Vad är antikroppar?

Antikroppar är specialiserade, Y-formade proteiner som binder som en lås och nyckel till kroppens utländska inkräktare - oavsett om de är virus, bakterier, svampar eller parasiter. De är "sök" -bataljonen i immunsystemets sök-och-förstörande system, uppdrag att hitta en fiende och markera den för förstörelse.

"De släpps från cellen och de går ut och jaktar," säger Dr. Warner Greene, chef för Center for HIV Cure Research vid Gladstone Institute i San Francisco.

När antikroppar hittar sitt mål binder de sig till det, vilket sedan utlöser en kaskad av handlingar som övervinner inkräktaren. Antikroppar är en del av det så kallade "adaptiva" immunsystemet, immunsystemets arm som lär sig att känna igen och eliminera specifika patogener, sade Greene.

Relaterad: Diagram över det mänskliga immunsystemet (infographic)

Hur ser antikroppar ut?

De två armarna överst i antikroppens Y-form binder till det som kallas antigenet. Antigenet kan vara en molekyl eller ett molekylfragment - ofta en del av ett virus eller en bakterie. (Till exempel har det nya coronavirus SARS-CoV-2 unika "spikar" på sin yttre päls, och vissa antikroppar binder till och känner igen dessa piggproteiner.)

Y-botten, eller stjälken, binder till flera andra immunsystemföreningar som kan hjälpa till att döda antigenet eller mobilisera immunsystemet på andra sätt. En uppsättning av dessa, till exempel, utlöser komplementkaskaden, berättade Greene .

"Komplement är faktiskt böden," som stansar hål i målcellen, såsom ett virusmembran, sade Greene.

Antikroppar, som också kallas immunoglobuliner (Ig), har alla samma grundläggande Y-form, men det finns fem variationer på detta tema - kallade IgG, IgM, IgA, IgD och IgE, säger Jason Cyster, professor i mikrobiologi och immunologi vid University of California, San Francisco.

Varje variant ser lite annorlunda ut och spelar lite olika roller i immunsystemet. Till exempel är immunoglobulin G, eller IgG, bara en Y, medan IgM ser lite ut som den 10-beväpnade hindu-gudinnan Durga, med fem Ys staplade ihop, och varje spets kan binda ett antigen.

IgG och IgM är antikropparna som cirkulerar i blodomloppet och går in i fasta organ, säger Cyster. IgA "sprutas ut ur kroppen" i slem eller sekret, berättade Cyster. IgE är den antikropp som typiskt utlöser allergiska svar, till exempel pollen eller jordnötter, enligt American Academy of Allergy, Asthma & Immunology. IgD har historiskt varit gåtfullt, men en av dess roller är att hjälpa till att aktivera cellerna som bildar antikroppar.

Relaterad: Höyfeber & säsongsallergier: symtom, orsaker och behandling

Var bildas antikroppar?

För att förstå antikroppar måste du först veta om B-celler, som är en typ av vita blodkroppar som bildas i benmärgen. Det finns ungefär en biljon B-celler i kroppen, och var och en har en unik IgM-antikropp som sitter på B-cellytan och var och en binder till ett antigen, säger Simon Goodman, Science and Technology Program Manager för The Antibody Society , en ideell organisation som representerar de som är involverade i antikroppsforskning och -utveckling.

Denna häpnadsväckande nivå av variation gör det möjligt för kroppen att känna igen nästan alla ämnen som kan komma in. Så här uppnår den mångfalden: I varje B-cell blandas generna som kodar för antikroppens bindningsplats som spelkort i ett däck.

"Mängden omarrangemang som kan uppstå är enorm," berättade Cyster .

Relaterad: 11 överraskande fakta om immunsystemet

Dessa B-celler patrullerar sedan kroppen, som ofta kvarstår längre i områden som lymfkörtlar eller mandlarna, sade Cyster. Oftast binder dessa B-celler inte något. Men om en B-cell, med en en-i-en-miljon chans, binder någon främmande substans, "som utlöser B-cellen att säga" Hej, vi måste aktiveras ", säger Cyster.

B-cellen växer i storlek och börjar delas i vad som kallas "klonal expansion", sa Cyster.

"Det är en identisk kopia av föräldern, precis som mamman," sa Cyster. Efter en vecka eller så kan det finnas hundratusentals till en miljon av dessa kopior.

Så småningom differentierar dessa klonalt expanderade B-celler till plasmaceller, som är antikroppsfabriker.

"De utsöndrar 10 000 antikroppar per cell per sekund. De kan göra det i veckor eller år om du har tur," sa Cyster.

Men inte alla B-celler delar samma mängd.

