Аффинность. терминология искусственных иммунных систем

Аффинность. Терминология искусственных иммунных систем

Понятие искусственной иммунной системы было определено в начале текущего тысячелетия учеными де Кастро и Тиммисом как адаптивной системы, в основу которой положена теоретическая иммунология, ее принципы и модели, используемой для решения различных прикладных задач.

В искусственной иммунной системе в качестве описания взаимодействия компонентов системы (антител) используются меры аффинности, а в качестве механизмов адаптации – иммунные алгоритмы. Чтобы построить такую систему, необходимо знать область применения или целевую функцию.

Аффинность – термодинамическая характеристика, количественно описывающая силу взаимодействия антигена и антитела.

Применительно к искусственным иммунным системам аффинность – это характеристика, оценивающая степень близости (схожести) генетических наборов антигена и антитела.

Обратите внимание

Для искусственных иммунных систем, основанных на бинарном коде, аффинность оценивается с помощью расстояния Хэмминга. Для систем, основанных на вещественном коде – с помощью евклидова расстояния.

Популяция антител – множество возможных решений задачи.

Эпоха эволюции – один такт цикла клональной селекции и созревания аффинности в ходе работы алгоритма искусственной иммунной системы.

Клональная селекция – процесс клонирования и мутации копий антитела в случайных позициях в ходе работы алгоритма искусственной иммунной системы.

Искусственные иммунные системы могут использоваться для решения разнообразных прикладных задач:

– обеспечение компьютерной безопасности; – обнаружение аномалий во временных рядах данных; – распознавание образов;

– многомерная многоэкстремальная оптимизация.

Искусственная иммунная система (ИИС) – адаптивная вычислительная система, использующая модели, принципы, механизмы и функции, описанные в теоретической иммунологии, которые применяются для решения прикладных задач.

Несмотря на то, что природные иммунные системы изучены далеко не полностью, на сегодня существуют по меньшей мере три теории, объясняющие функционирование иммунной системы и описывающие взаимодействие её элементов, а именно: теория негативного отбора, теория клональной селекции и теория иммунной сети . Они легли в основу создания трех алгоритмов функционирования ИИС.

Основные методы

Общие методы основаны на конкретных иммунологических теориях, которые объясняют функции и поведение адаптивной иммунной системы млекопитающих.

  • Клональный алгоритм отбора – класс алгоритмов, основанных на теории клоновой селекции приобретённого иммунитета, которая объясняет, как Б и Т лимфоциты улучшают их реакцию на антигены с течением времени, что называется affinity maturation. Эти алгоритмы сосредоточены на атрибутах теории Дарвина, где выбор основан на близости взаимодействия антигенов и антител и репродукции на принципе деления клеток и вариациях на основе соматических гипермутаций.
  • Негативный алгоритм отбора
  • Иммунный сетевой алгоритм
  • Дендритный алгоритм

искусственные иммунные системы аффинность популяция антител эпоха эволюции клональная селекция

Источник: https://neuronus.com/theory/ais/35-affinnost.html

Аффинность антител

По свойствам антител различают два понятия аффинность (или аффинитет) и авидность (или авидитет).

Аффинность — это степень специфического сродства активного центра к антигенной детерминанте, авидность — это степень прочности связывания молекулы антитела с молекулой антигена.

Чем выше аффинность (степень сpодства), тем выраженнее и авидитет (пpочность связывания). Кроме того, авидитет тем сильнее, чем больше связывающихся центров.

Термин аффинность относится к связыванию антитела с моновалентным гаптеном или с одной антигенной детерминантой. В большинстве случаев, однако, мы имеем дело со взаимодействием антисыворотки, т.е. сыворотки иммунизированного животного или человека.

Для описания связывания АТ с поливалентным антигеном используют термин “авидность”.

Авидность определяется многими сложными факторами, в частности, гетерогенностью антител в данной сыворотке, направленных к определенной антигенной детерминанте, а также гетерогенностью самих детерминант. Необходимо учитывать и следующее обстоятельство.

Поливалентность большинства антигенов приводит к своеобразному “усиливающему” эффекту: огромное увеличение константы равновесия, возникающее из-за того, что составляющие аффинности не складываются, а перемножаются, и обеспечивает этот усиливающий эффект.

Таким образом, термин авидность используется для описания общего количества всех внутренних аффинностей обнаруженных в поликлональной антисыворотке.

Важно

Первичный иммунный ответ на ранее не встречаемые организмом антигены начинается с продукции IgM. IgG — это поздние антитела в филогенетическом и онтогенетическом отношении. При первичном иммунном ответе они сменяют ранние антитела IgM и накапливаются в организме в значительно больших количествах. IgG обладают наиболее высокими аффинностью и авидностью.

Анализ сыворотки крови пациента включает в себя определение антител, образующихся в организме в ответ на проникновение возбудителя. Об острой фазе заболевания говорит наличие вирусоспецифических антител IgM. Но срок их присутствия в организме варьирует от нескольких недель до месяцев и даже лет.

Нарастание уровня IgG происходит в течение нескольких недель. При этом вначале образуются низкоафинные антитела, образующиеся в начале иммунного ответа при размножении вируса в организме и сохраняющиеся в течение 1-1,5 мес. от начала заболевания.

Позже, в процессе созревания иммунного ответа, в организме появляются высокоафинные IgG антитела. Высокоафинные антитела остаются в организме длительное время. За счет этих антител развивается быстрый вторичный иммунный ответ в случае повторного попадания возбудителя в организм.

В случае латентной инфекции в крови обнаруживаются IgM при обострении или реактивации инфекционного процесса.

В случаях, когда обнаруживаются IgM в крови, необходимо разделять первичную инфекцию и обострение, так как первичная инфекция у беременных женщин ведет к тяжелым последствиям для плода. Кроме того, различаются схемы лечения первичной и латентной инфекций.

Для этого рекомендуется определять авидность антител IgG. Если в крови при наличии IgM обнаруживаются IgG с низкой авидностью, то это свидетельствует о первичной (недавней) инфекции.

