Иммуногенетика

РЕФЕРАТ 1

Тема: Иммуногенетика

 

Иммуногенетика – это  раздел иммунологии, который изучает  генетическую обусловленность факторов иммунитета, внутривидовое разнообразие и наследование тканевых Аг (антигенов), генетическое и популяционное взаимодействие макро- и микроорганизмов, тканевую несовместимость.

 

Значение иммуногенетики

Наследственно детерминированные  биологические системы, такие как  иммуногенетические образования, в  виде групп крови и полиморфных  белков крови и молока не изменяются в процессе онтогенеза и являются пожизненной генетической характеристикой  каждой особи, необходимой для использования:

- определения отцовства  у животных;

• зиготности у близнецов;
• фримартинизма у телочек;
• разнояйцовых близнецов;
• оценки производителей по качеству потомства;
• при осеменении свиноматок спермой разных хряков;
• совместимости отцовских пар при чистопородном разведении;
• прогнозирования продуктивности животных;
• прогнозирования резистентности против заболеваний.

Современная иммунология  направлена на выявление механизмов иммунного ответа и его генетической обусловленности.

Иммунитет (невосприимчивость, сопротивляемость) – способность  организма защищать собственную  целостность и биологическую  индивидуальность (БРЭ, серия Биология, 1999).

В поддержании иммунитета животных принимают участие неспецифические  и специфические защитные механизмы. Неспецифические защитные механизмы – это резистентность, которая включает в себя барьерную функцию эпителия кожи и слизистых оболочек, бактерицидное действие молочной кислоты и жирных кислот в выделениях сальных и потовых желез, бактерицидные свойства желудочного и кишечного соков, лизоцим, присутствующий в слезной жидкости и фагоцитоз (клетки крови, пропердин, комплемент, интерферон). Специфические защитные механизмы включают красный костный мозг, тимус, фабрициеву сумку у птиц, селезенку, лимфатические узлы, а также скопления лимфоидной ткани по ходу пищеварительных и дыхательных путей. Основным элементом иммунной системы служат популяции лимфоцитов двух основных типов: лимфоциты типа В и Т, символы которых приняты в 1969 г. В-лимфоциты формируются в костном мозге. Их основная функция состоит в синтезе антител (Ат), то есть иммуноглобулинов, которые и осуществляют специфическую функцию. Т-лимфоциты образуются в тимусе. Они не вырабатывают антитела, а выполняют защитную роль с помощью рецепторов, находящихся на поверхности лимфоцита. Рецепторы – это макромолекулярные образования на поверхности Т- и В-лимфоцитов, обеспечивающие распознавание конкретного антигена (Аг). Иммуноглобулины (антитела) – это сложные белки (гликопротеиды), которые специфически связываются с чужеродными веществами – Аг. Антитела вырабатываются в организме в ответ на проникновение Аг. Антигены – вещества, которые воспринимаются организмом, как чужеродные и вызывают специфический иммунный ответ; способны взаимодействовать с продуктами этого ответа – Ат. Специфическая связывающая реакция антиген-антитело приводит к образованию иммунного комплекса.

Клеточную иммунную защиту организма  обеспечивают Т- и В-лимфоциты, а гуморальную иммунную защиту организма – специфические антитела . В клеточной иммунной защите выделяют 5 классов клеток:

• А-клетки – фагоциты;
• Т-лимфоциты;
• В-лимфоциты – плазматические клетки;
• NК – клетки – нормальные киллеры, проявляющие цитотоксическое действие на опухолевые клетки;
• К – клетки – или «нулевые» лимфоциты, осуществляющие цитолиз клеток-мишеней.

 

 

Генный  механизм антителообразования

 

Суть  его состоит в том, что сначала  с помощью специальных иммунокомпетентных клеток расшифровывается структура  антигенных детерминант Аг, проникшего в организм.

Затем, относительно структуры каждой антигенной детерминанты, происходит перестройка (перестановка) интронно-экзонных участков, вследствие чего изменяется структура и функция гена. После этой перестройки гены дают информацию на синтез специфических по структуре Ат. Синтезированные Ат связываются с Аг, что приводит к снижению или полному прекращению их выработки. Полное уничтожение всех Аг останавливает синтез конкретных Ат. Система генной регуляции антителообразования функционирует постоянно.

Болезнь наступает в том случае, если нарушается равновесие между концентрацией  Аг и Ат в пользу увеличения Аг. Это может произойти по причине высокой вирулентности возбудителя или вследствие ослабления организма и замедления антителообразования или неполадок в самой системе. Во время болезни организм мобилизует дополнительные силы за счет других функций, например работоспособности, молокообразования. Использования запаса белков, жиров и т.д.

