Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

24.6: Kreuzreaktivität
INHALTSVERZEICHNIS

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Cross-reactivity
 
PROTOKOLLE

24.6: Cross-reactivity

24.6: Kreuzreaktivität

Overview

The ability of a single antibody to recognize multiple structurally similar epitopes is an important immune defense strategy that enables the host to efficiently defend against many potentially threatening pathogens. However, cross-reactivity also elicits allergy symptoms against related allergens. It is increasingly important to understand the principles of cross-reactivity, as antibodies are actively being developed as therapeutic modalities for diverse diseases, including cancer.

Structurally Similar Epitopes May Be Found on Different Antigens

Antibodies can initiate an immune response by binding to specific structures on the surface of pathogens or other foreign elements. By definition, anything that is bound by an antibody, and subsequently elicits an immune response, is called an antigen. Often, antigens are proteins on the surface of viruses, bacteria, fungi, and protozoan invaders. The specific sequence of amino acids that is recognized by the antibody is called an epitope. Most epitopes are only 5-6 amino acids long. As such, a single antigen may present several distinct epitopes. Cross-reactivity occurs when two distinct epitopes are structurally similar, and hence are recognized by the same antibody.

Cross-Reactivity Facilitates Immunity against Related Pathogen Strains

A major benefit of antibody cross-reactivity is that it provides cross-protective immunity to related pathogens. When a circulating antibody recognizes a viral or bacterial pathogen that it has encountered previously, it mounts a rapid immune response and targets the pathogen for destruction. This process is called immunological memory. Cross-reactivity allows the same antibody to recognize and provoke a similarly robust immune response to a closely related but previously unencountered antigen. In this way, a less specific antibody provides broad-spectrum immunity despite antigenic variation in pathogens.

Cross-Reactivity Can Increase the Number of Allergens

An allergy occurs when antibodies recognize antigens from benign sources (e.g., foods, plants, animals) as invading pathogens and inappropriately mount an immune response against them. In the case of an allergy, the antigen is called an allergen. Antibody cross-reactivity can, unfortunately, increase the number of allergens that an allergic person reacts to. While the initial allergic reaction was induced against a specific allergen (e.g., walnut), cross-reactivity lets the immune system act against additional, structurally similar allergens (e.g., pecan). These allergens may be similar in nature, such as shrimp and lobster, or unrelated, such as banana and latex. Yet they present structurally similar epitopes and therefore induce an immune response that is mediated by the same antibody.

Vaccination with a Cross-Reactive Antibody May Curb Several Deadly Forms of Ebola

Ebola is an often deadly disease that is caused by the Ebola virus. Four of the six Ebola species are pathogenic to humans. The virus spreads easily by transmission of body fluids and causes local outbreaks. Only in recent years have researchers developed a vaccine against the Zaire strain of the Ebola virus. The vaccine successfully protected health workers in an acute Ebola outbreak in the Democratic Republic of the Congo in 2018. The vaccine needs to undergo additional testing to demonstrate its safety but is a hopeful candidate for preventing the Zaire strain of Ebola virus causing disease.

In the meantime, researchers continue to identify antibodies that confer broad immunity against Ebola virus. For that purpose, scientists sampled and characterized human antibodies from survivors of an Ebola outbreak. They identified two antibodies that cross-react against multiple species of the Ebola virus. This discovery might lead to the development of a broad-scale vaccine against the Ebola virus.

Überblick

Die Fähigkeit eines einzigen Antikörpers, mehrere strukturell ähnliche Epitope aufzuspüren, ist eine wichtige Strategie der Immunabwehr. Sie ermöglicht es dem Wirt, sich gegen zahlreiche potenziell bedrohliche Krankheitserreger effizient zu verteidigen. Die Kreuzreaktivität ruft jedoch auch Allergiesymptome gegen verwandte Allergene hervor. Es ist zunehmend wichtig, die Prinzipien der Kreuzreaktivität zu verstehen, da Antikörper als therapeutische Modalitäten für verschiedene Krankheiten, wie z.B. Krebs, aktiv entwickelt werden.

Strukturell ähnliche Epitope können auf verschiedenen Antigenen vorkommen

Antikörper können eine Immunantwort auslösen, indem sie an spezifische Strukturen auf der Oberfläche von Krankheitserregern oder anderen Fremdelementen binden. Per Definition wird alles, was von einem Antikörper gebunden wird und anschließend eine Immunantwort auslöst, als Antigen bezeichnet. Häufig handelt es sich bei Antigenen um Proteine auf der Oberfläche von Viren, Bakterien, Pilzen und Eindringlingen von Protozoen. Die spezifische Sequenz von Aminosäuren, die vom Antikörper erkannt wird, wird als Epitop bezeichnet. Die meisten Epitope sind nur 5-6 Aminosäuren lang. Ein einziges Antigen kann daher mehrere unterschiedliche Epitope aufweisen. Kreuzreaktivität tritt auf, wenn zwei verschiedene Epitope strukturell ähnlich sind und daher vom gleichen Antikörper erkannt werden.

Die Kreuzreaktivität erleichtert die Immunität gegen verwandte Erregerstämme

Ein großer Vorteil der Antikörper-Kreuzreaktivität ist, dass sie eine kreuzprotektive Immunität gegen verwandte Krankheitserreger bietet. Wenn ein zirkulierender Antikörper einen viralen oder bakteriellen Krankheitserreger erkennt, dem er zuvor begegnet ist, löst er eine schnelle Immunantwort aus und zielt auf den Erreger, um ihn zu vernichten. Dieser Prozess wird als immunologisches Gedächtnis bezeichnet. Die Kreuzreaktivität ermöglicht es demselben Antikörper, eine ähnlich robuste Immunantwort auf ein eng verwandtes, aber bisher unbekanntes Antigen zu erkennen und auszulösen. Auf diese Weise bietet ein weniger spezifischer Antikörper trotz der antigenen Variation der Erreger eine breit gefächerte Immunität.

Die Kreuzreaktivität kann die Anzahl der Allergene erhöhen

Eine Allergie tritt auf, wenn Antikörper Antigene aus gutartigen Quellen (z.B. Lebensmittel, Pflanzen, Tiere) als eindringende Krankheitserreger wahrnehmen und eine unangemessene Immunantwort gegen sie auslösen. Im Falle einer Allergie wird das Antigen als Allergen bezeichnet. Die Kreuzreaktivität von Antikörpern kann die Anzahl der Allergene, auf die ein Allergiker reagiert, erhöhen. Während die erste allergische Reaktion gegen ein bestimmtes Allergen (z.B. Walnuss) ausgelöst wurde, lässt die Kreuzreaktivität das Immunsystem gegen weitere, strukturell ähnliche Allergene (z.B. Pekannuss) wirken. Diese Allergene können von ähnlicher Natur sein, wie z.B. Garnelen und Hummer, oder nicht verwandt sein, wie z.B. Banane und Latex. Sie weisen jedoch strukturell ähnliche Epitope auf und induzieren daher eine Immunantwort, die durch denselben Antikörper vermittelt wird.

Eine Impfung mit einem kreuzreaktiven Antikörper kann mehrere tödliche Ebola-Formen eindämmen

Ebola ist eine oft tödliche Krankheit, die durch das Ebola-Virus verursacht wird. Vier der sechs Ebola-Arten sind für den Menschen pathogen. Er verbreitet sich leicht durch die Übertragung von Körperflüssigkeiten und verursacht lokale Ausbrüche. Erst in den letzten Jahren haben Forscher einen Impfstoff gegen den Zaire-Stamm des Ebola-Virus entwickelt. Der Impfstoff schützte das Gesundheitspersonal erfolgreich bei einem akuten Ebola-Ausbruch in der Demokratischen Republik Kongo im Jahr 2018. Der Impfstoff muss noch weiteren Tests unterzogen werden, um seine Sicherheit nachzuweisen, ist aber ein hoffnungsvoller Kandidat für die Bekämpfung des Ebola-Virusstamms aus Zaire, der die Krankheit verursacht.

Inzwischen ermitteln die Forscher weiterhin Antikörper, die eine breite Immunität gegen das Ebola-Virus verleihen. Zu diesem Zweck beprobten und charakterisierten die Wissenschaftler menschliche Antikörper von Überlebenden eines Ebola-Ausbruchs. Sie identifizierten zwei Antikörper, die gegen mehrere Arten des Ebola-Virus kreuzreagieren. Diese Entdeckung könnte zur Entwicklung eines breit angelegten Impfstoffs gegen das Ebola-Virus führen.


Suggested Reading

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter