Клеточный иммунитет был открыт ученым
Система защиты организма от чужеродных веществ складывается из гуморального и клеточного иммунитета. Гуморальный направлен на выделение антител, которые присутствуют в плазме крови. Клеточный ответ проявляется только за счёт форменных элементов крови.
Теория
Учёные начали активно изучать иммунитет в конце XIX века. Тогда была сформирована гуморальная и фагоцитарная или клеточная теория иммунитета. На развитие иммунологии в целом повлияли работы Луи Пастера, который экспериментировал с вакцинацией животных. Одновременно с ним работал Эмиль фон Бернинг, который доказал формирование устойчивости к дифтерии и столбняку у людей, получивших кровь переболевших этими заболеваниями пациентов.
Однако научное обоснование иммунитету дал Илья Мечников, который считается создателем фагоцитарной теории иммунитета. Он обнаружил в крови фагоциты, поглощающие чужеродные объекты. Это главные защитники организма, реагирующие первыми на внешние раздражители.
Рис. 1. Илья Мечников.
Клеточный иммунитет – часть адаптивного или приобретённого иммунитета. Лейкоциты в процессе жизни учатся, сталкиваясь с различными бактериями, вирусами и другими чужеродными объектами, вырабатывая специфические иммунные ответы.
Клетки
Основную функцию иммунитета выполняют специальные клетки крови – лейкоциты. Они различаются внешним видом и функциональностью.
Выделяют две функциональные группы:
- фагоциты;
- лимфоциты.
Фагоциты отличаются большими размерами и подвижностью. К ним относятся нейтрофилы, моноциты, макрофаги. Они составляют неспецифический иммунитет, т.е. отвечают на действие любого возбудителя. На поверхности фагоциты имеют рецепторы, которые распознают чужеродные объекты.
Рис. 2. Фагоциты.
Фагоциты поглощают и переваривают не только бактерии и вирусы, но и любые частицы – обрывки клеточных структур, твёрдые продукты метаболизма, старые клетки и т.д. Их количество резко повышается в месте заражения. Переполненные фагоциты разрываются и погибают, а их частицы поглощают новые фагоциты. Гной – это большое скопление мёртвых фагоцитов в одном месте.
ТОП-4 статьикоторые читают вместе с этой
При попадании инфекции в кровь на помощь фагоцитам приходят лимфоциты, составляющие специфический иммунитет. Они обучаются в тимусе – вилочковой железе. В результате в кровь попадает три вида специализированных лимфоцитов:
- Т-хэлперы, распознающие антиген и сообщающие другим лимфоцитам о проникновении чужеродных веществ;
- Т-киллеры или цитотоксические T-лимфоциты, уничтожающие определённые антигены посредством лизиса – растворения микроорганизмов;
- Т-супрессоры, останавливающие ответную реакцию в случае прекращения действия антигена.
Рис. 3. Лимфоциты.
Отдельно выделяют NK-лимфоциты или естественные киллеры. Их действия схожи с функциями Т-киллеров, но направлены не на внешние антигены, а на внутренние. Под их прицел попадают любые отличающиеся от нормальных клетки, например, раковые.
Естественные киллеры выделяют белок перфорин, который создаёт в клеточной мембране поры. Через образовавшиеся поры в клетку проникают выделяемые NK-лимфоцитами ферменты – протеазы. Они провоцируют лизис или апоптоз – самоуничтожение клетки.
Большая часть лейкоцитов вырабатывается в костном мозге. В отличие от других клеток крови они имеют ядро и могут выходить за пределы кровяного русла в межклеточное пространство.
Что мы узнали?
Основу изучения клеточного иммунитета заложил Илья Мечников, обнаружив фагоциты, поглощающие вредные и инородные вещества. Вместе с фагоцитами с заражением борются лимфоциты, которые различаются специализацией. Их действия направлены на распознавание чужеродного объекта и его уничтожение посредством лизиса или апоптоза. Клеточный иммунитет развивается в течение жизни.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.5. Всего получено оценок: 158.
