Что такое антиген?

Антигеном становится любое вещество, которое организм считает чужеродным или опасным. Против антигенов вырабатываются антитела, и это называется иммунным ответом. Антигены подразделяются на виды, имеют разные свойства и даже бывают неполными.

С точки зрения науки, антиген – это молекула, которая связывается с антителом. Обычно антигенами становятся белки, однако если простые вещества, как металлы, свяжутся с белками организма и их модификациями, они тоже сделаются антигенами, хотя сами по себе антигенными свойствами не обладают.

Большая часть антигенов состоит из белковой и небелковой части. Белковая часть отвечает за функцию антигена, а небелковая придает ему специфичность. Это слово означает способность антигена взаимодействовать лишь с теми антителами, которые сопоставимы с ним.

Обычно антигенами становятся части микроорганизмов: бактерий или вирусов, они имеют микробное происхождение. Антигены немикробного происхождения – это пыльца и белки: яичные, поверхностные белки клеток, трансплантаты органов и тканей. А если антиген вызывает у человека аллергию, то называется аллергеном.

В крови есть специальные клетки, которые распознают антигены: В-лимфоциты и Т-лимфоциты. Первые могут опознать антиген в свободном виде, а вторые в комплексе с белком.

Антигены и антитела

Чтобы справиться с антигенами, организм вырабатывает антитела – это белки группы иммуноглобулинов. С антигенами антитела связываются с помощью активного центра, однако для каждого антигена нужен свой активный центр. Именно поэтому антитела так разнообразны – до 10 млн. видов.

Состоят антитела из двух частей, каждая из них содержит по две белковые цепи – тяжелую и легкую. И на обеих половинах молекулы расположено по активному центру.

Вырабатывают антитела лимфоциты, причем один лимфоцит может произвести только один вид антител. Когда в организм попадает антиген, количество лимфоцитов резко возрастает, и все они создают антитела, чтобы скорее получить нужное. А потом, чтобы остановить распространение антигена, антитело собирает его в сгусток, который впоследствии уберут макрофаги.  

Виды антигенов

Антигены разделяют по происхождению и по способности активировать В-лимфоциты. По происхождению антигены бывают:

1. Экзогенные, которые проникают в организм из окружающей среды, когда человек вдыхает пыльцу или что-то проглатывает. Такой антиген может попасть и при инъекции. Оказавшись в организме, экзогенные антигены стараются проникнуть в дендритные клетки, для чего или захватывают и переваривают твердые частицы, или образовывают на клетке мембранные везикулы. После этого антиген распадается на фрагменты, и дендритные клетки передают их Т-лимфоцитам.
2. Эндогенные – это антигены, которые зарождаются в самом организме или в ходе метаболизма, или из-за инфекций: вирусных, либо бактериальных. Части эндогенный антигенов появляются на поверхности клетки в связи с белками. И если цитотоксические лимфоциты обнаружат их, тогда Т-клетки начнут вырабатывать токсины, которые уничтожат или растворят зараженную клетку.
3. Аутоантигены – это обычные белки и белковые комплексы, которые в теле здорового человека не распознаются. Но в организме людей, страдающих от аутоиммунных болезней, иммунная система начинает опознавать их как чужеродные или опасные вещества, в итоге нападает на здоровые клетки.  

По способности активировать В-лимфоциты антигены делятся на Т-независимые и Т-зависимые.

Т-независимые антигены могут активировать В-лимфоциты без помощи Т-лимфоцитов. Обычно это полисахариды, в структуре которых многократно повторяется антигенная детерминанта (фрагмент макромолекулы антигена, опознаваемый иммунной системой). Бывают двух типов: I тип приводит к выработке антител разной специфичности, II тип такой реакции не вызывает. Когда Т-независимые антигены активируют В-клетки, последние уходят к краям лимфатических узлов и начинают разрастаться, причем Т-лимфоциты в этом не участвуют.

Т-зависимые антигены способны вызвать производство антител только с помощью Т-клеток. Чаще такие антигены – это белки, антигенная детерминанта в них почти не повторяется. Когда В-лимфоциты узнают Т-зависимый антиген, они смещаются в центр лимфатических узлов, где с помощью Т-клеток начинают разрастаться.

Из-за воздействия Т-зависимых и Т-независимых антигенов В-лимфоциты становятся плазмоцитами - клетками, которые вырабатывают антитела.

Еще бывают и антигены опухолей, они называются неоантигенами и появляются на поверхности опухолевых клеток. Обычные, здоровые клетки такие антигены создать не могут.

Свойства антигенов

У антигенов есть два свойства: специфичность и иммуногенность.

Специфичность – это когда антиген может взаимодействовать только с определенными антителами. Это взаимодействие затрагивает не весь антиген, а только один его маленький участок, который называется эпитоп или антигенная детерминанта. Один антиген может иметь сотни эпитопов с разной специфичностью.

В белках эпитоп состоит из совокупности аминокислотных остатков, и размер одной антигенной детерминанты белка варьируется от 5 до 20 остатков аминокислот.

Эпитопы бывают двух видов: В-клеточные и Т-клеточные. Первые созданы из остатков аминокислот из разных частей молекулы белка, они расположены на внешней части антигена и образуют выступы или петли. Такой эпитоп содержит от 6 до 8 сахаров и аминокислот.

В Т-клеточных антигенных детерминантах аминокислотные остатки расположены в линейной последовательности, и по сравнению с В-клеточным, этих остатков больше. Чтобы распознать В-клеточные и Т-клеточные эпитопы лимфоциты используют разные способы.

Иммуногенность – это способность антигена вызвать иммунный ответ организма. У иммуногенности бывает разная степень: одни антигены легко провоцируют иммунный ответ, другие нет. На степень иммуногенности влияет:

1. Чужеродность. Сила иммунного ответа зависит от того, как организм опознает антиген: как часть своих структур или как что-то чужое. И чем больше чужеродности будет в антигене, тем сильнее отреагирует иммунная система, и тем выше окажется степень иммуногенности.
2. Природа антигена. Самый ощутимый иммунный ответ вызывают белки, у чистых липидов, полисахаридов и нуклеиновых кислот такой способности нет: на них иммунитет реагирует слабо. А, например, липопротеины, липополисахариды и гликопротеины могут вызвать достаточно сильный иммунный ответ.
3. Молекулярная масса. Антиген с большой молекулярной массой – от 10 кД, - вызывает больший иммунный ответ, потому что имеет больше эпитопов и может взаимодействовать со многими антителами.
4. Растворимость. У нерастворимых антигенов иммуногенность выражена сильнее, потому что они дольше задерживаются в организме, что дает иммунной системе время на более ощутимый ответ.

Кроме этого, на иммуногенность влияет и химическое строение антигена: чем больше в структуре ароматических аминокислот, тем сильнее отзовется иммунная система. Причем, даже если молекулярная масса окажется небольшой.

Гаптены: неполные антигены

Гаптены – это антигены, которые, попав в организм, не могут спровоцировать ответ иммунной системы. Иммуногенность у них крайне низкая, поэтому гаптены называют «неполноценными» антигенами.

Обычно это низкомолекулярные соединения. Организм распознает в них чужеродные вещества, но поскольку их молекулярная масса очень низкая – до 10 кД, - иммунного ответа не возникает.

Но гаптены могут взаимодействовать с антителами и лимфоцитами. И ученые проводили исследование: искусственно увеличивали гаптен, соединив его с большой молекулой белка, в результате чего «неполноценному» антигену удавалось вызвать иммунный ответ.