Hvad er antistoffer?

Antistoffer er specialiserede, Y-formede proteiner, der binder sig som en låse-og-nøgle til kroppens udenlandske indtrængende - uanset om de er vira, bakterier, svampe eller parasitter. De er "søg" -bataljonen i immunsystemets søg-og-ødelægge-system, der har til opgave at finde en fjende og markere den til ødelæggelse.

"De er frigivet fra cellen, og de går ud og jager," sagde Dr. Warner Greene, direktøren for Center for HIV Cure Research på Gladstone-institutterne i San Francisco.

Når antistoffer finder deres mål, binder de sig til det, hvilket derefter udløser en kaskade af handlinger, der besejrer den indtrængende. Antistoffer er en del af det såkaldte "adaptive" immunsystem, immunsystemets arm, der lærer at genkende og eliminere specifikke patogener, sagde Greene.

Relaterede: Diagram over det humane immunsystem (infographic)

Hvordan ser antistoffer ud?

De to arme øverst på antistoffets Y-form binder til det, der er kendt som antigenet. Antigenet kan være et molekyle eller et molekylært fragment - ofte en del af en virus eller bakterie. (For eksempel har den nye coronavirus SARS-CoV-2 unikke "pigge" på sin ydre overtræk, og nogle antistoffer binder sig til og genkender disse pigproteiner.)

Bunden af ​​Y eller stilken binder sig til flere andre immunsystemforbindelser, der kan hjælpe med at dræbe antigenet eller mobilisere immunsystemet på andre måder. Et sæt af disse udløser for eksempel komplementskaskaden, fortalte Greene .

"Komplement er faktisk bødlen," der stanser huller i målcellen, såsom en virusmembran, sagde Greene.

Antistoffer, der også kaldes immunoglobuliner (Ig), har alle den samme basale Y-form, men der er fem variationer på dette tema - kaldet IgG, IgM, IgA, IgD og IgE, sagde Jason Cyster, professor i mikrobiologi og immunologi ved University of California, San Francisco.

Hver variation ser lidt anderledes ud og spiller lidt forskellige roller i immunsystemet. For eksempel er immunoglobulin G, eller IgG, kun en Y, hvorimod IgM ligner lidt den 10 armede hinduistiske gudinde Durga, med fem Ys stablet sammen, og hver spids kan binde et antigen.

IgG og IgM er antistofferne, der cirkulerer i blodbanen og går i faste organer, sagde Cyster. IgA "sprøjtes ud af kroppen" i slim eller sekret, fortalte Cyster. IgE er antistoffet, der typisk udløser allergiske reaktioner, såsom pollen eller jordnødder, ifølge American Academy of Allergy, Asthma & Immunology. IgD har historisk set været gåtefuld, men en af ​​dens roller er at hjælpe med at aktivere de celler, der fremstiller antistoffer.

Relaterede: Høfeber & sæsonbestemte allergier: Symptomer, årsager og behandling

Hvor dannes antistoffer?

For at forstå antistoffer skal du først vide om B-celler, som er en type hvide blodlegemer, der dannes i knoglemarven. Der er omkring en billion B-celler i kroppen, og hver har et unikt IgM-antistof, der sidder på B-celleoverfladen, og hver binder til et antigen, sagde Simon Goodman, videnskabs- og teknologiprogramleder for The Antibody Society , en nonprofit-organisation, der repræsenterer dem, der er involveret i antistofforskning og -udvikling.

Dette svimlende niveau af variation gør det muligt for kroppen at genkende næsten ethvert stof, der kan komme ind. Her er, hvordan det opnår denne mangfoldighed: I hver B-celle blandes generne, der koder for antistoffets bindingssted, som spillekort i et dæk.

"Mængden af ​​omarrangering, der kan forekomme, er enorm," fortalte Cyster .

Relaterede: 11 overraskende fakta om immunsystemet

Disse B-celler patruljerer derefter kroppen, som ofte dvæler længere i områder som lymfeknuder eller mandlerne, sagde Cyster. Det meste af tiden binder disse B-celler ikke noget. Men hvis en en-til-en-million-chance en B-celle binder et fremmed stof, "der udløser B-cellen til at sige 'Hej er vi nødt til at blive aktiveret,'" sagde Cyster.

B-cellen vokser i størrelse og begynder at dele sig i det, der kaldes "klonal ekspansion," sagde Cyster.

"Det er en identisk kopi af forælderen, ligesom moren," sagde Cyster. Efter en uges tid kan der være hundreder af tusinder til en million af disse eksemplarer.

Til sidst differentieres disse klonalt ekspanderede B-celler til plasmaceller, som er antistoffabrikker.

"De udskiller 10.000 antistoffer pr. Celle per sekund. De kan gøre det i uger eller år, hvis du er heldig," sagde Cyster.

Men ikke alle B-celler deler den samme mængde.

"Hvis du betragter B-cellen som en lås, og du betragter alle disse forskellige ting som flyder rundt for at være forskellige taster, så passer nogle af nøglerne bedre, andre passer dårligere og nogle passer ikke overhovedet, ”fortalte Goodman. "Og afhængigt af hvor godt nøglen passer ind i låsen på overfladen af ​​en bestemt B-celle, udløses den celle til at dele mere." Derefter producerer de mere produktive B-celler flere plasmaceller og kaster mere ud af en bestemt type antistof.

Kroppen producerer heller ikke bare en type antistof; det producerer en rodet, kaotisk zoologisk have af dem. Hver låses fast på forskellige dele af en invaderer.

Og antistoffer gør ikke alle de samme ting, når de er bundet til et mål. Nogle vil nippe infektion i knoppen ved direkte at neutralisere en trussel og forhindre, at et patogen kommer ind i en celle. Andre mærker indtrængende, så immunsystemets killerceller (som ikke er antistoffer) kan fjerne det, sagde Greene. Atter andre kan ombryde vira eller bakterier i en slembelægning. Og andre antistoffer fortæller muligvis Pac-Man-lignende immunceller, der kaldes makrofager, for at komme til at gabbere indtrængende. (Denne strategi kan undertiden slå tilbage med vira, som muligvis kan vælge denne reaktion for at invadere nye celler, tilføjede Cyster.)

Den første type antistof, der dannes, efter at du er blevet udsat for en virus, er IgM, der dukker op inden for 7 til 10 dage efter eksponering, sagde Greene. IgM kan binde til en invader, men hver "Y" i dette 10-armede protein gør det forholdsvis svagt. Men ligesom fem svage mennesker, der arbejder sammen, kan tackle en stor, stærk modstander, kan IgM's fem Y'er (10 arme), der arbejder sammen, binde tæt til et antigen, tilføjede han.

Omkring 10 til 14 dage begynder kroppen at fremstille IgG, som er immunsystemets "store arbejdshest", sagde Greene. IgG kan krydse placenta hos en gravid kvinde, hvilket giver en nyfødt passiv beskyttelse mod sygdom, indtil deres eget immunsystem kan springe op, tilføjede Greene.

Normalt er immunsystemet forbløffende gode til at genkende fjenden og ignorere eller tolerere vores egne celler. Nogle gange går denne proces imidlertid forkert. Det er når T-celler (en anden type hvide blodlegemer) kommer ind. Kroppen bruger disse T-celler til at krydse-kontrollere mål - kun hvis både en B-celle og en T-celle genkender noget som en fremmed invaderer vil være et immun svar udløses, sagde Goodman. Kroppen skal fjerne B-celler, der fremstiller såkaldte auto-antistoffer, som reagerer på kroppens egne celler. Men når det ikke sker, kan kroppen markere sine egne celler til destruktion og derefter fjerne dem ubarmhjertigt. Det kan resultere i autoimmune sygdomme som lupus, reumatoid arthritis eller type 1-diabetes, siger Goodman. Der er mere end 100 autoimmune lidelser, ifølge American Autoimmune Relaterede Sygdomme Association.

Hvad er monoklonale antistoffer?

Antistoffer er blevet grundlaget for nogle af de mest nyttige medicin såvel som nogle af de mest kraftfulde laboratorieteknikker inden for biologi, sagde Goodman. En af disse kliniske og terapeutiske superstjerner er det, der er kendt som et monoklonalt antistof.

For at skabe et monoklonalt antistof vaccinerer forskere et dyr (eller muligvis et menneske) for at stimulere produktionen af ​​antistoffer mod et bestemt stof. Kroppen vil gradvist fremstille antistoffer, der er mere og mere effektive mod det antigen. Disse antistofproducerende celler filtreres derefter ud af hvide blodlegemer og anbringes i en skål for at se, hvilke celler der binder antigenet bedst, sagde Goodman. Den celle, der binder bedst, isoleres derefter - det er en antistofproducerende fabrik, der specifikt er slået ihjel til at kæmpe et superselektiv antistof.

Derfra smeltes den celle til en blodkræftcelle, hvilket producerer noget, der kaldes et hybridom. Dette hybridom, eller monoklon, er en uudtømmelig generator af nøjagtigt det samme antistof, igen og igen og igen. (Forskere binder den monoklonale celle til en kræftcelle, fordi kræft bare fortsætter med at formere sig.)

"Det producerer og producerer og producerer bare, og det stopper aldrig, og det er en kræft, så det er i det væsentlige udødelig," sagde Goodman. Hvad det producerer er et monoklonalt antistof.

Relaterede: Ebola-overlevendes blod kan føre til fremtidig vaccine

Sådanne cellelinjer har en utrolig forskelligartet anvendelse. Der er millioner af kommercielle monoklonale antistoffer, der bruges i laboratorier til at mærke de mindste, mest specifikke cellulære mål til undersøgelse, sagde Goodman.

”De er utrolige, de er utroligt præcise værktøjer,” sagde Goodman.

Monoklonale antistoffer danner også grundlaget for mange blockbuster-medikamenter. For eksempel er lægemidlet adalimumab (mærkenavn Humira) et monoklonalt antistof, der behandler rheumatoid arthritis ved at hæmme et inflammatorisk protein kendt som et cytokin. En anden, kaldet bevacizumab (Avastin), er rettet mod et molekyle, der brænder blodkarets vækst; ved at blokere dette molekyle kan bevacizumab bremse væksten af ​​lunge-, tyktarms-, nyre- og nogle hjernecancer..

Og i SARS-CoV-2-pandemien kæmper læger over hele verden om at skabe monoklonale antistoffer, der forhåbentlig vil neutralisere det nye coronavirus, sagde Greene. Disse antistoffer filtreres fra plasmaet hos mennesker, der er kommet sig efter COVID-19 (også kaldet konvalescerende serum). Håbet er, at ved at isolere de mest effektive antistoffer og derefter producere dem i en masse, kan læger oprette en behandling, der giver en midlertidig, "passiv" immunitet, indtil kroppen kan indhente og få en effektiv, mere varig reaktion på dets egne, sagde Greene.

Relaterede: 1 ud af 5 personer, der er testet i New York, har antistoffer mod coronavirus

I modsætning hertil er polyklonale antistoffer afledt fra flere B-celler. Polyklonale antistoffer er et bibliotek af antistoffer, som alle binder til lidt forskellige dele af antigenet eller målet. Polyklonale antistoffer produceres typisk ved at injicere et dyr med antigenet, stimulere et immunrespons og derefter ekstrahere dyrenes plasma for at producere antistoffer i en masse, ifølge en undersøgelse fra 2005 i tidsskriftet Institute for Laboratory Animal Research (ILAR).

I modsætning til monoklonale antistoffer, der kan tage op til 6 måneder at fremstille, kan polyklonale antistoffer fremstilles på 4 til 8 uger og kræver mindre teknisk ekspertise. Derudover kan polyklonale antistoffer for visse typer test, hvor du prøver at påvise antigenet, have en bedre chance for at binde til målantigenet, hvilket gør dem potentielt mere følsomme. Ulempen med polyklonale antistoffer er, at fordi hvert enkelt dyr muligvis producerer en anden række antistoffer, kan polyklonale antistoffer, der er konsistente fra batch til batch, være mere udfordrende, og det er ikke så let at have et stort udbud i henhold til en undersøgelse fra 2005 i tidsskriftet Biotechniques.

Hvordan fungerer antistofprøver?

Antistofprøver detekterer, om kroppen har produceret påviselige mængder antistoffer mod et bestemt molekyle, og kan derfor afsløre, om nogen er blevet inficeret med en bestemt virus eller bakterier i fortiden. Normalt detekterer disse tests IgM eller IgG, der tidligere er rapporteret.

F.eks. Detekterer SARS-CoV-2-antistofforsøg typisk enten en del af eller hele coronavirus 'spike-protein og kan afsløre, om nogen har haft COVID-19 tidligere. Fordi kroppen tager tid at øge sin produktion af antistoffer, tester folk normalt kun to uger efter, at de først blev udsat for patogenet, tidligere rapporteret.

Relaterede: Kan antistofprøver fortælle, om du er immun mod COVID-19?

Der er to almindelige typer antistofforsøg - laterale flowassays og enzymbundet immunosorbentassay (ELISA) test. Begge involverer fastgørelse af et antigen på en overflade og derefter påvisning af, om et antistof binder til det antigen. Normalt udløses en kemisk reaktion, såsom fluorescens eller en farveændring, når antistoffet binder til antigenet. Laterale flowassays ligner pee-on-a-stick graviditetstest; snarere end tisse, til antistofprøver, vaskes blod eller serum over den flade overflade, som normalt er papir. ELISA-test fungerer efter et lignende princip, kun testene udføres i mikroplader og kræver en laboratorietekniker, og resultaterne aflæses muligvis ikke med det samme, Charlotte Sværke Jørgensen, der studerer virus- og mikrobiologisk specialdiagnoseserologi ved Statens Serum Institut i København, tidligere fortalt i en e-mail.

En god antistofprøve er en, der frembringer få falske positive og få falske negativer, der tidligere er rapporteret. For at sikre, at det sker, er forskere nødt til at "kalibrere" deres test, for eksempel ved at sikre sig, at prøver, der vides at have antigenet, ikke falsk producerer en positiv test. For eksempel med SARs-CoV-2, ville det betyde, at blodprøver blev testet fra før pandemien startede og sikre, at ingen prøver kom positivt op. De er også nødt til at tage prøver, der bestemt har antistoffet i sig, og sørge for, at antistofprøven gør et godt stykke arbejde for at opdage disse positive.

Yderligere ressourcer:

• Se en video om, hvordan antistoffer fungerer, produceret af Vaccine Makers Project.
• Læs mere om antistofforsøg fra Centers for Disease Control and Prevention.
• Læs hvad direktøren for National Institutes of Health, Dr. Francis Collins, har at sige om SARS-CoV-2-antistoffer, som blev offentliggjort på NIH-direktørens blog den 30. juni 2020.