Co to są przeciwciała?

Przeciwciała to wyspecjalizowane białka w kształcie litery Y, które jak zamek i klucz wiążą się z obcymi najeźdźcami organizmu - niezależnie od tego, czy są to wirusy, bakterie, grzyby czy pasożyty. Są batalionem "szukaj" systemu poszukiwania i niszczenia układu odpornościowego, którego zadaniem jest znalezienie wroga i oznaczenie go do zniszczenia.

„Wychodzą z celi i wychodzą na polowanie” - powiedział dr Warner Greene, dyrektor Center for HIV Cure Research w Gladstone Institutes w San Francisco.

Kiedy przeciwciała znajdą swój cel, wiążą się z nim, co następnie wyzwala kaskadę działań, które pokonują najeźdźcę. Przeciwciała są częścią tak zwanego „adaptacyjnego” układu odpornościowego, ramienia układu odpornościowego, które uczy się rozpoznawać i eliminować określone patogeny - powiedział Greene..

Związane z: Schemat układu odpornościowego człowieka (infografika)

Jak wyglądają przeciwciała?

Dwa ramiona w górnej części przeciwciała w kształcie litery Y wiążą się z tak zwanym antygenem. Antygen może być cząsteczką lub fragmentem molekularnym - często częścią wirusa lub bakterii. (Na przykład nowy koronawirus SARS-CoV-2 ma unikalne „kolce” na zewnętrznej powłoce, a niektóre przeciwciała wiążą się z tymi białkami i rozpoznają je).

Dno litery Y, czyli łodyga, wiąże się z kilkoma innymi związkami układu odpornościowego, które mogą pomóc w zabiciu antygenu lub w inny sposób zmobilizować układ odpornościowy. Jeden z nich, na przykład, uruchamia kaskadę dopełniacza, powiedział Greene .

„Dopełniacz jest w rzeczywistości wykonawcą”, który wybija dziury w komórce docelowej, takiej jak błona wirusa, powiedział Greene.

Przeciwciała, zwane również immunoglobulinami (Ig), wszystkie mają ten sam podstawowy kształt litery Y, ale istnieje pięć odmian tego tematu - zwanych IgG, IgM, IgA, IgD i IgE - powiedział Jason Cyster, profesor mikrobiologii i immunologii. na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco.

Każda odmiana wygląda nieco inaczej i odgrywa nieco inną rolę w układzie odpornościowym. Na przykład immunoglobulina G lub IgG to tylko jeden Y, podczas gdy IgM wygląda trochę jak 10-ramienna hinduska bogini Durga, z pięcioma Y ułożonymi razem, a każdy bolec może wiązać jeden antygen.

IgG i IgM to przeciwciała, które krążą we krwi i trafiają do narządów litych, powiedział Cyster. IgA jest „wytryskiwana z organizmu” w śluzie lub wydzielinie, powiedział Cyster. Według Amerykańskiej Akademii Alergii, Astmy i Immunologii, IgE jest przeciwciałem, które zazwyczaj wyzwala reakcje alergiczne, takie jak na pyłki lub orzeszki ziemne. IgD było historycznie zagadkowe, ale jedną z jego ról jest pomoc w aktywacji komórek wytwarzających przeciwciała.

Związane z: Katar sienny i alergie sezonowe: objawy, przyczyny i leczenie

Gdzie powstają przeciwciała?

Aby zrozumieć przeciwciała, musisz najpierw wiedzieć o komórkach B, które są rodzajem białych krwinek, które tworzą się w szpiku kostnym. W organizmie jest około biliona komórek B, a każdy z nich ma unikalne przeciwciało IgM, które znajduje się na powierzchni komórek B i każde wiąże się z jednym antygenem - powiedział Simon Goodman, kierownik programu naukowo-technicznego w The Antibody Society. , organizacja non-profit reprezentująca osoby zaangażowane w badania i rozwój przeciwciał.

Ten oszałamiający poziom zmienności pozwala ciału rozpoznać prawie każdą substancję, która może się dostać. Oto, w jaki sposób osiąga tę różnorodność: w każdej komórce B geny kodujące miejsce wiązania przeciwciała są tasowane jak karty do gry w talii.

„Ilość zmian, jakie mogą wystąpić, jest ogromna” - powiedział Cyster .