Наличие же высокоавидных антител IgG (в присутствии IgM) говорит о вторичном иммунном ответе в случае попадания возбудителя в организм или обострения (реактивации).

Совет

В ИФА тест-системах используют показатель индекса авидности антител (ИА). Суть метода заключается в следующем. При инкубации тестируемых сывороток с адсорбированными антигенами образуются иммунные комплексы.

После промывания планшет в часть лунок добавляют раствор, который способствует удалению “ранних” IgG, отличающихся низкой авидностью. После внесения конъюгата контролируют его связывание с комплексом антиген-антитело с помощью раствора хромогена.

Интенсивность окраски пропорциональна количеству антител к антигену в образце. После остановки ферментативной реакции измеряют оптическое поглощение окрашенного раствора с помощью спектрофотометра.

Присутствие в исследуемом образце вирусспецифических антител с низкой авидностью определяется снижением интенсивности окрашивания по сравнению с лунками без раствора, удаляющего “ранние” IgG.

Индекс авидности (ИА) антител испытуемых сывороток рассчитывают (в %) по формуле:

ИА = ОП1 х 100/ОП2

где: ОП1 — ОП в лунках с антигенами после обработки раствором, удаляющим низкоавидные IgG;

ОП2 — ОП в лунках с той же сывороткой, не обработанных раствором.

Выявление в испытуемой сыворотке антител с индексом авидности ниже 30-35% (у разных производителей) указывает на свежую первичную инфекцию обследованного пациента.

Выявленный показатель авидности, равный или превышающий 40%, указывает на то, что в сыворотке содержатся анамнестические высоко-авидные антитела, свидетельствующие об инфекции в прошлом.

Показатель авидности антител в интервале 31-39% может свидетельствовать о поздней стадии первичной инфекции или недавно перенесенной инфекции только при условии выявления антител в высокой концентрации.

Обратите внимание

Таким образом, определение авидности антител к данному возбудителю позволяет выделить первичную инфекцию, дифференцировать ее от периода реактивации или вторичного проникновения антигена в организм. Но данный тест рекомендуется применять для пациентов, в сыворотке крови которых обнаружены IgM.

Авидность (от avidity – жадный) – это оценка свойства антител IgG связывать антиген (чужеродное вещество). Молекула антигена имеет несколько участков, с которыми связываются антитела – эпитопов.

аффинность антител

Прочность связи с одним из этих участков характеризуется свойством аффинности.

Авидность (от avidity – жадный) – это оценка свойства антител IgG связывать антиген (чужеродное вещество).

Молекула антигена имеет несколько участков, с которыми связываются антитела – эпитопов.

Прочность связи с одним из этих участков характеризуется свойством аффинности. А под авидностью подразумевают связь с несколькими участками.

В момент поступления какого-либо чужеродного агента (антигена), например, вируса или бактерии, иммунная система начинает вырабатывать антитела.

В общем случае сначала вырабатываются IgM, а затем начинают вырабатываться IgG. IgG сохраняются дольше, иногда всю жизнь. В самом начале реакции на антиген IgG слабо связывают его, в этот момент их называют низкоавидными и низкоаффинными.

Постепенно антитела увеличивают силу связывания и называются уже высокоавидными. Так можно ориентировочно оценить срок попадания агента в организм, а также отличить первичную инфекцию от реинфицирования.

Например, низкоавидные антитела IgG к цитомегаловирусу означают, что инфицирование состоялось недавно. А высокоавидные антитела говорят о более давнем инфицировании.

Подобное исследование особенно важно при обследовании беременных женщин с подозрением на острую инфекцию (краснуха, токсоплазмы, цитомегаловирус).

В нашей лаборатории определяется авидность антител igg к следующим инфекциям:

Источник: https://ekoshka.ru/affinnost-antitel/

Искусственный и естественный иммунитеты. Факторы иммунитета

Иммунитет человека – это единая, целостная система. Все ее клетки работают на один результат – здоровье организма. Тем не менее, условно ученые разделяют его на несколько видов для того, чтобы было проще изучать его и работать с ним. Современная наука выделяет врожденный и приобретенный виды иммунитета.

Врожденный мы получаем от родителей, и на него в большой степени влияют генетические факторы. Он остается с нами на всю жизнь в неизменном виде. Другое дело – приобретенный иммунитет. На него можно и нужно воздействовать, развивать, укреплять, тренировать. Чтобы понять, каким образом это делать, нужно детально рассмотреть, как он классифицируется, и откуда берется.

Приобретенный иммунитет делится на естественный и искусственный. Логично предположить, что естественный иммунитет приобретается благодаря определенным физиологическим процессам. Каждая болезнь, которую человек переносит, не проходит для организма бесследно.

Важно

Антигены провоцируют выработку антител, клетки иммунитета, запоминают все, что им приходится делать, чтобы в следующий раз воспользоваться этой информацией. Таким образом, развивается естественный иммунитет. Он может быть активным или пассивным. После перенесенных болезней вырабатывается активный иммунитет.

Пассивный естественный иммунитет вырабатывается вследствие передачи матерью иммунной информации новорожденному. Это происходит посредством грудного молока. Поэтому грудное вскармливание нельзя ничем заменить. Для ребенка это очень важная основа здоровья.

Искусственный иммунитет также может быть активным и пассивным. Когда человеку вводят вакцину, она активизирует выработку антител, как это происходит во время болезни. Это происходит благодаря тому, что в состав вакцин входят мертвые или ослабленные антигены, которые не могут вызвать болезнь, но могут вызвать иммунный ответ.

Следствием всего этого является активный искусственный иммунитет. Бывает и обратная ситуация, когда человеку вводят сыворотку. Сыворотки – это вещества, которые содержит антигены против возбудителей определенных болезней. То есть, при проникновении определенного одноклеточного микроорганизма, иммунным клеткам не нужно формировать антигены, поскольку они уже есть в крови человека.

Так формируется пассивный искусственный иммунитет.

 

Факторы иммунитета

Факторы иммунитета – это те «инструменты», которые обеспечивают защиту организма. Они делятся на клеточные, гуморальные и факторы саморегуляции. Клеточные факторы иммунитета – это кожа и слизистые оболочки, процесс фагоцитоза, клетки-убийцы и видовая реактивность клеток.

Все это создает механический барьер для вражеских микроорганизмов, а также поглощает и уничтожает их. Гуморальные факторы иммунитета – это разнообразные ферменты и другие вещества, которые вырабатываются Т-лимфоцитами и макрофагами.

Они содержатся в крови и других биологических жидкостях организма.

Факторы саморегуляции – это способность организма запускать некоторые процессы, которые способствуют излечению от болезни. Это, например, повышение температуры теля, изменение pH поврежденных тканей, выделение слизи, мокроты и другое.

 

Повышение иммунитета народными средствами

Многие люди испытывают дефицит иммунитета, но прибегать к фармацевтическим препаратам не хотят, объясняя это тем, что лишняя «химия» организму ни к чему. Это мудрое решение, поэтому повышение иммунитета народными средствами не теряет своей актуальности.

Надо сказать, что такой метод подходит не всем, и тут большую роль играет внушаемость человека, а также глубина проблемы.

Конечно, если речь идет о непродолжительных сезонных простудах, которые не слишком часты, не вызывают осложнений и быстро проходят, то в этом случае повышение иммунитета народными средствами будет эффективным.

Если же проблема в серьезном иммунодефиците, который характеризуется частыми инфекционными заболеваниями, непроходящими вялотекущими простудами, слабостью, сонливостью – то нужны более радикальные методы и серьезное обследование. Если вам интересно повышение иммунитета народными средствами, мы приведем несколько простых и действенных рецептов, проверенных временем.

2 столовых ложки хвои нужно прокипятить в 500 граммах воды полчаса. Дать настояться и добавить 2 столовые ложки меда, разделить на 2 приема в день. Витаминное варенье для иммунитета можно приготовить из 500 граммов клюквы, 4 средних яблок и стакана грецких орехов. Все нужно измельчить, добавить 2 стакана сахара и полстакана воды. Варить все на медленном огне, чтобы прокипело. Потом разложить в банки и принимать по столовой ложке с чаем 2-3 раза в день.3 части сока алоэ, 5 частей меда и 7 частей кагора смешать и настоять в темном месте в течение недели. Принимать смесь по столовой ложке перед каждым основным приемом пищи.Мы упомянули в этой статье, что иммунитет можно тренировать. Это действительно так, и сегодня для этого не обязательно переносить болезни или вводить дорогостоящие сыворотки и вакцины. Конечно, плановое вакцинирование согласно государственному календарю прививок – это необходимое мероприятие. Каждый обязан привиться и привить детей.

Говоря о тренировке иммунитета, мы имеем в виду снабжение его иммунной информацией, на основе которой работают клетки иммунной системы. Эта информация содержится на особых носителях, трансфер факторах, которые присущи всем млекопитающим.

Носители эти состоят из 44 аминокислот – это длинные цепочки, которые способны вместить огромное количество информации. Это иммунная память млекопитающих, в которой сосредоточены знания иммунных клеток обо всех вредоносных микроорганизмах и методах борьбы с ними.

Когда иммунитет обладает этими знаниями, он просто не подпускает одноклеточные на пушечный выстрел, сразу уничтожая их. Это самое совершенное оружие против болезней.

Трансфер факторы содержатся во многих биологических жидкостях, но основной их источник это молозиво любого млекопитающего. С молозивом матери передают детям иммунную память клеток, таким образом, закладывая прочный фундамент для их здоровья.

Совет

Именно на этом и основано действие иммуномодулятора Трансфер фактор. Передавая иммунную память, он тренирует иммунитет человека. Это не стимуляция иммунитета, не повышение активности клеток – это разъяснение им их функций.

Благодаря тому, что Трансфер фактор действует таким путем, он не представляет никакой опасности, поскольку побочных действий или привыкания вызвать не может.

Кроме того, он изготавливается на основе натурального сырья – коровьего молозива, которое издавна использовалось нашими предками для укрепления здоровья. Трансфер факторы добываются из молозива благодаря запатентованной технологии ультрафильтрации.

Безопасность Трансфер фактора подтверждена Минздравом России, который рекомендует использовать его вне зависимости от возраста, цели и диагноза. Он эффективен как профилактическое средство, и как дополнение к традиционному лечению. Трансфер фактор назначают даже младенцам и будущим мамам, что является лучшим подтверждением его безопасности.

Источник: http://www.transferfaktory.ru/iskusstvennyiy-i-estestvennyiy-immunitet

Понятие и виды естественного и искусственного иммунитета

Здоровье человека и жизнеспособность его организма обеспечивает состояние защищенности иммунной системы.

Проникновение болезнетворных механизмов негативным образом влияет на внутреннюю среду, а также общее состояние индивида. На сегодняшний день известно несколько видов иммунитета.

Подробнее рассмотреть особенности и классификацию естественной и искусственной защищенности можно в представленном материале.

Что такое естественный иммунитет?

Естественный иммунитет — это совокупность факторов и механизмов, оказывающих содействие человеческому организму в противодействии инородным антителам, вирусам, бактериям.

Естественная иммунная система формировалась без вмешательства индивида в результате перенесенного заболевания. На первых порах жизни у маленьких детей формируется защищенность к некоторым инфекционным заболеваниям. Ребенок получает защиту от матери, которая переболела болезнями.

Виды

Естественный иммунитет делится на:

Врожденный — защита организма, которая передается потомкам на генетическом уровне и остается неизменной в течение всей жизни. Обуславливает предрасположенность к некоторым болезням.

Приобретенный вид — представляет собой иммунную систему, которая формируется после перенесенного заболевания. Во внутренней среде человека вырабатываются антитела, содействующие предотвращению болезни в будущем.

