Antigen-Antikörper-Wechselwirkungsreaktion – Definition, Typen, Beispiele, Eigenschaften

Unter Antigen-Antikörper (Ag-Ab)-Wechselwirkung versteht man die biochemische Reaktion, die zwischen Antikörpern und spezifischen Antigenen stattfindet, wenn diese sich in unmittelbarer Nähe befinden, typischerweise in einem Abstand von mehreren Nanometern. Diese Interaktion spielt eine entscheidende Rolle bei der Immunantwort gegen körperfremde Substanzen und Krankheitserreger.

Die Bindung von Antikörpern an spezifische Antigene wird durch die komplementären Regionen auf ihren jeweiligen Molekülen erleichtert. Die Regionen auf dem Antikörper, die Antigene erkennen und daran binden, werden Paratope genannt, während die entsprechenden Regionen auf Antigenen als Epitope bezeichnet werden. Wenn die Paratope von Antikörpern mit den Epitopen von Antigenen in Kontakt kommen, wird eine Reihe von immunologischen Reaktionen ausgelöst, um den Antigenen entgegenzuwirken und sie aus dem Körper zu eliminieren.

Die Wechselwirkung zwischen Antigenen und Antikörpern kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

Antigen + Antikörper ⇄ Ag-Ab complex → Immunreaktion

Diese Gleichung veranschaulicht, dass sich Antigen und Antikörper reversibel binden können, um einen Ag-Ab-Komplex zu bilden, der letztendlich eine Immunantwort gegen das Antigen auslöst.

Das Massenwirkungsgesetz bestimmt die Kinetik dieser Wechselwirkung. Es besagt, dass die Rate der Assoziationskonstante (Ka), die die Bindung von Antigen und Antikörper darstellt, proportional zu den Konzentrationen der Reaktanten ist. Andererseits ist die Geschwindigkeit der Dissoziationskonstante (Kd), die die Trennung von Antigen und Antikörper darstellt, proportional zur Konzentration des Ag-Ab-Komplexes.

Im Gleichgewicht ist das Verhältnis der Konzentration des Ag-Ab-Komplexes zu den Konzentrationen des Antigens und des Antikörpers konstant, und dieses Verhältnis wird als Äquivalenzkonstante (Keq) bezeichnet. Der Gleichgewichtszustand bedeutet, dass die Hin- und Rückreaktion mit gleicher Geschwindigkeit ablaufen, was je nach Bedingungen zu einem stabilen Komplex oder einer Dissoziation führt.

Die Antigen-Antikörper-Wechselwirkung ist ein grundlegender Prozess, der verschiedenen immunologischen Phänomenen zugrunde liegt, einschließlich der Immunabwehr gegen Krankheitserreger, der Antikörper-vermittelten Neutralisierung und diagnostischen Techniken wie Immunoassays. Das Verständnis der Mechanismen und Dynamik von Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen ist entscheidend für die Weiterentwicklung unseres Wissens über Immunologie und die Entwicklung therapeutischer Strategien in der Medizin.

Was ist Antigen (Ag)?

• Ein Antigen (Ag), abgeleitet von den Begriffen „anti“ (gegen) und „gen“ (etwas, das produziert oder verursacht), bezieht sich auf jede fremde Substanz, die in den Körper eindringt und das Potenzial hat, eine Immunantwort auszulösen. Antigene können eine Reihe von Immunreaktionen auslösen, die zur Aktivierung des Immunsystems und zur Produktion spezifischer Antikörper führen.
• Immunogene sind eine bestimmte Art von Antigenen, die beim Eindringen in den Körper direkt eine Immunantwort auslösen. Diese Stoffe sind in der Lage, das Immunsystem eigenständig zu stimulieren und die Produktion von Antikörpern auszulösen oder Immunzellen zu aktivieren. Immunogene können verschiedene Arten von Molekülen wie Proteine, Peptide, Lipide oder Polysaccharide umfassen.
• Im Gegensatz dazu sind Haptene Substanzen, die nicht in der Lage sind, selbst eine Immunantwort auszulösen. Stattdessen benötigen sie die Unterstützung anderer Moleküle, sogenannter Trägerproteine, um immunogen zu werden. Sobald ein Hapten an ein Trägerprotein bindet, kann der resultierende Komplex das Immunsystem stimulieren und eine Immunantwort auslösen.
• Zusammenfassend werden sowohl Immunogene als auch Haptene als Antigene bezeichnet. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Erkennung fremder Substanzen durch das Immunsystem und der anschließenden Aktivierung der entsprechenden Immunantworten.
• Wenn ein Antigen mit dem Immunsystem interagiert, binden bestimmte Regionen auf dem Antigen, sogenannte Epitope, an komplementäre Regionen auf Antikörpern. Diese Bindungsstellen auf Antikörpern sind für die Erkennung und Bindung spezifischer Epitope auf Antigenen verantwortlich. Die Interaktion zwischen Epitopen und Antikörpern ist für das Immunsystem von entscheidender Bedeutung, um eine wirksame Reaktion gegen das Antigen zu entwickeln.
• In der wissenschaftlichen Schreibweise wird zur Darstellung von Antigenen häufig die Abkürzung „Ag“ verwendet. Diese Abkürzung hilft bei Diskussionen und wissenschaftlichen Untersuchungen, Antigene zu identifizieren und von anderen biologischen Molekülen zu unterscheiden.
• Das Verständnis der Natur und Eigenschaften von Antigenen ist in verschiedenen Bereichen von entscheidender Bedeutung, darunter Immunologie, Impfstoffentwicklung, Diagnostik und biomedizinische Forschung. Durch die Untersuchung von Antigenen und ihren Wechselwirkungen mit dem Immunsystem können Wissenschaftler Erkenntnisse über Immunreaktionen gewinnen, gezielte Therapien entwickeln und unser Verständnis von Krankheiten und immunbedingten Störungen verbessern.

Was ist ein Antikörper (Ab)?

• Antikörper haben eine Y-förmige Struktur. Diese Struktur besteht aus zwei identischen schweren Ketten und zwei identischen leichten Ketten, die durch Disulfidbindungen zusammengehalten werden. Durch die Y-Form können Antikörper an Antigene binden und Antigen-Antikörper-Komplexe bilden.
• Antikörper sind Glykoproteine, also Proteine ​​mit angelagerten Kohlenhydratmolekülen. Diese Kohlenhydrate können die Funktion und Stabilität des Antikörpers beeinflussen.
• Plasma-B-Zellen sind für die Produktion von Antikörpern verantwortlich. B-Zellen sind eine Art weißer Blutkörperchen, die sich differenzieren und reifen, um zu Plasmazellen zu werden, die auf die Produktion von Antikörpern spezialisiert sind.
• Der Bereich eines Antikörpers, der Antigene erkennt und daran bindet, wird Paratop genannt. Das Paratop ist komplementär zum Epitop, dem spezifischen Bereich des Antigens, den der Antikörper erkennt und an den er bindet. Die Bindung des Paratops an das Epitop ist hochspezifisch und ermöglicht es den Antikörpern, gezielt auf bestimmte Antigene abzuzielen und mit ihnen zu interagieren.
• There are different types of antibodies, known as immunoglobulin classes or isotypes. The five main classes of immunoglobulins are IgG, IgA, IgM, IgE und IgD. These classes have distinct functions and are involved in different aspects of the immune response. To remember these classes, the mnemonic “GAMED” can be used.
  • IgG antibodies are the most abundant in the bloodstream and are involved in long-term immune protection.
  • IgA antibodies are primarily found in bodily secretions such as saliva, tears, and mucous membranes, providing localized protection.
  • IgM antibodies are the first antibodies produced during an initial immune response and are involved in early defense against pathogens.
  • IgE antibodies are associated with allergic reactions and immune responses against parasites.
  • IgD antibodies have a role in the activation and regulation of the immune system, but their functions are not yet fully understood.

Das Verständnis der Eigenschaften und Funktionen von Antikörpern ist für die Erforschung des Immunsystems, die Entwicklung von Impfstoffen sowie die Diagnose und Behandlung verschiedener Krankheiten von entscheidender Bedeutung. Die spezifischen Wechselwirkungen zwischen Antigenen und Antikörpern stehen im Mittelpunkt vieler immunologischer Prozesse und sind von zentraler Bedeutung für unser Verständnis der Immunität.

Was ist eine Antigen-Antikörper-Wechselwirkung?

• Die Antigen-Antikörper-Interaktion, auch Antigen-Antikörper-Reaktion genannt, beschreibt die spezifischen Wechselwirkungen zwischen Antigenen und Antikörpern. Diese Interaktionen spielen eine entscheidende Rolle bei der Immunantwort und zeichnen sich durch ihre Spezifität und Affinität aus.
• Als Reaktion auf das Vorhandensein von Antigenen produziert das Immunsystem Antikörper. Antigene werden von Antikörpern anhand ihrer Molekülformen, insbesondere der Epitope, erkannt. Epitope sind spezifische Regionen auf Antigenen, an die Antikörper binden.
• Die Wechselwirkung zwischen Antigenen und Antikörpern ist hochspezifisch, was bedeutet, dass ein Antigen typischerweise nur mit Antikörpern reagiert, die gegen es selbst oder eng verwandte Antigene gebildet werden. Diese Spezifität stellt sicher, dass die Immunantwort gezielt und auf das eindringende Antigen gerichtet ist.
• Die Qualität der Passung zwischen dem Epitop und der Bindungsstelle des Antikörpers ist entscheidend für die Stärke der Antigen-Antikörper-Wechselwirkung. Faktoren wie die Geometrie und die chemischen Eigenschaften des Epitops und der Antikörper-Verbindungsstelle tragen zur Stärke der Wechselwirkung bei. Eine bessere Passung zwischen Epitop und Bindungsstelle führt zu günstigeren Wechselwirkungen und führt zu einer höheren Affinität, was bedeutet, dass der Antikörper stärker an das Antigen bindet.
• Affinität bezieht sich auf die Stärke der Bindung zwischen einem Antikörper und seinem entsprechenden Antigen. Sie ist einer der wichtigsten Faktoren für die Wirksamkeit des Antikörpers in vivo, also seine Wirksamkeit im Körper. Antikörper mit hoher Affinität zu ihren Zielantigenen neutralisieren oder eliminieren die Antigene wirksamer, was zu einer robusteren Immunantwort führt.
• Bei der Antigen-Antikörper-Wechselwirkung handelt es sich um eine bimolekulare irreversible Verbindung zwischen Antigen und Antikörper. Diese Assoziation wird durch verschiedene nichtkovalente Wechselwirkungen zwischen dem Epitop (auch antigene Determinante genannt) und der Domäne der variablen Region (VH/VL) des Antikörpers erleichtert. Zu diesen nichtkovalenten Wechselwirkungen gehören Wasserstoffbrückenbindungen, elektrostatische Wechselwirkungen, Van-der-Waals-Kräfte und hydrophobe Wechselwirkungen.
• Das Verständnis der Mechanismen und Dynamik von Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen ist in der Immunologie von wesentlicher Bedeutung, da es die Grundlage für verschiedene immunologische Prozesse wie Immunabwehr, Immuntherapie und diagnostische Techniken wie Immunoassays bildet. Die spezifischen und hochaffinen Wechselwirkungen zwischen Antigenen und Antikörpern sind Schlüsselkomponenten für die Fähigkeit des Immunsystems, schädliche Substanzen zu erkennen und zu beseitigen, und tragen so zu unserer allgemeinen Gesundheit und unserem Wohlbefinden bei.

Stärke der Ag-Ab-Wechselwirkungen

Ähnlich wie Proteine ​​an ihre biologischen Rezeptoren oder Enzyme an ihre Substrate binden, binden Antigene und Antikörper über nichtkovalente Bindungen. Im Gegensatz dazu führen Antigen-Antikörper-Reaktionen bei keinem der Beteiligten, also beim Antigen oder beim Antikörper, zu irreversiblen chemischen Veränderungen. Die Wechselwirkung zwischen Antigen und Antikörper ist reversibel und kann durch eine starke Ionenkraft oder einen extremen pH-Wert blockiert oder gestört werden. Im Folgenden sind einige allgemeine Merkmale dieser Interaktionen aufgeführt:

Physikochemischen Eigenschaften

• Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen umfassen elektrostatische Verbindungen, Wasserstoffbrückenbindungen, Van-der-Waals-Bindungen und hydrophobe Wechselwirkungen als intermolekulare Kräfte.
• Alle diese intermolekularen Drücke hängen von der unmittelbaren Nähe von Antigen- und Antikörpermolekülen ab. Ausschlaggebend für die Stabilität der Antigen-Antikörper-Reaktion ist daher die „hervorragende Übereinstimmung“ zwischen einer antigenen Determinante und einer Antikörper-Bindungsstelle.
• Vielfältige Wechselwirkungen zwischen Antigen und Antikörper gewährleisten eine sichere Bindung des Antigens an die Antikörper.

Affinität

• Affinität bezeichnet die Intensität der Antigen- und Antikörperanziehung.
• Antikörper mit niedriger Affinität binden das Antigen schlecht und neigen dazu, schnell zu dissoziieren, wohingegen Antikörper mit hoher Affinität das Antigen stärker binden und über einen längeren Zeitraum gebunden bleiben.
• Es wird angenommen, dass eine sehr enge Übereinstimmung zwischen den Antigenbindungsstellen und den entsprechenden antigenen Determinanten die Bildung starker nichtkovalenter Wechselwirkungen zwischen Antigen und Antikörper begünstigt, was zu einer hochaffinen Bindung führt.

Affinität quantifiziert die Stärke des Kontakts zwischen einem Epitop und der Antigenbindungsstelle eines Antikörpers. Es wird durch dieselben grundlegenden thermodynamischen Regeln definiert, die jede reversible biomolekulare Wechselwirkung regeln:

• KA = Affinitätskonstante
• [Ab] = molare Konzentration unbesetzter Bindungsstellen auf dem Antikörper
• [Ag] = molare Konzentration unbesetzter Bindungsstellen auf dem Antigen
• [Ab-Ag] = molare Konzentration des Antikörper-Antigen-Komplexes.

Mit anderen Worten gibt KA die Menge an Antikörper-Antigen-Komplex an, die im Gleichgewicht auftritt. Die dafür benötigte Zeit ist proportional zur Diffusionsgeschwindigkeit und für jeden Antikörper gleich. Allerdings binden Antikörper mit hoher Affinität mehr Antigene in kürzerer Zeit als Antikörper mit niedriger Affinität. Daher kann KA für Antikörper zwischen unter 105 mol-1 und über 1012 mol-1 liegen und durch Variablen wie pH-Wert, Temperatur und Pufferzusammensetzung beeinflusst werden.

• Die Gesamtstärke nichtkovalenter Wechselwirkungen zwischen einer einzelnen Ag-Bindungsstelle auf einem Antikörper und einem einzelnen Epitop ist die Affinität des Antikörpers für dieses Epitop.
• Ab mit geringer Affinität: Ag binden schlecht und dissoziieren schnell.
• Ab mit hoher Affinität: Bindet Ag fest und bleibt über einen längeren Zeitraum gebunden.

Begierde

• Die Avidität ist ein Maß für die Gesamtbindungsstärke mehrerer antigener Determinanten und multivalenter Antikörper an ein Antigen.
• In tatsächlichen biologischen Systemen ist Avidität ein besserer Prädiktor für die Stärke von Wechselwirkungen als Affinität.
• Folglich hängt die Avidität einer Antigen-Antikörper-Reaktion von den Wertigkeiten sowohl der Antigene als auch der Antikörper ab und ist größer als die Summe der einzelnen Affinitäten.
• Die Avidität wird von drei Variablen beeinflusst;
  • Die Bindungsaffinität: Die Bindungsaffinität ist die Stärke der Verbindung zwischen zwei Molekülen an einer einzelnen Bindungsstelle.
  • Die Wertigkeit: Die Gesamtzahl der beteiligten Bindungsstellen.
  • Die strukturelle Anordnung: die beteiligten Antigen- und Antikörperstrukturen.
• Alle Antikörper sind multivalent, z. B. sind IgMs dekavalent, während IgGs bivalent sind. Je höher die Wertigkeit (Anzahl der Antigenbindungsstellen) eines Immunglobulins ist, desto mehr Antigene kann es binden. Antigene können auch multivalent sein, da sie an mehrere Antikörper binden können. Die Stabilität eines Antikörpers und eines Antigens wird durch ihre multimeren Wechselwirkungen erleichtert.
• Darüber hinaus kann eine günstige strukturelle Anordnung zwischen Antikörper und Antigen zu einem stabileren Antikörper-Antigen-Komplex führen.
• Avidität ist die Stärke zahlreicher Wechselwirkungen zwischen multivalentem Ab und Ag. Avidität ist ein genauerer Indikator für das Bindungspotenzial eines Antikörpers als Affinität. Eine hohe Avidität könnte eine geringe Affinität ausgleichen.