Związane z: 11 zaskakujących faktów na temat układu odpornościowego

Te komórki B następnie patrolują organizm, często pozostając dłużej w obszarach takich jak węzły chłonne lub migdałki, powiedział Cyster. W większości przypadków te komórki B nic nie wiążą. Ale jeśli przypadkiem jedna na milion komórka B zwiąże jakąś obcą substancję ", to komórka B powie:„ Hej, musimy się aktywować "- powiedział Cyster.

Komórka B rośnie i zaczyna się dzielić w tzw. „Ekspansji klonalnej” - powiedział Cyster.

„To identyczna kopia rodzica, tak jak matka” - powiedział Cyster. Po mniej więcej tygodniu mogą pojawić się setki tysięcy do miliona kopii.

Ostatecznie te namnożone klonalnie komórki B różnicują się w komórki plazmatyczne, które są fabrykami przeciwciał.

„Wydzielają 10 000 przeciwciał na komórkę na sekundę. Mogą to robić przez tygodnie lub lata, jeśli masz szczęście” - powiedział Cyster.

Ale nie wszystkie komórki B dzielą taką samą ilość.

„Jeśli weźmiesz pod uwagę komórkę B jako zamek i weźmiesz pod uwagę wszystkie te różne rzeczy, które unoszą się w pobliżu, jako różne klucze, to niektóre klucze będą pasować lepiej, inne będą pasować gorzej, a inne nie. w ogóle - powiedział Goodman. „W zależności od tego, jak dobrze klucz pasuje do zamka na powierzchni konkretnej komórki B, ta komórka zostanie wyzwolona, ​​aby podzielić więcej”. Następnie bardziej płodne komórki B wytwarzają więcej komórek plazmatycznych i wytwarzają więcej określonego typu przeciwciał.

Organizm nie produkuje też tylko jednego rodzaju przeciwciał; tworzy z nich bałagan, chaotyczne zoo. Każdy atakuje różne części najeźdźcy.

I nie wszystkie przeciwciała robią to samo po związaniu się z celem. Niektóre zwalczają infekcję w zarodku, bezpośrednio neutralizując zagrożenie, zapobiegając przedostawaniu się patogenu do komórki. Inni oznaczają najeźdźców, aby komórki zabójcze układu odpornościowego (które nie są przeciwciałami) mogły je usunąć, powiedział Greene. Jeszcze inni mogą owinąć wirusy lub bakterie lepką powłoką. A inne przeciwciała mogą powiedzieć komórkom odpornościowym podobnym do Pac-Mana zwanym makrofagami, aby pochłonęły najeźdźcę. (Ta strategia może czasem przynieść odwrotny skutek w przypadku wirusów, które mogą kooptować tę odpowiedź, aby zaatakować nowe komórki, dodał Cyster).

Greene powiedział, że pierwszym rodzajem przeciwciał, które powstają po kontakcie z wirusem, są IgM, które pojawiają się w ciągu 7 do 10 dni po ekspozycji. IgM może wiązać się z najeźdźcą, ale każde „Y” w tym 10-ramiennym białku robi to dość słabo. Ale tak jak pięć słabych osób pracujących razem może stawić czoła dużemu, silnemu przeciwnikowi, tak pięć Y (10 ramion) IgM pracujących razem może mocno związać się z antygenem - dodał..

Po około 10-14 dniach organizm zaczyna wytwarzać IgG, która jest „głównym koniem roboczym układu odpornościowego” - powiedział Greene. IgG może przenikać przez łożysko u kobiety w ciąży, dając noworodkowi bierną ochronę przed chorobami, dopóki ich własny układ odpornościowy nie wzrośnie, dodał Greene..

Zwykle układ odpornościowy jest zadziwiająco dobry w rozpoznawaniu wroga i ignorowaniu lub tolerowaniu naszych własnych komórek. Czasami jednak ten proces się nie udaje. Wtedy pojawiają się limfocyty T (inny rodzaj białych krwinek). Organizm wykorzystuje te limfocyty T do krzyżowego sprawdzania celów - tylko wtedy, gdy zarówno komórka B, jak i komórka T rozpoznają coś jako obcego najeźdźcę. Odpowiedź zostanie wywołana, powiedział Goodman. Organizm ma na celu usunięcie komórek B wytwarzających tak zwane autoprzeciwciała, które reagują na własne komórki organizmu. Ale jeśli tak się nie stanie, organizm może oznaczyć własne komórki do zniszczenia, a następnie bezlitośnie je wyeliminować. Skutkiem mogą być choroby autoimmunologiczne, takie jak toczeń, reumatoidalne zapalenie stawów lub cukrzyca typu 1, powiedział Goodman. Według American Autoimmne Related Diseases Association istnieje ponad 100 chorób autoimmunologicznych.

