Супергерои организма: пермские ученые объяснили, как антитела защищают нас от болезней

Антитела — это специализированные белки плазмы крови, вырабатываемые нашей иммунной системой для распознавания и нейтрализации чужеродных веществ, таких как бактерии, вирусы и микроорганизмы.

— Эти удивительные белки, проявляя высокую комплементарность, избирательно связываются с антигенами — любыми веществами, вызывающими иммунный ответ, к которым они были выработаны. Эта способность «распознавать» возникает благодаря особому участку на антителе, который идеально подходит к поверхности чужеродного вещества. В основе такого процесса лежат различные межмолекулярные взаимодействия, — рассказывает Марина Шмурак, доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Пермского Политеха, кандидат физико-математических наук.

Как разные типы иммуноглобулинов защищают организм?

В соответствии с международной классификацией, совокупность сывороточных белков, обладающих свойствами антител, называют иммуноглобулинами и обозначают символом Ig. Они различаются по структуре и по выполняемым функциям. У человека обнаружены пять различных классов: IgA, IgG, IgM, IgE, IgD. 

IgA обеспечивают линию обороны на слизистых оболочках, препятствуя проникновению вирусов. Они не обладают прямым бактерицидным действием, но нейтрализуют вредоносные токсины. Так называемые секреторные антитела поступают непосредственно в слизистую желудочно-кишечного и респираторного трактов.

Пассивный иммунитет новорожденного обеспечивается материнскими антителами, исчезает очень рано, не позднее 9 месяцев с момента рождения, затем начинается синтез собственных иммуноглобулинов IgG. Данный вид наиболее распространен в крови и межклеточной жидкости, он обеспечивает системный контроль над инфекцией, связываясь с широким спектром патогенов. Это взаимодействие вызывает обездвиживание антигенов, захват и уничтожение фагоцитами (клетками иммунной системы, которые защищают организм путем поглощения вредных частиц). Кроме того, молекулы IgG также способны связывать и нейтрализовать токсины.

Иммуноглобулины IgG

IgM — это антитела, синтезируемые человеком и вырабатываемые при первичном контакте с антигеном. Их присутствие в крови указывает на раннюю стадию инфекции, хотя при повторных контактах с тем же антигеном их концентрация снижается, — уточняет Марина Шмурак.

Иммуноглобулины IgE играют центральную роль в реакциях гиперчувствительности, вызывая различные аллергические проявления. Наконец, функция IgD до конца не изучена, известно лишь, что они входят в состав В-клеточного рецептора, который играет ключевую роль в активации клеток, отвечающих за выработку антител.

От чего зависит сила защиты?

Антитела вырабатываются лейкоцитами (лимфоцитами), которые называются В-клетками. Каждая из них может продуцировать защитные белки только против одного специфического антигена.

Процесс выработки антител происходит поэтапно: сначала для защиты слизистых формируются антитела IgA, затем, в период от трех до семи дней с начала проявления симптомов, начинают вырабатываться IgM, сигнализирующие о первичной инфекции. К третьей неделе болезни активизируется синтез IgG, свидетельствующих о формировании длительного иммунитета, что указывает на перенесенное заболевание (возможно, бессимптомное) или позднюю стадию инфекции. 

— Хотя антитела, выработанные в результате инфекции, способны защитить от повторного заражения, со временем их концентрация может снизиться, повышая риск повторного заражения, особенно при мутации вируса. Продолжительность защиты варьируется в зависимости от заболевания и индивидуальных особенностей организма. Например, после перенесенных кори или ветряной оспы иммунитет сохраняется на всю жизнь, — говорит Марина Шмурак, доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Пермского Политеха.

Почему не стоит намеренно заражаться ветрянкой?

Преднамеренное заражение ребенка ветряной оспой с целью скорейшего приобретения иммунитета — рискованная стратегия. Невозможно предсказать, как именно проявится инфекция в конкретном случае и какие осложнения могут возникнуть. 

— Гораздо более безопасным и эффективным способом формирования иммунитета является иммунопрофилактика. Вакцинация против ветряной оспы входит в национальный календарь прививок и предоставляется детям бесплатно. Важно отметить, что она также рекомендована взрослым, как не болевшим ветряной оспой, так и переболевшим ею, для профилактики опоясывающего лишая — заболевания, вызываемого тем же вирусом, — поясняет Лариса Волкова, профессор кафедры окружающей среды Пермского Политеха, доктор медицинских наук.

Как вакцины защищают от инфекций?

По словам эксперта, вакцины стимулируют выработку антител и обеспечивают защиту от инфекций. Введение ослабленного возбудителя или его отдельных частиц (антигенов) в организм вызывает иммунный ответ. 

— Организм накапливает память о патогене, чтобы в случае контакта с ним в будущем иметь возможность сразу же вступить в борьбу. Вещества, входящие в состав вакцины, не способны вызвать полноценное заболевание, но дают возможность иммунитету запомнить характерные признаки микробов и при встрече с настоящим возбудителем быстро его определить и уничтожить, — рассказывает Лариса Волкова.

Как определить уровень антител в крови?

Серологические тесты, определяющие уровень антител, играют важную роль в диагностике. Их назначают при подозрении на инфекции, даже если симптомы отсутствуют, а также в рамках профилактических осмотров для групп риска. 

— С помощью данных исследований контролируют эффективность лечения, оценивая динамику инфекционного процесса и предотвращая его хронизацию. Например, женщинам при планировании беременности необходимо пройти такой анализ на TORCH-инфекции – это аббревиатура наиболее часто встречающихся внутриутробных инфекций, опасных для плода: токсоплазмоз, краснуха, цитомегаловирус и герпес. Кроме того, проведение серологических тестов является обязательным этапом при подготовке к стационарному лечению и различным видам донорства — крови, половых клеток, костного мозга и тканей для исключения сифилиса, ВИЧ и гепатита, — поясняет Марина Шмурак, доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики Пермского Политеха.

Если система даст сбой, иммунитет может атаковать собственные клетки

Организм человека вырабатывает до 10 миллиардов различных антител, каждое из которых специфично для уникального эпитопа — участка антигена, распознаваемого иммунитетом. Однако в редких случаях эта система дает сбой. Некорректная активация иммунных механизмов при отсутствии внешней угрозы приводит к развитию аллергий и аутоиммунных патологий, при которых защитные клетки обращаются против собственных тканей.

— Иммунодефицитные состояния подразделяются на первичные, обусловленные врожденными генетическими дефектами иммунной системы (редкие случаи), и вторичные, возникающие во взрослом возрасте и связанные с приемом определенных лекарств (например, при лечении онкологических и аутоиммунных заболеваний), хроническими болезнями (диабет, ВИЧ) или трансплантацией костного мозга, — сообщает Лариса Волкова, профессор кафедры окружающей среды Пермского Политеха, доктор медицинских наук.

Аутоиммунные реакции могут возникать в результате воздействия на иммунную систему ранее скрытых аутоантигенов — нормальных клеточных белков или комплекса белков, которые по ошибке подвергаются атаке. Так, например, системное высвобождение меланинсодержащих клеток способно спровоцировать симпатическую офтальмию. Это воспаление увеального слоя обоих глаз после травмы одного, со временем оно может стать причиной полной слепоты пострадавшего.

В некоторых случаях лекарственные препараты взаимодействуют с белками крови, превращая их в антигены, распознаваемые иммунной системой. Это приводит к развитию гемолитической анемии — состояния, при котором атакуются собственные эритроциты.

Ультрафиолетовое излучение, вызывающее разрушение клеток, может изменять структуру собственных белков организма (аутоантигенов). Это приводит к тому, что иммунная система начинает ошибочно атаковать эти измененные белки, вызывая повышенную чувствительность кожи, характерную для красной волчанки. Кроме того, биологические факторы, например, длительно существующие инфекции, при которых вирусы встраиваются в ткани организма, также способны модифицировать аутоантигены. В экспериментах на животных это приводило к развитию симптомов, схожих с системной красной волчанкой.

К распространенным аутоиммунным заболеваниям, связанным с нарушением функционирования антител, относятся гемолитическая анемия, буллезный пемфигоид, красная волчанка, сахарный диабет первого типа, болезнь Грейвса, рассеянный склероз, ревматоидный артрит, васкулит и вульгарная пузырчатка.

ПНИПУ

1005 статей

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.

Показать больше