Виды врожденной защиты:

Абсолютный — полная защищенность от инфекционных заболеваний;

Относительный — при определенных условия имеются угрозы развитию заболеваний.

Виды приобретенной естественной защиты:

Естественный активный иммунитет — выработка антител в организме происходит в течение длительного периода времени (одной — двух недель), однако защищенность сохраняется в течение продолжительного времени. Формируется в результате введения вакцины, которая используется для предотвращения развития инфекций;

Естественный пассивный — выработка полезных веществ происходит в результате целенаправленного введения инъекции, содержащий сыворотку с антителами. Формируется быстро (в течение нескольких часов), но сохраняется непродолжительное время.

Что такое искусственный иммунитет?

Искусственный иммунитет — это защита человеческого организма, созданная посредством стимулирования действия иммунной невосприимчивости. Устойчивость формируется посредством введения инъекций искусственно образованных глобулинов.

Искусственные антитела могут состоять из следующих элементов:

  • Убитых чужеродных микроорганизмах;
  • Живых, но ослабленных микробов;
  • Химические элементы, полученные в результате деления клеток вирусов, бактерий;
  • Безвредные токсины.

Виды

Искусственный иммунитет подразделяется на две категории, которые различаются по способу образования. Различают активную и пассивную иммунную устойчивость.

Пассивная искусственная невосприимчивость формируется в результате введения вакцины, содержащей сыворотку с антителами. К выработке пассивной защиты внутренней среды человека прибегают при необходимости лечения болезни, против которого вакцина не была введена.

Сыворотки бывают:

  • Гетерологические — изготовленные из крови животных;
  • Гомологические — созданные из человеческой крови.

Помимо сыворотки с антителами нуждающимся в вакцинации вводят искусственные глобулины. Их отличительной особенностью является высокая эффективность и безвредность приобретения пассивной устойчивости. Сыворотки отличаются небезопасностью и вероятностью побочных эффектов.

Развитие пассивной устойчивости иммунной системы происходит в течение нескольких часов или дней, однако отличается низким уровнем полезного действия и не высокой продолжительностью.

Активный искусственный иммунитет образуется посредством введения вакцины, состоящей из ослабленных или неживых микроорганизмов.

Вследствие вакцинации человеческий организм самостоятельно стимулирует выработку антител. Активная искусственная устойчивость отличается длительностью действия.

Элементы, полученные в результате вакцинации, предотвращают развитие повторного заболевания.

После инъекции возможно развитие побочных эффектов, которые проявляются в легкой или осложненной форме (воспаление, повышение температуры, головная боль, ослабленность организма).

Важно обратить внимание, что производить вакцинацию некоторых категорий граждан запрещено.

К числу таких лиц относят: людей с иммунодефицитом, иммуносупрессией, злокачественными опухолями, беременным.

Какой передается по наследству?

Естественный приобретенный иммунитет возникает после заболевания человека. В результате иммунная устойчивость вырабатывает антитела, действие которых создает барьер, препятствующий повторному заболеванию. По наследству передается естественная врожденная невосприимчивость, в результате которой формируется защита от инфекционных возбудителей, свойственная конкретному виду.

Какой не передается?

Искусственный иммунитет (активный и пассивный) образуется вследствие медицинского вмешательства, путем введения в человеческий организм искусственно изготовленных микроэлементов. Иммунная система не передается потомству. Также на генетическом уровне потомкам не передается естественная приобретенная иммунная устойчивость.

Источник: https://centr-zdorovja.com/immunitet-estestvennyj/

Иммунное распознавание и иммунный ответ

Категория: Эндокринология

Главными клетками иммунной системы явля­ются Т- и В-лимфоциты. Предшественники Т-лимфоцитов (пре-Т-клетки) образуются в костном мозге и мигрируют в тимус, где созревают и диффе­ренцируются. На ранних стадиях созревания на их поверхности появляются ТКР, кодируемые еще не­перестроенными генами.

Будущие Т-клетки с ТКР, состоящими из а/|3-цепей (Та/р-клетки), вступают в критическую стадию своего развития, на кото­рой происходит элиминация аутореактивных кло­нов. Некоторые пре-Т-клетки экспрессируют ТКР, состоящие из цепей другого типа (Ту/б-клетки).

Та/Р-клетки дифференцируются в зрелые CD4+- или СН8+-лимфоциты, мигрируют в Т-клеточные участки периферических лимфоидных органов и при активации функционируют в качестве хел- перных (Тх) или цитотоксических (Тц) клеток.

Перестройка генов а и В цепей ТКР, обеспечивающая их функциональное разнообразие

Обратите внимание

В-лимфоциты созревают и дифференцируются в костном мозге, а затем мигрируют в В-клеточные участки лимфоидных органов. Активация В-кле- ток происходит под действием факторов, продуци­руемых Тх-клетками. Последние, однако, сами нуждаются в активации «профессиональными» ан- тиген-представляющими клетками (АПК), напри­мер, макрофагами.

Некоторые активированные В-клетки превращаются в плазматические и начи­нают продуцировать иммуноглобулин М (IgM). Большинство же других превращается в В-клетки памяти.

Повторная их активация сопровождается переключением синтеза классов иммуноглобули­нов и гиперстимуляцией вариабельных (V) сегмен­тов генов иммуноглобулинов, что обеспечивает дальнейшее разнообразие рецепторов и специфич­ность их взаимодействия с антигенами.

Активация В-клеток происходит при распозна­вании ими нативных антигенов, тогда как активация Т-клеток происходит только тогда, когда профессо- нальные АПК представляют им «обработанные» (подвергшиеся процессингу) антигенные пептиды, ассоциированные с молекулами главного комплекса гистосовместимости (Major Histocompatibility Co­mplex, МНС). Поэтому Т-клеточное распознавние называют «рестиктированным по МНС».

Комплекс МНС (называемый у человека ком­плексом HLA) занимает относительно небольшой участок генома. Многочисленные гены этого ком­плекса кодируют основные гликопротеины, участ­вующие в представлении антигенов (рис. 3.2). Комплекс HLA расположен на коротком плече хро­мосомы 6, и включает гены молекул трех классов (I, II и III).

«Классический» участок генов класса I содержит локусы, кодирующие молекулы HLA-A, HLA-В и HLA-С, а «неклассический» — локусы, кодирующие HLA-E, HLA-F и HLA-G, а также дру­гие связанные с иммунитетом молекулы (напри­мер CD1).

Область генов класса II (HLA-D) вклю­чает локусы HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR и другие гены, имеющие отношение к процессингу антиге­нов, их транспорту и представлению. Сюда отно­сится, например, ген транспортера, ассоциирован­ного с процессингом антигена (ТАР).

Область класса III содержит гены факторов некроза опухо­лей (ФНО-а и ФНО-|3), факторов комплемента (С2, С4 и В), а также 21-гидроксилазы (одного из ферментов стероидогенеза).

Гликопротеины, коди­руемые генами класса I, расположенными в «клас­сическом» участке комплекса, присутствуют на всех соматических клетках, тогда как молекулы, кодируемые генами «неклассического» участка класса I, — только на некоторых (например, HLA-F — на клетках печени плода, HLA-G — на клетках плаценты).

Важно

Молекула CD1 экспресси­руется на клетках Лангерганса, дендритных клет­ках, макрофагах и В-клетках (все они относятся к профессиональным АПК). В то же время практи­чески все клетки, за исключением зрелых эритро­цитов, в определенных условиях [например, при стимуляции интерфероном-у (ИФН-у)] способны экспрессировать молекулы HLA класса II.

Как пра­вило, молекулы HLA класса I «представляют» CD8+ Тц-клеткам пептидные продукты антигенов (например, вирусов), попадающих в цитозоль, а молекулы HLA класса II «представляют» CD4+ Тх-клеткам пептидные продукты антигенов (на­пример, бактерий), попадающих в клеточные пу­зырьки путем эндоцитоза. Молекулы HLA класса II связывают также пептидные продукты многих собственных антигенов клеточной мембраны.

Организация генов комплекса HLA. Вверху – участки, кодирующие белки HLA разных классов. АРТР – кластер генов класса II, кодирующих молекулы, связанные с процессингом, транспортом и представлением антигенов. Гены класса III (кодирую­щие ФНО-a и ФНО-0, факторы комплемента С2, С4, В, а также 21-гидроксилазу и др.) не участвуют в представлении антигенов

Активация Т-клеток требует, по меньшей мере, двух сигналов. Первый из них возникает при взаи­модействии ТКР с антигенным пептидом (в ком­плексе с молекулой МНС) на поверхности АПК (рис. 3.3). Второй сигнал генерируется взаимодей­ствием костимуляторных молекул CD80 (В7.1) и CD86 (В7.2) на АПК с молекулой CD28 на Т-клетках.

Оба эти сигнала совместно вызывают пролиферацию Т-клеток, продукцию ими интер- лейкина-2 (ИЛ-2) и экспрессию белка Bcl-xL, пре­пятствующего апоптозу. Тц-клетки нуждаются также в «помощи» Тх-ьслеток.

До недавнего време­ни считалось, что Тц- и Тх-клетки одновременно взаимодействуют с АПК, и что секретируемые Тх-клетками цитокины (в частности, ИЛ-2) необ­ходимы для активации Тц-клеток.

Однако послед­ние данные позволяют постулировать иной меха­низм активации Т-клеток, а именно взаимодейст­вие молекулы CD154 (лиганда CD40, CD40L), расположенной на Тх-клетке с молекулой CD40 на АПК. По-видимому, это взаимодействие ка­ким-то образом «лицензирует» АПК, придавая им способность прямо стимулировать Тц-клетки (рис. 3.

4). Таким образом, при контакте с АПК от­падает необходимость непосредственного взаимо­действия между Тх- и Тц-клетками. Образование комплекса CD154-CD40 усиливает также экспрес­сию молекул CD80 и CD86 на АПК, равно как и сек­рецию цитокинов (ИЛ-1, -6, -8, -10, -12 и ФНО-а).

Совет

Еще одна молекула на Т-клетках, гомолог CD28 — антиген 4 цитотоксических Т-лимфоцитов (CTLA-4, или CD152), подавляет Т-клеточные ответы (см. рис. 3.3). На покоящихся Т-клетках CD 152 практически отсутствует. Связывание CD28 Т-клеток с CD80/86 АПК или ИЛ-2 усили­вают экспрессию CD 152, которая обладает в 20 раз большим сродством к CD80/86C АПК, чем CD28.

Общую картину перечисленных взаимодейст­вий можно представить следующим образом (см. рис. 3.3). После процессинга антигена в АПК он объединяется с молекулой HLA и взаимодейст­вует с ТКР. Образующийся комплекс генерирует первый антиген-специфический сигнал для Т-кле­ток.

Второй сигнал возникает при образованиикостимуляторного комплекса CD80/86-CD28, ко­торый индуцирует вначале экспрессию CD154, а затем — CD152. Связывание CD154 Тх-клеток с CD40 АПК усиливает экспрессию CD80/86 и придает АПК способность прямо активировать Тц-клетки.

Таким же действием обладают воспали­тельные цитокины, липополисахариды и вирусы. Усиленная экспрессия CD80/86 на АПК и после­дующее связывание этих молекул с CD28 Т-клеток поддерживает активацию и пролиферацию послед­них.

Однако молекула CD 152, появляющаяся на Т-клетках через 48-72 часа после их активации и обладающая большим сродством к CD80/86 АПК, чем CD28, вытесняет CD28 из связи с CD80/86, что приводит к инактивации Т-клеток.

Распознавание антигена Т-клетками. А. Поглощение антигена: Инкорпорация антигена (путем фагоцитоза, пиноцитоза или опосредованного Fc-рецепторами эндоцитоза иммунных комплексов). Б.

