Was sind Antikörper?

Antikörper sind spezialisierte, Y-förmige Proteine, die sich wie ein Schloss an die fremden Eindringlinge des Körpers binden - ob es sich um Viren, Bakterien, Pilze oder Parasiten handelt. Sie sind das "Such" -Bataillon des Such- und Zerstörungssystems des Immunsystems, das die Aufgabe hat, einen Feind zu finden und ihn für die Zerstörung zu markieren.

"Sie werden aus der Zelle entlassen und gehen raus und jagen", sagte Dr. Warner Greene, der Direktor des Zentrums für HIV-Heilungsforschung an den Gladstone-Instituten in San Francisco.

Wenn Antikörper ihr Ziel finden, binden sie daran, was dann eine Kaskade von Aktionen auslöst, die den Eindringling besiegen. Antikörper sind Teil des sogenannten "adaptiven" Immunsystems, dem Arm des Immunsystems, der lernt, bestimmte Krankheitserreger zu erkennen und zu eliminieren, sagte Greene.

Verbunden: Diagramm des menschlichen Immunsystems (Infografik)

Wie sehen Antikörper aus??

Die beiden Arme am oberen Rand der Y-Form des Antikörpers binden an das sogenannte Antigen. Das Antigen kann ein Molekül oder ein Molekülfragment sein - oft ein Teil eines Virus oder eines Bakteriums. (Zum Beispiel hat das neue Coronavirus SARS-CoV-2 einzigartige "Spikes" auf seiner Außenhülle, und einige Antikörper binden an diese Spike-Proteine ​​und erkennen sie.)

Der Boden des Y oder des Stiels bindet an mehrere andere Verbindungen des Immunsystems, die helfen können, das Antigen abzutöten oder das Immunsystem auf andere Weise zu mobilisieren. Ein Satz davon löst zum Beispiel die Komplementkaskade aus, sagte Greene .

"Komplement ist eigentlich der Henker", der Löcher in die Zielzelle schlägt, wie zum Beispiel die Membran eines Virus, sagte Greene.

Antikörper, die auch als Immunglobuline (Ig) bezeichnet werden, haben alle die gleiche grundlegende Y-Form, aber es gibt fünf Variationen dieses Themas - IgG, IgM, IgA, IgD und IgE, sagte Jason Cyster, Professor für Mikrobiologie und Immunologie an der Universität von Kalifornien, San Francisco.

Jede Variation sieht etwas anders aus und spielt eine etwas andere Rolle im Immunsystem. Zum Beispiel ist Immunglobulin G oder IgG nur ein Y, während IgM ein bisschen wie die 10-armige Hindu-Göttin Durga aussieht, mit fünf Ys, die zusammen gestapelt sind, und jeder Stift kann ein Antigen binden.

IgG und IgM sind die Antikörper, die im Blutkreislauf zirkulieren und in feste Organe gelangen, sagte Cyster. IgA wird "aus dem Körper herausgespritzt", in Schleim oder Sekreten, sagte Cyster. IgE ist der Antikörper, der laut der American Academy of Allergy, Asthma & Immunology typischerweise allergische Reaktionen wie Pollen oder Erdnüsse auslöst. IgD war in der Vergangenheit rätselhaft, aber eine seiner Aufgaben besteht darin, die Zellen zu aktivieren, die Antikörper bilden.

Verbunden: Heuschnupfen und saisonale Allergien: Symptome, Ursachen und Behandlung

Wo bilden sich Antikörper??

Um Antikörper zu verstehen, müssen Sie zunächst über B-Zellen Bescheid wissen, bei denen es sich um eine Art weißer Blutkörperchen handelt, die sich im Knochenmark bilden. Es gibt ungefähr eine Billion B-Zellen im Körper, und jede hat einen einzigartigen IgM-Antikörper, der auf der B-Zelloberfläche sitzt und an ein Antigen bindet, sagte Simon Goodman, Programmmanager für Wissenschaft und Technologie bei The Antibody Society , eine gemeinnützige Organisation, die diejenigen vertritt, die an der Forschung und Entwicklung von Antikörpern beteiligt sind.

Dieses erstaunliche Variationsniveau ermöglicht es dem Körper, fast jede Substanz zu erkennen, die eintreten könnte. So wird diese Vielfalt erreicht: In jeder B-Zelle werden die Gene, die für die Bindungsstelle des Antikörpers kodieren, wie Spielkarten in einem Deck gemischt.

"Das Ausmaß der möglichen Umlagerung ist enorm", sagte Cyster .

Verbunden: 11 überraschende Fakten über das Immunsystem

Diese B-Zellen patrouillieren dann im Körper und verweilen oft länger in Bereichen wie den Lymphknoten oder den Mandeln, sagte Cyster. Meistens binden diese B-Zellen nichts. Aber wenn eine B-Zelle zufällig eine Fremdsubstanz bindet, "löst dies aus, dass die B-Zelle sagt:" Hey, wir müssen aktiviert werden ", sagte Cyster.

Die B-Zelle wächst an Größe und beginnt sich in die sogenannte "klonale Expansion" zu teilen, sagte Cyster.

"Es ist eine identische Kopie des Elternteils, genau wie die Mutter", sagte Cyster. Nach ungefähr einer Woche kann es Hunderttausende bis eine Million dieser Kopien geben.

Schließlich differenzieren sich diese klonal expandierten B-Zellen zu Plasmazellen, die Antikörperfabriken sind.

"Sie sezernieren 10.000 Antikörper pro Zelle und Sekunde. Sie können das für Wochen oder Jahre tun, wenn Sie Glück haben", sagte Cyster.

Aber nicht alle B-Zellen teilen die gleiche Menge.

"Wenn Sie die B-Zelle als Schloss betrachten und all diese verschiedenen Dinge als unterschiedliche Schlüssel betrachten, passen einige der Schlüssel besser, andere schlechter und andere nicht überhaupt ", sagte Goodman. "Und je nachdem, wie gut der Schlüssel in das Schloss auf der Oberfläche einer bestimmten B-Zelle passt, wird diese Zelle ausgelöst, um mehr zu teilen." Dann produzieren die produktiveren B-Zellen mehr Plasmazellen und produzieren mehr von einem bestimmten Antikörpertyp.

Der Körper produziert auch nicht nur eine Art von Antikörper; es produziert einen chaotischen Zoo von ihnen. Jeder sperrt verschiedene Teile eines Eindringlings ein.

Und Antikörper tun nicht alle dasselbe, wenn sie einmal an ein Ziel gebunden sind. Einige ersticken die Infektion im Keim, indem sie eine Bedrohung direkt neutralisieren und verhindern, dass ein Krankheitserreger in eine Zelle eindringt. Andere markieren Eindringlinge, damit die Killerzellen des Immunsystems (die keine Antikörper sind) sie entfernen können, sagte Greene. Wieder andere können Viren oder Bakterien in eine klebrige Beschichtung einwickeln. Und andere Antikörper könnten Pac-Man-ähnlichen Immunzellen, sogenannten Makrophagen, sagen, dass sie den Eindringling verschlingen sollen. (Diese Strategie kann manchmal mit Viren nach hinten losgehen, was diese Reaktion kooptieren kann, um in neue Zellen einzudringen, fügte Cyster hinzu.)

Die erste Art von Antikörper, die sich bildet, nachdem Sie einem Virus ausgesetzt wurden, ist IgM, das innerhalb von 7 bis 10 Tagen nach der Exposition auftritt, sagte Greene. IgM kann an einen Eindringling binden, aber jedes "Y" in diesem 10-armigen Protein tut dies ziemlich schwach. Aber genau wie fünf schwache Menschen, die zusammenarbeiten, einen großen, starken Gegner bekämpfen können, können die fünf Ys (10 Arme) von IgM, die zusammenarbeiten, fest an ein Antigen binden, fügte er hinzu.

Nach etwa 10 bis 14 Tagen beginnt der Körper mit der Herstellung von IgG, dem "Hauptarbeitspferd" des Immunsystems, sagte Greene. IgG kann bei einer schwangeren Frau die Plazenta passieren und einem Neugeborenen passiven Schutz vor Krankheiten bieten, bis das eigene Immunsystem hochgefahren werden kann, fügte Greene hinzu.

Normalerweise ist das Immunsystem erstaunlich gut darin, den Feind zu erkennen und unsere eigenen Zellen zu ignorieren oder zu tolerieren. Manchmal geht dieser Prozess jedoch schief. Dann kommen T-Zellen (eine andere Art von weißen Blutkörperchen) ins Spiel. Der Körper verwendet diese T-Zellen, um Ziele zu überprüfen - nur wenn sowohl eine B-Zelle als auch eine T-Zelle etwas als fremden Eindringling erkennen, wird ein Immunsystem Antwort ausgelöst werden, sagte Goodman. Der Körper soll B-Zellen entfernen, die sogenannte Autoantikörper bilden, die auf körpereigene Zellen reagieren. Aber wenn das nicht passiert, kann der Körper seine eigenen Zellen zur Zerstörung markieren und sie dann unerbittlich beseitigen. Autoimmunerkrankungen wie Lupus, rheumatoide Arthritis oder Typ-1-Diabetes können die Folge sein, sagte Goodman. Laut der American Autoimmune Related Diseases Association gibt es mehr als 100 Autoimmunerkrankungen.

Was sind monoklonale Antikörper??

Antikörper sind die Grundlage für einige der nützlichsten Medikamente sowie einige der leistungsfähigsten Labortechniken in der Biologie geworden, sagte Goodman. Einer dieser klinischen und therapeutischen Superstars ist der sogenannte monoklonale Antikörper.

Um einen monoklonalen Antikörper zu erzeugen, impfen Forscher ein Tier (oder möglicherweise einen Menschen), um die Produktion von Antikörpern gegen eine bestimmte Substanz zu stimulieren. Der Körper wird nach und nach Antikörper herstellen, die gegen dieses Antigen immer wirksamer sind. Diese Antikörper produzierenden Zellen werden dann aus weißen Blutkörperchen herausgefiltert und in eine Schale gegeben, um zu sehen, welche Zellen das Antigen am besten binden, sagte Goodman. Die Zelle, die am besten bindet, wird dann isoliert - es handelt sich um eine Antikörper produzierende Fabrik, die speziell geschliffen wurde, um einen superselektiven Antikörper zu produzieren.

Von dort aus wird diese Zelle mit einer Blutkrebszelle fusioniert, wodurch ein sogenanntes Hybridom entsteht. Dieses Hybridom oder Monoklon ist ein unerschöpflicher Generator von genau demselben Antikörper, immer und immer und immer wieder. (Forscher binden die monoklonale Zelle an eine Krebszelle, weil sich Krebs einfach weiter vermehrt.)

"Es produziert nur und produziert und produziert, und es wird niemals aufhören, und es ist ein Krebs, also ist es im Wesentlichen unsterblich", sagte Goodman. Was es produziert, ist ein monoklonaler Antikörper.

Verbunden: Das Blut von Ebola-Überlebenden könnte zu einem zukünftigen Impfstoff führen

Solche Zelllinien haben einen unglaublich vielfältigen Anwendungsbereich. Es gibt Millionen von kommerziellen monoklonalen Antikörpern, die in Labors verwendet werden, um die kleinsten, spezifischsten zellulären Ziele für die Studie zu markieren, sagte Goodman.

"Sie sind unglaublich, sie sind erstaunlich präzise Werkzeuge", sagte Goodman.

Monoklonale Antikörper bilden auch die Basis für viele Blockbuster-Medikamente. Zum Beispiel ist das Medikament Adalimumab (Markenname Humira) ein monoklonaler Antikörper, der rheumatoide Arthritis behandelt, indem er ein entzündliches Protein hemmt, das als Zytokin bekannt ist. Ein anderes, Bevacizumab (Avastin) genannt, zielt auf ein Molekül ab, das das Wachstum der Blutgefäße fördert. Durch die Blockierung dieses Moleküls kann Bevacizumab das Wachstum von Lungen-, Dickdarm-, Nieren- und einigen Hirntumoren verlangsamen.

Und bei der SARS-CoV-2-Pandemie versuchen Ärzte auf der ganzen Welt, monoklonale Antikörper zu entwickeln, die das neue Coronavirus hoffentlich neutralisieren, sagte Greene. Diese Antikörper werden aus dem Plasma von Personen gefiltert, die sich von COVID-19 (auch Rekonvaleszenzserum genannt) erholt haben. Die Hoffnung ist, dass Ärzte durch die Isolierung und anschließende Massenproduktion der wirksamsten Antikörper eine Behandlung entwickeln können, die eine vorübergehende "passive" Immunität bietet, bis der Körper aufholen und eine wirksame, länger anhaltende Reaktion darauf erzielen kann seine eigene, sagte Greene.

Verbunden: 1 von 5 in New York getesteten Personen hat Antikörper gegen das Coronavirus

Im Gegensatz dazu stammen polyklonale Antikörper von mehreren B-Zellen. Polyklonale Antikörper sind eine Bibliothek von Antikörpern, die alle an leicht unterschiedliche Teile des Antigens oder Ziels binden. Polyklonale Antikörper werden typischerweise hergestellt, indem einem Tier das Antigen injiziert, eine Immunantwort stimuliert und dann das Plasma der Tiere extrahiert wird, um massenweise Antikörper zu produzieren. Dies geht aus einer Studie von 2005 im Journal des Institute for Laboratory Animal Research (ILAR) hervor.

