научная статья по теме К-АНТИГЕНЫ БАКТЕРИЙ. СТРОЕНИЕ К-АНТИГЕНОВ БАКТЕРИЙ (ОБЗОР) Химия

Текст научной статьи на тему «К-АНТИГЕНЫ БАКТЕРИЙ. СТРОЕНИЕ К-АНТИГЕНОВ БАКТЕРИЙ (ОБЗОР)»

БИОХИМИЯ, 2006, том 71, вып. 9, с. 1155 - 1174

УДК 577.114; 579.222

К-АНТИГЕНЫ БАКТЕРИЙ. СТРОЕНИЕ К-АНТИГЕНОВ БАКТЕРИЙ

Обзор © 2006 г. Ю.С. Оводов

Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН, 167982 Сыктывкар, ул. Первомайская, 50; факс: (8212)241-001, электронная почта: ovoys@physiol.komisc.ru

Поступила в редакцию 10.01.06 После доработки 05.04.06

В обзоре приведены данные о структуре К-антигенов бактерий, которые представлены капсульными полисахаридами и экзогликанами и которые, обладая иммуногенной активностью, определяют типовую специфичность бактерий.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: К-антигены бактерий, капсульные полисахариды, экзогликаны бактерий, структура, иммунологическая активность, типовая специфичность.

Полисахариды, входящие в состав бактериальной капсулы и слизи межклеточного пространства (капсульные полисахариды, экзогликаны, или экзополисахариды), принадлежат к одной группе бактериальных антигенов, которая получила общее название «К-антигены». Результаты изучения их структуры и свойств описаны во множестве работ, максимум которого приходится на 80-е годы XX столетия (см., например, обзоры [1-9]).

При попадании в организм человека некоторые микроорганизмы вызывают заболевания и, таким образом, относятся к числу патогенных [4]. Термин «патогенность» означает способность микроорганизма вызывать определенное заболевание с выраженными симптомами. По своим морфологическим признакам каждый микроорганизм входит в таксономическом отношении в определенное семейство, а внутри последнего является членом того или иного рода и вида. Отдельные культуры вида образуют разные штаммы. Патогенность — важный в таксономическом отношении признак вида бактерий. Многие виды бактерий являются патогенными. В то же время отдельные штаммы одного вида могут обладать различной степенью пато-генности, что обозначают термином «вирулентность» данного штамма. Таким образом, вирулентность является признаком штамма, подразделяющим штаммы на вирулентные и авирулентные. Вирулентность штамма определяется инвазив-ностью (способностью размножаться в организ-

ме хозяина) и токсикогенностью (способностью продуцировать токсины, повреждающие ткани хозяина и обусловливающие симптомы болезни). Проникновение (пенетрация) болезнетворного агента в организм хозяина называется инфекцией. Чем больше вирулентность патогенного штамма, тем меньшая доза болезнетворного микроба требуется для возникновения инфекции в организме хозяина [1, 3, 4].

Многие микроорганизмы образуют вокруг клеточной оболочки плотный обводненный слой, так называемую капсулу. Кроме того, все микробные клетки продуцируют в межклеточное пространство специфическую слизь, в которой протекают межклеточные взаимодействия. Капсула обеспечивает защиту микробной клетки от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды, выполняет функцию регулятора водного режима бактерий и предохраняет микробную клетку от обезвоживания [1, 4].

Бактерии, будучи чужеродными для организма хозяина, вызывают в последнем иммунный ответ. Особенно это касается болезнетворных бактерий, которые в процессе инфекции обусловливают не только симптомы заболевания, но и защитную реакцию организма хозяина [4]. Чужеродные соединения, стимулирующие иммунитет, называются антигенами. Иммунный ответ — это очень сложный процесс, одним из результатов которого является образование специфических белков. Такие белки называются антителами. Взаимодействуя с антигеном и

образуя с ним комплекс антиген—антитело, белки обезвреживают антиген и выводят его из организма.

Антигены, как правило, локализуются на поверхности бактериальной клетки: в клеточной стенке, в капсуле и в межклеточной слизи. Антигены представляют собой биополимеры, среди которых важную роль играют углеводсодер-жащие биополимеры (биогликаны): полисахариды и гликоконъюгаты [4].

Биогликаны, входящие в состав клеточной стенки, представляют собой липополисахариды и липополисахаридбелковые комплексы. Они являются так называемыми О-соматическими антигенами. Основу бактериальной капсулы составляют капсульные полисахариды. Межклеточная слизь содержит главным образом внеклеточные полисахариды, которые называют экзо-гликанами, или экзополисахаридами. Поскольку капсульные полисахариды и экзогликаны очень близки друг к другу по структуре и свойствам, то всю эту группу полисахаридных антигенов объединяют в К-антигены [1, 4, 10, 11].

Все К-антигены характеризуются достаточно высокой иммуногенностью по отношению к иммунореактивным животным и человеку и обусловливают высокий титр антител при иммунизации. Образующиеся в процессе иммунизации гомологичные антитела характеризуются высокой специфичностью и взаимодействуют с определенными участками макромолекулы соответствующего К-антигена, которые называются иммунодетерминантами, иммунодоминант-ными группами, или эпитопами [4]. Наличие иммунодетерминантов К-антигенов позволило провести дополнительно иммунологическую (серологическую) дифференцировку бактерий на отдельные типы (серотипы, серовары), которые различаются по составу иммунодетерминант-ных групп. Следовательно, К-антигены определяют типовую специфичность бактерий. К-Ан-тигены одного типа имеют одинаковые иммуно-детерминанты и одинаково взаимодействуют с гомологичными антителами. К-Антигены разных типов не вступают во взаимодействие с ге-терологичными антителами, которые образуются при иммунизации бактериями или К-антиге-нами различных серотипов. При наличии у К-антигенов различных серотипов некоторых общих эпитопов будут наблюдаться так называемые перекрестные реакции с гетерологичными антителами, которые отражают частичное структурное родство К-антигенов разных серо-типов и могут быть использованы при изучении строения К-антигенов [1—9].

В данном обзоре рассматривается структура наиболее изученных К-антигенов самых распро-

страненных грамположительных и грамотрица-тельных бактерий, которые вызывают тяжелые болезни, но в то же время обладают высокой им-муногенной активностью и могут быть использованы в качестве компонентов вакцин в профилактике и лечении указанных заболеваний [1, 3, 4].

К-АНТИГЕНЫ

ГРАМПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ БАКТЕРИЙ

К-Антигены пневмококков. Первыми были подробно изучены капсульные полисахариды пневмококков Streptococcus pneumoniae (Diplococcus pneumoniae), которые относятся к грамположи-тельным бактериям и вызывают различные формы пневмоний. Большой вклад в изучение типо-специфических К-антигенов пневмококков внесли классические работы американского исследователя М. Хайдельбергера, а также немецкого ученого В.Ф. Гебеля, канадцев К.Т. Бишопа, Дж. К.Н. Джонса, М.Б. Перри, Г. Дженнингса, шведских исследователей во главе с Б. Линдбергом, представителей отечественной углеводной школы, возглавляемой Н.К. Кочетковым, и многих других.

Обзор работ по иммунологии капсульных полисахаридов пневмококков приведен в статьях [3, 6, 12, 13].

Состав К-антигенов пневмококков отличается большим разнообразием. Наряду с общераспространенными моносахаридами (глюкозой, галактозой, рамнозой, глюкуроновой кислотой) в состав их углеводных цепей входят различные гликоза-мины, в частности N-ацетильные производные D-глюкозамина, D-галактозамина, D-манноза-мина, D-фукозамина, 2,4-диамино-2,4,6,-триде-зокси^-галактозы. Некоторые из К-антигенов имеют структурное родство с тейхоевыми кислотами и содержат остатки рибитфосфата и глице-ринфосфата; в состав многих из них входит остаток пировиноградной кислоты (пируват).

Пневмококки подразделяются на большое число типов (>80). Наиболее простую структуру имеет повторяющееся звено К-антигена пневмококков типа 3. Оно представляет собой димер — целлобиоуроновую кислоту [14]:

...^3)ß-D-GlcAp(1^4)-ß-D-Glcp(1^...

Несколько более сложной структурой обладает К-антиген пневмококков типа 8, в состав которого кроме целлобиоуроновой кислоты входят остатки D-глюкозы и D-галактозы [15]:

...^ 4)ß-D-GlcAp(1^4)ß-D-Glcp(1^4)a-

-D-Glcp(1^4)a-D-Galp(1

Антигены обоих типов являются иммуноге-нами и при иммунизации человека или животных образуют специфические антитела, гомологичные К-антигенам. Отметим, что антитела против К-антигенов обоих типов хорошо распознают целлобиоуроновую кислоту в любых содержащих ее полисахаридах. Так, например, частично окисленная целлюлоза, содержащая остатки целлобиоуроновой кислоты, дает четко выраженную перекрестную реакцию с антителами против обоих типов пневмококков. Эти данные свидетельствуют о том, что остаток целлобиоуроновой кислоты является общим эпито-пом К-антигенов пневмококков типов 3 и 8.

Данное положение было успешно подтверждено одним из эффективных методов изучения детерминантных групп полисахаридных антигенов, который состоит в торможении серологических реакций (преципитации, гемагглютина-ции и т.д.) перекрестно реагирующих полисахаридов. В случае реакции с антителами против К-антигенов пневмококков типов 3 и 8 эффективным ингибитором служит целлобиоуроновая кислота.

Необычный моносахарид (4-амино-2-ацета-мидо-2,4,6-тридезокси- а - Б - галактоза (8^)) входит в состав повторяющегося звена К-анти-гена пневмококков типа 1 следующего строения [16]:

...^3)а-8^(1^4)а-Б-аа1М(1^3)а-Б-аа1М(1^- ,

где

СН3

=

ОН

ОН

МНАс

Кроме того, полисахарид содержит нестехио-метрическое количество О-ацетильных групп, которые, как было показано в работе [17], находятся в положениях 2 и 3 остатков а-Б-галакту-роновой кислоты.

Еще большим своеобразием отличается повторяющееся звено К-антигена пневмококков типа 5, в состав которого входят остатки двух необычных моносахаридов [1]:

4

а-8ия2 (1^4)Р-Б-01с^1,

где и представляют собой 2-амино-2,6-дидезокси-Ь-галактозу (1) и 2-амино-2,6-диде-зокси-Ь-талозу (2):

НО

1

N

О

СН3

НО

ОН

О

СНз ОН3 Н9М

ОН

ОН

2

или их М-ацетильные производные.

К-Антиген пневмококков типа 1 относится к группе иммуномодуляторных цвиттерионных полисахаридов, содержащих одновременно карбоксильные группы и аминогруппы. К этой группе принадлежат также капсульные полисахариды различных штаммов патогенного микроорганизма Bacteroides fi^agilis [9], вызывающего абсцессы и внутрибрюшной сепсис [17], который может

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.

Показать целиком