Человек живет в окружении огромного количества микроорганизмов, бактерий, вирусов, грибов. Но из 1,5 млн видов, которые нас окружают, практически 50 тысяч видов ведут паразитический образ жизни. Люди очень долгое время не догадывались о таком премилом соседстве. Лишь в 1675 году, благодаря открытию голландского мануфактурщика Антони ван Левенгука, человек впервые смог увидеть мир микроорганизмов. Антони ван Левенгук изобрел микроскоп, и именно в него увидел первые микроорганизмы.
Он дал им название «анималькулинз», от латинского слова «зверьки». Мы же их называем микроорганизмами.
Неспецифическая защита
Первыми бактерии встречают кожа и слизистые (см. Рис. 1). Полезные бактерии симбионты живут на их поверхности и губительно действуют на болезнетворные организмы. Однако из-за ослабления организма, из-за переохлаждения, активность полезных бактерий резко падает. Слизистые выделения удаляют пыль и микробы, а также вырабатывают губительные для бактерий вещества. Их называют антибактериальными.
Вторым барьером являются стенки капилляров и лимфатических сосудов, через которые удается проникнуть далеко не всем микробам.
Третьим барьером являются клетки крови. Попадание болезнетворных бактерий в организм вызывает заболевание. Такое заражение называют инфекцией, а заболевание – инфекционным. То, что инфекционное заболевание вызывается бактериями, впервые доказал основоположник микробиологии Луи Пастер (см. Рис. 2). Помимо этого, Луи Пастер изобрел способ защиты продуктов питания от порчи путем их быстрого нагревания до 80 градусов с последующим быстрым охлаждением.
Классификация заболеваний
Заболевания принято делить на две группы: общее заболевание, в результате которого страдает весь организм, например, такие как грипп или ангина, и местные заболевания, в результате которых поражен только один орган, например, к таким можно отнести больной зуб или вскочивший прыщ. Особенность местных заболеваний в том, что они могут переходить в общие. Но существует разница между заражением и заболеванием. В организм человека могут попасть болезнетворные бактерии, но он при этом не заболевает. Это обусловлено защитными силами организма, т.е. явлением иммунитета.
Иммунитет
Иммунитет – это способность организма человека распознавать чужеродные соединения и тела и уничтожать их. Название «иммунитет» происходит от латинского слова immunitus – освобождение. Иммунитет – это защитная реакция организма. И является функциями лейкоцитов и лимфоцитов.
В организме человека иммунитет может осуществляться несколькими путями:
Иммунитет бывает неспецифический и специфический. Неспецифический иммунитет был открыт в 1883 г. нашим ученым Ильей Мечниковым. Часть лейкоцитов попадает в вилочковую железу и лимфатические узлы, где они преобразуются в клетки лимфы, так называемые лимфоциты
Лимфоциты обладают удивительной способностью. Они могут распознавать и убивать чужеродные организмы. Одна группа лимфоцитов распознает чужеродные организмы и дает сигнал другой группе лимфоцитов, которые начинают активно размножаться, окружают болезнетворный организм или инородное тело и уничтожают его. На этом основано явление клеточного иммунитета. Если чужеродное тело, которое еще физиологи называют антигеном, не может быть сразу уничтожено лимфоцитами, то тогда в дело вступают лимфоциты третьей группы. Они начинают вырабатывать специальные химические вещества, которые называются антителами. При контакте с антигеном антитела убивают их. Таким образом, антитела – это химические соединения, находящиеся в плазме крови, имеющие сродство к антигену и способные убивать его. Антитела разносятся током крови по всему организму. Встречаясь с антигеном, они его уничтожают. Хочется отметить, что антитела обладают специфичностью, т.е. сродством с антигеном. Антитела действуют на определенный антиген и не убивают другие. Вот почему антитела, которые у нас вырабатываются, допустим, при заболеваниях ветряной оспой, не могут защитить нас от кори или краснухи. Иммунитет, обусловленный в организме антителами, носит название гуморального иммунитета. Явление гуморального иммунитета было открыто в 1897 году немецким ученым Эрлихом. А в 1908 году два ученых – Мечников и Эрлих – были удостоены Нобелевской премии за открытие механизмов иммунитета.
