Иммунитет в рыбах у
Большинству рыболовов не раз попадались рыбы, у которых за верхнюю или нижнюю губу был зацеплен крючок. Причем иногда явно старый, с которым рыба могла проплавать не один год. В таких случаях, как ни странно, крючок не причиняет рыбе сильных видимых неудобств, да и ткани вокруг него выглядят вполне здоровыми. А как много случаев, когда в желудке у рыб находят крупные и мелкие предметы, явно не биологического происхождения. А крупные рыбы плавающие годами с гарпуном в теле? Как же так происходит, что организм рыб не отторгает чужеродные ткани? Представьте себе, если бы вам в щеку воткнули железный крючок и предложили с ним просуществовать несколько лет… Иммунная система человека сразу бы среагировала, на «чужеродный агент » — лейкоциты начали бы активно двигаться к очагу воспаления. Но скорее всего без врачебной помощи и своевременного удаления крючка все могло бы закончиться для человека заражением крови, отмиранием тканей и прочими страшными вещами. Почему же у более низкоорганизованных рыб иммунная система совершеннее, чем у «венца творения» homo sapiens? Чтобы ответить на этот, вопрос, придется немножко углубиться в дебри иммунологии и физиологии.
Иммунный ответ представляет собой комплекс реакций, направленных на восстановление внутренней среды организма после воздействия чужеродных агентов, а также на уничтожение собственных измененных клеток или их продуктов. Иммунные реакции включают распознавание «чужого», удаление его и запоминание. У рыб имеются все необходимые для развития иммунного ответа элементы, присущие высшим позвоночным, однако среда обитания определяет характерные особенности иммунитета водных животных.
Для водной среды характерны значительные колебания физических и химических параметров. Водные животные (и рыбы в том числе) ощущают их куда острее, чем наземные животные на суше. Кроме того, в водной среде быстрее распространяются биологические макромолекулы, представляющие наибольшую опасность, тогда как воздушная среда является для них хорошим барьером. Поэтому, несмотря на принципиальное сходство иммунных систем рыб и высших позвоночных, иммунная система рыб более «гибкая» и в ней интенсивнее функционируют врожденные механизмы, обеспечивающие немедленное, но при этом непродолжительное реагирование на внешнее воздействие (на крючок, например). Кстати, эта особенность сближает иммунитет рыб с защитными реакциями водных беспозвоночных животных.
У рыб к органам и тканям иммунной системы относят почку, тимус, или вилочковую железу, селезенку, скопления лимфоцитов и кровь. При попадании чужеродного элемента в организм рыбы в первую очередь активируются врожденные, не специфические механизмы защиты. Уже в течение первых часов после попадания в ткани крючка в крови увеличивается количество нейтрофилов, моноцитов и макрофагов — специальных клеток крови, которые уничтожают «чужие» молекулы. В крови рыбы увеличивается концентрация факторов не специфической защиты — белков системы связывания «чужих» молекул, естественных антител и специального белка пропердина. Однако отличие рыб от эволюционно низших животных и сходство с высшими позвоночными состоит в том, что, помимо не специфических, у рыб развиваются адаптивные (то есть приспособительные) специфические иммунные реакции. Их задача — во-первых, распознавать чужеродные элементы, во-вторых, избирательно связать, уничтожить или нейтрализовать их и, наконец, сформировать специфическую иммунологическую память. Макрофаги рыб поглощают чужеродный антиген, обрабатывают его и затем доставляют в почки, селезенку и другие органы для предоставления клеткам иммунной системы. Стал хрестоматийным случай, когда акуле выпотрошили кишки, наскоро зашили пустую брюшину, выпустили ее обратно в море и туда же выкинули ее потроха. И выпотрошенная акула как ни в чем не бывало набросилась на свои внутренности и мигом съела их! Этот случай — не байка, а факт, описанный в научной литературе, и эксперимент этот проводили ихтиологи на базе научно-исследовательского судна «Святогор». Еще одна интересная особенность организма рыбы — способность переваривать (растворять) различные предметы, которые попали в ее желудок. В том числе железные крючки, грузила и прочие несъедобные вещи. Это говорит о том, что внутренние ткани рыб обладают очень высокой степенью защиты и адаптации, невосприимчивостью к действию сильных кислот, которые могут растворять даже металл, оставляя целыми и невредимыми ткани внутренних органов. У более высокоорганизованных групп животных такой особенности пока не наблюдалось! У рыб, как и у высших позвоночных, развиваются реакции гиперчувствительности (то есть повышенной чувствительности) при попадании в их организм чужеродных элементов. Происходит учащение дыхания, изменение окраски тела, потеря равновесия, однако степень выраженности этих реакций гораздо меньше, чем у человека. У рыб многих видов, включая миног, хрящевых и костистых рыб, наблюдалась гиперчувствительность замедленного типа (если сравнивать с птицами и человеком), обусловленная лимфоцитами. Например, у большинства хищных рыб, таких, как щука или судак, можно часто наблюдать «вживление» крючка в губы. Если крючок не захватывает одновременно верхнюю и нижнюю губы, препятствуя попаданию пищи, а зацепляется за одну какую-либо губу, то он обрастает тканями, и рыба может с ним благополучно дожить до своей физиологической старости. Такой «вживленный» крючок ферменты будут постепенно растворять, а дискомфорт и боль рыба от такого «подарка» испытает минимальные. Во время проведения соревнований «карпятники» используют несколько разных способов освобождения карпа от крючка, чтобы отпустить трофей в водоем. И рыболовов, и организаторов соревнований интересует вопрос, а насколько эта процедура для рыбы безопасна? Ихтиологи считают, что абсолютно безопасна. Скорость заживания ранок колеблется от трех дней до двух месяцев (поранить рыбу можно по-разному). То, как быстро рыба полностью восстановит свои ткани после ранения, зависит от многих факторов. Во-первых — от температуры воды. Для каждого вида и даже для каждой популяции рыб существует температурный интервал, при котором иммунная система работает с максимальной отдачей. Любое изменение температуры, выходящее за пределы этого интервала, приводит к невозможности рыбьего организма сопротивляться чужим клеткам, причем для арктических рыб опасно повышение температуры, а для тропических — понижение. Во-вторых, обнаружено, что к факторам среды обитания, оказывающим влияние на иммунные реакции рыб, относятся также жесткость воды (повышенная концентрация ионов кальция и магния в воде стимулирует сопротивляемость рыб возбудителям), ее кислотность (оптимумом рН для рыб является интервал от 5 до 10), снижение в воде количества кислорода также приводит к развитию иммунодефицита. В-третьих — от экологических факторов. В настоящее время все большее значение в регуляции работы иммунной системы рыб приобретают техногенные воздействия на среду обитания, вызывающие чаще всего подавление и врожденных, и приобретенных механизмов иммунитета обитателей водной среды. Это проявляется как у промысловых рыб, так и при промышленном их разведении. Обнаружено, что рыбы чувствительны к пестицидам и инсектицидам, вызывающим снижение в почке и селезенке количества макрофагов, гранулоцитов и лимфоцитов, что также приводит к иммунодефициту. Ароматические углеводы (нефтепродукты и производственные отходы) подавляют фагоцитарную активность макрофагов почки, приводят к дегенеративным изменениям лимфоцитов. То есть вы не найдете в прудике около АЗС рыб с крючками в губе или грузилом в желудке — в этом пруду рыбы будут неспособны нейтрализовать вредное воздействие чужеродных молекул и погибнут. Такое же пагубное влияние на иммунитет рыб оказывают хлорсодержащие стоки промышленных предприятий, например, деревообрабатывающих и целлюлозно-бумажных комбинатов. Ихтиологи установили, что рыбы гораздо чувствительнее, чем высшие позвоночные, к тяжелым металлам, вызывающим уменьшение защитных антител в крови. В общем, на действие чужеродного агента у рыб возникают все формы иммунного ответа, характерные и для беспозвоночных животных, и для высших позвоночных. Такая вот у рыб уникальная адаптивная способность, позволяющая вылавливать довольных жизнью экземпляров с крючком в губе, жаберной крышке или желудке.
Pets Inform портал о животных.
Под иммунитетом понимают способность организма к самозащите от
чужеродных корпускулярных биологических тел, а также веществ, несущих
чужеродную генетическую информацию.
Иммунная система рыб представлена нефросом, селезенкой, лимфоидным
органом, печенью, а также множественными включениями лимфоидной ткани в
желудочно-кишечном тракте, сердце, жабрах. Непосредственными исполнителями
функции защиты являются органы с барьерными функциями — кожа, жабры, желудочно-кишечный тракт, а также лейкоциты (все виды). Различают специфический и
неспецифический иммунитет.
Специфический иммунитет обеспечивает защиту
организма от строго определенных антигенов.
По существу, иммунная реакция организма сводится к уничтожению, нейтрализации
или удалению из организма антигена. Неспецифический иммунитет осуществляет
защиту организма от любого чужеродного вещества или тела.
Механизм элиминации антигена может быть клеточным
или гуморальным. Клеточный иммунитет предполагает прямую атаку антигена
клетками иммунной системы, например фагоцитоз или пиноцитоз.
Лейкоциты могут элиминировать антиген и на
расстоянии, не вступая с ним в прямой контакт. Это явление называется
цитотоксинеским эффектом. Гуморальный иммунитет обеспечивают различные
структуры как иммунной системы, так и других систем. Он заключается в
продуцировании различных химических веществ — лизопима, интерферона, кининов и
других веществ, слизи, антител, которые так или иначе инактивируют антиген.
Неспецифический иммунитет является врожденным
свойством организма. Его клеточную форму обеспечивают нейтрофилы, моноциты,
макрофаги, клетки РЭС (рис. 13.1).
Гуморальная форма неспецифического иммунитета
обеспечивается различными органами и клетками, производящими лизоцим,
интерферон, пропердин, комплемент, фибронектин и некоторые другие биологически
активные вещества. Часто общую оценку неспецифического иммунитета проводят по
активности лизоцима сыворотки крови. Этот фермент с ярко выраженными
бактерицидными свойствами вырабатывается в организме всех позвоночных.
Сообщения о его отсутствии у того или иного вида рыб, скорее всего, связаны с
некорректными оценками его активности. У рыб сезон года, физиологическое
состояние сильно меняют титр лизоцима. Так, у карпа активность лизоцима
максимальна осенью, в конце сезона выращивания, и минимальна в конце зимовки.
Есть сообщения, что хищные рыбы имеют более высокие титры лизоцима по сравнению
с мирными рыбами.
Рис. 13.1. Схема неспепифического иммунного ответа рыб
Интерферон — группа веществ,
происхождение которых связывают с макрофагами, нарушает процесс размножения
вирусов. Интерферон обнаруживается в
крови всех рыб, но у мирных видов его титры выше, чем у хищников.
Комплемент — группа белков (около 20) — продукт
жизнедеятельности макрофагов.
Он способен обезвреживать как корпускулярные, так и
гуморальные чужеродные вещества. Комплементу приписывают несколько
функций:
опсонизация — взаимодействие с чужеродной клеткой с
целью ее подготовки к фагоцитозу;
цитолиз — цитотоксическое воздействие на антигены
клеточного типа; активизация тучных клеток и привлечение фагоцитов в очаг
воспаления; нейтрализация антигенов и дальнейшее их удаление из организма;
Фибронектин — еще один гуморальный компонент неспецифического иммунитета. Он
вырабатывается во многих клетках, включая макрофаги. Механизм его действия
напоминает комплементарную опсонизацию.
Пропердин — бактерицидное вещество, вырабатываемое
моноцитами и макрофагами. В большом количестве присутствует в крови карповых и
других рыб. Кинины — мелкие полипептиды с разносторонними функциями. Они
вызывают сокращение и расслабление гладких мышц повышают сосудистую
проницаемость (в первую очередь посткапиллярных венул), активируют фактор
Хагемана системы коагуляции. Кинины в большом количестве содержатся в кожной
слизи рыб. Клеточный неспецифический ответ обеспечивают в основном лейкоциты
посредством следующих механизмов: фагоцитоз; пиноцитоз;
цитотоксический эффект;
синтез гистамина, серотонина, простагландинов;
удержание антигена на пути в кровеносную систему.
Фагоцитоз характерен для нейтрофилов, одна клетка которых способна
поглотить десятки корпускулярных тел. Нейтрофилы вырабатывают активные
соединения кислорода — перекись водорода, супероксидный радикал, которые
оказывают разрушительное влияние на клеточные мембраны микробов. Лизосомальные
ферменты нейтрофилов растворяют микробные клетки. Подобным образом действуют и
другие фагоцитирующие клетки — моноциты, макрофаги.
У рыб в определенных условиях отмечают фагоцитоз у эритроцитов,
тромбоцитов, клеток РЭС, некоторых клеток слизистой оболочки
желудочно-кишечного тракта. Пиноцитоз напоминает фагоцитоз, но происходит за
счет инвагинации клеточной мембраны, которая как бы засасывает антиген внутрь
цитоплазмы. Пиноцитозу подвергаются не корпускулярные жидкие чужеродные
вещества. Цитотоксический эффект осуществляется как при непосредственном
контакте с антигеном, так и на расстоянии за счет атаки клетки-мишени перекисью
водорода, гипохлорной кислотой. Цитотоксический эффект свойствен в той или иной
степени всем видам лейкоцитов и макрофагам.
Специфический иммунитет (рис. 13.2) возникает при обязательном участии
лимфоцитов и имеет два варианта развития: клеточный и гуморальный. Клеточный
ответ осуществляют Т-лимфоциты-киллеры. После активации Т-киллера чужеродным
антигеном он убивает клетку-мишень (бактерию, вирус, гриб) цитотоксическим
способом (супероксидный ион, перекись водорода, лимфотоксин), вступая или не
вступая с ней в непосредственный контакт.
Рис. 13.2. Схема процессинга
Гуморальный ответ лимфоцитов выглядит сложнее. Для удобства его изучения можно разбить этот процесс на три
этапа: распознавание антигена и активация исполнительных клеток; вовлечение
клеток памяти и исполнителей элиминации антигена; процесс элиминации антигена.
В качестве антигенов животный организм воспринимает такие вещества, как белки,
полисахариды, нуклеиновые кислоты, в виде отдельных молекул с большой массой
или групп молекул или корпускулярные тела. Независимо от химической природы и
сложности строения любой антиген имеет специфические функциональные группы — антигенную детерминанту, количество которых определяет валентность антигена.
Для запуска иммунного ответа необходимо, чтобы в организм попал определенный
минимум единиц антигена. Антиген улавливается еще в тканях организма
макрофагами, но если все же антиген успевает попасть в кровяное русло, то он
атакуется Т-лимфоцитами- хелперами, которые собирают антигены в
«кассету».
Макрофаги подвергают антигены процессингу, т. е. концентрации
антигенных детерминант (см. рис. 13.2). За счет процессинга антигенность
чужеродного тела или вещества возрастает в десятки и сотни раз.
После процессинга макрофагами антиген передается Т-лимфоциту-хелперу,
который, в свою оче-редь, предоставляет его для элиминации или Т-лимфоцитам-
киллерам, или В-лимфоцитам для формирования гуморального ответа. Последний процесс получил название кооперации Т- и В-лимфоцитов. Он не так
прост и состоит из трех фаз.
1.
Распознавание антигенной детерминанты
В-лимфоцитами. Каждый лимфоцит имеет на своей клеточной мембране десятки тысяч
молекул у-глобулинов, которые выполняют функцию рецептора к антигену. Поэтому
один В-лимфоцит распознает сотни тысяч антигенов разной химической природы и
организации.
2.
Т-лимфоцит-хелпер отыскивает комплекс
макрофаг — антиген, после чего начинает продуцировать интерлейкин-II, т. е. вещество, которое инициирует
трансформацию части В-лимфоцитов в плазматиче-скую клетку — продуцент антител.
3.
Макрофаг в ответ на действия t-хелпера
секретирует интерлейцин-1. Последний
стимулирует усиление образования В-лимфоцитов лимфоидными органами для
компенсации трансформированных в плазматические клетки В-лимфоцитов крови.
Адекватность компенсаторного ответа лимфоидной ткани находится под контролем
Т-лимфоцитов-супрессоров.
Таким образом, агентом гуморального
специфического ответа выступает антитело к данному антигену, продуцируемое
трансформированным В-лимфоцитом (рис. 13.4). По химической природе все антитела
-гликопротеиды. В составе антитела
имеется особая зона, определяющая специфичность данного антитела. Благодаря
этой зоне антитело узнает «свой» антиген.
У млекопитающих выделены антитела пяти классов (иммуноглобулины G, M, A, D, Е),
которые от-личаются первичной и вторичной структурой. У рыб удается найти
только два из них: IgG и IgM. Элиминация антигена при воздействии на него антитела
происходит путем:
преципитации растворимых в сыворотке антигенов; агглютинации
чужеродных клеточных структур;
лизиса свободных от комплемента антигенов.
Кроме того, антиген подвергается нейтрализации путем связывания с
антителом. Возможна и опсонизация антигена, т. е. образование комплекса,
который легко фагоцитируется макрофагом. Собственно защита организма от
специфического антигена возникает тогда, когда в сыворотке крови лимфоцитами
вырабатывается определенное количество антител. Это возможно в двух случаях.
Рис. 13.4. Гуморальный ответ специфического иммунитета рыбы
Во-первых, когда антиген
попадает в организм животного естественным путем в достаточном для запуска
ответа количестве. В этом случае
формируется естественный иммунитет.
Во-вторых, образование антител можно спровоцировать, например,
введением ослабленной культуры микроорганизмов.
В этом случае иммунный ответ развивается менее болезненно тля
организма животного. Однако эффективность искусственного иммунитета ненамного
уступает естественному иммунитету.
Возможно введение готовых антител в кровь (пассивный иммунитет),
однако при этом, как правило, продолжительность иммунной защиты невелика.
Искусственная иммунизация против инфекционных заболеваний применяется и в
рыбоводстве. Основным методом иммунизации является включение в корм рыбы
ослабленных форм антигенов. В условиях товарного производства рыбы
парентеральная иммунизация по экономическим соображениям невозможна. Пассивная
иммунизация (введение сыворотки с антителами) используется в редких случаях,
чаще в экспериментах, для сохранения ценных видов рыбы (например, для борьбы с вибриозом лососевых).