных палочек повышает ее адъювантное действие («полный адъювант Фрейнда»). Применение адъювантов дает хороший эффект при иммунизации низкомолекулярными растворимыми антигенами. Высокомолекулярные антигены в адъювантах практически не нуждаются. По-видимому, основная роль адъювантов состоит в том, что они служат носителями для растворимых антигенов, благодаря чему последние становятся доступными действию фагоцитов. Кроме того, адъюванты вызывают воспалительную реакцию на месте введения, что также способствует фагоцитозу антигенов. Липиды (в основном в виде фосфолипидов) входят в состав эндотоксинов и усиливают их иммуногенность.

Природа специфичности антигенов

Изучение свойств гаптенов и полугаптенов дало возможность искусственно синтезировать комплексные антигены, состоящие из гаптенов и белка. Они получили название конъюгированных антигенов. При этом было установлено, что введение в белковую молекулу любого гаптена или полугаптена изменяет ее антигенную специфичность. Как было впервые показано К. Ландштейнером, если иммунизировать животных конъюгированными антигенами, содержащими один и тот же белок, но разные введенные химические группировки (NO, N=N, I2, Br2, бензольное кольцо и т. п.), то появляются антитела, специфичные к этим группировкам. В связи с этим было сделано заключение, что конъюгированные антигены состоят из двух компонентов: 1) активной химической группы, определяющей специфичность антигена, т. е. фактора специфичности, или детерминантной группы, или эпитопа; 2) белковой части антигена – шлеппера, в которую вводится фактор специфичности. Белок является носителем собственно антигенности. Специфичность детерминантной группы определяется следующими факторами: природой самой химической группировки; орто-, мета– или параположением группировки и ее стереоизомерией. Орто-, мета-, параизомеры, цис– и трансформы, лево– и правовращающие изомеры детерминантных групп индуцируют образование антител с различной специфичностью. Антитела к D-изомерам отличаются от антител к L-изомерам и т. д. В крупные белковые молекулы может быть введено несколько детерминантных групп (от 1 до 200 и более), а их размеры могут варьировать от 1 атома до крупных молекул. Каждый детерминант, или эпитоп, вызывает образование особого типа антител, реагирующих с данным детерминантом. Таким образом, сложные конъюгированные антигены с несколькими различными детерминантами индуцируют образование целого комплекса антител.

Природа антигенной специфичности белков

Для выяснения природы антигенности белков и ее специфичности большое значение имели модельные опыты с искусственными аминокислотами и продуктами расщепления белка. Как оказалось, гомополимеры различных аминокислот антигенными свойствами не обладают. Однако если гомополимеры ароматических аминокислот присоединить к желатину, то антигенные свойства последнего значительно усиливаются, в то время как от присоединения, например, полиглицина или полиаланина антигенность желатина не возрастает. Это обстоятельство указывает на важную роль ароматического кольца для проявления антигенности.

Антигенные свойства у искусственно получаемых полиаминокислот возникают только на уровне сополимеров, т. е. когда появляется возможность определенных сочетаний аминокислот в таких структурах. Последовательность расположения аминокислот в каждой природной полипептидной цепи уникальна и генетически детерминирована. Поэтому возможность появления необычных для данного организма сочетаний аминокислот в составе полиаминокислот возникает лишь в том случае, если для их синтеза берутся разные аминокислоты. При этом опять-таки антигенность и специфичность полиаминокислот в значительной степени определяются остатками ароматических аминокислот – тирозина, фенилаланина, триптофана, содержащих в себе жесткое кольцо. По мнению Ф. Гауровитца, жесткость структуры детерминантных групп является обязательным условием антигенности молекулы. Детерминантная группа должна находиться на поверхности молекулы и быть доступной для систем иммунного ответа. Неспособность жирных кислот служить антигенными детерминантами Ф. Гауровитц объясняет тем, что их молекулы содержат длинные цепи парафиновых углеводородов, лишенных жесткой структуры, в связи с чем взаимное расположение химических групп, образующих молекулу жирной кислоты, в пространстве постоянно меняется.

