微生物与免疫学工业微生物学课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,1,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十一章,微生物与免疫学,本章内容,第一节 抗原,第二节 非特异性免疫,第三节 特异性免疫,和,抗体,第四节 多克隆抗体和单克隆抗体,第五节 血清学反应,第六节 现代免疫检测技术,免疫学（,Immunology,）,是研究抗原性物质、机体的免疫系统和免疫应答的规律和调节，以及免疫应答的各种产物和各种免疫现象的一门科学。,第一节 抗原,1）定义,能诱导机体产生抗体和细胞免疫应答，并能与相应抗体和致敏淋巴细胞发生特异结合反应的物质。,免疫原性（,immunogenicity）,或,抗原性：,抗原在体内激活免疫系统，使其产生抗体和,特异效应细胞,的特性,免疫反应性（,immunoreactivity）,或,反应原性（,reactinogenicity）：,抗原能与相对应的免疫应答产物(抗体及致敏淋巴细胞)发生特异结合反应的能力,。,2） 抗原的两个特性：,1. 抗原（,Antigen，Ag）,3）抗原的类别,完全抗原（,complete antigen）,：,具有免疫原性和反应原性的抗原。,（大多数,蛋白质、细菌、病毒,等）,半抗原（,hapten）,或不完全抗原（,incomplete antigen）,：,只有反应原性而没有免疫原性的抗原。,（,类脂质,、,寡糖,、,核酸,及许多,药物,）,半抗原与较大的载体分子（,甲基化牛血清蛋白,）结合成复合物时，即可获得免疫原性（如青霉素）。,4）抗原免疫原性的物质基础：,异己性；,相对,分子质量；,化学结构与组成；,抗原物质上能够刺激淋巴细胞产生应答并与其产物特异反应的,化学基团,。,它是抗原特异性的物质基础。抗原所携,抗原决定簇的数目,称为,抗原价,，一般抗原是多价的。,抗原决定簇（,antign determinant）,或表位（,epitope）：,每种细菌的细胞都是一个包含多种抗原成分的复合体,5）主要的微生物抗原,菌体抗原：,是革兰氏阴性菌细胞壁抗原，其化学本质为脂多糖,(LPS),的多糖侧链，与外膜连接。,过去称,O,抗原。,表面抗原,:,指包围在细菌细胞壁外层的抗原，主要是,荚膜或微荚膜抗原,。（,沙门氏菌,的表面抗原称为,Vi,抗原,；,志贺氏菌,的表面抗原称为,K,抗原,；,肺炎链球菌,的表面抗原称,荚膜抗原,）,菌毛抗原,毒素抗原（,toxin antigen,）,细菌抗原：,鞭毛抗原（,H,抗原）,外毒素,(,抗毒素,),和类毒素,第二节 宿主的非特异免疫,非特异免疫(,nonspecific immunity),，,是机体的一般生,理防卫功能，又称,天然免疫(,innate immunity),；,是在种,系发育过程中形成的，由先天遗传而来，防卫任何外界,异物对机体的侵入而,不需要特殊的刺激或诱导,。主要包,括,生理屏障,、,细胞因素,和,体液因素,。,非特异性免疫的组成：,生理屏障,皮肤、粘膜及其附属物、共生菌群,体液因素,溶菌酶、补体、干扰素,细胞因素,吞噬细胞、自然杀伤细胞,其它,免疫的综合作用等,一、生理屏障,1. 皮肤与粘膜：,1）机械的阻挡和排除作用,2）分泌液中所含化学物质有局部抗菌作用,3）共生菌群,2. 