Как работает иммунитет

Антитела IgE в свободном виде в плазме почти не встречаются. Этот тип иммуноглобулинов защищает организм от действия паразитарных инфекций. Их рецепторы присоединяются к хвостовой части эозинофилов. После того, как IgE связываются с паразитом и образуют комплекс антитело-антиген, эозинофилы его уничтожают. За счет IgE осуществляются многие аллергические реакции, поскольку базофилы и тучные клетки обнаруживают аллерген при помощи специальных рецепторов, а медиаторы воспаления – гистамин, простагландины и лейкотриены – запускают аллергические реакции.

Антитела способны захватывать не только чужеродные клетки, молекулы или частицы, но и клетки организма. В частности, это может происходить, если у молекул организма и у чужеродных молекул есть общие участки. В некоторых случаях это может приводить к запуску иммунного ответа, который будет направлен на здоровые клетки. Так в очень общих чертах выглядит механизм возникновения аутоиммунных заболеваний. Причиной таких недугов служит образование аутоантител – то есть таких антител, которые создают комплекс не с патогенами, а с собственными клетками или молекулами. В результате иммунные реакции, которые спровоцированы аутоантителами, вызывают хронические воспаления при аутоиммунных заболеваниях – системной красной волчанке, рассеянном склерозе, сахарном диабете и I типа, ревматоидном артрите и многих других.

Благодаря способности антител прочно связываться с антигенами, эти белковые молекулы можно использовать для разных видов диагностики, методов исследований, а также для лечения заболеваний.

Схема работы теста на беременность

Взаимодействие антиген-антитело довольно специфично. Антитела находят конкретную мишень, даже если ее окружают другие молекулы, и взаимодействуют только с ней. Эту особенность антител используют для диагностических тестов. Например, для экспресс-тестов на беременность. При беременности в организме женщины активно вырабатывается хорионический гонадотропин – гормон, который начинает выделяться с мочой спустя 12–15 дней после оплодотворения яйцеклетки. На тестовую полоску производители наносят антитела, которые образуют комплекс с этим гормоном. Если женщина беременна, то антитела обнаруживают в моче хорионический гонадотропин и случаях тест на беременность показывает положительный результат. Если этого гормона в моче нет, то на тесте останется только одна полоска. Подобный принцип лежит в основе многих других экспресс-тестов.

В некоторых случаях большое количество антител к определенному антигену в различных биологических жидкостях может свидетельствовать о наличии инфекционного заболевания или возбудителя. Данные о содержании антител в организме используются в диагностике. Например, распространенный анализ – госпитальный скрининг, который позволяет выявить ВИЧ, сифилис, гепатит B и C. Этот тип диагностики включает в себя определение количества антител в сыворотки крови человека ко всем указанным выше возбудителям: вирусу иммунодефицита человека, бактерии бледной трепонемы (Treponema pallidum), вызывающей сифилис, вирусов гепатита B и C, при инфицировании которыми происходит разрушение тканей печени.

Антитела активно используются для лечения различных заболеваний, как один из видов иммунотерапии, в том числе и для уничтожения злокачественных опухолей. С их помощью стимулируют иммунный ответ пациента в отношении опухолевых клеток. Для этого вида лечения подходят такие антитела, которые способны «узнавать» специфичные для опухолевых клеток молекулы – опухолевые антигены. Они в больших количествах присутствуют на поверхности больных клеток, и практически отсутствуют на поверхности здоровых. В ходе иммунотерапии к раковым клеткам присоединятся антитела, узнающие опухолевые антигены. Этот процесс служит сигналом для запуска иммунного ответа, в ходе которого опухоль может быть уничтожена.

Ученые используют антитела не только в иммунологических исследованиях и экспериментах. Они также широко применяются в клеточной биологии, физиологии и других областях знаний о живой природе. Поскольку антитела специфично связываются со своими мишенями, это создает возможность отслеживать наличие определенных молекул в тканях и клетках. Если предварительно антителу присвоить какую-либо метку (краситель, коллоидное золото и другие), то с ее помощью можно выявлять присутствие определенных веществ в растворах, тканях и в клетках. Также антитела используют для того, чтобы извлекать отдельные белки из растворов и биологических жидкостей.

Система комплемента

Скорее всего, вам с детства знакомо такое явление, как свертывание крови. После ранения поврежденные ткани выбрасывают молекулярные сигналы, запускающие каскад реакций, в результате которых формируются нерастворимые нити из фибрина. Они составляют основу кровяного сгустка. Благодаря этому процессу возможна остановка кровотечения. Похожим образом в крови работает еще один каскад реакций – система комплемента. С его помощью организм избавляется от в том числе и от бактериальных угроз. Система комплемента – часть врожденного иммунитета, реализующая свои функции только при условии последовательных взаимодействий ее компонентов.

Как устроена система комплемента? Это сеть, состоящая из примерно 50 белков сыворотки крови, которые работают в кооперации друг с другом. Основные функции этого каскада осуществляют 9 белков комплемента (С1–С9), а сами реакции запускаются тремя различными путями. Рассмотрим классический путь активации комплемента, который был открыт в первую очередь. Сначала белок C1 распознает мишень и его молекулы прикрепляются к чужеродным клеткам или к измененным клеткам организма. Далее запускается каскад реакций, при котором основные участники системы комплемента С2–С9 последовательно взаимодействуют друг с другом – постепенно расщепляются на фраг- менты, которые позже объединяются в молекулярные комплексы.