Детерминантные группы нативных белков возникают из различных аминокислотных остатков, представляющих поверхностно расположенные группы определенной конформации. Важную роль в их образовании, очевидно, играют указанные выше аминокислоты. Вместе с тем и общая конформация белковой молекулы, т. е. ее вторичная и третичная структура, также определяет иммунологическую специфичность. Денатурирование белка меняет его антигенную специфичность. В свете этого становится понятным, почему присоединение различных химических группировок к белку приводит к изменению его антигенной специфичности. Гаптен, присоединенный к молекуле белка, изменяет ее конформацию и придает ей новую специфичность. У белка РНКазы, аминокислотная последовательность которой известна, детерминантные группы образованы аминокислотными остатками 39 – 52 и 105 – 124. Окисление или восстановление РНКазы приводит к изменению ее антигенной специфичности. Все три формы молекулы РНКазы – нативная, восстановленная и окисленная – обладают антигенной специфичностью и индуцируют образование различных по специфичности антител.

Таким образом, антигенность белков является функцией их чужеродности, а ее специфичность зависит от аминокислотной последовательности, которая определяет все свойства белка; от вторичной, третичной и четвертичной структуры, т. е. от общей конформации белковой молекулы; от поверхностно расположенных детерминантных групп и концевых аминокислотных остатков. Количество детерминантных групп в белковой молекуле возрастает пропорционально ее молекулярной массе. Например, в молекуле дифтерийного токсина (м. м. 61 кД) обнаружено около 8, тиреоглобулина (м. м. 650 кД) – 40, а гемоцианина (м. м. 6,5 МД) – более 230 детерминантных групп.

Антигенное строение микробной клетки

Для медицинской микробиологии наибольший интерес представляют антигенные свойства бактерий, токсинов и вирусов. Результаты их изучения используются в практике получения высокоэффективных иммуногенных препаратов, а также для совершенствования методов идентификации возбудителей болезней. Обладая сложным химическим строением, бактериальная клетка представляет собой целый комплекс антигенов. Антигенными свойствами обладают жгутики, капсула, клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, рибосомы и другие компоненты цитоплазмы, а также различные продукты белковой природы, выделяемые бактериями во внешнюю среду, в том числе токсины и ферменты. В связи с этим различают следующие основные виды микробных антигенов: соматические, или О-антигены; жгутиковые, или Н-антигены; поверхностные, или капсульные К-антигены (нем. Kapsel – капсула).

Символы, обозначающие названия жгутиковых и соматических антигенов, были предложены в связи со следующим феноменом. Протей, обладающий жгутиками, дает на плотной среде характерный рост в виде роения, напоминающий налет на холодном стекле, образующийся при дыхании на него. Протей, лишенный жгутиков, растет иначе. Поэтому жгутиковые антигены стали обозначать символом «Н» (нем. Hauch – дыхание), соматические антигены – «О» (нем. ohne Hauch – без дыхания).

Соматические антигены в большинстве случаев термостабильны, выдерживают нагревание до 80 – 100 °C. Они представляют собой сложные полисахаридолипидопротеидные комплексы. Антигенную специфичность грамотрицательных бактерий, например сальмонелл, определяют полисахариды, содержащиеся в ЛПС клеточной стенки. Помимо общего гетерополисахарида, в состав которого входят гептозофосфат и N-ацетилглюкозамин, сальмонеллы имеют специфические полисахариды, в молекулах которых концевые дезоксисахара (тивелоза, паратоза, колитоза, абеквоза и др.) выполняют функцию соответствующих антигенных детерминант. Род Salmonella по О-антигенам подразделяется на ряд групп. Каждая группа характеризуется наличием общего группового антигена, специфичность которого определяется указанными дезоксисахарами. Например, в группе А – паратозой, в группе О – колитозой и т. д.