100 великих тайн человека

ЗАГАДКИ ИММУНИТЕТА

Иммунная система – сложнейшая многоуровневая биологическая конструкция животных и человека, которая не только поддерживает постоянство внутренней среды организма, но и защищает его от чужеродных агентов и собственных «некачественных» клеток.

Изучает эту уникальную защитную систему организма иммунология – наука, возникшая около ста пятидесяти лет назад. И ее основателем считается великий французский микробиолог Луи Пастер…

Уже давно было замечено, что во время опустошительных эпидемий чумы, черной оспы или холеры находились люди, которых эти страшные болезни совершенно не трогали. Это могло означать лишь то, что в организме человека имеется механизм, который препятствует вторжению извне болезнетворных агентов. Именно его впоследствии и назвали иммунитетом.

В ходе исследования этой защитной структуры было установлено, что в организме существует две формы иммунитета: врожденный и приобретенный. Вот только никто из исследователей не знал, насколько каждый из них важен для организма. На этот вопрос в начале прошлого века и попытались ответить два выдающихся ученых – немецкий бактериолог Пауль Эрлих и русский ученый Илья Мечников.

И. Мечников открыл фагоцитоз – процесс, при котором специальные клетки, называемые макрофагами и нейрофагами, захватывают и уничтожают чужеродные агенты, в том числе и микроорганизмы. На основании многочисленных экспериментов ученый пришел к выводу, что именно этот механизм создает защитный барьер на пути различных патогенов и, таким образом, является главным в иммунной системе.

Луи Пастер – основатель иммунологии. Портрет из английского журнала XIX в.

В свою очередь, в 1901 году Эрлих выдвинул гипотезу, согласно которой основные защитные функции в организме выполняют не определенные клеточные структуры, а особые химические соединения, которые синтезируются в крови в ответ на появление агрессора.

Таким образом, появились две модели иммунитета: фагоцитарная, которую выдвинул в 1887 году И.И. Мечников, и гуморальная, предложенная П. Эрлихом.

Но это были всего лишь первые камешки в огромном здании современной иммунологии, которое строили и продолжают строить многие выдающиеся ученые.

В ходе многочисленных исследований иммунитета было установлено немало любопытных фактов. Так, было доказано, что существует два типа белых кровяных телец: В– и Т-лимфоциты. Именно они формируют главную линию обороны организма от вторжения в него вирусов, микробов, грибков и других чужеродных агентов.

В-лимфоциты образуют особые белковые молекулы, называемые антителами, которые, реагируя с чужеродным белком, или антигеном, нейтрализуют его активность. При этом каждый тип В-клеток продуцирует только один тип антител, и этот тип способен нейтрализовать только один тип антигенов.

А вот Т-лимфоциты борются с уже инфицированными клетками: они или уничтожают их, или же активно участвуют в выведении болезнетворного агента из организма другими путями.

При этом в том и другом случае лимфоциты «запоминают» характерные особенности чужеродного агента и при повторном его вторжении в организм проявляют еще большую активность в борьбе с ним.

Эти борцы с внешними врагами точно также расправляются и с собственными клетками и белками, которые по какой-то причине стали представлять опасность для самого организма.

Правда, изредка в иммунной системе появляются сбои, и тогда лимфоциты перестают отличать свои белки от чужих и начинают уничтожать собственные, причем здоровые клетки…

Но как же все-таки иммунные клетки отличают вражеские микротельца от таковых собственного организма? В 1989 году ответить на этот вопрос попытался американский иммунолог Чарльз Джэнуэй. Он выдвинул идею, что клетки человека, отвечающие за иммунитет, имеют особые рецепторы, с помощью которых они определяют специфические структурные особенности патогенных микроорганизмов и включают соответствующие защитные реакции.

Но так как патогенных микроорганизмов насчитывается великое множество, Джэнуэй предположил, что рецепторы могут распознавать определенные химические структуры, которые свойственны целой группе патогенов.

А вскоре профессор Йельского университета Руслан Меджитов и впрямь обнаружил эти гипотетические рецепторы на клетках человека. Их оказалось не менее десятка. И каждый из этих «наблюдателей» реагирует на определенную группу болезнетворных агентов. Так, одни рецепторы проявляют активность при появлении грамотрицательных бактерий, а другие, наоборот, – грам-положительных.

Такими рецепторами оснащены почти все типы клеток: даже клетки кожи и эпителия. Но в первую очередь ими обзавелись фагоциты – клетки, отвечающие за врожденные защитные реакции организма.

А поскольку оболочки бактерий строятся при участии ферментов, которые у человека отсутствуют, то соединения, входящие в состав бактериальных стенок, – это именно те химические структуры, которые являются идеальными маркерами возможной инфекции. И как раз для распознавания этих маркеров в процессе эволюции и появились рецепторы-контролеры.