В организме человека имеются специальные защитные механизмы, и поэтому восприимчивость к заболеваниям зависит от состояния организма человека. В процессе эволюции в организме человека сложилась целая система, которая участвует в образовании иммунитета. К иммунной системе относятся красный костный мозг, вилочковая железа, лимфатические узлы и селезенка
Как правило, человек, перенесший инфекционное заболевание, повторно этим заболеванием уже не болеет, или протекает оно у него в более мягкой форме. Связано это с тем, что клетки лимфы – лимфоциты, способные к образованию антител, – обладают так называемой иммунной памятью.
Открытие иммунной памяти позволило ученым разработать ряд профилактических мер против различных заболеваний. К таким профилактическим мерам относятся прививки, вакцины, сыворотки.
Около 200 лет назад английский врач Джейнер заметил, что доярки, которые работали с коровами, больными коровьей оспой, не заболевали потом человеческой оспой. Он решил провести определенный эксперимент, в ходе которого он доказал, что если в организм человеку внести жидкость из оспинок коровы, он потом не будет заболевать человеческой оспой. Так была сделана первая профилактическая прививка.
А 80 лет спустя Луи Пастер разработал теорию вакцинации, т.е. предупреждения заболеваний в ходе прививок. Слово «вакцинация» происходит от латинского названия «вакцио» – корова. Луи Пастер предложил вводить человеку убитые или ослабленные микробы, которые уже не могут вызвать у него заболевания, но зато делают его невосприимчивым к данной инфекции. После этих открытий представления об иммунитете достаточно сильно изменились.
Специфический гуморальный иммунитет, открытый Эрлихом, можно разделить на две большие группы (см. Рис. 4). Это врожденный иммунитет и приобретенный иммунитет. Врожденный иммунитет человек приобретает сразу после рождения вместе с молоком матери. А вот приобретенный иммунитет возникает у человека двумя путями. Он может быть естественным после перенесения какого-либо заболевания, или искусственным после применения профилактической прививки. Если человеку в организм вводят сыворотку, т.е. жидкость, которая содержит готовые антитела против микробов, вызывающих данную болезнь, такой иммунитет называют пассивным. Сыворотку вводят, например, для того, чтобы защитить организм от бешенства. Если же в организм вводят вакцину, которая содержит в себе ослабленные микробы, то иммунитет, который возникает у человека, носит название активный. Профилактические прививки необходимы для предотвращения различных заболеваний. Благодаря им человечество уже смогло справиться с такими серьезнейшими заболеваниями, как чума, оспа. Для того чтобы эти болезни вновь не вернулись к нам, необходимо делать профилактические прививки и следовать указаниям врача.
Термин «иммунитет» возник от латинского слова
«immunitas» — освобождение, избавление от чего-либо. В
медицинскую практику он вошел в XIX веке, когда им стали обозначать
«освобождение от болезни» (французский словарь Литте, 1869). Но
еще задолго до появления термина у медиков существовало понятие об
иммунитете в значении невосприимчивости человека к болезни, которое
обозначалось как «самоисцеляющая сила организма» (Гиппократ),
«жизненная сила» (Гален) или «залечивающая сила»
(Парацельс). Врачам давно была известна присущая людям от рождения
невосприимчивость (резистентность) к болезням животных (например, куриной
холере, чуме собак). Сейчас это называют врожденным (естественным)
иммунитетом. С древних времен медики знали, что человек не болеет
некоторыми болезнями дважды. Так, еще в IV веке до н.э. Фукидид, описывая
чуму в Афинах, отмечал факты, когда люди, которые чудом выживали, могли
ухаживать за больными без риска заболеть вновь. Жизненный опыт показывал,
что у людей может возникать стойкая невосприимчивость к повторному
заражению после перенесённых тяжёлых инфекций, таких, например, как тиф,
оспа, скарлатина. Такое явление называют приобретенным иммунитетом.