Im Gegensatz zu monoklonalen Antikörpern, deren Herstellung bis zu 6 Monate dauern kann, können polyklonale Antikörper in 4 bis 8 Wochen hergestellt werden und erfordern weniger technisches Fachwissen. Bei bestimmten Arten von Tests, bei denen Sie versuchen, das Antigen nachzuweisen, haben polyklonale Antikörper möglicherweise eine bessere Chance, an das Zielantigen zu binden, wodurch sie möglicherweise empfindlicher werden. Der Nachteil von polyklonalen Antikörpern besteht darin, dass polyklonale Antikörper, die von Charge zu Charge konsistent sind, schwieriger sein können, da jedes einzelne Tier möglicherweise eine andere Reihe von Antikörpern produziert eine Studie aus dem Jahr 2005 in der Zeitschrift Biotechniques.

Wie funktionieren Antikörpertests??

Antikörpertests erkennen, ob der Körper nachweisbare Mengen an Antikörpern gegen ein bestimmtes Molekül produziert hat, und können daher aufzeigen, ob jemand in der Vergangenheit mit einem bestimmten Virus oder Bakterien infiziert wurde. Normalerweise detektieren diese Tests IgM oder IgG, über die zuvor berichtet wurde.

Zum Beispiel erkennen SARS-CoV-2-Antikörpertests typischerweise entweder einen Teil oder das gesamte Spike-Protein des Coronavirus und können zeigen, ob jemand in der Vergangenheit COVID-19 hatte. Da der Körper Zeit braucht, um seine Produktion von Antikörpern zu steigern, testen Menschen normalerweise erst etwa zwei Wochen nach der ersten Exposition gegenüber dem zuvor berichteten Pathogen positiv.

Verbunden: Können Antikörpertests feststellen, ob Sie gegen COVID-19 immun sind??

Es gibt zwei gebräuchliche Arten von Antikörpertests - Lateral-Flow-Assays und ELISA-Tests (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay). Bei beiden wird ein Antigen an einer Oberfläche fixiert und anschließend festgestellt, ob ein Antikörper an dieses Antigen bindet. Normalerweise wird eine chemische Reaktion wie Fluoreszenz oder eine Farbänderung ausgelöst, wenn der Antikörper an das Antigen bindet. Lateral-Flow-Assays ähneln Pee-on-a-Stick-Schwangerschaftstests. Anstatt zu pinkeln, wird für Antikörpertests Blut oder Serum über die flache Oberfläche gewaschen, bei der es sich normalerweise um Papier handelt. ELISA-Tests funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip, nur die Tests werden in Mikrotiterplatten durchgeführt und erfordern einen Labortechniker. Die Ergebnisse werden möglicherweise nicht sofort ausgelesen. Charlotte Sværke Jørgensen, die am Statens Serum Institut in Kopenhagen die Serologie für Viren und mikrobiologische Spezialdiagnosen studiert, zuvor in einer E-Mail erzählt.

Ein guter Antikörpertest erzeugt nur wenige falsch positive und wenige falsch negative Ergebnisse. Um dies sicherzustellen, müssen Wissenschaftler ihren Test "kalibrieren", indem sie beispielsweise sicherstellen, dass Proben, von denen bekannt ist, dass sie kein Antigen enthalten, nicht fälschlicherweise einen positiven Test erzeugen. Bei SARs-CoV-2 würde dies beispielsweise bedeuten, Blutproben vor Beginn der Pandemie zu testen und sicherzustellen, dass keine Proben positiv ausfallen. Sie müssen auch Proben entnehmen, die definitiv den Antikörper enthalten, und sicherstellen, dass der Antikörpertest diese positiven Ergebnisse gut nachweist.

Zusätzliche Ressourcen:

• Sehen Sie sich ein Video über die Funktionsweise von Antikörpern an, das vom Vaccine Makers Project hergestellt wurde.
• Lesen Sie mehr über Antikörpertests in den Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten.
• Lesen Sie, was der Direktor der National Institutes of Health, Dr. Francis Collins, zu SARS-CoV-2-Antikörpern zu sagen hat, wie am 30. Juni 2020 im Blog des NIH-Direktors veröffentlicht.