"Om du betraktar B-cellen som ett lås, och du anser att alla dessa olika saker flyter runt för att vara olika nycklar, kommer några av tangenterna att passa bättre, vissa kommer att passa sämre och andra passar inte alls, "berättade Goodman. "Och beroende på hur väl nyckeln passar in i låset på ytan av en viss B-cell kommer den cellen att triggas för att dela mer." Sedan producerar de mer produktiva B-cellerna mer plasmaceller och tappar ut mer av en specifik typ av antikropp.

Kroppen producerar inte bara en typ av antikropp heller; det producerar en rörig, kaotisk zoo av dem. Varje låser sig på olika delar av en inkräktare.

Och antikroppar gör inte alla samma sak när de har bundit sig till ett mål. Vissa kommer att nypa infektioner i knoppen genom att direkt neutralisera ett hot och förhindra att en patogen kommer in i en cell. Andra tagg inkräktare, så att immunsystemets mördande celler (som inte är antikroppar) kan ta bort det, sade Greene. Ytterligare andra kan linda in virus eller bakterier i en slam beläggning. Och andra antikroppar kan berätta för Pac-Man-liknande immunceller som kallas makrofager för att gabba upp inkräktaren. (Den strategin kan ibland slå tillbaka med virus, vilket kan kooperera detta svar för att invadera nya celler, tilllade Cyster.)

Den första typen av antikropp som bildas efter att du har utsatts för ett virus är IgM, som uppstår inom 7 till 10 dagar efter exponering, sade Greene. IgM kan binda till en inkräktare, men varje "Y" i detta 10-beväpnade protein gör det ganska svagt. Men precis som fem svaga personer som arbetar tillsammans kan hantera en stor, stark motståndare, kan IgM: s fem Y: s (10 armar) som arbetar tillsammans binda hårt till ett antigen, tillade han.

På cirka 10 till 14 dagar börjar kroppen göra IgG, som är immunsystemets "stora arbetshäst", sade Greene. IgG kan korsa moderkakan hos en gravid kvinna, vilket ger ett nyfött passivt skydd mot sjukdom tills deras eget immunsystem kan stiga upp, tillade Greene.

Normalt är immunsystemet fantastiskt bra på att känna igen fienden och ignorera eller tolerera våra egna celler. Ibland går emellertid denna process fel. Det är när T-celler (en annan typ av vita blodkroppar) kommer in. Kroppen använder dessa T-celler för att korsa kontrollmål - bara om både en B-cell och en T-cell känner igen något som en främmande invaderare kommer att bli ett immun svar utlöses, sa Goodman. Kroppen ska ta bort B-celler som skapar så kallade auto-antikroppar, som reagerar på kroppens egna celler. Men när det inte händer kan kroppen markera sina egna celler för förstörelse och sedan obevekligt eliminera dem. Det kan resultera i autoimmuna sjukdomar som lupus, reumatoid artrit eller typ 1-diabetes, säger Goodman. Det finns mer än 100 autoimmuna störningar enligt American Autoimmune Related Diseases Association.

Vad är monoklonala antikroppar?

Antikroppar har blivit basen för några av de mest användbara medicinerna, liksom några av de mest kraftfulla laboratorieteknikerna i biologi, sade Goodman. En av dessa kliniska och terapeutiska superstjärnor är vad som kallas en monoklonal antikropp.

För att skapa en monoklonal antikropp vaccinerar forskare ett djur (eller eventuellt en människa) för att stimulera produktionen av antikroppar mot en viss substans. Kroppen kommer gradvis att göra antikroppar som är mer och mer effektiva mot det antigenet. Dessa antikroppsproducerande celler filtreras sedan ut från vita blodkroppar och läggs i en skål för att se vilka celler som binder antigenet bäst, sade Goodman. Cellen som binder bäst isoleras sedan - det är en antikroppsproducerande fabrik, speciellt slagen för att kasta ut en superselektiv antikropp.

Därifrån smälts den cellen till en blodcancercell och producerar något som kallas hybridom. Detta hybridom, eller monoklon, är en outtömlig generator av exakt samma antikropp, om och om och om igen. (Forskare binder den monoklonala cellen till en cancercell eftersom cancer bara fortsätter att reproducera.)

"Det bara producerar och producerar och producerar, och det kommer aldrig att sluta, och det är en cancer, så det är i huvudsak odödligt," sa Goodman. Vad det producerar är en monoklonal antikropp.

Relaterad: Ebola överlevande blod kan leda till framtida vaccin

Sådana cellinjer har ett otroligt varierat användningsområde. Det finns miljoner kommersiella monoklonala antikroppar, som används i laboratorier för att märka de minsta, mest specifika cellulära målen för studien, sade Goodman.

"De är otroliga, de är otroligt exakta verktyg," sa Goodman.