Иммунореактивность  – это способность иммунной системы  своевременно отвечать на проникновение  инфекции. Реакция зависит от концентрации антител и соотношения численности  и связи между Т- и В-лимфоцитами.

Существует и такая форма  иммунного ответа, когда организм начинает синтезировать антитела на антигены собственного организма (аутоантитела), например, к гормонам щитовидной железы, что приводит к серьезным нарушениям в обмене веществ. У животных появление антител может происходить в отношении своих гамет, что приводит к бесплодию.

При синдроме приобретенного иммунодефицита (СПИД) иммунная система организма  утрачивает свою защитную функцию, что  приводит к неизбежной гибели людей.

Иммуногенность – это свойство антигенов вызывать иммунную реакцию  организма.

Реакция антиген-антитело специфична, что объясняется генетической специфичностью антител, соответствующих определенному  антигену. Реакция антиген-антитело может проявляться в виде агглютинации, преципитации, лизиса и др. Эти реакции  используют для диагностики протекающего иммунного ответа организма.

 

Генетический контроль иммунного  ответа (иммунологической реактивности)

 

Генами иммунного ответа являются Ir-гены. При иммунизации инбредных линий мышей синтетическими антигенами выявлены линии с сильным и слабым иммунным ответом. Анализ потомства от возвратного скрещивания дал основание сделать заключение, что высокое антителообразование кодируется одним доминантным геном, а низкая иммунная реакция – рецессивным. В дальнейшем было уточнено, что высота иммунного ответа детерминирована более чем одной парой генов. Локус, отвечающий за силу иммунного ответа, был обозначен как Ir =1 (иммунный ответ=1). Он оказался сцеплен с главным комплексом гистосовместимости Н-2. Этот локус обусловливает иммунный ответ к многим антигенам. Сейчас известно, что в области I комплекса Н-2 существует не один, а три локуса Ir(Ir-1А, Ir-1В, Ir-1С). Кроме этого, открыты Ir –гены, локализованные вне Н-2-комплекса. Это локусы Ir -2, Ir -4, а также локус Ir, сцепленный с полом. Во многих случаях иммунный ответ против антигенов наследуется полигенно.

Иммунизация свиней различными антигенами позволила также открыть гены иммунного ответа, которые имеют  сходство с Ir -генами мышей. Иммунный ответ носит количественный характер, а гены иммунного ответа сцеплены с главным комплексом гистосовместимости SLA. Главный комплекс гистосовместимости аналогичный Н-2 мыши открыт у человека, у крупного рогатого скота, у лошадей, у кур и других видов животных. Установлено, что лейкоцитарные антигены, расположенные на поверхности клеток в качестве компонентов плазматической мембраны, влияют на результаты трансплантации органов и тканей. Эти антигены (аллогены) контролируются главным комплексом гистосовместимости (МНС). Отторжение тканей – иммунологический процесс, так как продуктом гена тканевой совместимости является аллоантиген, а он, как известно, вызывает иммунный ответ при введении в организм, для которого он генетически чужеродный.

Генетический контроль иммунного  ответа (Р.В.Петров, 1983):

• Ir –гены определяют количество синтезируемых антител против определенных антигенов;
• Ir -гены не сцеплены с локусами, кодирующими синтез иммуноглобулинов;
• Ir –гены высокоспецифичны. Организмы с одним и тем же генотипом могут обладать высоким иммунным ответом против одного антигена и низким против другого антигена. Не обнаружены гаплотипы, определяющие общую высокую или низкую иммунологическую реактивность;
• Генетически обусловленные различия в высоте иммунного ответа сохраняются в различные возрастные периоды;
• Между генами, контролирующими высокий или низкий иммунный ответ против различных антигенов, в основном, не существует никакой связи;
• Эффекты генов, отвечающих за иммунологическую реактивность, реализуются на уровне популяции лимфоидных клеток.

Антигенными свойствами обладают эритроциты. Набор антигенов у эритроцитов  имеет специфичность и индивидуальность у каждого организма. Эта индивидуальность должна учитываться при переливании  крови донора в организм реципиента. Если эритроцитарные антигены донора и реципиента несовместимы, то переливание крови проводить нельзя, иначе произойдут патологические процессы и даже гибель реципиента.

