ИММУНОХИМИЯ

ИММУНОХИМИЯ (иммуно[логия] + химия) — раздел иммунологии, изучающий химические основы иммунологических процессов. Развитие иммунологии (см.) в значительной степени определяется достижениями в области И.
Попытки проанализировать хим. сущность иммунных реакций были сделаны еще в конце 19 — начале 20 в. При этом были получены первые сведения о том, что в качестве антигенов могут выступать белки или полученные синтетическим путем комплексы белка с простыми хим. соединениями. В этот же период С. Аррениус и Т. Мадсен предложили хим. объяснение механизма реакции антиген — антитело (см. Антиген — антитело реакция), П. Эрлих сформулировал гуморальную теорию иммунитета (см.). В 30 — 50-е гг. 20 в. благодаря фундаментальным исследованиям К. Ландштейнера, Гейдельбергера (М. Heidelberger), Маррака (J. Mar rack), Кабата (E. Kabat), Р. Портера и др. были заложены основы современной И.: получены важные данные по химии природных и синтетических антигенов, определена иммуноглобулиновая природа антител и разработаны методические приемы выделения антител в чистом виде, проанализированы основные хим. закономерности серол, реакций. Дальнейшие исследования позволили детально изучить принципы структурной организации детерминантных групп антигенов, расшифровать структуру антител и установить основные закономерности их биосинтеза, что сделало возможным широко развернуть исследования в области теории иммунол, процессов. В свою очередь успехи в изучении хим. строения антигенов определили подходы к конструированию синтетических вакцин и созданию новых иммунофармакол. препаратов. Успешное решение перечисленных задач стало возможным благодаря применению широкого арсенала физ. и хим. методов исследования и использования различных синтетических соединений, являющихся аналогом природных антигенов или их отдельных детерминантных групп. Большой объем информации о строении детерминантных групп антигенов был накоплен при иммунизации экспериментальных животных комплексами белка с самыми разнообразными по своему строению органическими соединениями. С усовершенствованием техники получения синтетических полипептидов они стали широко использоваться в качестве моделей природных антигенов. С их помощью было убедительно показано, что антигенная специфичность зависит как от последовательности аминокислотных остатков в полипептидных цепях, так и от способа укладки полипептидной цепи в пространстве. Опираясь на эти сведения и данные хим. строения ряда белков, удалось синтезировать полипептиды, обладающие той же антигенной специфичностью, что и природные белки. На основе данных тонкой структуры полисахаридов ряда микроорганизмов (гл. обр. бактерий кишечной группы) были получены синтетические аналоги детерминантных групп бактериальных антигенов. Использование природных белков и синтетических антигенов известного строения для иммунизации генетически однородных линий животных одного вида позволяет изучать особенности генотипа, обусловливающие возможность иммунного ответа на определенные хим. структуры. Благодаря исследованию антигенов одного хим. строения, отличающихся между собой молекулярным весом, установлено, что высокомолекулярные антигены вызывают эффективное образование антител, в то время как низкомолекулярные — состояние иммунол. толерантности (см. Толерантность иммунологическая), а при определенных способах введения обусловливают реакции клеточного иммунитета.
Значительным достижением И. явилось раскрытие субмолекулярной структуры иммуноглобулинов (см.) и основных принципов структурной организации активных центров (антидетерминант) антител (см. Антитела). Были выделены и детально исследованы пять основных классов и несколько подклассов иммуноглобулинов, полностью или частично определена аминокислотная последовательность составляющих их полипептидных цепей и установлены способы укладки полипептидных цепей иммуноглобулинов в пространстве. На основании этих данных и результатов исследования иммуноглобулинов методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и спектрофотометрии удалось построить достоверную модель молекулы IgG и приближенные модели иммуноглобулинов других классов. Анализ первичной структуры полипептидных цепей иммуноглобулинов показал, что каждая из цепей кодируется двумя генами. Этот вывод, имеющий большое общебиол. значение, послужил стимулом к широкому развертыванию исследований по генетике иммуноглобулинов и механизму их биосинтеза. Одним из важных достижений в этом направлении явилось выделение в высокоочищенном виде информационных РНК для каждой из полипептидных цепей иммуноглобулинов и воспроизведение биосинтеза полипептидных цепей в бесклеточной системе. Начато изучение нуклеотидной последовательности информационных РНК для пептидных цепей иммуноглобулинов и генов, контролирующих структуру иммуноглобулинов. Были раскрыты также закономерности сборки молекулы иммуноглобулина в плазматической клетке и проанализирован механизм его секреции клеткой.
Большим достижением И. следует также считать выявление и исследование природы антигенсвязывающих рецепторов лимфоцитов. Установлено, что B-лимфоциты несут на своей поверхности иммуноглобулины, причем последние продуцируются этими лимфоцитами. Иммунохим. исследование рецепторного аппарата лимфоидных клеток — одна из наиболее интенсивно развивающихся областей И.