Spezifität

• Unter Spezifität versteht man die Fähigkeit einer Antikörperbindungsstelle, mit einer einzelnen antigenen Determinante zu reagieren, oder die Fähigkeit einer Population von Antikörpermolekülen, mit einem einzelnen Antigen zu reagieren.
• Typischerweise weisen Antigen-Antikörper-Reaktionen einen hohen Grad an Spezifität auf.
• Dennoch kommt es manchmal zu Kreuzreaktionen zwischen Antigenen und Antikörpern, die gelegentlich für die Entstehung von Krankheiten beim Wirt und für fehlerhafte diagnostische Testergebnisse verantwortlich sind.
• Antikörper können spezifische Unterschiede erkennen in:
  • Primärstruktur eines Antigens.
  • isomere Formen eines Antigens. 
  • Sekundär- und Tertiärstruktur eines Antigens.

Kreuzreaktivität

• Obwohl Antigen-Antikörper-Reaktionen sehr spezifisch sind, kann es in manchen Fällen zu einer Kreuzreaktion eines Antikörpers kommen, der von einem nicht verwandten Antigen produziert wird.
• Dies geschieht, wenn zwei unterschiedliche Antigene ein identisches oder sehr ähnliches Epitop haben.
• Im letzteren Fall ist die Affinität des Antikörpers für das kreuzreagierende Epitop typischerweise geringer als seine Affinität für das ursprüngliche Epitop.
• Antiseren, die polyklonale Antikörper enthalten, reagieren aufgrund des Vorhandenseins gemeinsamer Epitope oder Epitope mit vergleichbaren Konformationen häufig mit Immunogenen, die in gewisser Weise mit den zur Immunisierung verwendeten Immunogenen verwandt sind.

Eigenschaften der Antigen-Antikörper-Wechselwirkung

Die Antigen-Antikörper-Interaktion besitzt mehrere unterschiedliche Eigenschaften, die zu ihrer wesentlichen Rolle bei der Immunantwort beitragen. Zu diesen Eigenschaften gehören:

1. Hochspezifische Reaktion: Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen weisen ein hohes Maß an Spezifität auf. Antikörper erkennen spezifische Epitope auf Antigenen und binden daran, was zu einer gezielten Immunantwort gegen bestimmte Fremdstoffe führt.
2. Beobachtbare Interaktion: Die Bindung von Antigenen und Antikörpern kann durch verschiedene Techniken wie Immunoassays oder Mikroskopie beobachtet werden, die den Nachweis und die Analyse dieser Wechselwirkungen ermöglichen.
3. Nichtkovalente Wechselwirkungen: Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen werden durch nichtkovalente Kräfte vermittelt, darunter Van-der-Waals-Kräfte, Ionenbindungen, Wasserstoffbrückenbindungen und hydrophobe Wechselwirkungen. Diese schwachen, aber spezifischen Wechselwirkungen ermöglichen eine reversible Bindung zwischen Antigenen und Antikörpern.
4. Keine Denaturierung von Antikörpern und Antigenen: Die Bindung von Antigenen und Antikörpern führt bei keinem der Moleküle zu Denaturierung oder irreversiblen Strukturveränderungen. Dies ermöglicht die Dissoziation des Antigen-Antikörper-Komplexes unter geeigneten Bedingungen.
5. Reversibilität: Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen sind reversibel, was bedeutet, dass der zwischen Antigen und Antikörper gebildete Komplex wieder in separate Einheiten zerfallen kann. Diese Reversibilität ist wichtig für die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der Immunantwort.
6. Affinität: Affinität bezieht sich auf die Stärke, mit der ein Antigen an eine einzelne Antigenbindungsstelle auf einem Antikörper bindet. Es ist ein Maß für die Spezifität und Intensität der Wechselwirkung zwischen einem bestimmten Antigen und einem Antikörper.
7. Begierde: Avidität ist ein umfassenderes Konzept als Affinität und stellt die Gesamtstärke des Antigen-Antikörper-Komplexes dar. Dabei werden Faktoren wie die Affinität des Antikörpers, die Wertigkeit (Anzahl der Bindungsstellen) sowohl des Antikörpers als auch des Antigens sowie die strukturelle Anordnung von Epitopen und Paratopen berücksichtigt.
8. Kreuzreaktivität: Unter Kreuzreaktivität versteht man die Fähigkeit eines Antikörpers, an ähnliche Epitope auf verschiedenen Antigenen zu binden. Diese Eigenschaft ermöglicht es Antikörpern, strukturell verwandte Antigene zu erkennen und darauf zu reagieren, selbst wenn sie ursprünglich gegen ein anderes Antigen erzeugt wurden.

Antigen-Antikörper-Wechselwirkung/Reaktionsstadien

Die Antigen-Antikörper-Reaktion besteht aus zwei Phasen: der primären und der sekundären.

1. Primärstufe

• Der erste Kontakt zwischen Antigen und Antikörper wird als Primärstadium bezeichnet. Es ist schnell und reversibel, aber seine Folgen sind unsichtbar.
• Die ionischen Bindungen, Wasserstoffbrückenbindungen, Van-der-Waals-Kräfte und hydrophoben Wechselwirkungen sind die schwächeren intermolekularen Kräfte, die Antigene und Antikörper in diesem Primärstadium aneinander binden.
• Eine kovalente Bindung, also eine stärkere intermolekulare Kraft zwischen Antigen und Antikörper, findet in diesem Stadium jedoch nicht statt.

2. Sekundärstufe

• The secondary stage involves an irreversible interaction between antigen and antibody, accompanied by observable results such as agglutination, precipitation, neutralisation, complement fixation, and immobilisation of motile organisms.
• In diesem Schritt kommt es zu einer kovalenten Bindung zwischen dem Antigen und dem Antikörper.
• Ein einzelner Antikörper kann eine Vielzahl von Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen hervorrufen, und ein einzelnes Antigen kann die Bildung von Immunglobulinklassen mit unterschiedlichen biologischen Merkmalen stimulieren.
• Im Allgemeinen werden Titer verwendet, um die Ergebnisse von Agglutinations-, Fällungs-, Neutralisations- und anderen Tests auszudrücken.
• Der Titer ist definiert als die höchste Serumverdünnung, die zu einem positiven Testergebnis führt. Ein höherer Titer weist auf eine höhere Antikörperkonzentration im Serum hin. Ein Serum mit einem Titer von 1/128 hat beispielsweise mehr Antikörper als eines mit einem Titer von 1/8.

Faktoren, die die Antigen-Antikörper-Interaktion/-Reaktion beeinflussen

Mehrere Faktoren beeinflussen die Antigen-Antikörper-Wechselwirkung und beeinflussen die Stärke und Spezifität der Reaktion. Einige häufige Faktoren sind:

1. Temperaturen: Die Temperatur, bei der die Antigen-Antikörper-Reaktion stattfindet, kann die Stabilität und Kinetik der Wechselwirkung beeinflussen. Verschiedene an der Reaktion beteiligte Bindungen, wie etwa Wasserstoffbrückenbindungen und hydrophobe Bindungen, weisen unterschiedliche Temperaturempfindlichkeiten auf. Beispielsweise sind Wasserstoffbrückenbindungen bei niedrigeren Temperaturen stabiler, während hydrophobe Wechselwirkungen bei höheren Temperaturen bevorzugt sind.
2. pH: Der pH-Wert der Umgebung kann die Konformation von Antikörpern und Antigenen beeinflussen und somit deren Bindungsfähigkeit beeinflussen. Der optimale pH-Bereich für die meisten Antigen-Antikörper-Reaktionen liegt zwischen 6.5 und 8.5. Extreme pH-Werte können die Konformationsintegrität von Antikörpern stören und die Interaktion hemmen.
3. Ionenstärke: Das Vorhandensein von Ionen, insbesondere Natrium- (Na+) und Chloridionen (Cl-), kann die Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen beeinflussen. In der Blutgruppenserologie kann die Ionenstärke der Lösung die Reaktion maßgeblich beeinflussen. In normaler Kochsalzlösung vorhandene Natrium- und Chloridionen können sich um den Antigen-Antikörper-Komplex ansammeln, Ladungen teilweise neutralisieren und möglicherweise die Bindung des Antikörpers an das Antigen beeinträchtigen.
4. Enzymbehandlung: Proteolytische Enzyme wie Papain, Ficin und Bromelain können zur Verstärkung von Antigen-Antikörper-Reaktionen eingesetzt werden. Diese Enzyme können bestimmte Regionen von Antikörpern spalten, was zu verbesserten Bindungsfähigkeiten oder der Produktion von Fragmenten mit veränderten Bindungseigenschaften führt.
5. Konzentrationen von Antigen und Antikörper: Eine Erhöhung der Konzentrationen sowohl des Antigens als auch des Antikörpers kann die Wahrscheinlichkeit und Stärke der Antigen-Antikörper-Wechselwirkung erhöhen. Höhere Konzentrationen bieten mehr Möglichkeiten für die Bindung von Antikörpern an Antigene.
6. Anzahl der Antigen-Bindungsstellen: The number of antigen-binding sites on an antibody can impact the efficiency of the interaction. Antibodies with multiple binding sites, such as IgM (pentamer with ten binding sites), have a higher chance of interacting with antigens compared to antibodies with fewer binding sites, such as IgG (monomer with two binding sites).
7. Bauliche Anordnung: Die strukturelle Kompatibilität zwischen dem Epitop auf dem Antigen und dem Paratop auf dem Antikörper ist entscheidend für eine starke Wechselwirkung. Wenn Epitop und Paratop komplementäre Formen haben, ähnlich einem Schloss und Schlüssel, erhöht dies die Bindungseffizienz zwischen Antigen und Antikörper.

Die Berücksichtigung dieser Faktoren ist wichtig für die Optimierung von Antigen-Antikörper-Reaktionen in verschiedenen Anwendungen, einschließlich diagnostischer Tests, immunologischer Forschung und therapeutischen Interventionen. Zu verstehen, wie diese Faktoren die Wechselwirkung beeinflussen, kann bei der Gestaltung von Experimenten, der Kontrolle der Reaktionsbedingungen und der Gewährleistung genauer und zuverlässiger Ergebnisse hilfreich sein.

Chemische Bindungen, die für die Wechselwirkung/Reaktion verantwortlich sind

Die Antigen-Antikörper-Wechselwirkung wird durch verschiedene Arten nichtkovalenter chemischer Bindungen vermittelt. Diese Bindungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Bindung zwischen dem Antigen und dem Antikörper und ermöglichen Spezifität und reversible Wechselwirkung. Im Folgenden sind die wichtigsten chemischen Bindungen aufgeführt, die für die Antigen-Antikörper-Reaktion verantwortlich sind:

1. Elektrostatische Bindungen: Elektrostatische Bindungen entstehen durch die Anziehung zwischen entgegengesetzt geladenen ionischen Gruppen zweier Proteinseitenketten. Beispielsweise kann eine ionisierte Aminogruppe (NH4+) an Lysin im Antikörper mit einer ionisierten Carboxylgruppe (COO-) an einem Aspartatrest im Antigen interagieren.
2. Wasserstoffbrückenbindung: Bei der Interaktion von Antigen und Antikörper können sich Wasserstoffbrückenbindungen zwischen bestimmten hydrophilen Gruppen in unmittelbarer Nähe bilden. Wasserstoffbrückenbindungen treten zwischen Gruppen wie Hydroxyl- (OH) und Carbonyl- (C=O), Amino- (NH) und Carbonyl- (C=O) sowie Amino- (NH) und Hydroxyl- (OH) Gruppen auf.
3. Hydrophobe Wechselwirkungen: Hydrophobe Wechselwirkungen spielen eine wichtige Rolle bei der Antigen-Antikörper-Bindung. Hydrophobe Gruppen, wie die Seitenketten von Aminosäuren wie Valin, Leucin und Phenylalanin, neigen dazu, sich miteinander zu verbinden. Diese Wechselwirkungen führen zum Ausschluss von Wassermolekülen aus ihrer Umgebung und tragen zur Gesamtstärke der Antigen-Antikörper-Bindung bei. Hydrophobe Wechselwirkungen können bis zu 50 % der Gesamtfestigkeit der Bindung ausmachen.
4. Van-der-Waals-Anleihen: Van-der-Waals-Kräfte sind schwache Anziehungskräfte, die durch Wechselwirkungen zwischen den Elektronenwolken entstehen, die das Antigen und die Antikörpermoleküle umgeben. Diese Kräfte hängen von den Schwankungen der Elektronendichte ab und können mit Wechselwirkungen zwischen alternierenden Dipolen in zwei Molekülen verglichen werden. Durch die enge Anordnung entgegengesetzt ausgerichteter Dipole im Antigen und im Antikörper können diese Anziehungskräfte zur Antigen-Antikörper-Bindung beitragen.

Diese nichtkovalenten Wechselwirkungen wirken über sehr kurze Distanzen, typischerweise etwa 1 Å (Angström). Daher beruht die Antigen-Antikörper-Wechselwirkung auf einer engen Passung zwischen dem Antigen und dem Antikörper, wobei die Bindungsstelle des Antikörpers (Paratop) genau mit der Molekülform des Antigens (Epitop) übereinstimmt. Die Stärke und Spezifität der Antigen-Antikörper-Bindung werden durch die kombinierten Wirkungen dieser nichtkovalenten chemischen Bindungen bestimmt, wodurch eine selektive und reversible Wechselwirkung zwischen den beiden Molekülen gewährleistet wird.

Arten der Antigen-Antikörper-Interaktion/-Reaktion

Serologische Tests werden üblicherweise zur Identifizierung von Serumantikörpern oder -antigenen verwendet, um eine Vielzahl von Infektionskrankheiten zu diagnostizieren. Diese serologischen Tests werden auch zur Identifizierung von Autoimmunerkrankungen sowie zur Typisierung von Blut und Gewebe vor einer Transplantation eingesetzt. Hier sind einige Beispiele für Antigen-Antikörper-Reaktionen:

1. Niederschlag
2. Agglutination
3. komplementabhängige serologische Tests
4. Neutralisationstest
5. Opsonisierung
6. Immunfluoreszenz
7. Enzymimmunoassay
8. Radioimmunoassay
9. Western-Blotting
10. Chemilumineszenz-Assay
11. Immunelektronenmikroskopische Tests.

1. Niederschlagsreaktion

• Es handelt sich um eine Art Antigen-Antikörper-Reaktion, bei der das Antigen löslich ist.
• Dabei handelt es sich um einen Test, bei dem Antikörper mit löslichem Antigen in Gegenwart von Elektrolyt bei einem vorgegebenen pH-Wert und einer vorgegebenen Temperatur reagieren und einen Niederschlag bilden. Antigene und Antikörper bilden ein Gitter; in bestimmten Fällen fällt es als unlöslicher Niederschlag auf.
• Präzipitine sind Antikörper, die lösliche Antigene aggregieren. Wenn der Niederschlag als Flocken suspendiert bleibt und sich nicht absetzt, wird dieser Vorgang als Flockung bezeichnet.
• Die Bildung eines Antigen-Antikörper-Gitters hängt sowohl von der Wertigkeit des Antigens als auch des Antikörpers ab.
• Der Antikörper muss bivalent sein; Einwertige Fab-Fragmente erzeugen keinen Niederschlag.
• Das Antigen muss entweder bivalent oder polyvalent sein und mindestens zwei Kopien desselben Epitops oder verschiedener Epitope enthalten, die mit unterschiedlichen Antikörpern in polyklonalen Antiseren reagieren.

Arten von Niederschlagsreaktionen

Niederschlagsreaktionen lassen sich häufig in drei Kategorien einteilen:

1. Niederschlag in Lösung: Die Ausfällung in Lösung wird durch Ring- und Flockungstests veranschaulicht.
2. Agar-Fällung: The agar gel precipitation test is known as the immunodiffusion test. In this test, reactants are introduced to the gel, and the antigen–antibody combination takes place through diffusion. The rate of diffusion is influenced by the particle size, temperature, gel viscosity, quantity of hydration, and matrix-reactant interactions. Immunodiffusion reactions are characterised according to (a) the number of diffusing reactants and (b) the direction of diffusion:
   1. Einzelne Diffusion in einer Dimension
   2. Einzelne Diffusion in zwei Dimensionen
   3. Doppelte Diffusion in zwei Dimensionen
   4. Doppelte Diffusion in einer Dimension
3. Fällung in Agar mit elektrischem Feld: Beispiele für die Fällung in Agar unter Verwendung eines elektrischen Feldes umfassen Immunelektrophorese, Gegenstrom-Immunelektrophorese, Raketenelektrophorese, zweidimensionale Immunelektrophorese, Turbidimetrie und Nephelometrie.

