Antigenic structure of bacteria and its immunological significance

Abstract

By the name of bacterial antigens, we mean substances contained either in the microbe's body itself, as such, or in flagella (for mobile species) and capsules of bacteria

Full Text

Под именем бактериальных антигенов мы разумеем вещества, заключении или в самом теле микроба, как таковом, или же в жгутиках (для подвижных видов) и капсулах бактерий. В первом случае мы говорим о соматическом антигене, во втором— о жгутиковом (флагеллярном) или капсулярном антигенах. Соматический антигеи свойствен всем бактериям вообще, жгутиковый констатируют у активно подвижных видов (напр., у группы Salmonella, бактерии брюшного тифа, паратифа А, В и<С и др.). Капсулярный антиген существует только в случае наличия или способности данного вида бактерий вырабатывать капсулы (напр., пневмококк, сибиреязвенный бацилл). Флагеллярный антиген разрушается при действии температуры в 100° (или этилового спирта), он термолабилен; соматический антиген, не разрушающийся при кипячении, именуется термо — или коктостабильиым.

Необходимо отметить, что микробы, образующие гладкие или шероховатые колонии, различные в отношении культуральных, биохимических и патогенных свойств (S и Rформы бактерий у одного и того же вида), имеют также и разную антигенную структуру. Соматический антиген даже в подгруппе одной и той же группы бактерий может быть серологически разным. Например, в группе Salmonella S форма отдельных представителей показывает многочисленные и различные по своей специфичности типы соматического антигена. В то же время соответствующие R формы этих бактерий практически неразличимы в отношении феномена агглютинации. Изучение антигенной структуры и установление принадлежности того или иного вида бактерий дает солидную базу для установления типа определенного микроба, т. е. уточняет диагностику и приводит к правильной терапии инфекционного заболевания, а также помогает ориентировке в определенной эпидемиологической ситуации.

В 1927 г. Аркрайт точными экспериментами подтвердил установленный раньше рядом авторов факт, что S варианты бактерий группы Salmonella, как имеющие специфический соматический антиген, значительно вирулентнее вариантов той же группы бактерий, лишенных этого антигена. Это обстоятельство, по крайней мере для бактерий данной групйы, указывает на исключительное значение соматического антигена в инфекционном процессе и на отсутствие связи между фласеллярным антигеном, и вирулентностью микроорганизма. Тем же Аркрайтом установлена исключительная антигенная и вакцинирующая сила соматического антигена в сравнении с флагеллярным.

Над изучением химической природы соматического антигена работают уже с 1917 г., после того, как Догезом и Эвери в культурах пневмококка был обнаружен специфический полисахарид, дававший реакцию преципитации с соответствующей антибактериальной пневмококковой сывороткой. Через 6 лет после этого Гейдельбергер и Эвери продолжили и уточнили исследования Дочеза и Эвери. Согласно этим исследованиям, каждому серологическому типу пневмококка (S-форма с капсулой) соответствует свой специфический полисахарид, извлекаемый из культур и представляющий глицидное вещество капсулы этого микроба. Полисахариды того или иного типа пневмококков различаются как по своим физическим свойствам (вращательная способность), так и по химической конституции (характер и соотношение продуктов гидролиза и т. д.). Полисахариды типоспецифичны и прецппитируются только пневмококковой сывороткой своего типа. Важно отметить, что при диссоциации, идущей в направлении s-*R, специфический полисахарид разрушается и шероховатый вариант уже не содержит его.

По Уайту, полисахарид R — варианта не обладает типоспецифичностью, присущей S варианту.

По Гриффитсу, Эвери и др. только гладкие варианты пневмококков (и с наличием капсулы) показывают выраженную вирулейтность, и только варианты — носители полисахаридов обладают вакцинирующими свойствами. Сыворотки, преципитирующие в высоких разведениях пневмококковый полисахарид, обладают и значительным антиинфекционным действием.

Изучение химической конституции полисахаридов различных бактерий может привести к разрешению вопроса о родстве микробных видов — как будто бы значительно удаленных друг от друга.

В виду того, что Эвери, Морган и др. еще в 1925 г. показали, что полисахариды пневмококков не являются антигенами в истинном смысле и должны быть причислены к типу гаптенов (в смысле Ландштейнера), естественно думать, что антигенные свойства пневмококков и некоторых других бактерий основаны на соединении специфического полисахарида с другими элементами микроба, приводящими полисахаридный гаптен к антигенной функции. Таким естественным „шлеппером" должен быть бактериальный протеин. Эвери и Гейдельбергер и рассматривают антигенное действие полисахаридов как следствие сочетанной функции их (полисахаридов) с протеинами. Соединение между полисахаридами и другими компонентами полного антигена носят характер не чисто химический, а физико-химический.

Значительное количество работ .последнего времени было посвящено изучению антигенной структуры гемолитических стрептококков. Согласно Гриффитсу, все стрептококки, выделяемые от людей, можно разбить на 27 антигенно-серологических групп,— совершенно разных по агглютинации. Лансфильд придерживается другого принципа в проблеме серологической классификации. Путем специфической реакции преципи-

тации она устанавливает ряд групп стрептококков — от ,А“ до „К" включительноНаилучше изученной нужно считать группу „А", в которую входят почти все стрептококки, выделенные от человека. Согласно Лансфильд групповым гаптеном для группы А является полисахарид, типовой же гаптен имеет протеиновую натуру. В самое последнее время (1938 г.) Модд, Чарнецкий, Локерман и Пти изолировали из с i реитококков группы А так называемый „лабильный антиген" протеинового характера, вызывающий при парэнтеральном введении нарастание агглютининов, опсонинов и т. д. в сыворотке иммунизированных животных, лабильные же антигены хорошо вакцинировали мышеи против инфекции соответствующими типами стрептококков.

Мы не останавливаемся здесь на значительном количестве-работ, посвященных иммунохимии туберкулезной микобактерии, т. к. они имеют специальное значение и сводки по данному вопросу имеются в монографиях Кальметта, Лонга и Вейсса, а . также в материалах VI съезда по вопросам биохимии (Лион. 1937 г.), Что касается полисахаридного гаптена М. tbc, то особая роль его выявлена Гейдельбергероя и Менделем (1937 г). Специально иммунологии туберкулезного полисахарида посвящены работы Шлоссмана (1934 г.) и Ионеско-Михаести с сотрудниками (1937 г.). Согласно последним авторам, специфичность полисахаридов туберкулезного микроба до того тонка, что полисахариды из бактерии typ. human, bovin. et. avium можно явственно диференцировать при помощи внутрикожной пробы на ' зараженном животном или человеке. Если подобные исследования получат дальнейшее экспериментальное подтверждение, то они будут иметь не только теоретическое значение, но, без сомнения, внесут много ясности в вопросы аллергической диагностики туберкулеза, т. е. займут особое место при трактовке эпидемиологии и эпизоотологии туберкулезных заболеваний. Значение липоидов Mycobact. tuberculosis, как показали исследования Андерзона и Сабина (в отношении фосфоридон), весьма велико в патогенезе туберкулезной инфекции.

В последние годы особое внимание привлекли работы, касающиеся химии и иммунологии так называемого „полисахаридно-липоидного (глюцидо-липидного) комплекса", оактерии, являющегося по учению Буавена соматическим антигеном. Глюцидо-липидный антигенный комплекс или „полный антиген" Буавена был изучен, начиная с 1933 г. Буавеном и Месробеану (Бухарест) и Топли и Райстрик (1934 г. — Лондон). Обе группы авторов показали, что глюцидо-липидный комплекс бактерий является по сути соматическим антигеном и, в то же время, эндотоксином тех же микроорганизмов

Химическая структура глюцидо-липидного антигена бактерий в деталях изучена еще недостаточно, но, судя по общим реакциям, элементарному составу и устойчивости к протеолитическим энзимам, он не имеет ничего общего с протеинами. Этот антиген в основном представляет соединение полисахарида с жирными, а также уксусной и фосфорной кислотами. Буавен и Месробеану подчеркивают, что соматический антиген в форме указанного комплекса свойственен исключительно грамотрицательныи бактериям; у грамположительных бактерий соматический антиген представлен только полисахаридами. Полисахаридно-липоидный антигенный комплекс изолирован Буавеном из культур бактерий группы Salmonella.

Лисбони с сотр. выделили этот комплекс из культур бактерий группы Brucella. Далее, этот комплекс был изолирован из культур пневмобактерий, вибрионов и в последнее время из менингококков (Шеве). Буавену и его сотрудникам не удалось получить глюцидо-липидный комплекс из культур пневмококка, стафилококка, стрептококка, С. diphtheriae, В. anthracis, а Шлоссман отмечает отсутствие этого комплекса у М. tuberculosis. Гендерсон и Морган установили отсутствие этого комплекса у различных анаэробов-возбудителей газовой гангрены.