Представление антигена: антиген-специфический сигнал для Т-клеток возникает при взаимодействии ТКР с представленным АПК антигенным пептидом (CD8* Тц-клетки взаимо­действуют с антигенным пептидом в комплексе с молекулами МНС класса I, a CD4* Тх-клетки — с пептидом в комплексе с молекула­ми МНС класса II). В.

Активация Т-клеток: необходимый второй сигнал возникает при взаимодействии молекул CD80/86 (В7.1; В7.2), расположенных на поверхности АПК, с поверхностной молекулой CD28 Т-клеток. Этот сигнал индуцирует вначале экспрес­сию Т-клетками молекулы CD154 (CD40L), а затем и CD152 (CTLA-4).

Обратите внимание

Связывание CD154 с CD40 повышает экспрессию на АПК молекул CD80/86, что усиливает их связывание с CD28 Т-клеток и поддерживает активацию и пролиферацию последних. Г. Инак­тивация Т-клеток: молекула CD152 (экспрессирующаяся на Т-клетках через 48-72 часа после их активации) обладает большим сродством к CD80/86 и поэтому вытесняет CD28 из связи с этими молекулами, обусловливая инактивацию Т-клеток

Описанные взаимодействия, вероятно, значи­тельно упрощают реальную картину. Так, обнару­жено новое семейство рецепторов В7; одни из них обладают костимуляторной активностью, многие участвуют в подавлении иммунных реакций, а тре­тьи выполняют двойную функцию. Многочислен­ность и разнообразие возможных лиганд-рецептор- ных взаимодействий затрудняет понимание регу­ляции активности Т-клеток.

Активация и дифференцировка В-клеток также обычно требуют двух сигналов. Наивные В-клетки активируются антигеном, но нуждаются и в допол­нительных сигналах от активированных Тх-клеток.

Некоторые антигены (например, липополисахари­ды граммотрицательных бактерий или полимер­ные белковые структуры) способны прямо активировать наивные В-клетки без участия Тх-клеток. Первый способ активации В-клеток, требующий участия Тх-клеток (рестриктирован- ных по МНС класса II), называют тимус-зависи- мым (ТЗ), а второй — тимус-независимым (ТН).

Тх-клетки контролируют также переключение изо­типов иммуноглобулинов и инициируют сомати­ческую гипермутацию вариабельных участков ге­нов антител в В-клетках. Взаимодействию CD154

Тх-клеток с CD40 В-клеток, а также цитокинам

Тх-клеток принадлежит важнейшая роль в кло­нальной экспансии В-клеток в периферических лимфоидных органах. Переключение изотипов им­муноглобулинов является необходимым условием формирования функционального разнообразия гу­моральных иммунных реакций, а соматическая ги­пермутация вариабельного участка генов иммуног­лобулинов определяет повышение аффинности продуцируемых антител.

В целом, иммунный ответ представляет собой сочетание эффекторных реакций, направленных на элиминацию патогенных организмов.

Различа­ют механизмы врожденного иммунитета — фаго­цитоз (осуществляемый макрофагами, нейтрофи- лами, моноцитами и дендритными клетками), а также цитотоксичность (осуществляемую нату­ральными киллерами, НК-клетками) и адаптивно­го (или приобретенного) иммунитета, которые включают антителозависимую комплемент-опо- средованную цитотоксичность (АЗКОЦ), цито­токсичность Ту/8-клеток (распознающих белки

Важно

теплового шока на клетках-мишенях) и цитоток­сичность, осуществляемую CD8+ или CD4 Тц-клетками.

Последние активируются при взаи­модействии со специфическими антигенными пеп­тидами, связанными с молекулами МНС I (для CD8+ Т-клеток) и МНС II класса (для CD4+ Т-кле- ток) на АПК, а также под действием ИЛ-2, проду­цируемого активированными Тх-клетками.

CD8+ и CD4+ Тц-клетки вызывают гибель своих мише­ней, секретируя цитокины (перфорины, гранзимы) или индуцируя апоптоз путем Fas-FasL взаимо­действия [киллерные клетки, несущие на своей по­верхности молекулы Fas-лиганда (FasL), активи­руют программу гибели клеток-мишеней, экспрес­сирующих молекулы Fas].

Направление реакций лимфоцитов исключи­тельно против чужеродных, а не собственных (ауто) антигенов обеспечивается многими «барьерами безопасности», которые должны формиро­ваться еще до того, как аутореактивные лимфоци­ты приобретут способность к дифференцировке и пролиферации.

«Лицензированные» АПК прямо активируют Тц-клетки. Согласно традиционной схеме, Тх- и Тц-клетки одновременно рас­познают антиген, представляемый АПК. Это стимулирует секрецию интерлейкина-2 (ИЛ-2) Тх-клетками, который и активирует Тц-клетки.

По новой же схеме (А), АПК вначале взаимодействуют с Тх-клетками. Связывание CD154 (CD40L) Тх-клеток с CD40 АПК «лицензирует» последние, придавая им способность прямо активировать Тц-клетки. Аналогичной способностью обладают и другие факторы (Б).

Таким образом, «лицензированные» АПК могут активировать Тц-клетки без прямого участия Тх-клеток

Поделитесь ссылкой:

Источник: http://med-slovar.ru/endokrinologiya/endo/878-immunnoe-raspoznavanie-i-immunnyj-otvet

Подход к обнаружению вторжений на основе модели иммунной системы и иммунокомпьютинга Вадим Д. Котов Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет. – презентация

1 Подход к обнаружению вторжений на основе модели иммунной системы и иммунокомпьютинга Вадим Д. Котов Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет Кафедра Вычислительной Техники и Защиты Информации<\p>

2 Содержание Информатика и компьютерные технология 1.Ссылки 2.Структура иммунной системы 3.Приобретенный иммунитет 4.Иммунный ответ по клеточному типу 5.Отрицательный отбор 6.Иммунный ответ по гуморальному типу 7.Иммунная сеть 8.Искусственные иммунные системы и иммунокомпьютинг 9.Алгоритм отрицательного отбора. 10.Аффинность 11.Модель костного мозга 12.Алгоритм клональной селекции 13.Классификация систем обнаружения вторжений 14.Модель иммунной системы для обнаружения вторжений 15.Formal Immune Network 16.Классификация с помощью иммунной сети 17.Иммунокомпьютинг в обнаружении вторжений 18.Предлагаемый подход 19.Представление данных 20.Расположение датчиков в сети 21.Эксперименты 22.Результаты 23.Сравнение с классической иммунной моделью 24.Выводы<\p>

