Wat zijn antistoffen?

Antilichamen zijn gespecialiseerde, Y-vormige eiwitten die zich als een slot-en-sleutel binden aan de vreemde indringers van het lichaam - of het nu gaat om virussen, bacteriën, schimmels of parasieten. Zij zijn het "zoek" -bataljon van het zoek-en-vernietigingssysteem van het immuunsysteem, belast met het vinden van een vijand en deze markeren voor vernietiging.

"Ze worden vrijgelaten uit de cel en gaan op jacht", zegt Dr. Warner Greene, de directeur van het Center for HIV Cure Research aan de Gladstone Institutes in San Francisco..

Wanneer antilichamen hun doelwit vinden, binden ze zich eraan, wat vervolgens een cascade van acties in gang zet die de indringer overwinnen. Antilichamen maken deel uit van het zogenaamde "adaptieve" immuunsysteem, de arm van het immuunsysteem die specifieke ziekteverwekkers leert herkennen en elimineren, zei Greene..

Verwant: Diagram van het menselijk immuunsysteem (infographic)

Hoe zien antilichamen eruit??

De twee armen aan de bovenkant van de Y-vorm van het antilichaam binden aan wat bekend staat als het antigeen. Het antigeen kan een molecuul zijn, of een moleculair fragment - vaak een deel van een virus of bacterie. (Het nieuwe coronavirus SARS-CoV-2 heeft bijvoorbeeld unieke "spikes" op zijn buitenste laag, en sommige antilichamen binden zich aan deze spike-eiwitten en herkennen deze.)

De onderkant van de Y, of de steel, bindt zich aan verschillende andere immuunsysteemverbindingen die kunnen helpen het antigeen te doden of het immuunsysteem op andere manieren te mobiliseren. Eén set hiervan veroorzaakt bijvoorbeeld de complementcascade, vertelde Greene .

"Complement is eigenlijk de beul", die gaten in de doelcel slaat, zoals het membraan van een virus, zei Greene..

Antilichamen, ook wel immunoglobulinen (Ig) genoemd, hebben allemaal dezelfde basis Y-vorm, maar er zijn vijf variaties op dit thema - genaamd IgG, IgM, IgA, IgD en IgE, zei Jason Cyster, een professor in microbiologie en immunologie. aan de Universiteit van Californië, San Francisco.

Elke variant ziet er net iets anders uit en speelt een iets andere rol in het immuunsysteem. Immunoglobuline G of IgG is bijvoorbeeld slechts één Y, terwijl IgM een beetje lijkt op de 10-armige hindoegodin Durga, met vijf Y's op elkaar gestapeld, en elke tand kan één antigeen binden..

IgG en IgM zijn de antilichamen die in de bloedbaan circuleren en in vaste organen terechtkomen, zei Cyster. IgA wordt "uit het lichaam gespoten" in slijm of afscheidingen, vertelde Cyster. IgE is het antilichaam dat volgens de American Academy of Allergy, Asthma & Immunology doorgaans allergische reacties opwekt, zoals op pollen of pinda's. IgD is van oudsher raadselachtig, maar een van zijn rollen is het helpen activeren van de cellen die antilichamen aanmaken.

Verwant: Hooikoorts en seizoensgebonden allergieën: symptomen, oorzaken en behandeling

Waar worden antilichamen gevormd??

Om antilichamen te begrijpen, moet u eerst kennis hebben van B-cellen, een soort witte bloedcel die zich in het beenmerg vormt. Er zijn ongeveer een biljoen B-cellen in het lichaam, en elk heeft een uniek IgM-antilichaam dat op het B-celoppervlak zit en elk bindt zich aan één antigeen, zei Simon Goodman, de Science and Technology Program Manager van The Antibody Society. , een non-profitorganisatie die degenen vertegenwoordigt die betrokken zijn bij onderzoek en ontwikkeling op het gebied van antilichamen.

Door deze verbluffende variatie kan het lichaam bijna elke substantie herkennen die kan binnendringen. Hier is hoe het die diversiteit bereikt: in elke B-cel worden de genen die coderen voor de bindingsplaats van het antilichaam geschud als speelkaarten in een stapel.

"De hoeveelheid herschikking die kan plaatsvinden is enorm", vertelde Cyster .

