Цей феномен є фундаментальним у розумінні імунної системи людини, її ролі в захисті організму від інфекцій, аутоімунних захворювань, алергічних реакцій та навіть у сучасних діагностичних і терапевтичних підходах.

1. Визначення та базова структура

Комплекс антиген-антитіло — це стабільна молекулярна асоціація, що утворюється внаслідок специфічного зв’язування антигену (Ag) з антитілом (Ab), також відомим як імуноглобулін (Ig). Антитіла — це глікопротеїни, вироблені плазматичними клітинами (диференційованими В-лімфоцитами), які циркулюють у крові, лімфі та на поверхні слизових оболонок.

• Антитіло (Ab): Має Y-подібну форму, складається з чотирьох поліпептидних ланцюгів — двох важких (H) і двох легких (L), з’єднаних дисульфідними містками. Кожен антитіло має дві ідентичні антиген-зв’язуючі ділянки (паротопи) на кінцях “Y” (Fab-фрагменти), а Fc-фрагмент відповідає за взаємодію з ефекторними клітинами імунної системи. Існує п’ять основних класів антитіл: IgM (пентагональна структура, перша лінія оборони), IgG (найпоширеніший у сироватці, забезпечує довготривалий імунітет), IgA (димерний, на слизових), IgE (в алергічних реакціях) та IgD (роль у активації В-клітин).
• Антиген (Ag): Це будь-яка молекула або структура, здатна викликати імунну відповідь. Антигени можуть бути білковими (наприклад, вірусні білки), вуглеводними (бактеріальні полісахариди), ліпідними або нуклеїновими кислотами. Ключовий елемент — епітоп (антигенна детермінанта), невелика ділянка антигену (зазвичай 5–15 амінокислот або цукрів), яка безпосередньо контактує з паротопом антитіла.

Утворення комплексу Ag-Ab є високо специфічним: паротоп антитіла комплементарний епітопу антигену за формою, зарядом і гідрофобністю — це класична модель “ключ-замок” (lock-and-key), хоча сучасні дослідження показують конформаційні зміни (induced fit), де обидві молекули адаптуються одна до одної.

2. Молекулярні механізми зв’язування

З позиції біохімії, зв’язування Ag-Ab — це нековалентна взаємодія з високою афінністю (Kd ~ 10^{-7}–10^{-10} M). Основні сили:

• Водневі зв’язки: Між полярними групами (наприклад, OH і NH).
• Ван-дер-Ваальсові сили: Слабкі притягання між атомами на близькій відстані.
• Електростатичні взаємодії: Між зарядженими групами (наприклад, позитивно заряджений аргінін в антитілі та негативно заряджений аспартат в антигені).
• Гідрофобні взаємодії: Виключення води між неполярними ділянками.

Ці сили забезпечують оборотність комплексу, що важливо для імунної регуляції. Афінність (сила зв’язування одного сайту) і авідність (загальна сила для мультивалентних взаємодій, наприклад, у IgM з 10 сайтами) визначають стабільність. У лабораторії ми вимірюємо це за допомогою методів, як поверхневий плазмонний резонанс (SPR) або калориметрія.

Утворення комплексу відбувається в кілька стадій:

1. Зустріч: Дифузія в розчині (кров, лімфа).
2. Розпізнавання: Специфічне впізнавання епітопу.
3. Стабілізація: Конформаційні зміни для максимальної комплементарності.
4. Дисоціація: Оборотна, залежить від умов (pH, температура).

У патологічних станах, як аутоімунні захворювання (наприклад, ревматоїдний артрит), антитіла зв’язуються з власними антигенами (аутоантигенами), утворюючи комплекси, що осідають у тканинах і викликають запалення.

3. Фізіологічні наслідки утворення комплексу

Комплекс Ag-Ab — це не просто “зв’язок”, а тригер для ефекторних функцій імунної системи:

• Нейтралізація: Антитіла блокують патогени, запобігаючи їх прикріпленню до клітин (наприклад, антитіла проти SARS-CoV-2 нейтралізують спайк-білок вірусу).
• Опсонізація: Fc-фрагмент комплексу розпізнається рецепторами на фагоцитах (макрофагах, нейтрофілах), полегшуючи фагоцитоз. Це ключовий механізм у бактеріальних інфекціях.
• Активація комплементу: Комплекси IgM або IgG активують класичний шлях комплементу, призводячи до лізису клітин (наприклад, бактерій) або хемотаксису імунних клітин.
• Аглютинація та преципітація: Мультивалентні антитіла з’єднують антигени в агломерати, полегшуючи їх видалення (наприклад, у реакціях гемаглютинації для діагностики).
• Антитіло-залежне клітинне цитотоксичність (ADCC): NK-клітини розпізнають Fc-фрагмент і вбивають інфіковані клітини.

У гіперчутливості III типу (імунні комплекси) надмірні комплекси осідають у судинах, нирках чи суглобах, викликаючи васкуліти або гломерулонефрит (наприклад, у системному червоному вовчаку).

4. Клінічні та діагностичні аспекти

З медичної точки зору, розуміння комплексу Ag-Ab є основою для:

• Вакцинації: Вакцини стимулюють вироблення антитіл проти специфічних антигенів, утворюючи захисні комплекси (наприклад, мРНК-вакцини проти COVID-19).
• Діагностика: Методи на основі Ag-Ab, як ІФА (ELISA), імунохроматографія (швидкі тести), імунофлуоресценція. Наприклад, тест на антитіла до HIV виявляє комплекси з вірусними антигенами.
• Терапія: Моноклональні антитіла (mAb), як ритуксимаб (проти CD20 при лімфомах) або інфліксимаб (проти TNF-α при ревматоїдному артриті), формують комплекси для targeted терапії. У онкології — імунотерапія з check-point inhibitors, що модулюють Ag-Ab взаємодії.
• Патологія: У алергії IgE-комплекси з алергенами активують мастоцити, викликаючи анафілаксію. У трансплантології — гіперакутне відторгнення через преформовані антитіла.

5. Сучасні дослідження та перспективи

Геноміка показала гіперваріабельні регіони в генах антитіл (V(D)J-рекомбінація), що забезпечує різноманітність (>10^12 можливих антитіл). Нанотехнології дозволяють створювати біспецифічні антитіла, що зв’язують два антигени одночасно. У контексті пандемій, як COVID-19, вивчаються мутації антигенів, що уникають антитіл (escape variants).

У висновку, комплекс антиген-антитіло — це елегантний приклад еволюційної адаптації, де специфічність зустрічається з ефективністю. У медицині він є як захисником, так і потенційним ворогом, залежно від контексту.