3 Ссылки D. Dasgupta, L. F. Nino, Immunological Computation. Theory and Applications. CRC Press, A. O. Tarakanov, Immunocomputing for Intelligent Intrusion Detection in IEEE Computational Intelligence Magazine, May 2008, pp A. O. Tarakanov, Mathematical Models for Intrusion Detection by Intelligent Immunochip in CCIS (LNCS), vol. 3630, pp , 2005 A. O. Tarakanov, V. A. Skormin, S. P. Sokolova, Immunocomputiong: Principles And Applications. New-York: Springer, 2003 J. Kim, P. Bentley, An Artificial Immune Model for Network Intrusion Detection in 7th European Congress on Intelligent Techniques and Soft Computing (EUFIT'99), 1999 J. Kim, P. Bentley, The Human Immune System and Network Intrusion Detection. in 7th European Congress on Intelligent Techniques and Soft Computing (EUFIT'99), 1999 E. Carter, J. Hogue, Intrusion Prevention Fundamentals. Cisco Press, DARPA Intrusion Detection Evaluation, Available: V. D. Kotov, V. I. Vasilyev Artificial Immune Systems Based Intrusion Detection System Proc. of the 2nd International Conference on Security of Information and Networks, 2009, pp D. Dasgupta (ed) Artificial Immune Systems And Their Applications, Springer-Verlag, De Castro L. N., Timmis J. Artificial Immune Systems: A New Computational Intelligence Approach, Springer-Verlag, Warrender C., Forrest S., Pearlmutter B. Detecting Intrusions Using System Calls: Alternative Data Models. Proc. of 1999 IEEE Symposium on Security and Privacy, pp , May Forrest S., Perelson A. S., Allen L., Cherukuri R. Self-nonself discrimination in a computer, Proc. of 1994 IEEE Symposium on Research in Security and Privacy, pp , May Информатика и компьютерные технология<\p>

Совет

4 Структура иммунной системы Кожа Пот Слюна Слезы Биохимический барьер Сдерживание инфекции Воспаление Врожденный иммунитет Уничтожение вредоносных организмов Иммунная память для быстрого ответа на подобные инфекции Приобретенный иммунитет Информатика и компьютерные технология<\p>

5 Приобретенный иммунитет Свойства приобретенного иммунитета Основные участникиТипы иммунного ответа Специфичность иммунного ответа – способность лимфоцитов распознавать определенные антигены Т-лимфоциты (киллеры, хелперы, супрессоры) По клеточному (основные участники – Т- лимфоциты) Иммунная память – способность осуществлять быстрый иммунный ответ при повторной встрече с известным антигеном В-лимфоциты (В-лимфоциты, плазмациты, клетки памяти) По гуморальному типу (основные участники – B- лимфоциты) Саморегуляция –способность к активации и подавлению иммунного ответа Свободные антитела (рецепоторы В-лимфицита, покинувшие его поверхность) Лимфокины – вещества активирующие или подавляющие иммунный ответ Информатика и компьютерные технология<\p>

6 Иммунный ответ по клеточному типу 1.Фагоцит поглощает антиген; 2.Фагоцит переваривает поглощенный антиген и выделяет из него пептид; 3.Пептид презентуется на поверхности фагоцита; 4.Т-хелпер распознает пептид 5.Т-хелпер выделяет лимфокины, активирующие Т- киллеров; 6.Т-киллеры уничтожают зараженные клетки; 7.Т-супрессоры выделяют лимфокины, подавляющие иммунный ответ Информатика и компьютерные технология<\p>

7 Отрицательный отбор Информатика и компьютерные технология<\p>

8 Иммунный ответ по гуморальному типу 1.В-лимфоцит «узнает» антиген; 2.В-лимфоцит размножается, антитела на поверхности клонов претерпевают мутации; 3.Часть клеток выделяет антитела со свей поверхности (они становятся плазмацитами); 4.После иммунного ответа часть лимфоцитов умирает; 5.В-лимфоциты лучше «узнающие» антигены становятся клетками памяти и сохраняются примерно год (клональная селекция) Информатика и компьютерные технология<\p>

9 Иммунная сеть Информатика и компьютерные технология<\p>

10 Искусственные иммунные системы и иммунокомпьютинг Иммунная системаКомпьютерная имплементация Отрицательный отбор Т- лимфоцитов Алгоритм отрицательного отбора Клональная селекция В- лимфоцитов Алгоритм клональной селекции Иммунная сетьФормальная иммунная сеть (FIN, Formal Immune Network) Информатика и компьютерные технология<\p>

11 Алгоритм отрицательного отбора. Генерирование детекторов Паттерны нормальной активности Набор паттернов, сгенерированных случайным образом Удалить паттерн Набор детекторов Совпадение? Да Нет Информатика и компьютерные технология<\p>

12 Алгоритм отрицательного отбора.Обнаружение аномалий Набор детекторов Вновь поступающие паттерны Обнаружена аномалия Проверка следующего паттерна Совпадение? Да Нет Информатика и компьютерные технология<\p>

13 Аффинность Аффинность – степень соответствия между антигеном и лимфоцитом. Используемые виды аффинности: Правило r-смежных совпадений Аффинность равна максимальному числу совпадений в смежных позициях двух паттернов Расстояние по Хэммингу Аффинность равна числу совпадающих элементов в одинаковых позициях Расстояние по Чебышеву Аффинность равна наибольшему модулю разности элементов паттернов Аффинность = |3-6|=3 Аффинность = Аффинность = Информатика и компьютерные технология<\p>

14 Модель костного мозга … G12 G24 GM3 … Информатика и компьютерные технология<\p>