В конце XVIII века англичанин Эдвард Дженнер использовал коровью оспу для
защиты человека от натуральной оспы. Будучи убежденным, что искусственное
заражение человека — безвредный способ предотвращения тяжелой болезни, он в
1796 году провел первый успешный эксперимент на человеке.
В Китае и Индии прививку оспы практиковали еще за несколько столетий до ее
введения в Европе. Болячками переболевшего оспой человека расцарапывали
кожу здорового человека, который обычно после этого переносил инфекцию в
слабой, не смертельной форме, после чего выздоравливал и оставался
устойчивым к последующим заражениям оспой.
Спустя 100 лет открытый Э. Дженнером факт лег в основу экспериментов Л.
Пастера на куриной холере, завершившихся формулировкой принципа
профилактики инфекционных заболеваний — принцип иммунизации ослабленными
или убитыми возбудителями (1881 г.).
В 1890 году Эмиль фон Беринг сообщил, что после введения в организм
животного не целых дифтерийных бактерий, а всего лишь некого токсина,
выделенного из них, в крови появляется нечто, способное нейтрализовать или
разрушать токсин и предотвращать заболевание, вызываемое целой бактерией.
Более того, оказалось, что приготовленные из крови таких животных препараты
(сыворотки) исцеляли детей, уже больных дифтерией. Вещество, которое
нейтрализовало токсин и появлялось в крови только в его присутствии,
получило название антитоксина. В дальнейшем подобные ему вещества стали
называть общим термином — антитела. А тот агент, который вызывает
образование этих антител, стали называть антигеном. За эти работы Эмиль фон
Беринг был удостоен в 1901 году Нобелевской премии по физиологии и
медицине.
В дальнейшем П. Эрлих разработал на этой базе теорию гуморального
иммунитета, т.е. иммунитета, обеспечиваемого антителами, которые,
продвигаясь по жидким внутренним средам организма, таким, как кровь и лимфа
(от лат. humor — жидкость), поражают чужеродные тела на любом расстоянии от
лимфоцита, который их производит.
Арне Тизелиус (Нобелевская премия по химии за 1948 год) показал, что
антитела — это всего лишь обычные белки, но с очень большим молекулярным
весом. Химическую структуру антител расшифровали Джералд Морис Эдельман
(США) и Родни Роберт Портер (Великобритания), за что получили Нобелевскую
премию в 1972 году. Было установлено, что каждое антитело состоит из
четырех белков — 2-х легких и 2-х тяжелых цепей. Такая структура в
электронном микроскопе по своему виду напоминает «рогатку» (
рис. 2
). Часть молекулы антитела, которая связывается с антигеном, очень
изменчива, поэтому ее называют вариабельной. Эта область содержится на
самом кончике антитела, поэтому защитную молекулу иногда сравнивают с
пинцетом, ухватывающим с помощью острых концов мельчайшие детали самого
замысловатого часового механизма. Активный центр распознает в молекуле
антигена небольшие участки, состоящие обычно из 4- 8 аминокислот. Эти
участки антигена подходят к структуре антитела «как ключ к
замку». Если антитела не могут справиться с антигеном (микробом)
самостоятельно, на помощь им придут другие компоненты и, в первую очередь,
специальные «клетки-пожиратели».
Позднее японец Сусумо Тонегава, основываясь на достижении Эдельмана и
Портера, показал то, что никто в принципе не мог даже ожидать: те гены в
геноме, которые отвечают за синтез антител, в отличие от всех других генов
человека, обладают потрясающей способностью — многократно изменять свою
структуру в отдельных клетках человека в течение его жизни. При этом они,
варьируя в своей структуре, перераспределяются так, что потенциально готовы
обеспечить производство нескольких сотен миллионов различных
белков-антител, т.е. намного больше теоретического количества, потенциально
действующих на человеческий организм извне чужеродных веществ — антигенов.
В 1987 году С. Тонегава была присуждена Нобелевская премия по физиологии и
медицине «за открытие генетических принципов генерации антител».