Monoklonala antikroppar utgör också basen för många blockbusterläkemedel. Till exempel är läkemedlet adalimumab (varumärke Humira) en monoklonal antikropp som behandlar reumatoid artrit genom att hämma ett inflammatoriskt protein känt som ett cytokin. En annan, kallad bevacizumab (Avastin), är inriktad på en molekyl som drivs tillväxt av blodkärl; genom att blockera denna molekyl kan bevacizumab bromsa tillväxten av lung-, kolon-, njure- och vissa hjärncancer.

Och i SARS-CoV-2-pandemin tävlar läkare runt om i världen för att skapa monoklonala antikroppar som förhoppningsvis kommer att neutralisera det nya koronaviruset, sade Greene. Dessa antikroppar filtreras från plasma hos personer som har återhämtat sig från COVID-19 (även kallad konvalescent serum). Förhoppningen är att genom att isolera de mest effektiva antikropparna och sedan producera dem i en massa kan läkarna skapa en behandling som ger en tillfällig, "passiv" immunitet tills kroppen kan fånga upp och få ett effektivt och mer långvarigt svar på sitt eget, sa Greene.

Relaterad: 1 av 5 personer som testats i New York har antikroppar mot coronavirus

Däremot härleds polyklonala antikroppar från flera B-celler. Polyklonala antikroppar är ett bibliotek med antikroppar som alla binder till något olika delar av antigenet eller målet. Polyklonala antikroppar produceras vanligtvis genom att injicera ett djur med antigenet, stimulera ett immunsvar, och sedan extrahera djurens plasma för att producera antikroppar i massa, enligt en studie från 2005 i tidskriften Institute for Laboratory Animal Research (ILAR).

Till skillnad från monoklonala antikroppar, som kan ta upp till 6 månader att producera, kan polyklonala antikroppar tillverkas på 4 till 8 veckor och kräver mindre teknisk expertis. För vissa typer av tester där du försöker upptäcka antigenet kan polyklonala antikroppar dessutom ha bättre chans att binda till målantigenet, vilket gör dem potentiellt mer känsliga. Nackdelen med polyklonala antikroppar är att eftersom varje enskilt djur kan producera en annan mängd antikroppar, kan polyklonala antikroppar som är konsistenta från parti till parti vara mer utmanande, och det är inte så lätt att ha ett stort utbud, enligt en studie från 2005 i tidskriften Biotechniques.

Hur fungerar antikroppstester?

Antikroppstester upptäcker om kroppen har producerat påvisbara mängder antikroppar mot en viss molekyl, och kan därför avslöja om någon har smittats av ett specifikt virus eller bakterier tidigare. Vanligtvis detekterar dessa tester IgM eller IgG, tidigare rapporterade.

Exempelvis upptäcker SARS-CoV-2-antikroppstestar antingen en del av eller hela coronaviruss spikprotein och kan avslöja om någon har haft COVID-19 tidigare. Eftersom kroppen tar tid att öka sin produktion av antikroppar testar människor bara positivt ungefär två veckor efter att de först utsatts för patogenen, tidigare rapporterat.

Relaterad: Kan antikroppstest säga om du är immun mot COVID-19?

Det finns två vanliga typer av antikroppstester - laterala flödesanalyser och enzymbundna immunosorbentanalys (ELISA) test. Båda involverar fixering av ett antigen på en yta och sedan detektering av om en antikropp binder till det antigenet. Vanligtvis utlöses en kemisk reaktion, såsom fluorescens eller en färgförändring, när antikroppen binder till antigenet. Sidoflödesanalyser liknar pee-on-a-stick graviditetstest; snarare än kissa, för antikroppstester, tvättas blod eller serum över den plana ytan, vilket vanligtvis är papper. ELISA-tester fungerar enligt en liknande princip, endast testerna utförs i mikroplattor och kräver en labbtekniker, och resultaten kanske inte läses omedelbart, Charlotte Sværke Jørgensen, som studerar virus- och mikrobiologisk specialdiagnoserologi vid Statens Serum Institut i Köpenhamn, tidigare berättat i ett e-postmeddelande.

Ett bra antikroppstest är ett som producerar få falska positiver och få falska negativa, tidigare rapporterade. För att säkerställa att det händer måste forskare "kalibrera" sitt test, till exempel genom att se till att prover som är kända för att inte ha antigenet inte felaktigt producerar ett positivt test. Till exempel, med SARs-CoV-2, skulle det innebära att testa blodprover från innan pandemin började och se till att inga prover kom positivt. De måste också ta prover som definitivt har antikroppen i sig, och se till att antikroppstestet gör ett bra jobb med att upptäcka dessa positiva.

Ytterligare resurser:

• Se en video om hur antikroppar fungerar, producerat av Vaccine Makers Project.
• Läs mer om antikroppstest från Centers for Disease Control and Prevention.
• Läs vad direktören för National Institute of Health, Dr. Francis Collins, har att säga om SARS-CoV-2-antikroppar, som publicerades på NIH-direktörens blogg den 30 juni 2020.