生理上的屏障结构,体内的某些部位具有,特殊的结构,而形成阻挡微生物和大分子异物进入的,局部屏障,，对保护该器官，维持局部生理环境恒定有重要作用。,1）血脑屏障,2）血胎屏障,二、细胞因素,主要指体内的各种,吞噬细胞,吞噬,病原体,及其它各种,异物,的能力。,1,吞噬细胞及吞噬过程,吞噬细胞可分两类：一类是小吞噬细胞，主要是血液中的中性粒细胞；一类为大吞噬细胞即单核吞噬细胞系统，包括血液中的单核细胞、神经系统内小胶质细胞及淋巴结、脾、肝、肺的巨噬细胞等。,吞噬过程分为：趋化、识别与调理、吞入、杀菌与消化等步骤,2.,自然杀伤细胞(,Natural killer cells, NK)：,NK,细胞属于淋巴细胞，主要分布于外周血和脾脏，,具有不须事先致敏，不须其它辅助细胞或分子的参与而直接杀伤靶细胞的功能,。,NK,细胞通过,释放穿孔素(,perforin),和颗粒酶,造成靶细胞死亡,，也可通过释放,肿瘤坏死因子(,TNF),杀伤靶细胞,。,某些肿瘤细胞和微生物感染细胞可以成为,NK,细胞的靶细胞,，而且,NK,细胞活性较其它杀伤细胞更早出现，因此在抗肿瘤抗感染特别是病毒感染中起重要作用。,三、体液因素,正常体液和组织中抵抗病原体的成分：,补体,干扰素,溶菌酶,在免疫反应中，有能扩大和增强抗体的“补助”能力，称为补体。补体的本质是一类酶原，无特异性，能被任何抗原抗体复合物激活,宿主细胞在病毒等多种诱生剂刺激下产生的一组,相对分子量低的糖蛋白，,具有,抗病毒,和,免疫调节,功能。分,、,、,三组，分别由,白细胞,、,成纤维细胞,和,T,淋巴细胞,产生。,、,属,型干扰素,，,属,型干扰素。,（病毒或干扰素诱生剂）,主要来源于,吞噬细胞,并可分泌到血清及各种分泌液中，能水解革兰氏阳性菌胞壁肽聚糖而使细胞裂解。,四、炎症（,inflammatory）,炎症是机体受到有害刺激时所表现的一系列局部和全身性防御应答，可以看作是,非特异免疫的综合作用结果,，其作用于,清除有害异物、修复受伤组织，保持自身稳定性,。,有害刺激包括各种理化因素，但以病原微生物感染为主。,动员了大量的吞噬细胞聚集在炎症部位；,血液中的抗菌因子和抗体发生局部浓缩；,死亡宿主细胞的堆积可释放抗微生物物质；,炎症中心氧浓度下降和乳酸积累，进一步抑制病原菌的生长；,适度的体温升高可以加速免疫反应的进程。,炎症既是一种病理过程，又是一种防御病原体的积极方式：,红、肿、痛、热和功能障碍（,炎症,）,第三节 宿主的特异性免疫,一、特异性免疫的一般概念,1. 特异性免疫（,specific immunity）,的概念：,机体在生命过程中接受,抗原性异物刺激,，如,微生物感染,或,接种疫苗,后产生的，又称,获得性免疫(,acquired immunity),。,特点：,记忆性,获得性；,高度特异性；,2. 抗体（,antibody， Ab）,1）定义：,高等动物体在,抗原刺激下,所形成的一类能与该抗原发生特异结合的,血清活性成分,，又称,免疫球蛋白（,immunoglobulin， Ig）,Ig,有五种类型：,IgG（,主要，占80%）,IgA（,血清型是单体，分泌型是双体）,IgM（5,个单体组成）,IgD， IgE,免疫动物,抗体,（作为抗原）,抗抗体,经人工接种抗原或疾病后,含有大量特异性抗体的血清,称,抗血清,或,免疫血清,。,2）产生抗体的细胞,三种细胞同时参与：,巨噬细胞（,M,）：,摄取、处理、呈递抗原和激活,T,细胞；,T,细胞：,识别抗原，促使,B,细胞的活化和分化成浆细胞；,B,细胞：,产生抗体。