Anwendung der Fällungsreaktion

• Beispielsweise der Nachweis eines unbekannten Antikörpers zur Diagnose einer Infektion. Der VDRL-Test erkennt Syphilis.
• Toxine und Antitoxine sollten standardisiert werden.
• Identifying Bacteria, such as E. coli Clusters of streptococci that have been calcified
• Identification of bacterial component, such as the thermoprecipitin test for Bacillus Anthracis entwickelt von Ascoli.

2. Agglutinationsreaktion

• Die Wechselwirkung zwischen einem Antikörper und einem Partikelantigen führt zu einem Phänomen, das als Agglutination bezeichnet wird.
• Antibodies that induce such responses are known as agglutinins. IgM antibody agglutination is superior to IgG antibody agglutination.
• Antikörper excess also reduces the agglutination response; this inhibition is known as the prozone phenomenon.
  • Antikörper detection is more sensitive via agglutination than precipitation.
  • Eine optimale Agglutination entsteht, wenn Antigene und Antikörper in gleichen Mengen reagieren. 
• Bei einer Überproduktion eines Antikörpers oder Antigens kann das Prozonenphänomen beobachtet werden. Obwohl unvollständige oder monovalente Antikörper an das Antigen binden, erzeugen sie keine Agglutination.
• Sie können als blockierende Antikörper fungieren und die Agglutination durch die anschließende Zugabe des vollständigen Antikörpers hemmen.

Arten der Agglutination

Die Agglutination wird in drei Gruppen eingeteilt:

1. Direkte Agglutination: Es gibt folgende Arten von direkter Agglutination: (a) Objektträger-Agglutination, (b) Röhrchen-Agglutination, (c) heterophile Agglutination und (d) Antiglobulin-Test (Coombs-Test).
2. Passive Agglutination: Bei der passiven Agglutination werden antigenbeschichtete Trägerpartikel verwendet. Dies geschieht typischerweise, um Fällungsreaktionen in Agglutinationsreaktionen umzuwandeln, da letztere einfacher durchzuführen und zu verstehen und empfindlicher für den Nachweis von Antikörpern sind als Fällungsreaktionen.
3. Umgekehrte passive Agglutination: Unter umgekehrter passiver Agglutination versteht man den Nachweis von Antigenen durch Adsorption des Antikörpers anstelle von Antigenen auf dem Trägerpartikel.

Anwendung der Agglutinationsreaktion

• Cross-matching and blood grouping
• Charakterisierung von Bakterien, Serotypisierung von Vibrio cholera, Salmonellen Typhi, and Paratyphi, for example.
• Diagnose zahlreicher Krankheiten mittels Serologie. Beispiel: Rapid Plasma Regains (RPR)- und Antistreptolysin O (ASO)-Tests für Syphilis bzw. rheumatisches Fieber.
• Nachweis eines nicht identifizierten Antigens in klinischen Proben. Nachweis des Vi-Antigens von Salmonellen Typhi im Urin zum Beispiel. 

3. Komplementabhängige serologische Tests

• Normal serum contains a set of serum proteins known as the complement system. Twenty or more serum proteins interact with one another and the cell membrane to form the system.
• Es handelt sich um eine Stoffwechselkaskade, die dabei hilft, den Körper von Infektionen zu befreien.
• Es unterstützt Antikörper dabei, Keime zu lysieren, die Phagozytose zu stimulieren und die immunologische Adhäsion zu erhöhen.

Arten komplementabhängiger serologischer Tests

Folgende Arten komplementabhängiger serologischer Tests sind möglich: 1. Komplementfixierungstest 2. Immunadhärenztest 3. Immobilisierungstest 4. Zytolytische oder zelltötende Reaktionen

A. Komplementfixierungstest

• The complement fixation test is based on the premise that when antigen and IgM or IgG antibodies are combined, complement is “fixed” to the antigen–antibody combination.
• Geschieht dies auf der Oberfläche von Erythrozyten, wird die Komplementkaskade aktiviert, was zu einer Hämolyse führt.
• Two antigen–antibody complement systems comprise the complement fixation test: (a) an indicator system and (b) a test system.

B. Immunadhärenztest

• Bestimmte Infektionen (z. B. Vibrio cholerae, Treponema pallidum, etc.) respond with certain antibodies in the presence of complement and adhere to erythrocytes or platelets during an immune adherence test.
• Unter Immunadhärenz versteht man die Adhäsion von Zellen an Bakterien, die die Phagozytose von Keimen unterstützt.

C. Immobilisierungstest 

• Bestimmte lebende Bakterien wie T. pallidum werden immobilisiert, wenn sie in einem komplementabhängigen Immobilisierungstest mit dem Serum eines Patienten in Gegenwart von Komplement gemischt werden.
• Dies ist die Grundlage für den Immobilisierungstest für T. pallidum. Ein positives Ergebnis weist darauf hin, dass das Serum treponemale Antikörper enthält.

D. Zytolytische oder zytozide Reaktionen

• Wenn ein lebendes Bakterium wie V. cholerae mit seinem speziellen Antikörper in Gegenwart von Komplement kombiniert wird, wird es zerstört und lysiert.
• Dies ist die Grundlage des Tests zur Bestimmung von Anti-Cholera-Antikörpern im Serum.

Anwendung komplementabhängiger serologischer Tests

In der Vergangenheit wurden Komplementfixierungsreaktionen zur Diagnose zahlreicher Krankheiten eingesetzt, darunter:

• Der Wassermann-Test dient dem Nachweis einer Syphilis.
• Antikörper screenings against M. smegmatis pneumoniae, Bordetella pertussis, numerous other viruses, and to fungus (such as Cryptococcus spp., Histoplasma, and Coccidioides immitis). This test is no longer administered since it is technically very complicated and frequently difficult.

4. Neutralisationstests

• Neutralisierung ist eine Antigen-Antikörper-Reaktion, bei der homologe Antikörper, sogenannte neutralisierende Antikörper, die biologischen Wirkungen von Viren und Giften zunichte machen.

Arten von Neutralisationstests

Im Allgemeinen lassen sich diese Tests in zwei Kategorien einteilen: (a) Virusneutralisationstests und (b) Toxinneutralisationstests.

A. Tests zur Virusneutralisierung

• Testing for the neutralisation of viruses by their specific antibodies is known as virus neutralisation. Inoculation of viruses into cell cultures, eggs, and animals leads to viral replication and proliferation.
• Die Injektion virusspezifischer neutralisierender Antikörper in diese Systeme hemmt die Virusreplikation und -proliferation.
• Dies ist die Grundlage für den Virusneutralisationstest. Der virale Hämagglutinationshemmungstest ist ein Beispiel für einen Virusneutralisationstest, der üblicherweise zur Diagnose von Viruserkrankungen wie Grippe, Masern und Mumps verwendet wird.
• If the patient’s serum includes antibodies against particular viruses that have the property of agglutinating red blood cells, these antibodies will bind to the viruses and prevent agglutination of the red blood cells.

B. Toxinneutralisationstests

Toxinneutralisationstests basieren auf der Annahme, dass die biologische Wirkung eines Toxins durch spezielle neutralisierende Antikörper, sogenannte Antitoxine, zunichte gemacht werden kann. Beispiele für Neutralisationstests sind:

• In vivo – (a) Schick-Test zum Nachweis der Immunität gegen Diphtherie und (b) Clostridium welchii-Toxin-Neutralisationstest bei Meerschweinchen oder Mäusen. 
• In vitro—(a) antistreptolysin O test and (b) Nagler reaction used for rapid detection of C. welchii.

5. Opsonisierung

• Durch die Kombination mit Opsonin wird ein partikuläres Antigen durch den Prozess der Opsonisierung anfälliger für Phagozytose.
• Das Opsonin ist eine hitzelabile Substanz, die in normalem Frischserum vorkommt.
• Im Gegensatz zu Opsonin ist Bakteriotropin ein hitzestabiler Serumbestandteil mit ähnlichen Funktionen wie Opsonin.
• Die Definition des Wortes „opsonischer Index“ ist das Verhältnis der phagozytischen Aktivität des Blutes eines Patienten für ein bestimmtes Bakterium zur phagozytischen Aktivität des Blutes eines gesunden Individuums.
• Es dient der Untersuchung des Resistenzverlaufs im Krankheitsverlauf. Zur Bestimmung wird frisches Citratblut mit einer Bakteriensuspension 37 Minuten lang bei 15 °C inkubiert und die durchschnittliche Anzahl phagozytischer Bakterien aus gefärbten Blutausstrichen berechnet.