Co to są przeciwciała monoklonalne?

Przeciwciała stały się podstawą niektórych z najbardziej użytecznych leków, a także jednych z najpotężniejszych technik laboratoryjnych w biologii - powiedział Goodman. Jedną z tych klinicznych i terapeutycznych supergwiazd jest tak zwane przeciwciało monoklonalne.

Aby stworzyć przeciwciało monoklonalne, naukowcy szczepią zwierzę (lub prawdopodobnie człowieka), aby stymulować produkcję przeciwciał przeciwko określonej substancji. Organizm będzie stopniowo wytwarzał przeciwciała, które są coraz bardziej skuteczne przeciwko temu antygenowi. Te komórki produkujące przeciwciała są następnie odfiltrowywane z białych krwinek i umieszczane w naczyniu, aby zobaczyć, które komórki wiążą się najlepiej z antygenem, powiedział Goodman. Komórka, która wiąże najlepiej, jest następnie izolowana - jest to fabryka produkująca przeciwciała, specjalnie przystosowana do produkcji jednego super-selektywnego przeciwciała.

Stamtąd ta komórka jest łączona z komórką raka krwi, tworząc coś, co nazywa się hybrydomą. Ta hybrydoma lub monoklon jest niewyczerpanym generatorem dokładnie tego samego przeciwciała, w kółko. (Naukowcy wiążą komórkę monoklonalną z komórką rakową, ponieważ rak nadal się rozmnaża).

„Po prostu produkuje, produkuje i produkuje, i nigdy się nie zatrzyma, i jest to rak, więc jest w zasadzie nieśmiertelny” - powiedział Goodman. To, co wytwarza, to przeciwciało monoklonalne.

Związane z: Krew osoby, która przeżyła ebolę, może zaowocować przyszłą szczepionką

Takie linie komórkowe mają niezwykle różnorodne zastosowania. Istnieją miliony komercyjnych przeciwciał monoklonalnych, które są używane w laboratoriach do oznaczania najmniejszych, najbardziej specyficznych celów komórkowych do badań, powiedział Goodman..

„Są niesamowite, są niesamowicie precyzyjnymi narzędziami” - powiedział Goodman.

Przeciwciała monoklonalne stanowią również podstawę wielu leków o dużym znaczeniu. Na przykład lek adalimumab (nazwa handlowa Humira) jest przeciwciałem monoklonalnym, które leczy reumatoidalne zapalenie stawów poprzez hamowanie białka zapalnego znanego jako cytokina. Inny, zwany bewacyzumabem (Avastin), celuje w cząsteczkę, która napędza wzrost naczyń krwionośnych; blokując tę ​​cząsteczkę, bewacyzumab może spowolnić rozwój raka płuc, okrężnicy, nerek i niektórych nowotworów mózgu.

Greene powiedział, że podczas pandemii SARS-CoV-2 lekarze na całym świecie ścigają się, aby stworzyć przeciwciała monoklonalne, które, miejmy nadzieję, zneutralizują nowego koronawirusa. Te przeciwciała są filtrowane z osocza osób, które wyzdrowiały po COVID-19 (zwanym również surowicą rekonwalescencyjną). Istnieje nadzieja, że ​​izolując najskuteczniejsze przeciwciała, a następnie produkując je masowo, lekarze mogą stworzyć terapię zapewniającą tymczasową, „bierną” odporność, do czasu, gdy organizm nadrobi zaległości i uzyska skuteczną, bardziej długotrwałą odpowiedź. - powiedział Greene.

Związane z: 1 na 5 osób przebadanych w Nowym Jorku ma przeciwciała przeciwko koronawirusowi

Natomiast przeciwciała poliklonalne pochodzą z wielu komórek B. Przeciwciała poliklonalne to biblioteka przeciwciał, które wszystkie wiążą się z nieco różnymi częściami antygenu lub celu. Przeciwciała poliklonalne są zwykle wytwarzane przez wstrzyknięcie zwierzęciu antygenu, stymulację odpowiedzi immunologicznej, a następnie ekstrakcję osocza zwierzęcia w celu masowej produkcji przeciwciał, zgodnie z badaniem z 2005 r. W czasopiśmie Institute for Laboratory Animal Research (ILAR)..

