Immunologiske tester

En artikkelsamling med teoretisk bakgrunnsstoff om graviditetstester og eggløsningstester.

Kommersielle graviditetstester og eggløsningstester er immunologiske tester der spesifikke antistoffer brukes til å påvise henholdsvis humant choriongonadotropt hormon (hCG) og luteiniserende hormon (LH) i urin. Testene er gode eksempler på praktisk og kommersiell bruk av bioteknologi. Hvordan er disse testene bygget opp?

hCG og LH er peptidhormoner og har svært lik struktur og mange identiske aminosyrer. En utfordring er derfor å skille mellom de to hormonene i en urinprøve. Hvordan løses dette i f. eks. en graviditetstest, og hvordan kan man undersøke om testene faktisk er spesifikke for de to hormonene?

I denne artikkelserien finner du svar på disse spørsmålene. Artiklene er bakgrunnsstoff til forsøk der elevene kan teste sensitiviteten og spesifisiteten til graviditetstester og eggløsningstester. Forsøket er godt egnet til bruk i undervisningen ved gjennomgang av både hormonsystemet og immunforsvaret. Elevene får kjennskap til hva antistoffer og antigener er, og hvordan antistoffer produseres og kan benyttes i kommersielle produkter.

 

Ulike graviditetstester

Hormonene hCG og LH

Struktur og funksjon til hormonene hCG (humant koriongonadotropin) og LH (luteiniserende hormon).

3D-struktur av hCG (NCBI

hCG og LH er peptidhormoner og begge består av to polypeptidkjeder, en alphakjede og en betakjede. Alphakjeden i de to hormonene er helt identiske, og 85% av aminosyrene i betakjeden er like. Betakjeden til hCG har imidlertid 25 flere aminosyrer enn betakjeden til LH og disse er dermed unike for hCG.

LH produseres og skilles ut av hypofysen. LH stimulerer produksjonen av kjønnshormoner i begge kjønn, testosteron hos menn og progesteron og østrogener hos kvinner. Midtveis i menstruasjonssyklusen hos kvinner skjer det en kraftig og kortvarig frisettingen av LH fra hypofysen som utløser eggløsningen fra eggstokkene. Denne økningen i LH kan påvises i urin ved en eggløsningstest.

Blastocyst i livmorvegg. Figuren er gjengitt med tillatelse fra Kari C. Toverud i faglig samarbeid med Egil Haug, Menneskets fysiologi, Glydendal Akademisk" www.karitoverud.no Blastocyst i livmorvegg. Figuren er gjengitt med tillatelse fra Kari C. Toverud i faglig samarbeid med Egil Haug, Menneskets fysiologi, Glydendal Akademisk" www.karitoverud.no

Befruktningen av eggcellen foregår i den ytterste delen av egglederen, og på vei til livmoren gjennomgår fosteranlegget flere celledelinger. 7-8 dager etter eggets befrukning er det dannet en blastocyst på 20-30 celler som er festet i livmorveggen. Trofoblastcellene i blastocysten begynner å produsere hCG. På grunn av den store strukturlikheten virker hCG på samme måte som LH og stimulerer det gule legemet i eggstokkene til produksjon av progesteron og østrogener. Disse hormonene er helt nødvendig for vekst og utvikling av livmorveggen under graviditeten.  

hCG kan påvises i morens blod og urin 9-10 dager etter befruktningen. På dette tidspunket er hCG nivået på 40-100 mIE (internajonale enheter)/ml. hCG nivået når sin topp etter 8-10 uker (200 0000 mIE/ml) for så å synke til et lavt nivå resten av svangerskapet. Graviditetstester kan påvise ned til 25-100 mIE/ml hCG i urin.

Hvordan skille mellom de to hormonene i en immunologisk test?

Siden hCG og LH har så lik struktur, er det en utfordring å lage tester som kun påviser det ene hormonet og ikke kryssreagerer med det andre. I en graviditetstest kan dette løses ved å bruke monoklonale antistoff som kun gjenkjenner de 25 unike aminosyrene i beta-kjeden til hCG. En slik graviditetstest vil derfor ikke teste positivt på LH.