6. Immunfluoreszenz

• Fluoreszenz ist die Eigenschaft einiger Farbstoffe, Lichtstrahlen einer bestimmten Wellenlänge (ultraviolettes Licht) zu absorbieren und sie bei einer anderen Wellenlänge (sichtbares Licht) zu emittieren.
• Antikörper molecules can be attached to fluorescent dyes such fluorescein isothiocyanate and lissamine rhodamine.
• Unter ultravioletter (UV) Strahlung emittieren sie im Fluoreszenzmikroskop blaugrüne bzw. orangerote Fluoreszenz.
• Dies ist die Grundlage für die immunologische Untersuchung. Immunfluoreszenztests haben zahlreiche diagnostische und Forschungsanwendungen. 

Arten der Immunfluoreszenz

Diese Untersuchungen lassen sich häufig in zwei Kategorien einteilen: 1. Test der direkten Immunfluoreszenz, 2. Test der indirekten Immunfluoreszenz

A. Direkter Immunfluoreszenztest

• Unter Verwendung eines markierten Antikörpers, der direkt mit dem unbekannten Antigen interagiert, wird ein direkter Immunfluoreszenztest verwendet, um unbekanntes Antigen in einer Zelle oder einem Gewebe zu identifizieren.
• Wenn Antigen vorhanden ist, reagiert es mit markiertem Antikörper und das mit Antikörper beschichtete Antigen kann unter UV-Fluoreszenzlicht nachgewiesen werden.
• Der größte Nachteil des direkten Immunfluoreszenztests besteht darin, dass für jeden Krankheitserreger ein eigener markierter Antikörper hergestellt werden muss.

B. Indirekter Immunfluoreszenztest

• Der indirekte Immunfluoreszenztest wird zur Serodiagnose zahlreicher Infektionskrankheiten eingesetzt, um bestimmte Antikörper im Serum und anderen Körperflüssigkeiten zu identifizieren. Die indirekte Immunfluoreszenz ist eine zweistufige Methode.
• Im ersten Schritt wird ein bekanntes Antigen auf einen Objektträger aufgebracht.
• Anschließend wird das Serum des Testpatienten auf den Objektträger gegeben und anschließend gründlich gewaschen. Wenn das Serum des Patienten Antigen-spezifische Antikörper enthält, binden diese an das Antigen auf dem Objektträger.
• In the second step, the combination of antibody and antigen can be identified by adding a fluorescent dye-labeled antibody to human IgG, which is then analysed using a fluorescence microscope.
• Im ersten Schritt des indirekten Immunfluoreszenztests wird ein fixiertes Antigen (z. B. in einer Zelle oder einem Gewebe) mit einem unmarkierten Antikörper inkubiert, der an das Antigen bindet.
• Nach gründlichem Waschen wird dem Abstrich ein fluoreszierender Antikörper (z. B. Anti-IgG mit Fluoreszenzmarkierung) zugesetzt. Dieser zweite Antikörper bindet an den ersten und ermöglicht so die Visualisierung der Antigen-Antikörper-Kombination unter einem Fluoreszenzmikroskop.
• The indirect method has the advantage that a single labelled antiglobulin (antibody to IgG) can be used as a “universal reagent” to detect a variety of unique antigen–antibody responses.
• Typischerweise ist der Test empfindlicher als die direkte Immunfluoreszenz.
• Die Grenzen der Immunfluoreszenz liegen darin, dass sie (a) ein kostspieliges Fluoreszenzmikroskop und Chemikalien, (b) geschultes Personal und (c) einen subjektiven Aspekt erfordert, der zu ungenauen Ergebnissen führen kann.

Anwendung der Immunfluoreszenz

• Direkter Immunfluoreszenztest zur Antemortem-Diagnose von Tollwut: Dieser Test dient zum Nachweis des Tollwutvirus-Antigens im Hautabstrich aus dem Nacken von Menschen und im Speichel von Hunden.
• Wird auch zur N-Detektion verwendet. gonorrhoeae, CT Diphtheriae pallidum usw. direkt in relevanten klinischen Proben.
• Erkennen Sie bestimmte Antikörper für die Serodiagnose von Infektionskrankheiten wie Syphilis, Leptospirose, Amöbiasis und Toxoplasmose.
• Verwenden Sie fluoreszierende Antikörper, die für verschiedene Immunglobulin-Isotypen spezifisch sind, um die Klasse eines bestimmten Antikörpers zu bestimmen.
• Identifizieren und quantifizieren Sie Lymphozyten-Subpopulationen mithilfe monoklonaler Antikörper und Zytofluorographien.
• Bei Autoimmunerkrankungen Autoantikörper nachweisen, beispielsweise antinukleäre Antikörper.

7. Enzymimmunoassays

• Enzymimmunoassays (EIAs) können zum Nachweis von Antigenen oder Antikörpern im Serum des Patienten und anderen Körperflüssigkeiten eingesetzt werden.
• Enzyme-labeled antigen or antibody is utilised in EIA methods. EIA tests utilise alkaline phosphatase, horseradish peroxidase, and galactosidase as enzymes.
• EIAs are routinely employed enzyme-linked immunosorbent tests (ELISAs). Peter Perlmann and Eva Engvall of Stockholm University, Sweden, first conceptualised and developed the ELISA Technik.
• Bei diesen Tests wird ein für das Antigen oder Antikörper spezifisches Immunosorbens verwendet.
• Nach der Antigen-Antikörper-Reaktion wird ein enzymspezifisches chromogenes Substrat (o-Phenyldiamin-Dihydrochlorid für Peroxidase, p-Nitrophenylphosphat für alkalische Phosphatase usw.) hinzugefügt.
• Um die Reaktion nachzuweisen, wird die optische Dichte gemessen. Typischerweise werden die unbekannten Antigen- oder Antikörperkonzentrationen mithilfe einer Standardkurve bestimmt, die auf bekannten Antigen- oder Antikörperkonzentrationen basiert.

Arten von Enzymimmunoassays

There are a variety of ELISAs for detecting and quantifying antigens or antibodies in serum and other body fluids.These include: (a) indirect ELISA, (b) sandwich ELISA, (c) competitive ELISA, and (d) ELISPOT assay.

• Indirekt ELISA: The indirect ELISA is used to quantify antibody concentrations in serum and other bodily fluids.
• Sandwich ELISA: Sandwich ELISA is utilised for antigen detection. This test involves coating and immobilising the known antibody on the wells of microtiter plates. The antigen-containing test sample is added to the wells and allowed to react with the antibodies in the wells.
• Konkurrenzfähig ELISA: Konkurrenzfähig ELISA is another method for determining the amount of antibodies in a sample, such as serum. The test employs two specific antibodies, one coupled with an enzyme and the other present in the test serum (if the serum is antibody-positive). There is competition between the two antibodies for the identical antigen.
• ELISPOT-Assay: The ELISPOT assay is a variation of the ELISA assay. It enables the quantitative assessment of the number of cells in a population that produce antibodies specific for a certain antigen or an antigen for which a specific antibody exists. These tests have found widespread application in cytokine quantification. 

Anwendung von Enzymimmunoassays

• Sandwich ELISA is utilised to detect rotavirus and Escherichia coli enterotoxin in faeces.
• Konkurrenzfähig ELISA is the most popular method for detecting HIV antibodies in the serum of HIV-positive patients.
• The test is widely utilised to determine blood antibodies for the diagnosis of human immunodeficiency virus (HIV) infection, Japanese encephalitis, dengue, and numerous other viral infections.

8. Radioimmunoassay

• Wenn zur Markierung von Antigenen oder Antikörpern Radioisotope anstelle von Enzymen eingesetzt werden, wird die Technik zum Nachweis der Antigen-Antikörper-Kombination als Radioimmunoassay (RIA) bezeichnet.
• Solomon Berson und Rosalyn Yalow vom New York Veterans Administration Hospital waren die ersten, die 1960 RIA zur Messung von endogenem Plasmainsulin beschrieben.
• Yalow erhielt 1977 den Nobelpreis für Medizin für die Entdeckung des RIA für Peptidhormone, doch Berson konnte den Preis aufgrund seines tragischen Todes im Jahr 1972 nicht teilen.
• Die klassischen RIA-Methoden basieren auf dem Prinzip der kompetitiven Bindung. Bei dieser Technik konkurriert unmarkiertes Antigen mit radioaktiv markiertem Antigen um die Bindung an den jeweiligen Antikörper.
• Wenn Mischungen aus radioaktiv markiertem und unmarkiertem Antigen mit dem passenden Antikörper inkubiert werden, ist die Menge an ungebundenem radioaktiv markiertem Antigen direkt proportional zur Menge an unmarkiertem Antigen in der Mischung.
• Im ersten Schritt des Tests werden Mischungen aus bekannten variablen Mengen an Kälteantigen und festen Mengen an markiertem Antigen sowie Mischungen aus Proben mit unbekannten Antigenkonzentrationen und identischen Mengen an markiertem Antigen erzeugt. Jeder Mischung wird eine vergleichbare Menge Antikörper zugesetzt.
• Antigen-Antikörper-Komplexe werden entweder durch Vernetzung mit einem zweiten Antikörper oder durch Zugabe von Chemikalien ausgefällt, die die Ausfällung von Antigen-Antikörper-Komplexen erleichtern.
• Durch Zählen der Radioaktivität in den Niederschlägen kann die Menge des mit dem Antikörper ausgefällten radioaktiv markierten Antigens bestimmt werden.
• Antigen concentrations in patient samples are inferred using a standard curve created by graphing the fraction of antibody-bound radiolabeled antigen against known quantities of a standardised unlabeled antigen.
• Der Hauptvorteil von RIA ist seine außerordentlich hohe Empfindlichkeit.
  • Mit diesem Test können Antigene und Antikörper im Serum bis in den Nanogrammbereich bestimmt werden.
  • Dieser Test wird verwendet, um die Konzentration von Hormonen, Medikamenten, HBsAg und anderen viralen Antigenen zu bestimmen.
• Zu den Hauptnachteilen der RIA gehören:
  • der Preis für Ausrüstung und Chemikalien.
  • Die begrenzte Haltbarkeit radioaktiv markierter Substanzen.
  • the issues linked with radioactive waste disposal.

9. Western Blot

• Der Western-Blot wird so genannt, weil er mit dem Southern-Blot vergleichbar ist, den Edwin Southern zum Nachweis von DNA erfunden hat.
• Western Blot wird zum Nachweis von Proteinen verwendet, während Southern Blot zum Nachweis von DNA verwendet wird. Western Blot wird häufig an Homogenaten oder Gewebeextrakten durchgeführt.
• It employs SDS-PAGE (sodium dodecyl sulphatepolyacrylamide gel electrophoresis), a form of gel electrophoresis, to initially separate proteins in a mixture based on their shape and size using gel electrophoresis.
• Die resultierenden Proteinbanden werden auf eine Nitrozellulose- oder Nylonmembran übertragen, wo sie mit für das Zielprotein spezifischen Antikörpern „sondiert“ werden.
• Die Antigen-Antikörper-Komplexe, die sich auf der Bande bilden, die das vom Antikörper erkannte Protein enthält, können auf verschiedene Weise sichtbar sein.
• Wenn das Zielprotein von einem radioaktiven Antikörper eingefangen wurde, kann seine Position auf dem Blot identifiziert werden, indem die Membran einem Blatt Röntgenfilm ausgesetzt wird, eine Technik, die als Autoradiographie bekannt ist.
• Bei den gebräuchlichsten Nachweismethoden handelt es sich jedoch um enzymgebundene Antikörper gegen das Protein.
• Nachdem die Enzym-Antikörper-Kombination an das Zielantigen gebunden hat, fördert die Zugabe eines chromogenen Substrats, das ein stark gefärbtes und unlösliches Produkt ergibt, die Bildung einer farbigen Bande an der Stelle des Antigens.
• Wenn eine chemilumineszierende Chemikalie und geeignete Verstärkungsmittel verwendet werden, um Licht an der Antigenstelle zu erzeugen, kann die Stelle des Zielproteins mit weitaus größerer Empfindlichkeit bestimmt werden.

Anwendung von Western Bloting

• Es wird verwendet, um ein bestimmtes Protein innerhalb einer komplizierten Proteinmischung zu identifizieren. Antigene mit genau definiertem Molekulargewicht werden bei diesem Verfahren durch SDS-PAGE aufgetrennt und auf Nitrozellulose geblottet. Die abgetrennten Banden bekannter Antigene werden anschließend mit einer Probe untersucht, von der man annimmt, dass sie spezifische Antikörper gegen eines oder mehrere dieser Antigene enthält. Unter Verwendung eines radioaktiv markierten oder enzymgebundenen Sekundärantikörpers, der für die Antikörperart in der Testprobe spezifisch ist, wird die Reaktion eines Antikörpers mit einer Bande identifiziert.
• Es wird auch verwendet, um die Größe des Proteins und die Proteinmenge in einer Kombination abzuschätzen.
• The Western blot test is most commonly employed as a confirming test for the HIV diagnosis, where it is utilised to evaluate whether or not the patient has antibodies that respond with one or more viral proteins.
• Zur Diagnose von Neurozystizerkose und tuberkulöser Meningitis wird außerdem ein Western Blot durchgeführt, um das Vorhandensein bestimmter Antikörper im Blut nachzuweisen.

10. Immunelektronenmikroskopische Tests

Dies sind die Arten von Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen, die mit einem Elektronenmikroskop direkt beobachtet werden können. Diese fallen in die folgenden Kategorien:

A. Immunelektronenmikroskopie

• Dieser Test dient dem direkten Nachweis von Rotaviren und Hepatitis-A-Viren im Stuhl.
• In this test, viral particles are combined with specific antisera and observed under an electron microscope as clusters of virion particles.

B. Immunenzymtest 

• Dieser Test wird zum direkten Nachweis von Antigenen in Gewebeproben verwendet, indem Gewebeschnitte mit Peroxidase-markierten Antiseren behandelt werden, um das entsprechende Antigen nachzuweisen.
• Under an electron microscope, the peroxidase-antigen complex is visualised.

C. Immunferritin-Test 

• Electron-dense compounds, such as ferritin, are conjugated with antibody, allowing the electron microscope to visualise labelled antibodies reacting with antigen.

11. Chemilumineszenz-Assay

• Bei Antigen-Antikörper-Reaktionen werden beim Chemilumineszenz-Assay chemilumineszierende Substanzen eingesetzt, die Energie in Form von Licht abgeben.
• Das emittierte Licht wird gemessen und die Konzentration der zu analysierenden Substanz berechnet.
• Der Assay ist ein vollständig automatisierter Ansatz, der häufig zur Beurteilung der Arzneimittelempfindlichkeit von Mycobacterium TB eingesetzt wird.

Alternativen zu Antigen-Antikörper-Reaktionen

• Some bacteria have evolved the ability to produce proteins that bind to the Fc region of IgG molecules with high affinity (Ka ~ 108) as a protection against host antibodies.
• Proteine A is present in the cell walls of some strains of Staphylococcus aureus, während Protein G in den Zellwänden von Streptokokken der Gruppen C und G vorhanden ist.
• Durch das Klonen der Gene für Protein A und Protein G und die Herstellung eines Hybrids aus beiden ist es möglich, Protein A/G zu erzeugen, ein rekombinantes Protein, das einige der besten Eigenschaften beider vereint.
• These molecules are advantageous because they can bind IgG from numerous species. Consequently, they can be labelled with flourochromes, radioactivity, or biotin to detect IgG molecules in antigen-antibody complexes generated during ELISA, RIA, or fluorescence-based tests such as flow cytometry or fluorescence microscopy.
• Diese bakteriellen IgG-bindenden Proteine ​​können auch zur Herstellung von IgG-isolierenden Affinitätssäulen verwendet werden. Eiweiß enthält Avidin, ein Protein, das Biotin bindet, einen notwendigen Nährstoff für die Fettbildung.
• Avidin is thought to have evolved as a protection against nest-robbing rats that consume the stolen eggs. The binding between avidin and biotin is extraordinarily selective and has a significantly greater affinity (Ka ~ 1015) than any known antigen-antibody response.
• Streptavidin, ein bakterielles Protein, das von Streptomyces avidinii produziert wird, besitzt eine vergleichbare Affinität und Spezifität. Die hohe Affinität und perfekte Spezifität der Wechselwirkungen dieser Proteine ​​mit Biotin werden routinemäßig in zahlreichen immunologischen Prozessen genutzt.
• Nachdem der Haupt- oder Sekundärantikörper mit Biotin markiert und mit dem Zielantigen reagieren gelassen wurde, wird der ungebundene Antikörper durch Waschen entfernt.
• Der gebundene Antikörper wird dann mithilfe von Streptavidin oder Avidin in Verbindung mit einem Enzym, Fluorochrom oder einem radioaktiven Marker nachgewiesen.

Einschränkungen der Antigen-Antikörper-Interaktion

Während Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen bedeutende Anwendungen haben, sind mit diesen Wechselwirkungen auch bestimmte Einschränkungen verbunden. Hier sind einige bemerkenswerte Einschränkungen:

1. Begrenzte Zugänglichkeit in Entwicklungsländern: Techniken, die auf Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen basieren, erfordern häufig spezielle Ausrüstung und Fachwissen, die in Entwicklungs- oder unterentwickelten Ländern möglicherweise nicht ohne weiteres verfügbar sind. Dieser Mangel an Ressourcen kann den weit verbreiteten Einsatz dieser Techniken in solchen Regionen behindern und sich auf ihre Fähigkeit auswirken, von diesen Diagnose- und Forschungsinstrumenten zu profitieren.
2. Unzureichende Empfindlichkeit bei Schnelldiagnosetests (RDTs): Schnelldiagnosetests (RDTs), die auf Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen basieren, können eine Parasitämie niedriger Dichte möglicherweise nicht zuverlässig erkennen, insbesondere bei Krankheiten wie Malaria. RDTs können einen Schwellenwert für die Erkennung haben, und Parasitämiewerte unterhalb dieses Schwellenwerts können zu falsch negativen Ergebnissen führen. Daher können diese Tests Infektionen mit geringer Parasitendichte (≤200 Parasiten/µL) möglicherweise nicht genau identifizieren.
3. Herausforderungen bei der Unterscheidung früher und später Infektionen: In manchen Fällen kann es beim Antikörpernachweis schwierig sein, zwischen Früh- und Spätinfektionen zu unterscheiden. Antikörper können über einen längeren Zeitraum im Blutkreislauf verbleiben, selbst nachdem die Infektion erfolgreich behandelt oder abgeheilt wurde. Dies bedeutet, dass das Vorhandensein von Antikörpern allein nicht unbedingt auf eine bestehende Infektion hinweist. Um genau zwischen aktiven und vergangenen Infektionen unterscheiden zu können, sind häufig zusätzliche Tests und klinische Überlegungen erforderlich.
4. Kreuzreaktivität und Spezifität: Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen können manchmal eine Kreuzreaktivität aufweisen, bei der Antikörper ähnliche Epitope auf verschiedenen Antigenen erkennen. Diese Kreuzreaktivität kann zu falsch positiven Ergebnissen führen oder die genaue Identifizierung des spezifischen Zielantigens erschweren. Die Sicherstellung der Spezifität der Interaktion ist für eine genaue Diagnose und Interpretation der Ergebnisse von entscheidender Bedeutung.
5. Empfindlichkeit und Nachweisgrenze: Die Empfindlichkeit von Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen kann je nach verwendetem spezifischen Assay oder Test variieren. Bei einigen Tests kann es zu Einschränkungen beim Nachweis geringer Mengen an Antigenen oder Antikörpern kommen, was zu falsch-negativen Ergebnissen oder einer verringerten Empfindlichkeit führen kann. Die Nachweisgrenze bezieht sich auf die niedrigste Konzentration des Zielanalyten, die mit dem Assay zuverlässig nachgewiesen werden kann, und kann je nach Test und Technik variieren.
6. Variabilität und Interferenz: Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen können durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, unter anderem durch das Vorhandensein störender Substanzen in der Probe. Einige in biologischen Proben enthaltene Substanzen können die Wechselwirkung beeinträchtigen und die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ergebnisse beeinträchtigen. Diese Störungen können zu falsch-positiven oder falsch-negativen Ergebnissen führen und erfordern möglicherweise zusätzliche Schritte, um ihre Auswirkungen abzuschwächen.
7. Einschränkungen spezifischer Tests: Verschiedene Tests, die auf Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen basieren, können spezifische Einschränkungen in Bezug auf Design, Empfindlichkeit, Spezifität oder andere Faktoren aufweisen. Es ist wichtig, diese Einschränkungen bei der Auswahl und Interpretation der Testergebnisse zu berücksichtigen, um genaue Diagnose-, Überwachungs- und Forschungsergebnisse sicherzustellen.

Anwendungen der Antigen-Antikörper-Interaktion

Die Antigen-Antikörper-Wechselwirkung spielt in verschiedenen Anwendungen in verschiedenen Bereichen eine entscheidende Rolle. Hier sind einige bemerkenswerte Anwendungen:

1. Blutgruppenbestimmung: Eine der häufigsten Anwendungen der Antigen-Antikörper-Wechselwirkung ist die Bestimmung von Blutgruppen. Durch die Einführung spezifischer Antikörper gegen Antigene auf roten Blutkörperchen kann das Vorhandensein oder Fehlen von Antigenen nachgewiesen werden, was die Identifizierung von Blutgruppen wie A, B, AB oder O ermöglicht.
2. Schnelldiagnosetests: Schnelldiagnosetestkits nutzen Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen, um das Vorhandensein spezifischer Antigene oder Antikörper in biologischen Proben nachzuweisen. Diese Tests werden häufig für verschiedene Zwecke eingesetzt, einschließlich der Schwangerschaftserkennung und der Identifizierung von Infektionskrankheiten wie Malaria, Dengue-Fieber und vielen anderen. Diese Kits liefern schnelle Ergebnisse und erfordern nur minimalen Zeitaufwand für die Durchführung der Tests.
3. Serologische Tests: Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen werden in serologischen Tests eingesetzt, um die Exposition gegenüber Infektionserregern zu bestimmen. Durch den Nachweis spezifischer Antikörper im Blutserum einer Person können medizinische Fachkräfte feststellen, ob eine Person einem bestimmten Krankheitserreger ausgesetzt war, was bei der Diagnose und Überwachung von Infektionskrankheiten hilfreich ist.
4. Quantifizierung von Stoffen: Antigen-antibody interactions are utilized in immunoassays to quantify various substances in biological samples. For example, the concentration of drugs, hormones, viral antigens, and other biomarkers can be measured using techniques like enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). These quantitative assays provide valuable information for medical diagnosis, research, and monitoring treatment effectiveness.
5. Proteine Erkennung: Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen werden eingesetzt, um das Vorhandensein oder Fehlen spezifischer Proteine ​​im Serum oder anderen biologischen Proben nachzuweisen. Techniken wie Immunblotting oder Western Blotting nutzen Antikörper, um Zielproteine ​​anhand ihres Molekulargewichts zu identifizieren und zu charakterisieren. Dies ermöglicht es Forschern, Proteinexpressionsmuster zu untersuchen und Krankheiten oder Anomalien im Zusammenhang mit der Proteinexpression zu untersuchen.
6. Studien zu Immunschwächekrankheiten: Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen helfen bei der Untersuchung der Merkmale verschiedener Immunschwächekrankheiten. Durch die Analyse der Wechselwirkungen zwischen Antigenen und Antikörpern können Forscher Einblicke in die Funktionsweise des Immunsystems gewinnen und Defizite oder Anomalien identifizieren, die mit verschiedenen Immunerkrankungen verbunden sind.
7. Bestätigungstests für Infektionen: Antigen-Antikörper-Wechselwirkungen sind für Bestätigungstests in der Diagnostik von Infektionskrankheiten von entscheidender Bedeutung. Western Blot wird beispielsweise häufig als Bestätigungstest für eine HIV-Infektion eingesetzt. Es erkennt spezifische virale Antigene oder Antikörper in der Blutprobe eines Patienten und ermöglicht so eine genauere Diagnose einer HIV-Infektion im Vergleich zu anfänglichen Screening-Tests.

FAQ

Bibliographie

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• https://www.sigmaaldrich.com/IN/en/technical-documents/technical-article/protein-biology/elisa/antibody-antigen-interaction
• https://microbenotes.com/introduction-to-antigen-antibody-reactions/

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