Иммунологические и вакцинирующие свойства полисахаридно-липоидного комплекса, изолированного из ряда грамотрицательных бактерий, были изучены Буавеном и Месробеану, а также Топли и Райстриком, а в последнее время и многими другими авторами. В результате этих исследований констатирован факт чрезвычайной важности. Глюцидо-липидный комплекс является антигеном в полном смысле этого слова: при парэнтеральном введении животному этот препарат вызывает появление антител. Подобное обстоятельство тем более интересно, что до последнего времени в иммунологии было принято положение, согласно которому истинными антигенами могут быть лишь протеины. Сыворотка животного, обработанного глюцидо-липидным комплексом, содержит преципитины в отношении комплекса, но дает также и соматическую агглютинацию с бактерией, из тела которой добыт комплекс. Многочисленными исследованиями Буавена и Месробеану установлено, что в иммунологическом отношении глюцидо-липидный комплекс целиком соответствует соматическому антигену, в то же Время этот комплекс является бактериальным эндотоксином. Таким образом глюцидолипидный комплекс может быть выразителем вирулентности видов или расе бактерий, принадлежащих к грамотрицательной группе.

Вакцинирующие свойства глюцидо-липидного комплекса изучены Райстриком и Гопли, в особенности же Буавеном и его сотрудниками. Согласно Буавену, мыши, вакцинированные малыми дозами этого комплекса, впоследствии переносят внутрибрюшинное впрыскивание больших (токсических) доз этого же препарата. Буавен и Месообеану. предприняв опыты вакцинации мышей глюцидо-липидным комплексом, добытым из культур В paratyphi В, В. Aertrycke, В. Gartneri и В. dysentenae наблюдал» весьма показательные результаты. Животные, получившие по 8 интраперитонеальных инъекций (с интервалом в 1 неделю) соответствующего глюцидо-липидного комплекса в дозах от 0,001 мг до 0,2 мг, через 10 дней после последнего впрыскивания антигена показали значительную устойчивость к внутрибрюшинному введению живой и вирулентной культуры соответствующего вида .Salmonella.

За последние 4-5 лет опубликовано много интересных данных об антигенной структуре бактерий. Выдающимися исследованиями Феликса и Питта, а впоследствии и ряда других авторов установл! но, что у бактерий брюшного тифа существует еще одна антигенная (соматическая) фракция, названная ими „антиген Vi“ (антиген вирулентности). Наличие антигена вирулентности у некоторых расе В. typhi отличает этого микроба от громадного большинства других бактерий. В одной из последних работ (июнь 1938' Буавен и Месробеану указывают, что Vi-антиген стоит близко к глюцндо-липидному комплексу. Вирулентные расы В. typhi не агглютинируются антителом соматического антигена и агглютинируются антителом Vi-антигена. Открытие антигена вирулентности, помимо глубокого теоретического интереса, должно иметь исключительно важное практическое значение в разработке новых путей профилактики тех инфекций, возбудители которых несут в себе антиген Vi. Согласно Феликсу (с сотpyiut вакцинирующая сила вакцины стоит в непосредственной связи с наличием или отсутствием антигена Vi в расе бактерии, применяемой для изготовления вакцины. Эти же ученые считают, что профилактические и лечебные свойства сывороток связаны с наличием в них антигена Vi.

Выдающиеся исследования школы Феликса были предметом многочисленных проверок и в дальнейшем углублены работами авторов различных сторон. Кауфман и др. уже через год-два полностью подтвердили наблюдения Феликса относительно исключительной роли антигена Vi, как вакцинирующей субстанции, приводящей организм к состоянию антиинфекционното иммунитета. Но школы Феликса и Кауфмана не согласны между собой в вопросе о сущности действия антигена Vi. По Феликсу антиген Vi усиливает способность микроба, носящего его, к размножению в организме; Кауфман же считает, что антиген Vi влияет на организм своей исключительно высокой токсичностью.

Что касается жгутикового антигена, то реальные доказательства существования его были даны еще в 1924 г. Ореутом, получившим суспензию свободных от бактерий жгутиков, дававшую настоящий феномен агглютинации с антителом этого антигена; при впрыскивании животным такая суспензия вызывала образование антитела против жгутикового антигена. Учение о флагеллярном (жгутиковом) антигене, обоснованное работами Эндрюса, подкрепленное исследованиями Уайта и Кауфмана, получило окончательное оформление после работ специальной комиссии но исследованию группы Salmonella. Установлено, что многие из представителей этой группы могут пребывать в виде двух „фаз“, различаемых по специфичности их антигена: специфичной и неспецифичной. Установление этих фаз в значительной степени облегчает точную диагностику паратифозных инфекций, а для классификации весьма значительного количества видов и типов Salmonella известных в настоящее время, специфичность жгутикового антигена Н играет особую роль.

Что касается роли жгутикового антигена, как фактора вирулентности и вакцинирующих свойств, то еще в 1927 г. Аркрайтом (для салмонелл) установлено, что наличие или отсутствие жгутикового антигена не отражается заметным образом на степени вирулентности микроба, т. к. таковая зависит от наличия или отсутствия в бактерии специфического соматического антигена. Но некоторые новейшие исследования говорят за то, что у подвижных анаэробов жгутиковый антиген, возможно, играет определенную роль в выработке иммунитета. Феликс и Робертсон, а также Гендерсон установили, что подвижные виды анаэробов, хорошо снабженные жгутиками, являются лучшими производителями антител, чем расы, лишенные жгутиков. Чрезвычайно интересным нужно считать недавнее сообщение Гендерсона о том, что чисто антибактериальная сыворотка, содержащая только противожгутиковый агглютинин, показала ясные защитные свойства в отношении токсического анаэроба. Гендерсон считает, что противожгутиковое антитело, лишая бактерйи подвижности, препятствует внедрению их в некротизированную зону и тем тормозит продукцию экзотоксина. Химическая природа агутикового антигена в точности неизвестна, так как мы еще не обладаем достаточно тонкими методами, чтобы дать ему полную химическую характеристику, как это сделано в отношении соматического антигена.

Упомянем еще о работах но изучению антигенной структуры сибиреязвенного бацилла За последние семь лет (193'2—39 гг) проделан ряд весьма интересных работ, раскрывающих сущность антигенного строения этого микроба и вносящих много ясности в вопросы сибиреязвенной инфекции. После того, как благодаря работам перечисленных авторов была установлена роль полисахаридов из пневмококков в процессах инфекции и иммунитета при пневмококковых процессах, Шоккарт получил полисахариды из культур сибиреязвенного бацилла. На основании своих опытов Шоккарт пришел к выводу, что полисахарид В, anthracis играет особую роль в патогенезе этой инфекции, и что агрессивную функцию этого микроба необходимо связать с наличием в нем полисахарида, как соматического антигена. Но более поздними работами Томчика, Ивановича, Потопа и их сотрудников было установлено, что соматический антиген В. anthracis не может ни в какой степени считаться агрессином, т. к. совершенно не обладает соответствующими свойствами. Указанные авторы констатировали при изучении антигенной структуры В. anthracis, что этот бацилл несет в себе два специфических гаптена — полисахарид и капсульное вещество; последнее по Томчику и Ивановичу (с сотрудн.) является полипептидом со входящей в него 1— глютаминовой кислотой. Расы сибиреязвенного бацилла, образующие капсулы, содержат два специфических антигена (гаптена) — полисахаридный и капсульный. Расы, не способные к капсулообразованию, имеют только соматический антиген — полисахарид. Эти весьма важные исследования проливают определенный свет на патогенез сибиреязвенной инфекции. Положительная сторона подобных работ заключается еще и в том, что ими выяснена необходимость ревизии приготовления противосибиреязвенных — лечебных и диагностических — сывороток (Рево). Так, сыворотки, изготовленные гипериммунизацией животных расами В. anthracis, образующими капсулы, содержат полисахаридное и капсульное антитела; введение же бескапсульных рас сибиреязвенного бацилла в организм животного ведет к накоплению в нем только соматического антитела, направленного к соединению с полисахаридом этого микроба. Подобное обстоятельство и должно быть учитываемо в настоящее время учреждениями, занимающимися изготовлением противосибиреязвенных сывороток.

В заключение необходимо отметить, что применение химических методов фракционирования бактериальных антигенов и дальнейшее изучение „чистых" фракций бактериальной клетки неизбежно должно привести к ревизии методов изготовления и титрации специфических биопрепаратов (лечебных сывороток и вакцин); расшифровка антигенного строения возбудителей заразных заболеваний в значительной степени углубит наши знания в области специфической диагностики и патогенеза инфекционных процессов, а также послужит к выяснению многих темных сторон причин смерти при бактериальных инфекциях.