Антиген-антитяло реакции

Антиген-антитяло взаимодействие или реакция на антиген-антитяло е специфично химично взаимодействие между антитела, продуцирани от В-клетките на белите кръвни клетки и антигени по време на имунната реакция. Това е фундаментална реакция в организма, чрез която тялото е защитено от чуждородни молекули като патогени и техните химически токсини. В кръвта антигените са специфични и с висок афинитет, те се свързват с антитела, за да образуват комплекс антиген-антитяло. След това имунният комплекс се транспортира до клетъчните структури, където може да бъде унищожен или деактивиран. Връзките, които държат антигена към мястото за свързване с антителата са не ковалентни. Те включват водородни връзки, електростатични връзки, сили на Ван дер Ваалс и хидрофобни връзки. Тъй като реакциите антиген-антитяло се появяват чрез нековалентни връзки, те по своя характер са обратими.

Антигените са молекули, способни да стимулират имунен отговор. Всеки антиген притежава различни структури по своята повърхност наречени епитопи. Познати са две големи групи антигени - чужди антигени (или хетероантигени) и автоантигени. Чуждите антигени включват части или вещества, произведени от вируси или различни микроорганизми (като бактерии и протозои), както и вещества като змийската отрова, някои протеини в храните, компоненти на серума и червените кръвни клетки от други индивиди. От друга страна, автоантигените произхождат от тялото. Антиген, който индуцира имунен отговор т.е. стимулира лимфоцитите да продуцират антитела или директно да атакуват антигена се нарича имуноген.
На повърхността на антигените се намират области, наречени антигенни детерминанти, които се свързват с рецепторните молекули на повърхността на лимфоцитите. Свързването на рецепторите на лимфоцитите с повърхностните молекули на антигените стимулира деленето на лимфоцитите и инициирането на имунен отговор - включително производството на антитяло, активирането на цитотоксични клетки или и двете. Количеството на антитялото, образувано в отговор на стимулацията, зависи от вида и количеството на участващия антиген, пътя на влизане в тялото и индивидуалните характеристики на гостоприемника.

Антителата (имуноглобини) са Y-образни протеини, продуцирани от В-клетките на имунната система в отговор на експозицията на антигени. Всяко антитяло съдържа паратоп, който разпознава специфичен епитоп върху антигена, действащ на принципа ключ-ключалка. Fab фрагмента (антиген-свързващ регион) се образува от амино- края както на леката, така и на тежката верига на имуноглобулиновия полипептид. Този регион, наречен променлив (V) домен, се състои от аминокиселинни последователности, които определят всеки тип антитяло и техния афинитет на свързване към съответния антиген. Комбинираната последователност на променлива лека верига (VL) и променлива тежка верига (VH) създава три променливи региона (HV1, HV2 и HV3). HV3 е най-променливата част. Останалата част от V региона между хиперпроменливите региони се наричат рамкови региони. Всеки V домейн има четири рамкови домейна, а именно FR1, FR2, FR3 и FR4.

Антителата притежават следните характеристики:

• Афинитет - Афинитетът на антителата е силата на реакцията между единична антигенна детерминанта и единично комбиниращо място върху антитялото. Това е сумата от притеглящите и отблъскващи сили действащи между антигенната детерминанта и мястото на комбиниране на антитялото. Повечето антитела имат висок афинитет към техните антигени.Колкото по-висок е афинитетът на антитялото към антигена, толкова по-стабилна ще бъде взаимодействието. Така се улеснява лекотата, с която може да се открие взаимодействието.
• Сила на свързване - мярка за общата якост на свързване на антигена с много антигенни детерминанти и многовалентни антитела. Афинитетът се отнася до силата на свързване между единична антигенна детерминанта и отделно място за комбиниране на антитела, докато силата на свързване се отнася до общата съществуваща сила между многовалентни антигени и антитела.
• Специфичност - специфичността се отнася до способността на отделно място за комбиниране на антитела да реагира само с една антигенна детерминанта или способността на популация от антитела да реагират само с един антиген. По принцип съществува висока степен на специфичност при реакциите антиген-антитяло.
• Кръстосана реактивност - Кръстосаната реактивност се отнася до способността на отделно място за комбиниране на антитела да реагира с повече от една антигенна детерминанта или способността на популация от молекули да взаимодействат с повече от един антиген. Кръстосаните реакции възникват, защото кръстосано реагиращият антиген има общ епитоп с друг антиген или защото има епитоп, който е структурно подобен на епитоп с имунизиращ антиген (мултиспецифичност).