Для изучения и тестирования эритроцитарных антигенов в иммуногенетике применяют методы серологических реакций: реакции гемолиза эритроцитов, агглютинации, преципитации.

Эритроцитарные антигены представляют собой сложные биополимерные макромолекулы. Которые накапливаются на оболочке (строме) эритроцитов и соединяются с молекулами веществ оболочки. Структура и химический состав эритроцитарных антигенов разнообразны и характерны для каждой особи.

Антигены имеют различную специфичность: видовую, групповую, типовую, патологическую, органоидную, функциональную. Антигенные особенности обусловлены последовательностью и качественными различиями аминокислот, а также особенностями строения первичной полипептидной молекулы антигена. На поверхности молекулы антигена имеются наиболее активные участки – детерминантные группы, которые определяют специфичность антигена.

Для определения эритроцитарного антигенного состава используют моносыворотку (реагент) с эритроцитами тестируемых животных.

Приготовление моносыворотки: в течение нескольких недель проводится иммунизация животных-реципиентов, путем внесения в их организм эритроцитов определенного антигенного состава от животных- доноров того же или другого вида. В результате у иммунизированного животного-реципиента интенсивно проходит реакция антиген-антитело, накапливаются различные антитела, из которых потом выделяют путем абсорбции антитела к желательному антигену и устраняют все остальные.

В настоящее время создана единая международная система стандартизации сывороток. По утвержденным международным  правилам каждое племенное животное должно иметь племенной документ (родословную с указанием тестированных  у него групп крови).

В основе наследственности систем и  групп крови лежит действие одиночных  генов или групп сцепления  и их аллелей. Основным типом наследования является кодоминантная или доминантная  передача антигенов от родителей  потомкам. Каждая особь наследует  по одному из двух аллелей от матери и от отца в каждой генетической системе группы крови. Особь с  антигенами, которых нет хотя бы у одного из родителей, не может быть потомком такой родительской пары.

На этих особенностях построен метод  определения отцовства у животных. Анализ групп крови дает возможность  определить происхождение потомков как по линии отца, та и по линии  матери и имеет большое значение в разведении и селекции животных.

Группа крови – это одиночные  или сцеплено наследуемые в виде постоянного сочетания антигены, которые передаются от родителей  потомкам, как наследственные единицы. В состав конкретной группы крови  может входить один или несколько  антигенов. Контроль каждой группы крови  обусловлен действием генов одного локуса и его аллелями.

Совокупность групп крови, контролируемых аллелями одного локуса, образует систему  крови. Каждой системе крови присваивают  определенное буквенное обозначение. Число уже открытых систем и входящих в каждую антигенов у животных разных видов неодинаково.

 

Таблица

Видовые характеристики систем эритроцитарных антигенов у сельскохозяйственных животных

 

 

 

 

 

Вид животного	Число систем	Обозначения системы	Число Аг во всех системах	Число аллелей
Крупный рогатый скот	12	A, B, C, F-V, I, L, M, S, Z, R`-S`, T, N	Более 100	Более 500
Лошади	9	A, C, D, K, P, Q, T, U, S	40	40
Свиньи	17	A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, R, L, M, N, O, P, Q	83	Более 100
Овцы	16	A, B, C, D, J, M, R, X-Z, Con, F30, F41, Hel, Y, T, V, PV	41	89
Куры	14	A, B, C, D, E, H, I, Y, K, Z, N, P, R, Vh	47	96

 

Системы групп крови подразделяют на простые (содержащие один-два антигена и имеет два аллеля – L, N-системы у крс), сложные (входят три антигена и более, образующие комплексные группы – В, С- системы у крс), закрытые (генотипы животных можно выявить по антигенам эритроцитов), открытые (генотип животного можно установить по фенотипу только у некоторых гомозигот).

Каждая генетическая система крови  определяется аллелями какого-либо одного локуса и наследуется независимо одна от другой. При этом каждый аллель определяет образование одного эритроцитарного антигена. Если локус имеет два аллельных состояния, то это вызывает формирование двух или трех генотипов и соответствующее количество фенотипов, например, система I у скота имеет аллели I1 и I2 образует генотипы I1I1, I2I2, I1I2. Некоторые локусы могут иметь и большее количество аллелей, то есть они полиаллельны в результате множественного аллелизма. Например, А-система крови скота имеет три аллеля: A2, D, Z1; G-система включает шесть аллелей.

Кровяной тип – это совокупность групп крови всех генетических систем данного вида (популяции). Выражается в виде буквенных записей, что  составляет фенотипическую характеристику скота, или в виде генотипической записи.