I en eggløsningstest brukes det også monoklonale antistoff, mot LH, men siden det er få aminosyrer som er unike for LH, vil de fleste eggløsningstester også slå ut positivt på hCG.

Læreplan i naturfag

  • Etter 10. årstrinn
    • Kropp og helse
      • beskrive nervesystemet og hormonsystemet og forklare hvordan de styrer prosesser i kroppen
      • beskrive kort fosterutviklingen og hvordan en fødsel foregår
      • formulere og drøfte problemstillinger knyttet til seksualitet, seksuell orientering, kjønnsidentitet, grensesetting og respekt, seksuelt overførbare sykdommer, prevensjon og abort

Læreplan i biologi - programfag i studiespesialiserende utdanningsprogram

  • Biologi 1
    • Fysiologien til mennesket
      • samanlikne hormonsystemet og nervesystemet og forklare korleis desse systema blir påverka av ulike stoff
Naturfaglig språk

Fagspesifikke begrep

  • Det gule legeme
  • Hypofysen
  • IE

Menstruasjonssyklus

Menstruasjonssyklusen varer i gjennomsnitt 28 dager, men det er ikke unormalt med en syklusvarighet på 21-35 dager. De sykliske forandringene i livmoren reguleres av hormonene østradiol og progesteron som produseres av eggstokkene (ovariene), og eggstokkenes funksjon og hormonproduksjon reguleres av follikkelstimulerende hormon (FSH) og luteiniserende hormon (LH) som skilles ut fra hypofysen.

 

Menstruasjonssyklusen deles i tre faser: menstruasjonsfasen, proliferasjonsfasen og sekresjonsfasen.

Menstruasjonsfasen (dag 1-7)

Første dag av menstruasjonen regnes som dag 1 i syklusen. På dette tidspunktet er konsentrasjonen av østradiol og progesteron i blodet lavt. Dette fører til redusert blodtilførsel til livmorveggen. I tillegg frigjøres proteaser fra cellene i livmorveggen, og tilsammen fører dette til at livmorveggens overflatelag nedbrytes og blødningen starter. I denne perioden øker også FSH-frisetting fra hypofysen. FSH stimulerer til vekst og utvikling av en follikkel i eggstokkene.

Proliferasjonsfasen (dag 7-14)

Folikkelcellene produserer og skiller ut østradiol, som stimulerer cellene i endometriet til økt celledeling (proliferasjon) og gjenoppbygging av livmorveggen. Mot slutten av proliferasjonsfasen stiger nivået av østrogen kraftig. Dette utløser en kraftig og kortvarig frisetting av LH fra hypofysen, som fører til at follikkelen sprekker og egget løsner. Dette skjer omtrent på dag 14 i syklusen.

Sekresjonsfasen (dag 14-28)

Etter eggløsningen danner cellene i follikkelen det gule legemet (corpus luteum) som produserer progesteron og østrogener. Dette stimuleres av LH fra hypofysen. Høyt nivå av progesteron stimulerer kjertlene i livmorveggen til sekresjon av et glykogenrikt sekret, som er god næring for et mulig befruktet egg. I tillegg stimuleres veksten av endometriets blodåresystem. Mot slutten av denne fasen synker nivået av LH og corpus luteum tilbakedannes. Nivået av progesteron og østrogen synker og syklusen går over i en ny runde.

Menstruasjonssyklus, ill. Kari S. Toverud Menstruasjonssyklus, ill. Kari S. Toverud

 

 

Læreplan i naturfag

  • Etter 10. årstrinn
    • Kropp og helse
      • beskrive nervesystemet og hormonsystemet og forklare hvordan de styrer prosesser i kroppen
      • formulere og drøfte problemstillinger knyttet til seksualitet, seksuell orientering, kjønnsidentitet, grensesetting og respekt, seksuelt overførbare sykdommer, prevensjon og abort

Læreplan i biologi - programfag i studiespesialiserende utdanningsprogram

  • Biologi 1
    • Fysiologien til mennesket
      • samanlikne hormonsystemet og nervesystemet og forklare korleis desse systema blir påverka av ulike stoff
Naturfaglig språk

Fagspesifikke begrep

  • Det gule legeme
  • Follikkel

Antistoffer – struktur, funksjon og produksjon

Et antistoff er et protein i immunsystemet som gjenkjenner og nøytraliserer fremmede substanser i kroppen, som f. eks. virus og bakterier. Antistoffer finnes i blod og vevsvæsker, og er ofte referert til som immunoglobuliner (Ig). De deles i fem hovedklasser, IgA, IgD, IgE, IgG og IgM. IgG utgjør ca. 75% av immunoglobulinene hos voksne, og kalles ofte gammaglobuliner.