Verwant: 11 verrassende feiten over het immuunsysteem

Deze B-cellen patrouilleren vervolgens door het lichaam en blijven vaak langer hangen in gebieden zoals de lymfeklieren of de amandelen, zei Cyster. Meestal binden deze B-cellen niets. Maar als, met een kans van één op een miljoen, een B-cel een vreemde substantie bindt, 'triggert dat de B-cel om te zeggen:' Hé, we moeten geactiveerd worden '', zei Cyster..

De B-cel wordt groter en begint zich te delen in wat "klonale expansie" wordt genoemd, zei Cyster.

'Het is een identieke kopie van de ouder, net als de moeder,' zei Cyster. Na ongeveer een week kunnen er honderdduizenden tot een miljoen van deze exemplaren zijn.

Uiteindelijk differentiëren deze klonaal geëxpandeerde B-cellen tot plasmacellen, die antilichaamfabrieken zijn.

"Ze scheiden 10.000 antilichamen per cel per seconde af. Als je geluk hebt, kunnen ze dat weken of jaren doen", zei Cyster..

Maar niet alle B-cellen delen evenveel.

"Als je de B-cel als een slot beschouwt, en je beschouwt al deze verschillende dingen die rondzweven als verschillende sleutels, dan passen sommige sleutels beter, andere passen slechter en andere niet helemaal niet, 'zei Goodman. "En afhankelijk van hoe goed de sleutel in het slot op het oppervlak van een bepaalde B-cel past, zal die cel worden geactiveerd om meer te delen." Vervolgens produceren de meer productieve B-cellen meer plasmacellen en produceren ze meer van een specifiek type antilichaam.

Het lichaam maakt ook niet slechts één type antilichaam aan; het levert een rommelige, chaotische dierentuin van hen op. Elk vergrendelt zich op verschillende delen van een indringer.

En antilichamen doen niet allemaal hetzelfde als ze eenmaal aan een doelwit zijn gebonden. Sommigen zullen de infectie in de kiem smoren door een bedreiging direct te neutraliseren en te voorkomen dat een ziekteverwekker een cel binnendringt. Anderen taggen indringers, zodat de killercellen van het immuunsysteem (die geen antilichamen zijn) het kunnen verwijderen, zei Greene. Weer anderen kunnen virussen of bacteriën in een kleverige laag wikkelen. En andere antilichamen kunnen Pac-Man-achtige immuuncellen, macrofagen genaamd, vertellen om de indringer op te slokken. (Die strategie kan soms averechts werken met virussen, die deze reactie kunnen coöpteren om nieuwe cellen binnen te vallen, voegde Cyster eraan toe.)

Het eerste type antilichaam dat wordt gevormd nadat u aan een virus bent blootgesteld, is IgM, dat binnen 7 tot 10 dagen na blootstelling verschijnt, zei Greene. IgM kan binden aan een indringer, maar elke "Y" in dit 10-armige proteïne doet dat vrij zwak. Maar net zoals vijf zwakke mensen die samenwerken een grote, sterke tegenstander kunnen aanpakken, zo kunnen IgM's vijf Y's (10 armen) die samenwerken stevig binden aan een antigeen, voegde hij eraan toe..

Na ongeveer 10 tot 14 dagen begint het lichaam IgG te maken, het "belangrijkste werkpaard" van het immuunsysteem, zei Greene. IgG kan bij een zwangere vrouw de placenta passeren en een pasgeborene passieve bescherming bieden tegen ziekte totdat hun eigen immuunsysteem kan toenemen, voegde Greene eraan toe.

Normaal gesproken is het immuunsysteem verbluffend goed in het herkennen van de vijand en het negeren of tolereren van onze eigen cellen. Soms gaat dit proces echter mis. Dat is wanneer T-cellen (een ander type witte bloedcellen) binnenkomen. Het lichaam gebruikt deze T-cellen om doelen te kruisen - alleen als zowel een B-cel als een T-cel iets herkennen als een vreemde indringer zal een immuunsysteem reactie wordt geactiveerd, zei Goodman. Het lichaam zou B-cellen moeten verwijderen die zogenaamde auto-antilichamen maken, die reageren op de eigen lichaamscellen. Maar als dat niet gebeurt, kan het lichaam zijn eigen cellen markeren voor vernietiging en ze vervolgens meedogenloos elimineren. Auto-immuunziekten zoals lupus, reumatoïde artritis of diabetes type 1 kunnen het gevolg zijn, zei Goodman. Volgens de American Autoimmune Related Diseases Association zijn er meer dan 100 auto-immuunziekten.

