Die Bindungsspezifität zwischen Antikörper und Antigen treibt unser Immunsystem zur erfolgreichen Bekämpfung von Infektionen an. Wenn Viren oder Bakterien in einen Körper eindringen, werden sie von Makrophagen verschlungen, die sie aufspalten und ihre Epitope den B-Zellen-Lymphozyten präsentieren. Diese B-Zellen lesen das Epitop und bilden Antikörper mit einer Antigenbindungsstelle oder einem Paratop, das den eingedrungenen Erreger spezifisch erkennt, sich an ihn bindet und dem Rest des Immunsystems signalisiert, dass der Erreger/das Antigen zerstört werden sollte. Diese Affinität des Antikörpers zum Antigen ist vergleichbar mit der Spezifität eines Schlüssels in einem Schloss.
Elektrostatische Wechselwirkung im Antikörper-Antigen-Komplex
Antikörper-Affinität ist eine komplizierte Mischung aus schwachen elektrostatischen Wechselwirkungen, einschließlich van der Waals-Kräften, hydrophoben Wechselwirkungen, Ion-Dipol-Affinität und Wasserstoffbrückenbindungen. Nur wenige Aminosäuren sind an den Wechselwirkungen beteiligt, und die Bindungsstelle ist nur wenige Quadratnanometer groß. Das bedeutet, dass die Tertiärstruktur des Antikörpers extrem wichtig ist. Wird der Antikörper Hitze ausgesetzt, denaturiert er, und die einzigartige chemische Struktur der Antigenbindungsstelle wird verändert, wodurch die Affinität des Antikörpers zerstört wird. Aus diesem Grund ist es so wichtig, Antikörper richtig zu lagern, wenn sie für die Immundiagnostik und Immuntherapie verwendet werden. Da die Affinität zwischen Antikörper und Antigen durch schwache elektrostatische Wechselwirkungen bestimmt wird, reagiert die Bindungsstelle außerdem besonders empfindlich auf Veränderungen des pH-Werts und der ionischen Bedingungen des Lösungsmittels.
Nähert sich ein Antikörperparatop einem Antigenepitop, werden die Hydratationsenergien der Proteine überwunden und Wassermoleküle von den Stellen verdrängt, während sich der Antigen-Antikörper-Komplex bildet. Wie bei jeder chemischen Reaktion ist der Antigen-Antikörper-Komplex reversibel, und es stellt sich ein Gleichgewicht zwischen freiem Antikörper, freiem Antigen und dem Antikörper-Antigen-Komplex ein.
Antikörper-Affinität in der Immundiagnostik
Die Affinität von Antikörpern für Antigen wird durch immundiagnostische und immuntherapeutische Techniken ausgenutzt. Wir können Krankheiten durch die Identifizierung von Oberflächenmarkern auf Zellen oder durch den Nachweis von Antigenen im Serum diagnostizieren. Traditionelle Techniken wie der ELISA erfordern eine Enzym-Substrat-Reaktion, um die Bildung von Antikörper-Antigen-Komplexen nachzuweisen. Neuere Techniken verwenden Chemilumineszenz- oder Fluoreszenzmarker, während modernste Technologien optische Prinzipien nutzen, um markierungsfreie Diagnosestrategien zu entwickeln.
Die Zukunft dieser markierungsfreien Diagnostik wird Lab-on-a-Chip-Designs mit sich bringen, die die Entwicklung kompakter Technologien für den Einsatz in abgelegenen und ressourcenarmen Gebieten fördern werden. Mikrofluidische und photonische Techniken werden diese Plattform im kommenden Jahrzehnt sicherlich voranbringen.