W przeciwieństwie do przeciwciał monoklonalnych, których wytworzenie może zająć do 6 miesięcy, przeciwciała poliklonalne można wytworzyć w ciągu 4 do 8 tygodni i wymagają one mniejszej wiedzy technicznej. Ponadto w przypadku niektórych rodzajów testów, w których próbujesz wykryć antygen, przeciwciała poliklonalne mogą mieć większą szansę związania się z docelowym antygenem, co czyni je potencjalnie bardziej czułymi. Wadą przeciwciał poliklonalnych jest to, że ponieważ każde zwierzę może wytwarzać inny zestaw przeciwciał, wytwarzanie przeciwciał poliklonalnych, które są spójne w każdej serii, może być trudniejsze, a posiadanie dużej podaży nie jest tak łatwe, jak twierdzi. badanie z 2005 r. w czasopiśmie Biotechniques.

Jak działają testy przeciwciał?

Testy przeciwciał wykrywają, czy organizm wyprodukował wykrywalne ilości przeciwciał przeciwko określonej cząsteczce, a zatem mogą ujawnić, czy ktoś został w przeszłości zarażony określonym wirusem lub bakterią. Zwykle testy te wykrywają IgM lub IgG, o których wcześniej informowaliśmy.

Na przykład testy przeciwciał SARS-CoV-2 zazwyczaj wykrywają część lub całość białka szczytowego koronawirusa i mogą ujawnić, czy ktoś miał COVID-19 w przeszłości. Ponieważ organizm potrzebuje czasu, aby przyspieszyć produkcję przeciwciał, ludzie zwykle dają wynik pozytywny dopiero około dwa tygodnie po pierwszym kontakcie z patogenem, jak wcześniej zgłaszano..

Związane z: Czy testy przeciwciał mogą stwierdzić, czy jesteś odporny na COVID-19?

Istnieją dwa popularne typy testów przeciwciał - testy przepływu bocznego i testy immunoenzymatyczne (ELISA). Obie obejmują mocowanie antygenu do powierzchni, a następnie wykrywanie, czy przeciwciało wiąże się z tym antygenem. Zwykle reakcja chemiczna, taka jak fluorescencja lub zmiana koloru, jest wyzwalana, gdy przeciwciało wiąże się z antygenem. Testy przepływu bocznego są podobne do testów ciążowych typu pee-on-a-stick; zamiast siusiu, w przypadku testów na obecność przeciwciał krew lub surowica są spłukiwane na płaskiej powierzchni, którą jest zwykle papier. Testy ELISA działają na podobnej zasadzie, tylko testy są przeprowadzane na mikropłytkach i wymagają technika laboratoryjnego, a wyniki mogą nie zostać odczytane natychmiast, Charlotte Sværke Jørgensen, która bada serologię wirusów i specjalnych diagnoz mikrobiologicznych w Statens Serum Institut w Kopenhadze, poinformowano wcześniej w e-mailu.

Dobry test przeciwciał to taki, który daje niewiele wyników fałszywie dodatnich i niewiele wyników fałszywie ujemnych, o których informowano wcześniej. Aby tak się stało, naukowcy muszą „skalibrować” swój test, na przykład upewniając się, że próbki, o których wiadomo, że nie zawierają antygenu, nie dają fałszywie pozytywnego wyniku. Na przykład w przypadku SARs-CoV-2 oznaczałoby to badanie próbek krwi sprzed wybuchu pandemii i upewnienie się, że żadna z próbek nie wypadnie pozytywnie. Muszą również pobrać próbki, które zdecydowanie zawierają przeciwciało i upewnić się, że test przeciwciał dobrze wykrywa te pozytywne.

Dodatkowe zasoby:

• Obejrzyj film o działaniu przeciwciał, wyprodukowany przez Vaccine Makers Project.
• Przeczytaj więcej o testach przeciwciał z Centers for Disease Control and Prevention.
• Przeczytaj, co dyrektor National Institutes of Health, dr Francis Collins, ma do powiedzenia na temat przeciwciał SARS-CoV-2, opublikowanych na blogu dyrektora NIH 30 czerwca 2020 r..