С другой стороны, микроорганизмы, которые являются симбионтами человека, через эти рецепторы посылают организму некие сигналы, смысл которых еще не полностью расшифрован. Но, тем не менее, уже известно, что уровень этих сигналов играет довольно важную роль. И если он недостаточно качественен (например, когда в результате злоупотребления лекарственными препаратами в пищеварительном тракте уменьшается количество бактерий), то это может привести к развитию онкологических заболеваний кишечника…

Но ученые не ограничились изучением иммунитета лишь у человека. Когда они обратили внимание на защитные механизмы у других живых организмов, то обнаружили, что приблизительно у 98 % обитателей нашей планеты вообще отсутствует приобретенный иммунитет, и появляется он только у рыб.

Но ведь у всех этих многочисленных существ тоже имеются враги из мира микроорганизмов, они также болеют, и на них обрушиваются эпидемии. Но, тем не менее, эти виды животных выживают.

Что же помогает этим организмам противостоять внешним и внутренним врагам? Долгие годы ответить на этот вопрос биологи не могли.

Но вот недавно выяснилось, что иммунитет – это не только синтез антител и усиление защитной деятельности фагоцитов. Оказывается, растения и многие животные борются с болезнетворными микроорганизмами при помощи еще одного «оружия» – пептидов. Причем сравнительный биохимический анализ противомикробных пептидов растений, простейших, насекомых и высших животных, в том числе, и человека, отчетливо показал, что они довольно близки по структуре.

Это позволило предположить, что данная группа пептидов является самой древней защитой организма от различных болезнетворных агентов, которая сохранилась практически в первоначальном виде даже у высших животных, имеющих высокоразвитую иммунную систему.

Вообще-то противомикробные соединения известны давно. Они представляют собой небольшие белковые молекулы, в состав которых входит до 40 аминокислот. Например, в настоящее время широко применяются в медицине как растительные антимикробные пептиды, так и пептиды из пчелиного яда.

В первое время большинство ученых считало, что противомикробные пептиды вырабатывают только те из организмов, у которых отсутствует развитая иммунная система.

Однако в 1988 году было установлено, что и млекопитающие, в том числе, и люди, тоже могут синтезировать похожие вещества. Причем осуществляются эти процессы обычно в области кишечника, респираторного тракта и мочеточников. Более того, синтез пептидов не прекращается даже тогда, когда организм пребывает в более-менее «спокойном» состоянии. Если же в нем появляются очаги воспаления или же в результате патогенных процессов повреждаются ткани и органы, то происходит значительное увеличение этих соединений.

И тогда иммунологи предположили, что у высших позвоночных противомикробные пептиды – это своего рода атавизм. Однако потом все же было опытным путем доказано, что они необходимы и организму млекопитающих. Соответствующие эксперименты были проведены в 1999 году американскими учеными. В ходе этих исследований подопытным мышам «отключили» ген, отвечающий за синтез фермента, стимулирующего производство противомикробного пептида в тонком кишечнике. Оказалось, что такие мыши намного быстрее подвергались кишечным заболеваниям и значительно чаще от них умирали.

Но вот как противомикробные пептиды умудряются быстро и качественно уничтожать бактерии, пока остается загадкой. Хотя уже доказано, что в основном такие пептиды воздействуют на клеточную мембрану бактерий, точнее, на двойной липидный слой мембраны.

Помимо этого стало известно, что противомикробные пептиды всегда имеют положительный заряд, в то время как оболочка бактериальной клетки несет отрицательные ионы. Поэтому очень важную роль в разрушении патогенных микроорганизмов играют взаимодействия положительно заряженных пептидов и отрицательно заряженной оболочки бактерий.

Кроме того, установлено, что заряженные и незаряженные аминокислоты в пептиде располагаются на разных его участках. Иначе говоря, заряд сконцентрирован на одном небольшом отрезке пептида. Даже создается впечатление, что пептид как будто специально собрал весь заряд в одну точку, чтобы эффективнее поразить клеточную мембрану бактерии.

Однако одними лишь электрическими «ударами» активность пептидов объяснить сложно, поскольку иногда пептиды по-разному реагируют на бактерий разных видов с одинаковыми электрическими зарядами, то есть одних они уничтожают, а к другим не проявляют ни малейшего интереса.

Кроме того, ученые пока не знают, каким образом некоторые пептиды, несущие положительный заряд, оказывают разрушающее воздействие на клетки млекопитающих, оболочки которых лишены всякого заряда.

Особенно загадочным представляется ученым тот факт, что даже в том случае, если пептиды разрушают клетки высших животных, клетки «хозяина» они никогда не поражают.

Немаловажную роль в разрушении бактерий играет и тот момент, что молекулы почти всех известных противомикробных пептидов в липидной клеточной мембране бактерий превращаются из линейных в правосторонние спиральные. Скорее всего, благодаря такой структуре пептид более эффективно и пронзает мембрану микробной клетки…

В иммунной системе, как и в любой из систем организма, иногда случаются сбои: некоторые лимфоциты по неизвестным причинам начинают вдруг реагировать на собственные клетки и ткани, как на чужеродные тела. Правда, на этот случай в вилочковой железе присутствует особый механизм, благодаря которому эти лимфоциты уничтожаются.

И, тем не менее, некоторые из них гибели избегают. И опять же, для таких ситуаций существует еще один страховочный механизм, который тоже борется с взбунтовавшимися клетками. Это – сметема периферической толерантности, представленная дендритными клетками, имеющими короткие закругленные отростки.