Hva er antistoffer?

Antistoffer er spesialiserte, Y-formede proteiner som binder seg som en lås og nøkkel til kroppens utenlandske inntrengerne - enten de er virus, bakterier, sopp eller parasitter. De er "søk" -bataljonen i immunforsvarets søk-og-ødeleggelsessystem, som har til oppgave å finne en fiende og markere den for ødeleggelse.

"De er løslatt fra cellen og går ut og jakter," sier Dr. Warner Greene, direktør for Center for HIV Cure Research ved Gladstone Institutes i San Francisco.

Når antistoffer finner målet deres, binder de seg til det, som deretter utløser en kaskade av handlinger som seirer inntrengeren. Antistoffer er en del av det såkalte "adaptive" immunsystemet, immunsystemets arm som lærer å gjenkjenne og eliminere spesifikke patogener, sa Greene.

I slekt: Diagram over det menneskelige immunforsvaret (infografisk)

Hvordan ser antistoffer ut?

De to armene på toppen av antistoffets Y-form binder seg til det som er kjent som antigenet. Antigenet kan være et molekyl, eller et molekylært fragment - ofte en del av et virus eller bakterier. (For eksempel har det nye coronavirus SARS-CoV-2 unike "pigger" på ytre belegg, og noen antistoffer binder seg til og gjenkjenner disse piggproteinene.)

Bunnen av Y, eller stilken, binder seg til flere andre immunsystemforbindelser som kan bidra til å drepe antigenet eller mobilisere immunforsvaret på andre måter. Et sett av disse utløser for eksempel komplementkaskaden, fortalte Greene .

"Komplement er faktisk bødlen," som slår hull i målcellen, for eksempel membranen til et virus, sa Greene.

Antistoffer, som også kalles immunoglobuliner (Ig), har alle den samme grunnleggende Y-formen, men det er fem variasjoner på dette temaet - kalt IgG, IgM, IgA, IgD og IgE, sa Jason Cyster, professor i mikrobiologi og immunologi ved University of California, San Francisco.

Hver variant ser litt annerledes ut og spiller litt forskjellige roller i immunforsvaret. For eksempel er immunoglobulin G, eller IgG, bare en Y, mens IgM ser litt ut som den 10 armerte hinduistiske gudinnen Durga, med fem Ys stablet sammen, og hver spiss kan binde ett antigen.

IgG og IgM er antistoffene som sirkulerer i blodomløpet og går inn i faste organer, sa Cyster. IgA er "sprutet ut av kroppen," i slim eller sekreter, fortalte Cyster. IgE er antistoffet som vanligvis utløser allergiske reaksjoner, for eksempel pollen eller peanøtter, ifølge American Academy of Allergy, Asthma & Immunology. IgD har historisk sett vært gåtefull, men en av dens roller er å bidra til å aktivere cellene som lager antistoffer.

I slekt: Høysnue og sesongens allergier: Symptomer, årsaker og behandling

Hvor dannes antistoffer?

For å forstå antistoffer, må du først vite om B-celler, som er en type hvite blodlegemer som dannes i benmargen. Det er omtrent en billion B-celler i kroppen, og hver og en har et unikt IgM-antistoff som sitter på B-celleoverflaten og hver binder seg til ett antigen, sa Simon Goodman, vitenskap og teknologiprogramleder for The Antibody Society , en ideell organisasjon som representerer de som er involvert i forskning og utvikling av antistoff.

Dette svimlende variasjonsnivået gjør at kroppen kan gjenkjenne nesten ethvert stoff som kan komme inn. Slik oppnår det mangfoldet: I hver B-celle blandes genene som koder for antistoffets bindingssted som spillkort i en kortstokk.

"Mengden omorganisering som kan oppstå er enorm," fortalte Cyster .

I slekt: 11 overraskende fakta om immunforsvaret

Disse B-cellene patruljerer deretter kroppen, og holder seg ofte lenger i områder som lymfeknuter eller mandlene, sa Cyster. Det meste av tiden binder ikke disse B-cellene noe. Men hvis en en-i-en-million-sjanse, en B-celle binder noe fremmed stoff, "som utløser B-cellen til å si 'Hei, vi trenger å bli aktivert,'" sa Cyster.

B-cellen vokser i størrelse og begynner å dele seg i det som kalles "klonal ekspansjon," sa Cyster.

"Det er en identisk kopi av forelderen, akkurat som moren," sa Cyster. Etter en uke eller så kan det være hundretusener til en million av disse kopiene.

Etter hvert differensierer disse klonalt utvidede B-celler til plasmaceller, som er antistofffabrikker.

"De utskiller 10.000 antistoffer per celle per sekund. De kan gjøre det i flere uker eller år hvis du er heldig," sa Cyster.

Men ikke alle B-celler deler den samme mengden.

