Co jsou to protilátky?

Protilátky jsou specializované proteiny ve tvaru Y, které se váží jako zámek a klíč k cizím útočníkům těla - ať už se jedná o viry, bakterie, houby nebo parazity. Jsou to „pátrací“ prapor imunitního systému, který vyhledává a ničí, jehož úkolem je najít nepřítele a označit jej za zničení..

"Jsou propuštěni z cely a chodí ven a loví," řekl Dr. Warner Greene, ředitel Centra pro výzkum léčby HIV na Gladstone Institute v San Franciscu.

Když protilátky najdou svůj cíl, vážou se na něj, což pak spustí kaskádu akcí, které porazily útočníka. Protilátky jsou součástí takzvaného „adaptivního“ imunitního systému, ramene imunitního systému, který se učí rozpoznávat a eliminovat specifické patogeny, řekl Greene.

Příbuzný: Schéma lidského imunitního systému (infographic)

Jak vypadají protilátky?

Obě paže v horní části Y tvaru protilátky se vážou na to, co je známé jako antigen. Antigenem může být molekula nebo molekulární fragment - často část viru nebo bakterie. (Například nový koronavirus SARS-CoV-2 má na svém vnějším plášti jedinečné „hroty“ a některé protilátky se váží na tyto bílkoviny a rozpoznávají je.)

Spodní část Y nebo stonek se váže na několik dalších sloučenin imunitního systému, které mohou pomoci zabít antigen nebo mobilizovat imunitní systém jinými způsoby. Například jedna z nich spouští komplementovou kaskádu, řekl Greene .

"Doplněk je vlastně popravčí," který děruje díry v cílové buňce, jako je membrána viru, Greene řekl.

Protilátky, které se také nazývají imunoglobuliny (Ig), mají stejný základní tvar Y, ale v tomto tématu existuje pět variant - tzv. IgG, IgM, IgA, IgD a IgE, řekl Jason Cyster, profesor mikrobiologie a imunologie na Kalifornské univerzitě v San Franciscu.

Každá variace vypadá trochu jinak a hraje v imunitním systému mírně odlišné role. Například imunoglobulin G nebo IgG je pouze jeden Y, zatímco IgM vypadá trochu jako 10-ozbrojená hindská bohyně Durga, s pěti Y naskládanými dohromady a každý hrot může vázat jeden antigen.

IgG a IgM jsou protilátky, které cirkulují v krevním řečišti a přecházejí do pevných orgánů, řekl Cyster. IgA je „stříkaná z těla“ do hlenu nebo sekrecí, řekla Cyster. Podle Americké akademie alergií, astmatu a imunologie je IgE protilátkou, která obvykle vyvolává alergické reakce, například na pyl nebo arašídy. IgD byl historicky enigmatický, ale jednou z jeho úloh je pomoci aktivovat buňky, které vytvářejí protilátky.

Příbuzný: Senná rýma a sezónní alergie: příznaky, příčiny a léčba

Kde se tvoří protilátky?

Abyste porozuměli protilátkám, musíte nejprve vědět o B-buňkách, které jsou typem bílých krvinek, které se tvoří v kostní dřeni. V těle je asi bilion B-buněk a každá z nich má jedinečnou protilátku IgM, která sedí na povrchu B-buněk a každá se váže k jednomu antigenu, řekl Simon Goodman, vědecký a technologický programový manažer Společnosti pro protilátky , nezisková organizace, která zastupuje osoby zapojené do výzkumu a vývoje protilátek.

Tato ohromující úroveň variace umožňuje tělu rozpoznat téměř jakoukoli látku, která by mohla vstoupit. Takto se dosáhne této rozmanitosti: V každé B buňce jsou geny, které kódují vazebné místo protilátky, zamíchány jako hrací karty v balíčku.

„Množství, které může nastat, je obrovské,“ řekl Cyster .

Příbuzný: 11 překvapivých faktů o imunitním systému

Tyto B-buňky pak hlídají tělo a často přetrvávají déle v oblastech, jako jsou lymfatické uzliny nebo mandle, řekl Cyster. Většinou se tyto B buňky nic nevázat. Pokud však B-buňka na jednu milionovou šanci váže nějakou cizí substanci, “která B-buňku spustí, aby řekla:„ Hej, musíme se aktivovat, “řekl Cyster..

B-buňka roste ve velikosti a začíná se dělit na to, čemu se říká „klonální expanze“, řekl Cyster.

„Je to identická kopie rodiče, stejně jako matka,“ řekla Cyster. Asi za týden mohou existovat stovky tisíc až milion těchto kopií.

Tyto klonálně expandované B-buňky se nakonec diferencují na plazmatické buňky, což jsou továrny na protilátky.

"Vylučují 10 000 protilátek za buňku za sekundu. Pokud budete mít štěstí, mohou to udělat týdny nebo roky," řekl Cyster.

Ale ne všechny B-buňky dělí stejné množství.

"Pokud považujete B-buňku za zámek a považujete všechny tyto různé věci za plovoucí, jsou to různé klíče, pak se některé klíče hodí lépe, jiné se hodí horší a některé se nehodí vůbec, “řekl Goodman. "A v závislosti na tom, jak dobře zapadá klíč do zámku na povrchu konkrétní B buňky, bude tato buňka spuštěna, aby se více rozdělila." Potom plodnější B-buňky produkují více plazmatických buněk a chrlí více specifického typu protilátky.

Tělo neprodukuje pouze jeden typ protilátky; vytváří z nich chaotickou, chaotickou zoo. Každý se zamkne na jiné části útočníka.

A protilátky ne všechny dělají totéž, jakmile se dostanou k cíli. Někteří budou potlačovat infekci v zárodku tím, že přímo neutralizují hrozbu a zabraňují patogenu vniknout do buňky. Jiní označují útočníky, aby je mohli odstranit buňky zabíjející imunitní systém (které nejsou protilátkami), řekl Greene. Ještě jiní mohou zabalit viry nebo bakterie do mazlavého povlaku. A další protilátky by mohly říci, že imunitní buňky podobné Pac-Manu, které se nazývají makrofágy, se vrhnou na útočníka. (Tato strategie může někdy selhat s viry, které mohou tuto odpověď kooptovat k invazi nových buněk, dodal Cyster.)

První typ protilátky, která se vytvoří po expozici viru, je IgM, který se objeví během 7 až 10 dnů po expozici, řekl Greene. IgM se může vázat k útočníkovi, ale každý „Y“ v tomto 10-ramenném proteinu tak činí celkem slabě. Ale stejně jako pět slabých lidí, kteří pracují společně, dokážou zvládnout velký a silný protivník, pět IgM (10 ramen) IgM, které společně pracují, se může pevně vázat na antigen, dodal.

Asi za 10 až 14 dní tělo začne vyrábět IgG, což je „hlavní workhorse imunitního systému“, řekl Greene. IgG může procházet placentou u těhotné ženy, čímž poskytuje novorozence pasivní ochranu před nemocemi, dokud se jejich vlastní imunitní systém nerozezná, dodal Greene.

Imunitní systém je obvykle ohromně dobrý v rozpoznávání nepřítele a ignorování nebo tolerování našich vlastních buněk. Někdy však tento proces pokračuje. To je, když přicházejí T-buňky (další typ bílých krvinek). Tělo tyto T-buňky používá ke křížové kontrole cílů - pouze pokud jak B-buňky, tak T-buňky rozpoznají něco, co cizí útočník imunitní odpověď byla spuštěna, řekl Goodman. Tělo má odstranit B-buňky, které vytvářejí tzv. Autoprotilátky, které reagují na vlastní buňky těla. Ale když se to nestane, tělo může označit své vlastní buňky za zničení a pak je vytrvale eliminovat. Může dojít k autoimunitním onemocněním, jako je lupus, revmatoidní artritida nebo diabetes 1. typu. Podle Americké asociace autoimunitních nemocí existuje více než 100 autoimunitních poruch.

Co jsou to monoklonální protilátky?

Protilátky se staly základem pro některé z nejužitečnějších léků a také pro některé z nejúčinnějších laboratorních technik v biologii, řekl Goodman. Jednou z těchto klinických a terapeutických superhvězd je tzv. Monoklonální protilátka.

K vytvoření monoklonální protilátky vědci očkují zvíře (nebo možná člověka), aby stimulovali produkci protilátek proti určité látce. Tělo bude postupně vytvářet protilátky, které jsou čím dál účinnější proti tomuto antigenu. Tyto buňky produkující protilátku jsou poté zfiltrovány z bílých krvinek a vloženy do misky, aby se zjistilo, které buňky se nejlépe vážou na antigen, řekl Goodman. Buňka, která váže to nejlepší, je pak izolována - jedná se o továrnu na výrobu protilátek, která je speciálně vyladěna tak, aby vytlačila jednu superelektivní protilátku..

Odtud je tato buňka fúzována s buňkou rakoviny krve a vytváří něco, co se nazývá hybridom. Tento hybridom neboli monoklon je nevyčerpatelným generátorem přesně stejné protilátky, znovu a znovu a znovu. (Vědci vážou monoklonální buňku na rakovinovou buňku, protože rakovina se stále rozmnožuje.)

„Prostě produkuje a vyrábí a vyrábí a nikdy se nezastaví a je to rakovina, takže je to v podstatě nesmrtelné,“ řekl Goodman. To, co produkuje, je monoklonální protilátka.

Příbuzný: Krev, která přežila ebola, by mohla vést k budoucí vakcíně

Takové buněčné linie mají neuvěřitelně rozmanitou škálu použití. Goodman řekl, že existují miliony komerčních monoklonálních protilátek, které se používají v laboratořích k označení nejmenších a nejkonkrétnějších buněčných cílů pro studium..

„Jsou neuvěřitelné, jsou to úžasně přesné nástroje,“ řekl Goodman.