,抗体是由浆细胞合成并分泌的,。,3,）结构：,Y,型四链（4条多肽链）,木瓜蛋白酶,可结晶片段（,Fc）,（1）,具有免疫原性,（,2）含免疫细胞（,NK,细胞，,巨噬细胞）结合位点和,补体结合位点,2个,抗原结合片段（,Fab）,含抗原结合位点,二链,轻链（,L,链）,重链（,H,链）,二端,氨基端,羧基端,三区,V,区,C,区,铰链区,4对链间二硫键,（在每一个功能区内，链内二硫键形成“环”）,二种酶解位点,（木瓜蛋白酶，胃蛋白酶）,体和价:,IgG、D 、E,：,单体,，,二价,IgA：,二体，四价,IgM：,五体，十价（理论），五价（实际）,构象：,与抗原结合后构象发生变化：,“,T”,型 “,Y”,型,一、多克隆抗体（,polyclonal antibody, PcAb,）,将由多种抗原成分组成的抗原物质，采用传统方法免疫接种实验动物后采集免疫血液，分离所得到的抗血清即为多克隆抗体。含有多种抗原成分的抗原物质（如细菌抗原、病毒抗原），进入机体后可激活许多淋巴细胞克隆，使机体产生可针对各种抗原成分或抗原表位的抗体，由此获得的抗血清是一种多克隆的混合抗体，具有高度的异质性。,第四节 多克隆抗体与单克隆抗体,二、单克隆抗体（,monoclonal antibody, McAb）,由单个,B,细胞增殖所产生的抗体，其遗传背景完全一致，因此，抗体分子的氨基酸序列、类型、抗原特异性等生物学性状均相同。,应用：,高效治疗剂,（抗病毒）,药物导弹,（,McAb,与毒素偶联）,（抗肿瘤）,具有高特异性、高纯度、效价高等优点。,淋巴细胞杂交瘤技术生产单克隆抗体：,该技术由于1975年创建，1984年获诺贝尔奖。,免疫,B,淋巴细胞,骨髓瘤细胞,（可分泌,McAb,， （在体外能长期繁殖）,在体外不能长期繁殖）,细胞融合,杂交瘤细胞,（分泌,McAb,，长期繁殖）,生长繁殖,产生,McAb,第五节、抗原抗体反应,一、抗原抗体反应,1. 血清学反应,抗原抗体在体外的反应。,应用：,用免疫血清（已知抗体）检测未知抗原,（如菌种鉴定）；,用已知抗原检测待测血清（未知抗体）；,抗原抗体反应的一般规律,特异性,可逆性,（物理结合）,定比性,阶段性,（两个阶段）,条件依赖性,（,pH68, 3745,生理盐水）,3. 主要的抗原抗体反应,1）凝集反应：,颗粒性,Ag + Ab,凝集团,（细菌，红细胞） （稀释,Ab,）,方法,玻片法,试管法,2）沉淀反应,可溶性,Ag + Ab,沉淀物,（蛋白质，多糖，,血清，细菌抽提液）,（ 稀释,Ag）,3）补体结合反应：,两个系统5种组分：,：,待检系统,已知的抗原（或抗体）,待检的抗体（或抗原）,指示系统,绵羊红细胞,溶血素（绵羊红细胞的特异抗体）,补体（取自豚鼠血清）,4）中和反应,特异性抗体抑制多种抗原的生物学活性（如细菌外毒素的毒性、酶的活性、病毒的感染性等）的反应，称为中和试验。,第六节 免疫标记技术,抗原或抗体,用小分子标记剂（,荧光素,、,酶,、,放射性同位素,或,电子致密物质,）进行标记，以提高抗原抗体反应的,灵敏度,，可用于,定性、定量和分子定位,。,优点：,特异性强，灵敏度高，,反应速度快，容易观察。,在荧光显微镜下观察，亦可用荧光计定量。,2. 酶联免疫吸附测定,（,enzyme linked immunosorbent assay, ELISA）,将可溶性抗体或抗原吸附到,聚苯乙烯,等固相载体上进行免疫酶反应的定性定量方法。,抗原与抗体的免疫反应,和,酶的高效催化反应,有机结合，是目前应用最广泛的生物学技术。,酶与抗原或抗体结合后，不改变抗原或抗体的免疫学反应特异性，也不影响酶本身的活性。结合在抗原抗体复合物上的酶，催化无色底物生成有色产物，,分光光度计比色,以对抗原或抗体定量或定性。,常用的酶：,辣根过氧化物酶,（底物：邻苯二胺）,碱性磷酸酶,（底物：对硝基酚磷酸盐）,直接法：,用酶包被的抗原或抗体直接检测包被在酶标板上的抗体或抗原,，,被检抗原或抗体的量与产物颜色成正比。,间接法,（检测抗体）,：,将,酶标记在抗抗体,上，当抗原与抗体结合后，,再用酶标抗抗体来检查抗体是否与抗原结合。,双抗体夹心法,（检测抗原）,：,先用一种未标记的抗体包被酶标板，然后每孔加入待测抗原，洗涤除去未结合抗原。然后加入对该抗原特异的第二抗体-酶结合物（形成了,抗体-抗原-抗体,三明治夹心层），再加入酶的底物，观察颜色反应。,直接法,间接法,（检测抗体）,双抗体夹心法,（检测抗原）,3,、放射免疫测定（,radioimmunoassay,，,RIA,）,放射免疫测定是一种以放射性同位素作为标记物，将同位素分析的灵敏性和抗原抗体反应的特异性这两大特点结合起来的测定技术。又分为放射免疫分析法和放射免疫测定自显影法。放射免疫技术灵敏度极高，能测得毫微克至微微克（,10-910-12g,）的含量，广泛用于激素、核酸、病毒抗原、肿瘤抗原等微量物质测定。但需特殊仪器及防护措施，并受同位素半衰期的限制。,4,、免疫印迹（,immunoblot,或,westernblot,）,免疫印迹是在用于,DNA,分析的,DNA,印迹（,southern blot,）技术基础上发展起来的蛋白质检测技术。其原理是将,SDS-PAGE,电泳的高分辨率与免疫反应的高度特异性相结合。待测样品经,SDS-PAGE,电泳分离后，转移到固相介质如醋酸纤维膜上，然后用标记抗体揭示特异抗原的存在。本方法广泛用于蛋白质样品分析研究。,1. 生物制品,凡是,人工免疫用,的,抗原和抗体制品,以及,诊断用,的抗原和抗体制品统称为生物制品。,第五节、生物制品及其应用,2. 分类,1）特异性免疫预防和治疗剂,疫苗 活疫苗,死疫苗,常规疫苗,类毒素,自身疫苗,抗原,亚单位疫苗,（,预防）,化学疫苗,新型疫苗,多肽疫苗,基因工程疫苗,DNA,疫苗,抗毒素,抗病毒血清,抗菌血清,抗体,免疫球蛋白制剂,（治疗，应急预防）,单克隆抗体,免疫核糖核酸（,iRNA）,胎盘球蛋白,2）非特异性免疫治疗剂,免疫调节剂，,能增强、促进和调节免疫功能,转移因子（,TF）,白细胞介素-2(,IL-2),胸腺素,细胞毒,T,细胞,卡介苗,小棒杆菌,干扰素,细胞因子(,cytokine),：,一类由细胞（主要免疫细胞）分泌的、极微量的、能影响其它细胞生长、分化和功能的具有广谱生物学活性的,小分子多肽或糖蛋白,（对,造血,、,免疫应答,、,炎症反应,和,创伤愈合,等具有重要调节作用）。,干扰素,白细胞介素,集落刺激因子,肿瘤坏死因子和淋巴毒素,促生长因子,趋化因子,思考题,如何制备类毒素和抗毒素？,简述外毒素、类毒素和抗毒素三者的关系？,名词：,外毒素，内毒素，类毒素,抗原（完全抗原，半抗原，免疫原性，免疫反应性），,抗原决定簇，抗体，单克隆抗体，干扰素,凝聚反应，沉淀反应,酶联免疫吸附测定（,ELISA）,