Единственият начин да се разбере, че е възникнала реакция на антиген-антитяло е нейното доказване чрез директно или индиректно откриване на комплексите образувани между антигена и антитялото.  Съотношението между антигена и антитялото влияе върху откриването на образуваните комплекси антиген-антитяло, тъй като размерът на образуваните комплекси е свързан с концентрацията на антигена и антитялото.

Аглутинация / Хемаглутинация

Реакцията антиген-антитяло може да бъде открита чрез аглутиниране на антигена. Когато антигенът е еритроцит се използва терминът "хемаглутинация". Всички антитела теоретично могат да аглутинират антигени, но IgM поради своята висока валентност е особено добър аглутинин.

Директен тест на Кумбс

Когато антителата се свързват с еритроцитите, те не винаги водят до аглутинация. Това се получава когато съотношението антиген / антитяло е в излишък на антиген или излишък на антитяло или в някои случаи електрически заряди върху червените кръвни клетки, предотвратяващи ефективното кръстосано свързване на клетките. Тези антитела, които се свързват, но не предизвикват аглутиниране на червени кръвни клетки, понякога се означават като непълни антитела. В никакъв случай това не означава, че антителата са различни в структурата си. По-скоро това е само функционална дефиниция. За да се открие наличието на неаглутиниращи антитела върху червените кръвни клетки, просто се добавя второ антитяло, насочено срещу имуноглобулиновото (антитяло) покриване на червените клетки. Този анти-имуноглобулин вече може да пресича червените кръвни клетки и да доведе до аглутинация.

Индиректен тест на Кумбс

Този тест се извършва чрез инкубиране на червени кръвни клетки със серумна проба, измиване на всякакви несвързани антитела и след това добавяне на втори анти-имуноглобулинов реактив за кръстосано свързване на клетките.
Приложения - откриване на анти-резус фактор (Rh) антитела. Антителата към Rh фактора обикновено не аглутинират червените кръвни клетки. По този начин, червените клетки на Rh + деца, родени от Rh-майки, които имат анти-Rh антитела, могат да бъдат покрити с тези антитела. За да се провери това, се извършва пряк тест на Coombs. За да се разбере дали майката има анти-Rh антитела в серума й, се провежда индиректен тест на Coombs.

Комплексите антиген-антитяло могат също да бъдат измерени чрез способността им да фиксират комплемента, тъй като комплексът антиген-антитяло ще "консумира" комплемента ако присъства, докато свободните антигени или антитела - не.

Принципът на теста за свързване на комплемента е следният:

Антигенът се смесва с тестовия серум и комплексите антиген-антитяло се оставят да се образуват. Контролна епруветка, в която не е добавен антиген, също се приготвя. Ако в пробата няма комплекси антиген-антитяло няма да бъде фиксиран нито един комплемент. Ако обаче присъстват комплекси антиген-антитяло те ще фиксират и по този начин ще намалят количеството на комплемента в епруветката. След като се позволи фиксирането на комплемента от всеки комплекс се добавя стандартно количество червени кръвни клетки, предварително покрити с анти-еритроцитни антитела. Количеството на червените кръвни клетки, покрити с антитела е предварително определено. Ако все още е налице комплемента (т.е. няма комплекси антиген-антитяло), всички червени клетки ще бъдат лизирани. Ако се образуват антиген-антитяло комплекси част от комплемента ще се консумира и следователно, когато се добавят червените клетки, покрити с антитяло, не всички от тях ще се лизират. Чрез просто измерване на количеството на лизиса на червените клетки и чрез измерване на освобождаването на хемоглобин в средата. Тестовете за фиксиране на комплемента най-често се използват за анализ на антитяло в тестова проба, но те могат да бъдат модифицирани за измерване на антигена.

Други тестове:
Радиална имунодифузия (Mancini)
Имуноелектрофореза
Радиоимунологично изследване
Имунофлуоресценция