Значительные успехи достигнуты в изучении строения антидетерминанты и механизма реакции антигеи — антитело. Установлено, что в образовании антидетерминанты участвуют небольшие отрезки полипептидных цепей антитела. Участок молекулы антитела, несущий анти-детерминанту, удалось отделить от всей молекулы, сохранив его специфическую структуру. Тем самым было показано, что активные участки молекулы антитела обладают структурной автономией по отношению к остальной части молекулы. Использование разнообразных хим. и физ. методов для исследования структуры антидетерминанты в сочетании с данными по строению детерминантных групп антигенов создало предпосылки для достоверного хим. толкования принципа комплементарности антигенов и антител и понимания механизма реакции антиген — антитело. Установлено, что активный центр антитела представляет собой полость, глубина к-рой для ряда антител не превышает 1,2 нм. По расчетам, выполненным Кабатом, анти детерминанта антител к декстрану соизмерима с остатком изомальтогексозы и равна по длине 3,4 нм и по ширине 1,2 нм. Очевидно, что антидетерминанты антител различной специфичности неодинаковы по своим размерам и конфигурации в той же мере, в какой различаются по строению детерминантные группы антигенов, комплекс антиген — антитело образуется за счет разнообразных нековалентных связей — электровалентных, водородных, гидрофобных. Роль соответствующих связей определяется строением конкретной детерминантной группы антигена (см. Антиген — антитело реакция).
Прогресс в исследовании структуры и функции антител в значительной степени связан с достижениями в области генной инженерии (см.). Реализуя принципы самосборки молекулы белка, удалось не только реконструировать из отдельных цепей и их отрезков функционально активные молекулы антитела и их фрагменты, но и создать не существующие в природе гибриды. Напр., разработаны методы получения гибридных молекул антител с различными по специфичности антидетерминантами. Такие антитела, у которых одна из антидетерминант специфична к ферритину, а другая к какому-либо тканевому или микробному антигену, нашли широкое применение для специфического контрастирования антигенов в электронной микроскопии.
Использование иммунохим. подходов для оценки функциональных свойств антител и их комплексов с антигеном имеет существенное значение для установления механизма биол, реакций, возникающих в организме при взаимодействии антигенов и антител. В этой связи большое внимание уделяется изучению реакции связывания комплемента (см. Комплемент, Реакция связывания комплемента), механизму фиксации иммунных комплексов в тканях, биохим, реакциям, возникающим при немедленной гиперчувствительности. Результаты этих исследований имеют большое значение для выяснения патогенеза многих заболеваний, связанных с персистенцией в организме комплексов антиген — антитело.

Одно из важнейших направлений И. связано с изучением молекулярных механизмов иммуногенеза. Помимо природы и свойств антигенсвязывающих рецепторов иммунокомпетентных клеток, исследуются хим. механизмы кооперативного взаимодействия различных клеток лимфоидной системы, выясняется природа факторов, выступающих в качестве гуморальных регуляторов иммуногенеза. С помощью иммунохим. методов осуществляется фракционирование иммунокомпетентных клеток, предетерминированных к синтезу антител различной специфичности.
Все большее значение приобретают иммунохим. методы при изучении механизма иммунол, толерантности, трансплантационного и противоопухолевого иммунитета (см. Иммунитет противоопухолевый, Иммунитет трансплантационный). Разработаны различные методы выделения и фракционирования трансплантационных и опухолеспецифических антигенов. Высокочувствительные иммунохим. методы нашли применение в диагностике ряда злокачественных опухолей (первичного рака печени, опухолей жел.-киш. тракта).
Для раскрытия сущности процессов иммунитета наряду с хим. механизмами приобретенного иммунитета исследуются хим. основы естественного иммунитета: расшифрованы хим. природа многих медиаторов процесса воспаления, включая факторы, ответственные за изменение проницаемости сосудов на различных стадиях воспалительного процесса, и хемотаксические факторы для лейкоцитов и лимфоцитов. Последние, в частности, могут образовываться при распаде гамма-глобулина и представляют собой различные осколки его молекулы. Изучены свойства различных биологически активных факторов, образующихся при активации системы комплемента. Значительные успехи достигнуты в изучении биохим, механизмов процесса фагоцитоза — энергетики этого процесса, роли циклических мононуклеотидов, функции ферментов лизосом.
И. обогатила иммунологию большим числом новых методов исследования. Сюда следует отнести методы количественной оценки серол, реакций, высокочувствительные методы определения антигенов и антител с использованием техники иммуно-сорбентов и радиоизотопного анализа, разнообразные методы препаративного разделения антигенов и антител. Число иммунохим. методов непрерывно растет за счет внедрения в биологию и медицину новых физ. и хим. методов исследования. Иммунохим. методы, характеризующиеся высокой специфичностью и чувствительностью, нашли применение во многих областях экспериментальной биологии и медицины, в которых целесообразно использование принципов реакции антиген — антитело. Ряд иммунохим. методов (Иммуноэлектрофорез, радиоиммунол. методы, радиальная иммунодиффузия) используется в диагностике инфекционных и внутренних болезней, а также в судебной медицине.
Библиография: Иммунохимический анализ под ред. Л. А. Зильбера, М., 1968; К у л ьб e р г А. Я. Иммуноглобулины как биологические регуляторы, М., 1975, библиогр.; К эб от Э. А. и M e й e р М. М. Экспериментальная иммунохимия, пер. с англ., М., 1968; НезлинР.С. Строение и биосинтез антител, М., 1972.
А. Я. Кульберг.