Система комплемента

В результате каскада реакций белков C1-C9 происходят следующие процессы:

1. Образование провоспалительных сигнальных молекул, которые привлекают иммунные клетки в очаг развития реакций после преобразований молекул С3 и С5 в фрагменты С3а и С5а. Эти сигнальные молекулы усиливают воспаление.

2. Образование опсонинов. Они связываются с чужеродными клетками, их частями, а в некоторых случаях и с собственными клетками организма. Опсонины указывают иммунным клеткам на то, что должно быть удалено из организма. Молекулы-опсонины, которые образуются при активации системы комплемента, выполняют фактически ту же функцию, что и антитела, обозначающие фрагменты клеток и клетки, которые необходимо удалить из организма.

3. Осуществление антимикробной функции. Благодаря реакциям белков С5–С9 происходит разрушение некоторых типов бактериальных клеток – грамотрицательных бактерий. Преобразованная молекула С5 способна объединяться с компонентами с С6 по С9. Молекулы С9 объединяются в структуру, напоминающую колодец. Эта конструкция встраивается в мембрану бактерии и образует в ней пору. Когда таких пор становится много, из клетки вытекает ее содержимое и микроб погибает.

Зачем системе комплемента 50 белков, если основные функции выполняют всего девять? Остальные белки – это регуляторы системы. Контроль очень важен – если активация системы комплемента будет происходить на здоровых клетках организма, то могут повреждаться ткани и органы, возникать очаги воспаления и развиться заболевания. Иногда дисрегуляция системы комплемента все же происходит. При этом, она работает либо недостаточно активно, либо чрезмерно эффективно. Это провоцирует возникновение патологических состояний, а также может осложнять последствия инсультов, инфарктов, нейродегенеративных и аутоиммунных заболеваний.

Иммунный ответ

После того, как вы познакомились практически со всеми органами, клетками и молекулами иммунитета, у вас могут возникнуть вопросы. Зачем нашей иммунной системе такое количество компонентов? Неужели нельзя обойтись несколькими сигнальными молекулами, двумя-тремя типами клеток, убивающих патогены, и несколькими видами опсонинов – молекул-меток?

К сожалению, или к счастью, это невозможно. Для того, чтобы прицельно, локально и быстро защищать организм от многих угроз, необходимы различные «инструменты», которые функционируют в рамках иммунного ответа. На его запуск организм тратит большое количество ресурсов. Поэтому существует множество компонентов иммунной системы, благодаря которым борьба с патогенами происходит эффективно и с наименьшими потерями.

Врожденный иммунитет и приобретенный иммунитет реагируют на патогены в организме человека по-разному. И тем не менее при запуске механизмов иммунного ответа и в том, и в другом случае происходит узнавание чужеродных клеток и молекул.

У системы врожденного иммунитета есть специальные распознающие или рецепторные молекулы – толл-подобные рецепторы или toll-like receptors (TLR). Всего в организме человека существует 10 подобных типов рецепторов. Они узнают наиболее общие для различных патогенов молекулярные структуры – паттерны. При этом каждый тип рецептора определяет какую-то одну вариацию структуры патогена. Эти паттерны – это сложные молекулы, состоящие из различных белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот. Их комбинации характерны для определенной группы патогенов – бактерий, вирусов, грибков, простейших, но не характерны для наших собственных клеток. Молекулярные паттерны выполняют функции «отпечатков пальцев». Они «выдают» патогенов иммунным клеткам – сообщают, какой именно инфекционный агент находится в организме и представляет угрозу для других клеток. Например, липополисахарид грамотрицательных бактерий или ЛПС. Липополисахарид – это комплекс липидов и полисахаридов, из которых состоит клеточная стенка этой группы бактерий. Грамотрицательные бактерии характерны тем, что у них есть клеточная стенка – особая защитная оболочка, в состав которой входит ЛПС. Получается, что ЛПС ассоциирован с определенной группой в том числе и патогенных бактерий.

Что происходит в организме при попадании грамотрицательной бактерии? Сначала на нее действует множество факторов внутренней среды. В результате этих процессов грамотрицательная бактерия может терять участки своей защитной оболочки. Далее следует реакция врожденного иммунитета – TLR рецепторы 4 типа, которые находятся на поверхности макрофагов, улавливают сигнал от ЛПС. Это активизирует макрофаги, и после получения сигнала они отправляются «на охоту» за бактерией. Здесь мы рассмотрели только один пример с TLR4, но вообще клетки врожденного иммунитета обладают множеством разных типов рецепторов к различным молекулярным паттернам патогенов: вирусным ДНК и РНК, белкам жгутиков особо опасных бактерий и другим молекулярным комплексам возбудителей инфекций. Благодаря способности рецепторов распознавать молекулы патогенов, клетки врожденного иммунитета (нейтрофилы, макрофаги и другие) получают сигналы об угрозах и начинают действовать – поглощать патогены и их части, выбрасывать токсичные для вредоносных микробов белки, пептиды, а также сигнальные молекулы для усиления воспаления и привлечения большего количества иммунных клеток.