Одновременно с создателем теории гуморального иммунитета Эрлихом наш
соотечественник И.И. Мечников разработал теорию фагоцитоза и обосновал
фагоцитарную теорию иммунитета. Он доказал, что у животных и человека
существуют специальные клетки — фагоциты — способные поглощать и разрушать
патогенные микроорганизмы и другой генетически чужеродный материал,
оказавшийся в нашем организме. Фагоцитоз был известен ученым c 1862 г. по
работам Э. Геккеля, но только Мечников первым связал фагоцитоз с защитной
функцией иммунной системы. В последующей многолетней дискуссии между
сторонниками фагоцитарной и гуморальной теорий были раскрыты многие
механизмы иммунитета. Фагоцитоз, открытый Мечниковым, получил в дальнейшем
название клеточного иммунитета, а антителообразование, обнаруженное
Эрлихом, — гуморального иммунитета. Все завершилось тем, что оба ученых
были признаны мировой научной общественностью и разделили между собой
Нобелевскую премию по физиологии и медицине за 1908 год.
Смотрите также:
Американские исследователи из Института иммунологии в Ла-Хойе опубликовали сенсационные данные. Исследование образцов донорской крови, забор которой проводился в 2015-2018 годах, выявило признаки специфического клеточного иммунитета, аналогичные тем, что появляются при новом коронавирусе. Из этого можно сделать осторожный вывод о том, что организм тех, кто когда-то болел другими разновидностями коронавируса, может оказаться устойчивыми к COVID-19.
Сегодня многие озабочены вопросом: дает ли факт наличия антител к новому коронавирусу гарантию иммунитета? Однако ситуация с иммунитетом гораздо сложнее. Его наличие зависит не только от присутствия в крови антител (иммуноглобулинов), но еще и от наличия важных клеток — Т-лимфоцитов, Т-киллеров (CD8-клеток) и Т-хэлперов (CD4-клеток). Т-киллеры способны по разным приметам опознавать в организме клетки, зараженные вирусами, и, в случае их обнаружения, убивать их самостоятельно или призывать другие клетки на помощь. А Т-хэлперы увеличивают количество и «убийственный» потенциал Т-киллеров, специфичных в отношении конкретного вируса.
Новое исследование американцев (пока это препринт) поставило целью выявить специфические антигены коронавируса, вызывающие наиболее сильный клеточный иммунный ответ — эта информация очень важна для создания будущей вакцины.
Однако параллельно случилось другое важное открытие. В каждом втором образце донорской крови людей, взятой в 2015-2018 годах, были найдены именно специфические СD4+ Т-лимфоцитов, которые сегодня обнаруживают у абсолютно всех переболевших новой коронавирусной инфекцией. То есть можно предположить, что 50% населения, которые еще не встретились с новой инфекцией, уже может иметь к ней иммунитет. Кроме того, сегодня в крови у 70% переболевших COVID-19 обнаруживаются еще и специфические CD8+ Т-лимфоциты. Их нашли в 20% образцов донорской крови.
Результаты исследования дают основания предполагать, что значительная часть населения может обладать перекрестным иммунитетом к вирусу SARS-CoV-2 благодаря ранее перенесенным «сезонным простудам», т.е. «обычным» коронавирусам. Те, кто когда-то болел другими «коронами», могли получить антитела, способные справиться с новым вирусом. Возможно, именно поэтому большинство переносят заболевание в легкой форме или вообще без клинической картины заболевания.
«Доноры, чьи образцы крови были подвергнуты анализу, определенно не могли болеть COVID-19 в 2015-2018 годах. Тем не менее, примерно в половине случаев у них обнаружилась специфическая реакция Т-клеток на антигены вируса.
Авторы исследования полагают, что дело в кросс-реактивном иммунитете. Они проверили образцы донорской крови, которые были использованы в эксперименте, на антитела к двум из четырех ранее известных коронавирусов, поражающих человека, HcoV-OC43 и HcoV-NL63, и получили положительный результат анализа. То есть эти люди ранее переболели другими коронавирусными инфекциями, отличными от COVID-19″, — отмечает старший научный сотрудник ЦКБ РАН Сергей Кацалап.
