Ш БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 2011, том 37, № 4, с. 452-463
ОБЗОРНАЯ ^^^^^^^^^^^^^^ СТАТЬЯ
УДК 577.27;579.22;579.842.23;615.371; 616.097
ИММУНОБИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АНТИГЕНОВ Yersinia pestis
© 2011 г. А. А. Бывалов, Ю. С. Оводов#
Учреждение Российской академии наук Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН, 167982, Республика Коми, г. Сыктывкар, Первомайская, 50 Поступила в редакцию 06.09.2010 г. Принята к печати 27.10.2010 г.
В обзоре представлена информация об иммунобиологических свойствах антигенов чумного микроба. Оценивается значимость каждого из идентифицированных антигенов в проявлении патогенности Yersinia pestis (устойчивость к фагоцитозу, токсичность, адгезивность и др.), способности к персистенции, адаптации к меняющимся условиям существования. Отдельно рассматриваются вопросы антигенного обеспечения иммуногенности живых чумных вакцин, литературные данные о собственной протектив-ности антигенов для модельных животных. Приводятся сведения об установленных или предполагаемых механизмах участия антигенов в развитии адаптивного иммунитета.
Ключевые слова: Yersinia pestis, антиген, патогенность, протективность, иммунитет.
Из числа представителей рода Yersinia три — Yersinia pestis, Yersinia pseudotuberculosis и Yersinia entero-colitica — являются патогенными для человека. Первый из них, эволюционно наиболее "молодой", вызывает чуму — системное особо опасное инфекционное заболевание, три пандемии которого в течение последних полутора тысяч лет унесли более 200 млн человеческих жизней. Возбудитель передается человеку, как правило, либо через укус инфицированной блохи с развитием бубонной формы заболевания, либо аэрогенно, вызывая первично легочную чуму. Возбудители псевдотуберкулеза и кишечного иерсиниоза передаются алиментарным путем, эти заболевания характеризуются, главным образом, проявлением симптомов энтерита или энтероколита. Клинически и эпидемиологически чума, с одной стороны, и псевдотуберкулез и кишечный иерсиниоз, с другой, резко различаются, в первую очередь, за счет носительства чумным микробом двух плазмид, отсутствующих в клетках энтеропатогенных иерсиний. Средств специфической профилактики псевдотуберкулеза и кишечного иерсиниоза не создано. В противоэпидемической практике широко, хотя и с разной степенью эффективности, применялись живые и инактиви-рованные чумные вакцины.
Защитное действие живых вакцин (в том числе и чумной) основано на способности микробов вакцинного штамма приживаться и распростра-
Сокращения: ЛПС — липополисахарид; РДП — реакция диффузионной преципитации; ОСА — основной соматический антиген; 1тВз0 — расчетная доза антигена, вызывающая защиту 50% иммунизированных животных от заражения фиксированной дозой возбудителя; ЬВ50 — расчетная доза возбудителя, вызывающая гибель 50% зараженных животных.
#Автор для связи (тел./факс: 8212-241001; эл. почта: ovoys@physiol.komisc.ru).
няться в прививаемом макроорганизме и, как следствие, накоплении in vivo достаточных количеств протективных антигенов, обеспечивающих развитие иммунных реакций. Тонкие механизмы формирования иммунитета к возбудителю чумы с помощью живой вакцины практически не изучены. То же самое можно сказать и об убитых чумных вакцинах, иммуногенность которых определяется совокупным действием протективных антигенов, находящихся в составе вакцинного препарата. Конструирование новых средств специфической профилактики чумы и тем более молекулярной вакцины, разработка эффективных иммуно- и генодиагностических тест-систем невозможны без углубленного исследования антигенной структуры Y. pestis, роли отдельных антигенов в проявлении чумным микробом патогенных и иммуногенных свойств.
Изучение иммунобиологических свойств отдельных компонентов Y. pestis началось вскоре после открытия возбудителя чумы и заключалось в попытках фракционирования микробной биомассы и оценке, в первую очередь, защитных свойств полученных фракций на лабораторных животных, зараженных вирулентной культурой чумного микроба. Начало целенаправленным усилиям по идентификации протективных антигенов было положено работами Шютце [1, 2], а затем Бейкера и соавт. [3, 4]. Последней группе исследователей удалось выделить в очищенном виде и охарактеризовать некоторые физико-химические и иммунобиологические свойства фракции I (или Fl-антигена), первого из идентифицированных "моноантигенов" чумного микроба [4]. В последующем внедрение в практику исследований новых иммунохимических методов позволило выявить в чумном микробе значитель-
ное количество иммунохимически различных антигенов, но лишь небольшое число из них к настоящему времени выделено и изучено.