Monoklonální protilátky také tvoří základ mnoha blockbusterových léků. Například léčivo adalimumab (obchodní značka Humira) je monoklonální protilátka, která léčí revmatoidní artritidu inhibicí zánětlivého proteinu známého jako cytokin. Další, zvaný bevacizumab (Avastin), se zaměřuje na molekulu, která podporuje růst krevních cév; blokací této molekuly může bevacizumab zpomalit růst plic, tlustého střeva, ledvin a některých mozkových nádorů.

A v pandemii SARS-CoV-2 se lékaři po celém světě snaží vytvářet monoklonální protilátky, které, doufejme, neutralizují nový koronavirus, řekl Greene. Tyto protilátky jsou filtrovány z plazmy lidí, kteří se zotavili z COVID-19 (nazývaného také zotavující se sérum). Doufáme, že izolací nejúčinnějších protilátek a jejich hromadnou výrobou doktoři dokážou vytvořit léčbu, která poskytne dočasnou „pasivní“ imunitu, dokud tělo nedokáže dohnat a navázat účinnější a dlouhodobější reakci na jeho vlastní, řekla Greene.

Příbuzný: 1 z 5 lidí testovaných v New Yorku má protilátky proti koronaviru

Naproti tomu polyklonální protilátky jsou odvozeny z více B-buněk. Polyklonální protilátky jsou knihovnou protilátek, které se všechny vážou na mírně odlišné části antigenu nebo cíle. Podle studie z roku 2005 v časopise Institute for Laboratory Animal Research (ILAR) se polyklonální protilátky obvykle vyrábějí injekcí zvířete antigenem, stimulací imunitní odpovědi a poté extrahováním plazmy zvířat za účelem hromadné produkce protilátek..

Na rozdíl od monoklonálních protilátek, které mohou trvat až 6 měsíců, mohou být polyklonální protilátky vyrobeny za 4 až 8 týdnů a vyžadují méně technické odborné znalosti. Navíc u některých typů testů, ve kterých se snažíte detekovat antigen, mohou mít polyklonální protilátky větší šanci vázat se na cílový antigen, což je činí potenciálně citlivějšími. Nevýhodou polyklonálních protilátek je, že vzhledem k tomu, že každé jednotlivé zvíře může produkovat odlišné spektrum protilátek, může být výroba polyklonálních protilátek, které jsou konzistentní od šarže k šarži, náročnější, a není tak snadné mít velkou zásobu, podle 2005 studie v časopise Biotechniques.

Jak fungují testy protilátek?

Testy protilátek detekují, zda tělo produkovalo detekovatelná množství protilátek proti určité molekule, a může tedy odhalit, zda byl někdo v minulosti infikován konkrétním virem nebo bakterií. Obvykle tyto testy detekují IgM nebo IgG, jak bylo uvedeno dříve.

Například testy protilátek SARS-CoV-2 obvykle detekují buď část nebo celý bodový protein koronaviru a mohou odhalit, zda někdo v minulosti měl COVID-19. Protože tělo potřebuje čas na zvýšení produkce protilátek, lidé obvykle testují pozitivní pouze asi dva týdny poté, co byli poprvé vystaveni patogenu, jak bylo dříve hlášeno.

Příbuzný: Mohou testy protilátek zjistit, zda jste imunní vůči COVID-19?

Existují dva běžné typy testů protilátek - testy laterálního toku a testy ELISA (ELISA). Oba zahrnují fixaci antigenu na povrch a pak detekci, zda se protilátka váže na tento antigen. Obvykle je chemická reakce, jako je fluorescence nebo změna barvy, vyvolána, když se protilátka váže na antigen. Testy laterálního toku jsou podobné těhotenským testům typu „pee-on-stick“; namísto močení pro krevní testy se krev nebo sérum omyje přes plochý povrch, kterým je obvykle papír. Testy ELISA fungují na podobném principu, pouze testy se provádějí na mikrodestičkách a vyžadují laboratorního technika a výsledky nemusí být okamžitě vyčteny, Charlotte Sværke Jørgensen, která studuje virovou a mikrobiologickou sérologickou speciální diagnostiku na Statens Serum Institut v Kodani, dříve řekl v e-mailu.

Dobrý test protilátek je test, který produkuje několik falešně pozitivních a málo falešných negativů, které byly dříve hlášeny. Aby se zajistilo, že se to stane, musí vědci „kalibrovat“ svůj test, například tím, že se ujistí, že vzorky, o nichž je známo, že nemají antigen, nevykazují falešně pozitivní test. Například u SARs-CoV-2 by to znamenalo testování vzorků krve před zahájením pandemie a ujistit se, že žádné vzorky nepřijdou pozitivní. Musí také odebrat vzorky, které v nich určitě obsahují protilátku, a ujistit se, že test protilátek dělá dobrou práci při detekci těchto pozitiv.

Dodatečné zdroje:

• Podívejte se na video o tom, jak protilátky fungují, vytvořené v rámci projektu Vakcíny.
• Přečtěte si více o testech protilátek z Centra pro kontrolu a prevenci nemocí.
• Přečtěte si, co říká ředitel Národních zdravotních ústavů, Dr. Francis Collins, o protilátkách SARS-CoV-2, jak bylo zveřejněno na blogu ředitele NIH dne 30. června 2020.