Wat zijn monoklonale antilichamen?

Antilichamen zijn de basis geworden voor enkele van de meest bruikbare medicijnen, evenals enkele van de krachtigste laboratoriumtechnieken in de biologie, zei Goodman. Een van deze klinische en therapeutische supersterren is wat bekend staat als een monoklonaal antilichaam.

Om een ​​monoklonaal antilichaam te maken, vaccineren onderzoekers een dier (of mogelijk een mens) om de aanmaak van antilichamen tegen een bepaalde stof te stimuleren. Het lichaam zal geleidelijk antilichamen aanmaken die steeds effectiever zijn tegen dat antigeen. Deze antilichaamproducerende cellen worden vervolgens uit de witte bloedcellen gefilterd en in een schaal gedaan om te zien welke cellen het antigeen het beste binden, zei Goodman. De cel die het beste bindt, wordt vervolgens geïsoleerd - het is een fabriek die antilichamen produceert, specifiek aangescherpt om één superselectief antilichaam te produceren.

Van daaruit wordt die cel gefuseerd met een bloedkankercel, waardoor iets wordt geproduceerd dat een hybridoma wordt genoemd. Deze hybridoma, of monokloon, is een onuitputtelijke generator van exact hetzelfde antilichaam, keer op keer. (Onderzoekers binden de monoklonale cel aan een kankercel omdat kanker zich gewoon blijft voortplanten.)

"Het produceert en produceert en produceert, en het zal nooit stoppen, en het is een kanker, dus het is in wezen onsterfelijk", zei Goodman. Wat het produceert, is een monoklonaal antilichaam.

Verwant: Bloed van de overlevende van ebola kan leiden tot een toekomstig vaccin

Dergelijke cellijnen hebben een ongelooflijk breed scala aan toepassingen. Er zijn miljoenen commerciële monoklonale antilichamen, die in laboratoria worden gebruikt om de kleinste, meest specifieke cellulaire doelwitten te taggen voor studie, zei Goodman..

"Ze zijn ongelooflijk, het zijn verbazingwekkend precieze gereedschappen", zei Goodman.

Monoklonale antilichamen vormen ook de basis voor veel blockbuster-medicijnen. Het medicijn adalimumab (merknaam Humira) is bijvoorbeeld een monoklonaal antilichaam dat reumatoïde artritis behandelt door een inflammatoir eiwit te remmen dat bekend staat als een cytokine. Een andere, bevacizumab (Avastin) genaamd, richt zich op een molecuul dat de groei van bloedvaten stimuleert; door dit molecuul te blokkeren, kan bevacizumab de groei van long-, colon-, nier- en sommige hersenkankers vertragen.

En in de SARS-CoV-2-pandemie racen artsen over de hele wereld om monoklonale antilichamen te creëren die hopelijk het nieuwe coronavirus zullen neutraliseren, zei Greene. Deze antistoffen worden gefilterd uit het plasma van mensen die hersteld zijn van COVID-19 (ook wel herstellende serum genoemd). De hoop is dat artsen, door de meest effectieve antilichamen te isoleren en ze vervolgens massaal te produceren, een behandeling kunnen ontwikkelen die een tijdelijke, 'passieve' immuniteit biedt totdat het lichaam kan inhalen en een effectieve, langdurigere reactie kan opbouwen. zijn eigen, zei Greene.

Verwant: 1 op de 5 mensen die in New York zijn getest, heeft antistoffen tegen het coronavirus

Daarentegen zijn polyklonale antilichamen afgeleid van meerdere B-cellen. Polyklonale antilichamen zijn een bibliotheek van antilichamen die allemaal binden aan enigszins verschillende delen van het antigeen of doelwit. Polyklonale antilichamen worden meestal geproduceerd door een dier te injecteren met het antigeen, een immuunrespons te stimuleren en vervolgens het plasma van de dieren te extraheren om massaal antilichamen te produceren, volgens een onderzoek uit 2005 in het tijdschrift Institute for Laboratory Animal Research (ILAR)..