Наиболее исследованным антигеном У. резИз является фракция I, формирующая на поверхности микроба капсулу в виде гранулярного слоя, фибриллярных структур, пилеподобных волокон и др. при повышенной температуре (~37°С) выращивания клеточной биомассы [5—7]. В условиях глубинного культивирования клеток Б1-антиген способен "вымываться" из капсулярного слоя в питательную среду. Иммунохимическая активность препаратов фракции I, выделенных различными методами, определяется белковой составляющей антигена, что впервые было показано Бейкером и соавт. [3, 4], получившими полипептидный компонент макромолекулы (Б1В), свободный от примеси полисахаридов. Нативные, высокомолекулярные формы антигена с мол. массой порядка нескольких МДа можно выделить из культуральной жидкости при выращивании микробов в обогащенной питательной среде при температуре ~37°С. Такие препараты антигена относительно устойчивы к воздействию физических и химических факторов.
Показано, что субъединица Б1-антигена — незрелый белок СаА — с М 17.6 кДа состоит из 170 а.о.; мол. масса зрелого белка без сигнального пептида составляет 15.5 кДа [8]. Его биосинтез кодируется геном еа/1 уга-оперона крупной (60—65 МДа) резидентной плазмиды чумного микроба рБга/Тох, результаты определения первичной структуры и мо-лекулярно-генетической организации которого опубликованы [8, 9]. Изучение антигенной структуры фракции I с помощью набора гибридом показало, что молекула антигена имеет не менее восьми эпитопов, распознаваемых моноклональными антителами (МАт) различных линий; причем среди них выявлены как В-, так и Т-клеточные эпитопы, определяющие различные иммунобиологические эффекты [8, 10].
Высокая иммунобиологическая значимость Б1-антигена была показана вскоре после его выделения в очищенном виде и установления факта его наличия в составе капсулы У. ре^й. В первой классификации факторов вирулентности чумного микроба, предложенной в 1963 г. [11], фракция I стоит на первом месте. Способность к биосинтезу Б1-антигена (капсулы) связывают с устойчивостью возбудителя чумы к захвату интактными клетками хозяина (ней-трофилами, макрофагами) [11—13], выживанию внутри макрофагов и чувствительностью У. резИз к антибиотикам (цит. по [14]). Считается, что капсула, образованная фракцией I, предотвращает запуск иммунных механизмов хозяина путем механического экранирования липополисахарида наружной мембраны микробной клетки, обладающего способностью индуцировать альтернативный путь активации комплемента. Б1-антиген способен прояв-
лять цитотоксическое действие, ингибирует ком-плементопосредованную опсонизацию микроба (цит. по [14]). Вместе с тем известны экспериментальные данные, указывающие на то, что способность к капсулообразованию не только не первостепенный, но и недостаточно значимый фактор пато-генности (и иммуногенности) У. резИз [15]. Широкий и, по всей видимости, еще не окончательно установленный спектр биологической значимости фракции I для обеспечения жизнедеятельности У. резИз и сохранения возбудителя в природе определяется его поверхностной локализацией в микробной клетке, высокой антигенностью, способностью возбудителя при определенных условиях к ее продукции в больших количествах.
Протективные свойства фракции I для экспериментальных животных, зараженных культурой возбудителя чумы, исследовали во многих лабораториях с использованием различных условий эксперимента (разных доз антигена, адъювантов, способов, схем иммунизации и заражения, инфицирующих штаммов и т.д.). Многочисленные данные литературы позволяют утверждать, что первичная иммунизация препаратами Б1-антигена индуцирует выраженную защиту от чумы, вызываемой капсулооб-разующими штаммами возбудителя, у животных: белых мышей, белых крыс, в меньшей степени, у морских свинок и обезьян нескольких видов, используемых при разработке и оценке качества чумных вакцин [4, 16, 17]. Применение адъювантов существенно усиливает протективный эффект иммунизации белых мышей антигеном Б1 по показателю !тВ50 неполного адъюванта Фрейнда — в 18—67 раз, геля гидроокиси алюминия — в 4—5 раз [16]. Естественно, неэффективна иммунизация Б1-антиге-ном животных названных видов в отношении последующего заражения культурой бескапсульных форм У. ре«?«.
Следует особо подчеркнуть способность фракции I обеспечивать высокий ревакцинирующий эффект на фоне грундиммунизации живой чумной вакциной павианов гамадрилов и морских свинок [18—20], которые отвечают развитием сла-бовыраженной специфической невосприимчивости к чуме в ответ на чрескожное первичное введение Ё1-антигена. Оценивая данные о выраженности иммунизирующего эффекта от введения антигена интактным животным (первичная иммунизация) и животным, предварительно привитым живой чумной вакциной (ревакцинация), можно прийти к следующим заключениям. Ревакцинация Б1-антигеном павианов гамадрилов и морских свинок, грундиммунизированных живой вакциной, обусловливает резкую стимуляцию иммунитета, по своей выраженности несоизмеримую с защитным действием антигена при вакцинации неиммунизированных животных: как известно [4, 21], даже многократное (3-4-кратное) введение обезьянам и морским свинкам препара-
тов Fl-антигена не вызывает развития специфической невосприимчивости к чуме приемлемого уровня. Вместе с тем значительного ревакцини-рующего эффекта от введения антигена белым мышам, первично привитым живой вакциной, не обнаруживается; по-видимому, в этом случае речь может идти лишь об аддитивном де
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.