Struktur

Antistoffmolekylet. Ill. K. Toverud Antistoffmolekylet. Ill. K. Toverud

Antistoffmolekylene er bygd opp av en eller flere grunnenheter. Hver grunnenhet er formet som en "Y" og består av to identiske tunge kjeder (450-550 aminosyrer) og to identiske lette kjeder (111-117 aminosyrer) som er bundet sammen. Hver ende av gaffelen på antistoffet utgjør et bindingssete for en epitop på et antigen. Ett antistoff kan dermed binde minst to antigen av samme type. Det finnes millioner forskjellige varianter av bindingsseter på ulike antistoff, og de kan derfor gjenkjenne og binde seg til et enormt spekter av ulike antigener.

Funksjon

Antistoffene kan ikke direkte ødelegge mikroorganismer eller andre fremmede substanser, men de kan hindre en del antigener i å utøve sin funksjon, og "avmerke" mikroorganismer for spesielle dreperceller. De kan f. eks. binde seg til bakteriegifter og hindre dem i å ødelegge følsomme celler, og de kan binde seg til enkelte typer virus og hindre dem i å trenge inn i og ødelegge celler. På grunn av antistoffenes "Y"-form kan de også danne store komplekser med antigener som så blir spist og nedbrutt av makrofager. En annen viktig funksjon til antistoffene er å forsterke det uspesifikke immunforsvaret.

Produksjon

Antistoffene produseres og skilles ut av plasmaceller som utvikles fra B-lymfocyttene i immunforsvaret. Når et antigen kommer inn i kroppen, gjenkjennes epitopen av antistoffer i cellemembranen på B-lymfocytter. Dette fører til at B-lymfocyttene deler seg og danner to typer celler; plasmaceller og hukommelsesceller. Plasmacellene begynner å produsere og skille ut store mengder antistoffmolekyler med bindingsseter som gjenkjenner antigenepitopen. Plasmacellene dør etter få dager med antistoffproduksjon, mens hukommelsescellene kan leve videre i måneder og år. Neste gang det samme antigenet kommer inn i kroppen, vil det derfor være mange flere B-lymfocytter som gjenkjenner antigenet og antistoffproduksjonen kommer raskere igang.

Antistoffproduksjon. Ill K. Toverud Antistoffproduksjon. Ill K. Toverud

Kommersiell produksjon

Antistoffer brukes hyppig i medisinsk diagnostikk og i immunologiske påvisninger av proteiner. Spesifikke antistoff som gjenkjenner bestemte deler av et spesielt protein, f. eks. et hormon, produseres ofte ved å injisere det aktuelle antigenet inn i et pattedyr som kanin eller mus. Antistoffene som dyret produserer isoleres og renses fra blodet til dyret.

Polyklonale antistoff er en blanding av ulike antistoff som gjenkjenner flere ulike epitoper på et antigen. Antistoff som renses fra blod er polyklonale.

Monoklonale antistoff gjenkjenner kun en bestemt epitop på et antigen, og kan produseres ved å isolere og udødeliggjøre den enkelte B-lymfocytten som lager det aktuelle antistoffet.

 

Læreplan i naturfag

  • Etter 7. årstrinn
    • Kropp og helse
      • forklare hvordan kroppen selv beskytter seg mot sykdom, og hvordan man forebygger og behandler infeksjonssykdommer

Læreplan i biologi - programfag i studiespesialiserende utdanningsprogram

  • Biologi 1
    • Fysiologien til mennesket
      • gjere greie for korleis immunforsvaret og andre delar av infeksjonsforsvaret verkar
Naturfaglig språk

Fagspesifikke begrep

  • Antigen
  • B-lymfocytter
  • Epitop
  • Makrofag