«Это исследование крайне важно для понимания механизмов адаптивного иммунитета, — рассказал «МК» завкафедрой клинической иммунологии и аллергологии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, академик РАН, заслуженный деятель науки РФ Александр Караулов. – Если этиологию заболевания COVID-19 мы изучили, это новый коронавирус SARS-CoV-2, то в отношении формирования иммунитета к нему идут постоянные дискуссии.
Иногда этот иммунитет патогенный (люди умирают от цитокинового шторма или от избыточного иммунного ответа), иногда протективный (что важно для создания вакцин).
В основе противовирусного иммунитета лежит не только и не столько антительный ответ, сколько Т-клеточный иммунитет, реакция Т-клеток: СД-4-хелперов и CD-8 киллеров, а также клеток памяти. Эти клетки вовлекаются в защиту организма в ответ на вирусную инфекцию, в т.ч. и SARS-CoV-2, и, благодаря им, при острой инфекции происходит элиминация вируса, то есть «очистка» от вируса и формирование иммунитета к последующему заражению. И в этом смысле все идет по классике.
Но вопрос еще и в том, от чего зависит тяжесть течения инфекции? Мы видим, что элиминации вируса не возникает у некоторых пожилых или у людей с тяжелыми заболеваниями типа сахарного диабета или онкологии. У них связь между врожденным и адаптивным иммунитетом нарушена; адаптивного у них недостаточно.
Сегодня основная гипотеза ответа на вопрос, почему одни болеют легко, а другие тяжело, заключается в том, что болеющие легко, по всей видимости, имеют перекрестный иммунитет к другим коронавирусам. Перекрестная реактивность встречается при некоторых инфекциях, например, при гриппе.
Установлен факт, что гриппом H1N1 легче болели те, у кого был перекрестный иммунитет к другим штаммам гриппа, то есть, у них есть Т-клетки-киллеры, активно работающие против вируса, что позволяет выздороветь быстрее. Конечно, работа американцев предварительная, нужно провести дополнительные исследования среди тяжелых пациентов в стационарах. И все же эти данные доказывают, что существование перекрестного иммунитета у здоровых людей в ответ на SARS-CoV-2 возможно. И это нужно учитывать при создании вакцин.
— Получается, что обладатели Т-лимфоцитов к старым коронавирусам при встрече с новым, скорее всего, переболеют легче?
— Да, за счет той самой кросс-реактивности между циркулирующими коронавирусами, которые вызывают обычную простуду. Это примерно 40-60% здоровых лиц, не имеющих контактов с COVID, которым Т-клетки памяти потенциально дадут иммунный ответ, то есть запустят активный и достаточный Т-клеточный цитотоксический (киллерный) ответ, помимо антительного ответа. Но этих киллеров очень сложно определять диагностически, нужно специальные исследования в лаборатории…
Тем временем, в журнале Nature опубликовано еще одно исследование биологов из Вашингтонского университета. У пациента, который перенес тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС, вызываемый SARS-CoV) в 2003 году, обнаружили антитела, способные блокировать работу и SARS-CoV-2.
Возбудитель атипичной пневмонии SARS-CoV наиболее близок по своему строению и свойствам к новому SARS-CoV-2. Ученым удалось получить восемь разных антител, используя B-клетки памяти того пациента, которые в разной степени блокировали вирус. И одно из них продемонстрировало способность связываться с S-белком нового коронавируса SARS-CoV-2, который отвечает за проникновение вируса внутрь клетки человека, а значит является протективным, то есть защитным.
И это очень важно, так как именно понимание того, какие фрагменты вируса являются протективными, необходимо для разработки эффективной вакцины от коронавирусной инфекции, а также для новых методов лечения COVID-19, предполагают ученые. «Это также путь использования коктейля антител для профилактики и терапии тяжелого течения болезни», — считает академик Караулов.