История иммунной системы

Иммунитет амфибий: животное как экосистема

Амфибии, или земноводные, представляют класс позвоночных животных, произошедших от рыб. Они выбрались на сушу 400 миллионов лет назад, то есть в девонском периоде среднего палеозоя. Несмотря на жизнь на суше, они до сегодняшнего дня частично сохранили признаки своего эволюционного прошлого, унаследованные от рыб. Так, например, амфибии могут размножаться только в водоемах. Там же проводят все время их личинки. Примером служат головастики лягушек и жаб. К числу современных представителей класса земноводных относится отряд бесхвостых земноводных, представленных лягушками, жабами и жерлянками, отряд хвостатых земноводных с входящими в него саламандрами и тритонами, а также отряд безногих земноводных, представители которого внешне напоминают помесь маленькой змеи и червя. Не следует путать их с веретеницами, которые являются рептилиями и относятся к семейству ящериц.

В мире на сегодняшний день насчитывается почти 7 тысяч видов амфибий, и с каждым годом к ним добавляются все новые. Для экоиммунологии амфибии особенно интересны, потому что могут жить как на суше, так и в воде. Какое-то время они живут в тесном контакте с водными экосистемами. Как мы уже знаем о стрекающих, жизнь в воде связана с особыми иммунобиологическими требованиями, потому что организм постоянно омывается водой с содержащимися в ней микроорганизмами, в том числе бактериями и вирусами, и поэтому должен особенно четко различать «друзей» и «врагов», чтобы эффективно защищаться от вредного воздействия и по максимуму использовать все нужное. Кроме того, амфибии проходят несколько стадий — от эмбриона и живущей исключительно в воде личинки до взрослой лягушки или саламандры, которая обитает на границе между сушей и водой. Иммунная система этих животных должна подстраиваться под различные условия окружающей среды и обладать достаточной гибкостью для этого.

Биологи предупреждают о грозящем исчезновении многих видов амфибий. Причины этого многообразны. Это и быстрые климатические изменения, и пересыхание мест обитания, и загрязнение вредными веществами, и сельскохозяйственное освоение и застройка среды обитания, и расселение человеком новых видов, которые составляют конкуренцию исконным обитателям. Последние экоиммунологические исследования доказывают, что амфибиям, помимо всего прочего, все чаще угрожают инфекционные болезни, в том числе вызванные ранавирусами. Это ДНК-вирусы, чье название происходит от латинского rana, что означает «лягушка». Эти вирусы заражают не только амфибий, но и некоторые виды рыб и рептилий, однако особую опасность представляют для лягушек и жаб. Симптомы так называемой ранавирусной болезни выражаются в покраснении кожи, появлении язв и кровоточащих ранок на слизистых оболочках, а также внутренних кровотечений, часто приводящих к смерти. Так, например, в 2021 году во Флориде произошла вспышка ранавирусной болезни, которая вызвала массовую гибель лягушек и жаб[74]. В 2014 году аналогичный случай наблюдался в испанском национальном парке Пикос-де-Эуропа[75]. Одна из причин распространения инфекции, по предположениям ученых, заключается в климатических изменениях, так как в ходе одного эксперимента было доказано, что ранавирусы с повышением температуры становятся более активными и заразными, поэтому чаще все заканчивается смертью амфибий[76].

Лягушки располагают иммунными клетками, схожими с человеческими

Еще одну угрозу для амфибий представляет хитридиомикоз — грибковая инфекция, которая передается плавающими в воде спорами. Это заболевание особенно коварно. Споры инфицируют животных через кожу или слизистую оболочку рта и превращают их в фабрику по размножению спор. Тела животных увеличиваются в размерах, их органы постепенно разрушаются, а затем наступает смерть. Трупы земноводных представляют собой инкубатор для размножения возбудителей в огромных количествах. Этот процесс напоминает макроскопическую модель вирусной инфекции в микромире. Как и патогенные грибки, атакующие амфибий, вирусы превращают клетки хозяев в фабрики по размножению вирусов и тем самым убивают их. Точные механизмы инфицирования амфибий пока еще неизвестны. В настоящее время ведется их изучение с позиции экоиммунологии.

Экоиммунология учит нас, что иммунные системы амфибий очень схожи с иммунными системами всех других позвоночных животных. Они обладают адаптивными иммунными реакциями с помощью Т- и В-клеток, а также антител. В них имеются многочисленные иммунные клетки, в том числе фагоциты, которые похожи на наши. Важнейшие иммунные органы амфибий — это вилочковая железа, селезенка, печень и почки. Эти животные обладают лимфатической системой, в которой циркулируют защитные клетки. Как и у нас, лимфатическая система сосредоточена главным образом вокруг кишечника. Доказано наличие у амфибий естественных киллеров и толл-подобных рецепторов, что роднит их с нами[77].

Ввиду того что амфибии обитают и на суше, и в воде, они сохранили слизистое покрытие всего тела, унаследованное от рыб. Для экоиммунологии этот класс животных представляет особый интерес, потому что их кожа со множеством живущих на ней микробов представляет собой сложную экосистему, которая много чему может научить нас в плане защитных функций. Слой слизи предоставляет микроорганизмам влажную, богатую питательными веществами и хорошо защищенную среду обитания. Поэтому врожденная иммунная система кожи амфибий очень активна, что делает ее похожей на наши слизистые оболочки, прежде всего в дыхательных путях и кишечнике. Особую активность на влажной поверхности тела амфибий проявляют клетки-пожиратели — фагоциты. Они являются одним из важнейших защитных механизмов. Как и у стрекающих, кожа амфибий похожа на живую химическую фабрику. Антимикробные пептиды убивают нежелательные микроорганизмы.

Очень эффективный в целом иммунный барьер кожи амфибий, похоже, не слишком надежно защищает их от хитридиомикоза. Экоиммунологи предполагают, что возбудители нашли способ повреждать иммунные клетки с помощью клеточных ядов, после того как преодолена первая линия защиты. Эти яды убивают фагоциты и естественных киллеров точно так же, как сами естественные киллеры расправляются с возбудителями или собственными больными клетками организма. Нередко и патогены, и защитные механизмы организма-хозяина сражаются одним и тем же оружием.

Тем не менее иммунный барьер слизистой и влажной кожи амфибий представляет собой, как правило, чрезвычайно эффективный защитный вал от самых распространенных патогенов. Секретный рецепт амфибий — это симбиоз. Они настоящие мастера в использовании собственного микробиома. Как и у стрекающих, в их коже содержатся полезные бактерии, являющиеся антагонистами возбудителей болезней и борющиеся с ними.

Один из этих симбиотических антагонистов — бактерия Aeromonas hydrophila, живущая в воде. Именно оттуда она и попадает на кожу амфибий. Бактерии требуется для выживания влажная среда, и она находит ее в достаточном количестве под слоем слизи на коже лягушек, саламандр и компании. Переход этого симбионта из водной среды хорошо изучен. Что касается других полезных бактерий из экосистемы «кожа амфибий», то путь перехода еще не известен, но экоиммунология интенсивно занимается его изучением. Вероятно, животные обзаводятся бактериальными партнерами не только в воде, но и на суше, потому что там живут многочисленные не представляющие опасности и даже потенциально полезные микробы. Исследование иммунобиологического взаимодействия между амфибиями и бактериями — это новое направление, где еще много открытых вопросов. Особый интерес представляет биологическая загадка, каким образом иммунная система отличает полезных микробов от вредных[78]. На основании того, что известно к настоящему моменту, наиболее правдоподобной представляется гипотеза о том, что за это отвечают иммунопротеины и рецепторы, которые расположены на иммунных клетках животных и способны распознавать молекулярные структуры микробов и соответствующим образом классифицировать их по признакам опасности или пользы.

Амфибии способны стать еще одним видом модельных животных для изучения микробиома на слизистых оболочках человека. Это могло бы помочь нам лучше понять взаимодействие между слизистой оболочкой кишечника и населяющим ее микробиомом, так же как и открытия, сделанные в ходе исследований стрекающих, дрозофил и рыбок данио рерио, указали новые направления в иммунологии человека.

Стресс, исходящий от окружающей среды, вызывает у амфибий, как и у рыб, повышенную выработку гормонов кортизола и кортикостерона в коре надпочечников и, как следствие, подавление иммунных функций. Известно, что различные агрохимикаты, в том числе известный гербицид «Раундап», способны причинить вред живущим в дикой природе амфибиям и даже убить их. «Раундап» был разработан агроконцерном Monsanto, который недавно был поглощен химическим, аграрным и фармацевтическим концерном Bayer.

Экоиммунологи считают, что подобные химикаты могут также повредить иммунные функции животных и таким образом косвенно повлиять на повышение смертности среди них[79]. Например, пестициды при контакте с амфибиями подавляют производство эозинофильных гранулоцитов[80]. Мы уже говорили об этих белых кровяных тельцах из группы фагоцитов, в отношении которых ученые высказывают предположение, что они играют значительную роль в защите от потенциальных и уже существующих раковых клеток. Кроме того, доказано, что увеличение числа естественных врагов, охотящихся на амфибий, вызывает повышенный выброс гормонов стресса и, как следствие, подавление иммунного ответа и рост инфекционных болезней[81]. Эти взаимосвязи были рассмотрены нами ранее на примере птиц.