"Hvis du anser B-cellen for å være en lås, og du anser at alle disse forskjellige tingene flyter rundt for å være forskjellige taster, vil noen av tastene passe bedre, noen vil passe dårligere og noen vil ikke passe i det hele tatt, ”fortalte Goodman. "Og avhengig av hvor godt nøkkelen passer inn i låsen på overflaten til en bestemt B-celle, vil den cellen utløses for å dele seg mer." Deretter produserer de mer produktive B-cellene flere plasmaceller og kaster ut mer av en spesifikk type antistoff.

Kroppen produserer heller ikke bare en type antistoff; det produserer en rotete, kaotisk dyrehage av dem. Hver låser seg på forskjellige deler av en inntrenger.

Og antistoffer gjør ikke alle det samme når de har bundet seg til et mål. Noen vil nappe infeksjoner i knoppen ved å direkte nøytralisere en trussel, forhindre at et patogen kommer inn i en celle. Andre merker inntrengerne, slik at immunsystemets mordere celler (som ikke er antistoffer) kan fjerne det, sa Greene. Atter andre kan pakke virus eller bakterier i et sløyfe belegg. Og andre antistoffer kan fortelle Pac-Man-lignende immunceller kalt makrofager for å klynke inntrengeren. (Denne strategien kan noen ganger slå tilbake med virus, noe som kan kooperere denne responsen for å invadere nye celler, la Cyster til.)

Den første typen antistoff som dannes etter at du er utsatt for et virus, er IgM, som dukker opp innen 7 til 10 dager etter eksponering, sa Greene. IgM kan binde seg til en inntrenger, men hvert "Y" i dette 10-armede proteinet gjør det ganske svakt. Men på samme måte som fem svake mennesker som jobber sammen, kan takle en stor, sterk motstander, kan IgMs fem Y-er (10 armer) som jobber sammen binde tett til et antigen, la han til.

Om 10 til 14 dager begynner kroppen å lage IgG, som er immunsystemets "viktigste arbeidshest", sa Greene. IgG kan krysse morkaken hos en gravid kvinne, noe som gir en nyfødt passiv beskyttelse mot sykdom til deres eget immunsystem kan øke opp, la Greene til.

Normalt er immunsystemet fantastisk flinke til å gjenkjenne fienden og ignorere eller tolerere våre egne celler. Noen ganger går imidlertid denne prosessen galt. Det er da T-celler (en annen type hvite blodlegemer) kommer inn. Kroppen bruker disse T-cellene til å krysse av mål - bare hvis både en B-celle og en T-celle gjenkjenner noe som en fremmed inntrenger vil være et immun svar utløses, sa Goodman. Kroppen er ment å fjerne B-celler som lager såkalte auto-antistoffer, som reagerer på kroppens egne celler. Men når det ikke skjer, kan kroppen markere sine egne celler for ødeleggelse og eliminere dem nådeløst. Det kan føre til autoimmune sykdommer som lupus, revmatoid artritt eller type 1-diabetes, sier Goodman. Det er mer enn 100 autoimmune lidelser, ifølge American Autoimmune Related Diseases Association.

Hva er monoklonale antistoffer?

Antistoffer har blitt grunnlaget for noen av de mest nyttige medisinene, så vel som noen av de kraftigste laboratorieteknikkene i biologien, sa Goodman. En av disse kliniske og terapeutiske superstjernene er det som er kjent som et monoklonalt antistoff.

For å lage et monoklonalt antistoff, vaksinerer forskere et dyr (eller muligens et menneske) for å stimulere produksjonen av antistoffer mot et bestemt stoff. Kroppen vil gradvis lage antistoffer som er mer og mer effektive mot det antigenet. Disse antistoffproduserende celler filtreres deretter ut av hvite blodlegemer og settes i en tallerken for å se hvilke celler som binder antigenet best, sa Goodman. Cellen som binder seg best blir da isolert - det er en antistoffproduserende fabrikk, som er spesielt slått til for å kverne ut et superselektiv antistoff.

Derfra smeltes den cellen til en blodkreftcelle, og produserer noe som kalles hybridom. Dette hybridomet, eller monoklon, er en uuttømmelig generator av nøyaktig det samme antistoffet, om og om igjen og om igjen. (Forskere binder den monoklonale cellen til en kreftcelle fordi kreft bare fortsetter å reprodusere seg.)

"Det produserer og produserer og produserer, og det vil aldri stoppe opp, og det er en kreft, så det er egentlig udødelig," sa Goodman. Det den produserer er et monoklonalt antistoff.

I slekt: Ebola-overlevendes blod kan føre til fremtidig vaksine

Slike cellelinjer har et utrolig mangfoldig bruksområde. Det finnes millioner av kommersielle monoklonale antistoffer, som brukes i laboratorier for å merke de minste, mest spesifikke cellulære målene for studien, sa Goodman.

"De er utrolige, de er utrolig presise verktøy," sa Goodman.

Monoklonale antistoffer danner også grunnlaget for mange blockbuster medisiner. For eksempel er medikamentet adalimumab (merkenavn Humira), et monoklonalt antistoff som behandler revmatoid artritt ved å hemme et inflammatorisk protein kjent som et cytokin. En annen, kalt bevacizumab (Avastin), retter seg mot et molekyl som gir drivstoff til vekst i blodkar; ved å blokkere dette molekylet, kan bevacizumab redusere veksten av kreft i lunger, tykktarm, nyre og noen hjerner..

Og i SARS-CoV-2-pandemien konkurrerer leger rundt om i verden for å lage monoklonale antistoffer som forhåpentligvis vil nøytralisere det nye koronaviruset, sa Greene. Disse antistoffene blir filtrert fra plasmaet til personer som har kommet seg fra COVID-19 (også kalt rekonvalesensserum). Håpet er at ved å isolere de mest effektive antistoffene og deretter produsere dem masse, kan legene opprette en behandling som gir en midlertidig, "passiv" immunitet til kroppen kan fange opp og få en effektiv, mer varig respons på sitt eget, sa Greene.

I slekt: 1 av 5 personer som er testet i New York, har antistoffer mot coronavirus

Derimot er polyklonale antistoffer avledet fra flere B-celler. Polyklonale antistoffer er et bibliotek med antistoffer som alle binder seg til litt forskjellige deler av antigenet, eller målet. Polyklonale antistoffer produseres vanligvis ved å injisere et dyr med antigenet, stimulere en immunrespons og deretter trekke ut dyrenes plasma for å produsere antistoffer i massevis, ifølge en studie fra 2005 i tidsskriftet Institute for Laboratory Animal Research (ILAR).

I motsetning til monoklonale antistoffer, som kan ta opptil 6 måneder å produsere, kan polyklonale antistoffer lages på 4 til 8 uker, og krever mindre teknisk ekspertise. I tillegg, for visse typer tester hvor du prøver å oppdage antigenet, kan polyklonale antistoffer ha en bedre sjanse for å binde seg til målantigenet, noe som gjør dem potensielt mer følsomme. Ulempen med polyklonale antistoffer er at fordi hvert enkelt dyr kan produsere en annen rekke antistoffer, kan polyklonale antistoffer som er konsistente fra batch til batch være mer utfordrende, og det er ikke så lett å ha et stort tilbud, iht. en studie fra 2005 i tidsskriftet Biotechniques.

Hvordan fungerer antistoffprøver?

Antistoffprøver oppdager om kroppen har produsert påvisbare mengder antistoffer mot et bestemt molekyl, og kan derfor avsløre om noen har blitt infisert av et spesifikt virus eller bakterier i det siste. Vanligvis oppdager disse testene IgM eller IgG, tidligere rapportert.

For eksempel oppdager SARS-CoV-2 antistofftester vanligvis en del av eller hele coronavirus 'piggprotein og kan avsløre om noen har hatt COVID-19 tidligere. Fordi kroppen tar tid å øke sin produksjon av antistoffer, tester folk vanligvis bare positive to uker etter at de først ble utsatt for patogenet, tidligere rapportert.

I slekt: Kan antistoffprøver fortelle om du er immun mot COVID-19?

Det er to vanlige typer antistofftester - laterale flytanalyser og enzymbundet immunosorbentanalyse (ELISA) test. Begge involverer å feste et antigen til en overflate og deretter oppdage om et antistoff binder seg til det antigenet. Vanligvis utløses en kjemisk reaksjon, som fluorescens eller en fargeendring, når antistoffet binder seg til antigenet. Laterale strømningsanalyser ligner graviditetstester for å tisse på en pinne; snarere enn tiss, for antistoffprøver, vaskes blod eller serum over den flate overflaten, som vanligvis er papir. ELISA-tester fungerer etter et lignende prinsipp, bare testene er utført i mikroplater og krever en laboratorietekniker, og resultatene kan ikke lese seg ut umiddelbart, Charlotte Sværke Jørgensen, som studerer virus- og mikrobiologisk spesialdiagnoseserologi ved Statens Serum Institut i København, tidligere fortalt i en e-post.

En god antistofftest er en som gir få falske positiver og få falske negativer, tidligere rapportert. For å sikre at det skjer, må forskere "kalibrere" testen sin, for eksempel ved å sørge for at prøver som er kjent for å ikke ha antigenet ikke feilaktig gir en positiv test. For eksempel, med SARs-CoV-2, ville det bety å teste blodprøver fra før pandemien startet og sørge for at ingen prøver kom positive. De må også ta prøver som definitivt har antistoffet i seg, og sørge for at antistofftesten gjør en god jobb med å oppdage de positive.

Tilleggsressurser:

• Se en video om hvordan antistoffer fungerer, produsert av Vaccine Makers Project.
• Les mer om antistofftester fra Centers for Disease Control and Prevention.
• Les hva direktøren for National Institutes of Health, Dr. Francis Collins, har å si om SARS-CoV-2-antistoffer, som ble publisert på NIH-direktørens blogg 30. juni 2020.