In tegenstelling tot monoklonale antilichamen, waarvan de productie tot 6 maanden kan duren, kunnen polyklonale antilichamen in 4 tot 8 weken worden gemaakt en is er minder technische expertise voor nodig. Bovendien hebben polyklonale antilichamen voor bepaalde soorten tests waarbij u het antigeen probeert te detecteren, een grotere kans om zich aan het doelantigeen te binden, waardoor ze mogelijk gevoeliger worden. De keerzijde van polyklonale antilichamen is dat, omdat elk individueel dier een andere reeks antilichamen kan produceren, het maken van polyklonale antilichamen die consistent zijn van batch tot batch een grotere uitdaging kan zijn, en het is niet zo eenvoudig om een ​​grote voorraad te hebben, volgens een studie uit 2005 in het tijdschrift Biotechniques.

Hoe werken antilichaamtests??

Antilichaamtesten detecteren of het lichaam detecteerbare hoeveelheden antilichamen tegen een bepaald molecuul heeft aangemaakt en kunnen daarom uitwijzen of iemand in het verleden is geïnfecteerd met een specifiek virus of een bepaalde bacterie. Meestal detecteren deze tests IgM of IgG, eerder gerapporteerd.

SARS-CoV-2-antilichaamtests detecteren bijvoorbeeld meestal een deel van of alle spike-eiwitten van het coronavirus en kunnen uitwijzen of iemand in het verleden COVID-19 heeft gehad. Omdat het lichaam tijd nodig heeft om de productie van antilichamen op te voeren, testen mensen meestal pas positief ongeveer twee weken nadat ze voor het eerst aan de ziekteverwekker zijn blootgesteld, eerder gemeld.

Verwant: Kunnen antilichaamtests uitwijzen of u immuun bent voor COVID-19?

Er zijn twee veelvoorkomende soorten antilichaamtesten: laterale flow-assays en enzym-linked immunosorbent assay (ELISA) -testen. Beide omvatten het fixeren van een antigeen aan een oppervlak en vervolgens detecteren of een antilichaam aan dat antigeen bindt. Gewoonlijk wordt een chemische reactie, zoals fluorescentie of een kleurverandering, geactiveerd wanneer het antilichaam zich aan het antigeen bindt. Laterale flow-assays zijn vergelijkbaar met zwangerschapstests met plas-op-een-stick; in plaats van te plassen, wordt voor antilichaamtests bloed of serum over het platte oppervlak gewassen, meestal van papier. ELISA-tests werken volgens een soortgelijk principe, alleen de tests worden uitgevoerd in microplaten en vereisen een laboratoriumtechnicus, en de resultaten worden mogelijk niet onmiddellijk gelezen, Charlotte Sværke Jørgensen, die Virus and Microbiological Special Diagnosis Serology bestudeert aan het Statens Serum Institut in Kopenhagen, eerder verteld in een e-mail.

Een goede antilichaamtest is er een die weinig vals-positieven en weinig vals-negatieven oplevert, eerder gerapporteerd. Om ervoor te zorgen dat dit gebeurt, moeten wetenschappers hun test "kalibreren", bijvoorbeeld door ervoor te zorgen dat monsters waarvan bekend is dat ze het antigeen niet bevatten, niet ten onrechte een positieve test produceren. Met SARs-CoV-2 zou dat bijvoorbeeld betekenen dat bloedmonsters worden getest van voordat de pandemie begon en ervoor zou zorgen dat er geen monsters positief uitkomen. Ze moeten ook monsters nemen die zeker het antilichaam in zich hebben, en ervoor zorgen dat de antilichaamtest die positieven goed detecteert.

Aanvullende bronnen:

• Bekijk een video over de werking van antilichamen, geproduceerd door het Vaccine Makers Project.
• Lees meer over antilichaamtesten van de Centers for Disease Control and Prevention.
• Lees wat de directeur van de National Institutes of Health, Dr.Francis Collins, te zeggen heeft over SARS-CoV-2-antilichamen, zoals gepubliceerd op de blog van de NIH-directeur op 30 juni 2020.