Обратите внимание

15 Алгоритм клональной селекции Создание начальной популяции лимфоцитов P Для каждого антигена повторить: Вычисление аффинности с каждым элементом P Выбор n1 элементов с лучшей аффинностью и копирование их (чем больше аффинность, тем больше копий) Внесение мутаций во все копии (чем больше аффинность, тем меньше мутаций) Условие останова? Нет Да Помещение n2 лучших лимфоцитов в пул клеток памяти Информатика и компьютерные технология<\p>

16 Классификация систем обнаружения вторжений Системы обнаружения вторжений По способу обнаружения Поведенческие Статистические средства, методы искусственного интеллекта Сигнатурные Поиск совпадений по шаблонам известных вторжений По типу мониторинга Узловые Мониторинг одного компьютера Сетевые Мониторинг сетевого трафика Информатика и компьютерные технология<\p>

17 Модель иммунной системы для обнаружения вторжений Клональная селекция Информатика и компьютерные технология<\p>

18 Formal Immune Network Формальная иммунная сеть (FIN)Набор клеток FIN=(V 1 …V m ) Клетка, VV=(c(V),P(V)), c(V) – класс клетки, P(V) – точка в Евклидовом пространстве Расстояние между клетками, dРасстояние по Чебышеву Распознавание клетки V1 клеткой V2Если c(V1)=c(V2) и d(V1, V2) < dmin, то клетка V1 «узнает» V2 АпоптозЕсли V 1 узнает V 2, то V 1 удаляется из FIN ИммунизацияЕсли V 1 ближайшая к V 2 среди остальных клеток, но классы этих клеток различны, то V 1 добавляется в FIN Информатика и компьютерные технология<\p>

19 Классификация с помощью иммунной сети Каждой клетке FIN соответствует класс Каждой клетке FIN соответствует класс Вновь поступившему антигену назначается класс ближайшей к нему клетки FIN Информатика и компьютерные технология<\p>

20 Иммунокомпьютинг в обнаружении вторжений Сетевой трафик Формирование клеток FIN КлеткаКлассОписание 1V10Нормальный трафик 2V21Buffer Overflow 3V33nmap ………… Апоптоз Иммунизация Обучение Мониторинг Сетевой трафик Формирование клеток без класса FIN Классификация Информатика и компьютерные технология<\p>

21 Предлагаемый подход. Обучение Генная библиотека Нормальные гены Нормальные гены Аномальные гены Ген 1Ген2…Fitness ………… Fitness + 1 Отрицательный отбор Сетевой трафик без атак Зрелые детекторы Иммунная сеть Иммунная сеть Информатика и компьютерные технология<\p>

22 Предлагаемый подход. Обнаружение вторжений Сетевой трафик Иммунная сеть Иммунная сеть Профайлер Классификатор Класс = 0 ОК Класс = 1 Тревога Ложное срабатывание? Нет Детектор Генная библиотека Fitness Информатика и компьютерные технология<\p>

Важно

23 Предлагаемый подход. Адаптация ДетекторFitness Детектор 1f1 Детектор 2f2 …… Детектор NfN …… Детектор LfL Генная библиотека f1 > f2 >…> fN >… > fL Замена худших детекторов новыми Детектор 1 Детектор 2 Детектор N Отрицательный отбор Новые детекторы N лучших детекторов Мутации Информатика и компьютерные технология<\p>

24 Представление данных Сетевой трафик Паттерн сетевой активности idсервисБайты от клиента серверу Байты от сервера клиенту Пакеты от клиента серверу Пакеты от сервера клиенту Среднекв. отклонение времени между пакетами Дискретизация Создание клеток FIN Информатика и компьютерные технология<\p>

25 Представление данных. Клетки FIN Паттерны сетевой активности P11P12P13P14P15P16 P21P22P23P24P25P26 ……………… P31P32P33P34P35P36 P11P21 P12P22 P13P23 P14P24 P15P25 P16P26 Сингулярное разложение Правые сингулярные вектора Информатика и компьютерные технология<\p>

26 Расположение датчиков в сети Solaris Первичная IDS Linux hub IDS * Для экспериментов использованы данные имитационной сети DARPA Sun OS FIN Сработавшие детекторы Концентратор Маршрутизатор Информатика и компьютерные технология<\p>

27 Эксперименты Проверка уровня обнаружения вторжений в зависимости от временного окна Уровень обнаружения – отношение числа распознанных вторжений к общему числу аномальных паттернов Проверка уровня ложных срабатываний в зависимости от временного окна Уровень ложных срабатываний – отношение числа ложных срабатываний к общему числу нормальных паттернов Зависимость уровней обнаружения вторжений от порогового значения расстояния между клетками FIN От порогового значения зависит количество клеток FIN, а также эффективность обнаружения вторжений Проверка уровней обнаружения вторжений и ложных срабатываний после адаптации Сравнение с классической моделью иммунной системы Определение того, насколько предлагаемый подход лучше классической модели Информатика и компьютерные технология<\p>

28 Результаты Паттерны сетевой активности P1P2P3P4…Pn Скользящее временное окно Информатика и компьютерные технология<\p>

29 Результаты График для временного окна = 8 Оптимальная величина порогового значения в данном случае выбирается исходя из числа ложных срабатываний Информатика и компьютерные технология<\p>

30 Результаты Число срабатываний 1020 Создание новой FIN Информатика и компьютерные технология<\p>

Совет

31 Сравнение с классической моделью иммунной системы Работа системы без средств иммунокомпьютинга Информатика и компьютерные технология<\p>

32 Выводы Дискретизация параметров трафика делает возможным создание детекторов Отображение паттернов сетевой активности в трехмерное пространство позволяет детекторам покрыть область аномальных паттернов Эффективность системы увеличивается благодаря эволюции генной библиотеки Информатика и компьютерные технология<\p>

33 Спасибо за внимание!Спасибо за внимание! Информатика и компьютерные технология<\p>

Источник: http://www.myshared.ru/slide/505550/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector