Открытие клеточного иммунитета принадлежит
Елена Клещенко
«Химия и жизнь» №11, 2011
Нобелевскую премию по медицине 2011 года разделили на две половины. Одну получили Брюс Бютлер, профессор генетики и иммунологии Исследовательского института Скриппса (Ла-Хойя, США), и Жюль Хоффман, бывший руководитель лаборатории в Страсбургском университете, директор Института молекулярной биологии клетки, президент Французской академии наук в 2007–2008 годах (ныне в отставке), — за исследование механизмов активации врожденного иммунитета. Вторую половину присудили Ральфу Стайнману, выходцу из Канады, занимавшему пост профессора иммунологии в Рокфеллеровском университете (Нью-Йорк), — за открытие роли дендритных клеток в адаптивном иммунитете.
Сразу вслед за именами лауреатов 3 октября 2011 года в новостных лентах появились сообщения о смерти Ральфа Стайнмана. Он скончался 30 сентября, а Нобелевский комитет не получил этой информации вовремя. Согласно уставу, самая престижная научная премия не может быть присуждена человеку, которого нет в живых, однако Нобелевский комитет объявил, что Стайнман остается лауреатом: на момент принятия решения не было известно о его кончине, таким образом, сделанный выбор соответствует духу премии, если не букве. И в конце концов, альтернативное решение общественность едва ли приняла бы с симпатией.
Наши внутренние войска
Нас ежеминутно атакуют орды захватчиков. Вирусы, бактерии, паразиты, клетки микроскопических грибков и патогенных простейших — мы для них, как выражался Клоп-Говорун в «Сказке о Тройке», «бурдюки с питательной смесью». И как в подобных условиях многоклеточные организмы сумели чего-то достичь на Земле?
Благодарить за это нужно иммунную систему. Эволюция на всякое действие находит противодействие, и мы не беззащитны перед врагами. Плотные кожные покровы сами по себе дают неплохую механическую защиту: если руки не поранены, мы можем безнаказанно копаться в грязи, а царапинка сразу воспалится. В слюне и слезах содержится лизоцим — фермент, разрушающий стенки бактерий. Как ни щиплет в глазу, когда в него попадает грязь или мошка, можно утешиться мыслью, что нахальным вторженцам еще хуже.
Небольшая воспаленная царапина, скорее всего, поболит и пройдет без всякого йода (не будем рассматривать страшные случаи вроде столбняка или вируса гепатита В). Амбициозные планы микробов по захвату огромного запаса влаги, белков, жиров и углеводов окончатся крахом, потому что воспаление — это тоже защитная реакция, один из механизмов врожденного, или неспецифического, иммунитета, который в той или иной форме имеется у всех многоклеточных организмов. Болезненность, покраснение, жар и отек — все это признаки военных действий. Высокая температура, как правило, для захватчиков некомфортна, а кроме того, отек и расширение сосудов предоставляют клеткам-фагоцитам, поедающим чужеродные вещества, более свободный доступ к «добыче». К механизмам неспецифического иммунитета относится и цитотоксическое действие системы комплемента — биохимическое приспособление для пробивания мембран вражеских клеток.
Более совершенное оборонительное оружие — специфический, или адаптивный, иммунитет — имеется только у высших организмов, начиная с челюстноротых рыб. Именно тут в игру вступают антитела, или иммуноглобулины, — похожие на букву Y белковые молекулы, вырабатываемые лимфоцитами. Верхние «палочки» Y взаимодействуют с чужеродным веществом (антигеном), связывая его или помечая для уничтожения. Молекулы антител находятся и в мембране лимфоцитов, где они играют роль рецепторов, распознающих антигены.
Здесь перед учеными встала биоинформатическая проблема. Антитело состоит из четырех белковых цепей, которые, согласно Центральной Догме (ДНК-РНК-белок), должны кодироваться некими генами. Но чужеродных веществ, проникающих в организм, может быть бесконечно много — такое количество генов иммуноглобулиновых цепей не уместится ни в одном геноме!
Противоречие разрешила клонально-селекционная теория (ее предложил австралиец Макфарлейн Бернет, получивший совместно с Питером Медаваром Нобелевскую премию 1960 года за открытие искусственной иммунной толерантности). Гены иммуноглобулинов в геномах неспециализированных клеток содержатся в виде «заготовок». При созревании В-лимфоцитов эти гены претерпевают перестройки — в строго определенных участках, но с элементом случайности, так что каждая В-клетка в итоге синтезирует свое неповторимое антитело, чьи вариабельные участки идеально подходят к еще неведомому антигену. Встреча с этим антигеном (его узнают рецепторы В-лимфоцита, аналогичные его антителам), а также сигналы от других клеток иммунной системы побуждают В-лимфоцит к бурному размножению и синтезу антител. В процессе созревания В-лимфоциты проходят строгий отбор — те, которые случайно «нацелились» на собственные молекулы организма, должны быть уничтожены.
Т-лимфоциты называются так потому, что проходят последние этапы развития в тимусе (а В-лимфоциты — потому, что были впервые обнаружены у птиц в так называемой фабрициевой сумке — bursa fabricii). В их мембране тоже есть рецепторы для антигенов, не совсем такие, как антитела, но также принадлежащие к семейству иммуноглобулинов. Т-хелперы («помощники») активируют В-лимфоциты, Т-киллеры убивают собственные клетки организма, зараженные или измененные. То же делают и лимфоциты другой группы, «естественные киллеры» (NK-клетки, от natural killer), но их действие менее специфично.
Адаптивным (приобретенным) этот иммунитет называется потому, что иммунная система обладает памятью. В организме сохраняются клоны В- и Т-лимфоцитов, специфичных к определенному антигену, и при повторной встрече с тем же возбудителем именно они начинают стремительно размножаться. Вот почему вторичный иммунный ответ развивается быстрее и большинство людей болеет краснухой или ветрянкой лишь раз в жизни: при повторной инфекции наша внутренняя армия выметает захватчика поганой метлой до проявлений болезни. Вирусы простуды или гриппа умеют уходить от удара за счет быстрой изменчивости, поэтому нельзя получить иммунитет против них раз и навсегда. Но младенцы переносят их тяжелее, чем школьники и взрослые, у которых от прошлых эпидемий сохранились лимфоциты памяти с антителами, подходящими хотя бы к некоторым участкам новых вирусных белков.
На этом свойстве иммунной системы основан принцип вакцинации. Черная оспа, полиомиелит, коклюш — инфекции, первое знакомство с которыми может обойтись слишком дорого, поэтому лучше обучить «армию» заранее, предъявив ей ослабленную культуру возбудителя или отдельные характерные для него молекулы.
Понятно, как важен для нас иммунитет и как опасно его ослабление с возрастом или при заболевании. С другой стороны, армия, даже расквартированная на собственной территории, — небольшая радость для мирных жителей, если воины забудут о дисциплине. Когда иммунная система начинает реагировать на «свои» молекулы и клетки, возникают аутоиммунные болезни. С некорректным срабатыванием защиты связаны и аллергические заболевания.
Иммунологические открытия не раз награждались Нобелевскими премиями: их получили И. И. Мечников и Пауль Эрлих, создатели клеточной и гуморальной теорий иммунитета (1908), Родни Портер с Джеральдом Эдельманом, установившие структуру антител (1972). Польза этих исследований для человечества бесспорна, и, кроме того, это действительно высокая наука. За «покраснением и жжением» стоит столько разнообразных событий на клеточном и молекулярном уровне, что реконструкция Бородинской битвы кажется детской игрой.
Экспресс-анализ на бактерию
Врожденный иммунитет, эволюционно более древний, в чем-то и более загадочен. Например, почему воспалительная реакция запускается так стремительно? Быстрота как будто бы говорит о ее неспецифичности: на сложные процессы вроде выработки антител не хватило бы времени. Но как тогда организм узнает, что враг на пороге, и как понимает, что это именно враг, а не безвредная микрочастица?
Начнем с самого начала: с эмбрионального развития дрозофилы. Кристиана Нюссляйн-Фольхард (Нобелевская премия 1995 года), увидев необыкновенно уродливых личинок плодовой мушки, воскликнула: «Das war ja toll!» (по-немецки toll — поразительно, безумно). Так и назвали мутантный ген. А потом один из лауреатов этого года, Жюль Хоффман с коллегами, выяснил, что Toll отвечает не только за эмбриональное развитие мушки, но и за иммунитет у взрослых дрозофил к грибковым инфекциям. (Здесь и далее ссылки на научные работы см. в конце статьи.) Мутантные дрозофилы умирали от грибковой инфекции, не слишком опасной для нормальных особей. При этом бактериальным инфекциям они противостояли успешно.
А потом оказалось, что подобные гены есть не только у дрозофилы. Группа ученых под руководством Брюса Бютлера обнаружила такой ген у мыши. Они же показали, что продукт мышиного Toll-подобного гена — рецептор липополисахарида, вещества из клеточной стенки грамотрицательных бактерий. (Грамотрицательными называются бактерии, чьи клетки остаются бесцветными при окраске по Граму — анилиновыми красителями с фиксацией йодом и промыванием спиртом — из-за особого строения клеточной стенки. К ним относятся, например, кишечная палочка, сальмонелла, легионелла, хеликобактер.) Кроме того, исследователи продемонстрировали прямую связь между этим геном и иммунитетом мыши.
Итак, еще один рецептор в мембране клеток иммунной системы — их там столько, что устанешь запоминать, и каждый для чего-то нужен. В чем важность именно этого открытия? Во-первых, подтвердилась эволюционная древность врожденного иммунитета — о ней говорит общность молекулярных механизмов у насекомых и млекопитающих. Во-вторых, найдена «кнопка включения» врожденного иммунитета. Теперь мы знаем, что на этом этапе распознается не уникальный участок антигена, а вещество, типичное для обширной группы болезнетворных бактерий. Отсюда быстрота и неспецифичность, скажем, воспалительной реакции. Если использовать наши человеческие понятия — иммунная система проводит экспресс-анализ на присутствие маркера, общего для многих опасных бактерий. Сигнал от бактериального липополисахарида, принятый TLR, запускает каскад биохимических событий, который и приводит к реакции воспаления (а при опасном избытке липополисахарида — к септическому шоку).
Открытие вызвало большой интерес у иммунологов, и вскоре у человека и мыши были найдены десятки TLR — Toll-like receptors. Эти рецепторы опознают структурные компоненты бактерий, вирусов и грибков, как вне клеток, так и в «проглоченном» виде, в эндосомах. (Каждый тип рецепторов узнает определенное вещество и тем самым — определенную группу патогенов. Вот почему мутантные дрозофилы Хоффмана были беззащитны перед грибками, но не перед бактериями.) Они принадлежат к более обширной группе рецепторов распознавания паттерна, или образ-распознающих рецепторов, задача которых — реагировать на вещества, типичные для патогенов (см. статью Н. Л. Резник в этом же номере).
Для российских читателей тут есть еще один интересный момент. Бютлер, руководитель группы, как полагается, указан последним в списке авторов, а на первом месте (Poltorak A.) — Александр Николаевич Полторак, выпускник СПбГУ, ныне работающий в Университете Тафтса (Бостон). Совсем недавно, в сентябре, Александр Полторак получил один из сорока «мегагрантов» Минобрнауки на создание лаборатории врожденного иммунитета в Петрозаводском государственном университете. (О «мегагрантах», цель которых — привлечь в российские вузы ведущих ученых, см. «Химию и жизнь», 2010, № 12, и Сайт Министерства образования и науки Российской Федерации.)
Йельский профессор и московский аспирант
Почти сразу же после того, как были объявлены имена лауреатов, научная общественность по традиции принялась обсуждать, тех ли наградили и кого забыли. И здесь нужно рассказать о человеке, которого американские коллеги называли «парнем из России», хотя родился он в Ташкенте.
Предположение о том, что врожденный иммунитет включается распознаванием веществ, типичных для обширных групп инфекционных агентов, и что именно клетки врожденного иммунитета побуждают к активности Т- и В-лимфоциты, еще в конце 80-х высказал известный иммунолог Чарльз Джейнуэй из Йельского университета. (Его фамилия в англоязычных источниках часто пишется с добавлением Jr. — «младший», поскольку он принадлежал к знаменитой династии врачей.) Сейчас это называют «блестящим озарением», но публикация Джейнуэя 1989 года о «гипотезе распознавания паттернов» была встречена прохладно: четкое красивое взаимодействие «антиген-антитело» привлекало куда больше, чем темные тайны врожденного иммунитета.
В 1992 году статья Джейнуэя попала в руки Руслану Меджитову — выпускнику Ташкентского государственного университета и аспиранту МГУ. Как рассказывал позднее сам Меджитов, эта статья указала ему направление: он понял, что нужно найти рецепторы, существование которых постулировал Джейнуэй. Кто помнит российскую науку в 90-е годы, тот знает, что даже раздобыть и ксерокопировать иностранную публикацию было непросто, а уж съездить в Йельский университет… Однако Меджитов смог это сделать: после многих приключений он в 1994 году становится постдоком у Джейнуэя. В поисках рецептора, распознающего паттерны, он использовал методы биоинформатики и обнаружил в геноме человека ген, похожий на Toll дрозофилы и в то же время на рецептор интерлейкина (сигнального вещества из группы цитокинов, широко используемого клетками иммунной системы). В 1996 году они с Джейнуэем узнали от Хоффмана о гиперчувствительности мутантных по Toll дрозофил к грибкам, и это определило дальнейшее развитие событий. В 1997 году Меджитов, Престон-Халберт и Джейнуэй опубликовали статью о клонировании и свойствах Toll-подобного человеческого рецептора. И он действительно активировал адаптивный иммунитет — идеи Джейнуэя полностью подтвердились.
Заслуги йельских ученых и группы Бютлера вполне сопоставимы: первые работали с белком человека, а не мыши, да и опубликовались на год раньше, зато вторые яснее показали его роль в развитии заболевания. Чарльз Джейнуэй умер в 2003 году, но Меджитов, ныне профессор Йельского университета и член Национальной академии наук США, — чем не лауреат? Правда, по меркам Нобелевской премии он вызывающе молод (родился в 1966 году), но ведь и лауреаты по физике прошлого года не очень стары. И всего полгода назад, в июне, авторитетная премия Шоу, так называемая азиатская Нобелевка, была присуждена Хоффману, Бютлеру и Меджитову… С другой стороны, заслуги Стайнмана не менее значимы.
Дендроциты, ловцы антигенов
Ральф Стайнман в 1973 году открыл новый тип клеток иммунной системы, которые он назвал дендритными, или дендроцитами. Это довольно крупные клетки с длинными разветвленными отростками (отсюда название). Предположение Стайнмана, что они могут играть особую роль в формировании иммунного ответа, как и гипотеза Джейнуэя, сначала не вызвало особого интереса, но оказалось верным.
Дендроциты встречаются в различных органах и тканях, но особенно много их в коже и слизистых оболочках — на границе с внешней средой. Дендроциты кожи давно были известны цитологам под названием «клетки Лангерганса» (не путать с островками Лангерганса в поджелудочной железе; их, как и островки, описал немецкий гистолог Пауль Лангерганс еще в XIX веке, но из-за формы он счел их разновидностью нервных клеток). Также они находятся в лимфоузлах и крови.
Главная задача дендроцитов состоит в том, чтобы захватывать антигены и преподносить их Т- и В-лимфоцитам. Они могут даже высовывать «щупальца» сквозь поверхность слизистой оболочки, чтобы собирать антигены снаружи. Переварив чужеродные вещества, они выставляют их фрагменты на своей поверхности и перемещаются в лимфоузлы, где и происходит их встреча с лимфоцитами. Те инспектируют предъявленные фрагменты, опознают «образ врага», и развивается мощный иммунный ответ.
Дендритные клетки (или их клетки-предшественники) можно получать из крови, а это путь к практическому применению в медицине. Дальнейшие исследования Стайнмана и других ученых показали, что дендроциты регулируют активность иммунной системы, препятствуя атакам на собственные молекулы организма и развитию аутоиммунных болезней. (Кстати, среди рецепторов, обнаруженных на поверхности дендритных клеток, есть и TLR.)
Клетки Лангерганса могут быть мишенью вируса СПИДа при заражении половым путем. Есть данные, что ВИЧ коварно «едет» внутри дендроцита в лимфоузел, каким-то образом избегая переваривания, чтобы там поразить активированный лимфоцит — как если бы захваченный шпион, доставленный в штаб, сумел освободиться и устроил диверсию. А где уязвимое место, там и возможное лекарство. В лаборатории Стайнмана сейчас работают над вакциной против ВИЧ, использующей свойства дендритных клеток. На них возлагают надежды и онкологи. У самого Ральфа Стайнмана была агрессивная форма рака поджелудочной железы, с которой 80% пациентов умирают в течение года. Стайнман разработал для себя экспериментальную терапию с использованием дендритных клеток (их культивируют, «нагружая» опухолевыми антигенами, и потом снова вводят пациенту, чтобы они настроили иммунную систему на уничтожение рака). Он прожил больше четырех лет — но так и не узнал, что стал нобелевским лауреатом…
Не исключено, что медицинский потенциал дендроцитов повлиял на решение Нобелевского комитета: фраза в завещании Альфреда Нобеля о «наибольшей пользе человечеству» по-прежнему в силе. А у Руслана Меджитова наверняка еще все впереди.
Литература:
Lemaitre B., Nicolas E., Michaut L., Reichhart J.M., Hoffmann J.A. The dorsoventral regulatory gene cassette spätzle/Toll/cactus controls the potent antifungal response in drosophila adults. Cell, 1996, т. 86, с. 973–983.
Poltorak A., He X., Smirnova I., Liu M.Y., Van Huffel C., Du X., Birdwell D., Alejos E., Silva M., Galanos C., Freudenberg M., Ricciardi-Castagnoli P., Layton B., Beutler B. Defective LPS signaling in C3H/HeJ and C57BL/10ScCr mice: Mutations in Tlr4 gene. Science, 1998, т. 282, с. 2085–2088.
Medzhitov R., Preston-Hurlburt P., Janeway C.A. Jr. A human homologue of the Drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity. Nature, 1997, т. 388, № 6640, с. 394–397.
Добавлено в закладки: 0
Каждый человек знаком с загадочным словом «иммунитет» — механизмом защиты организма от вредоносных и чужеродных объектов. Но как работает иммунная система, справляется ли она и как мы можем ей помочь? Как происходили открытия в этой области и что они дали и дают?
Илья Мечников и его открытие
Еще в древности люди понимали, что организм имеет особую защиту. Во время эпидемий оспы, чумы и холеры, когда похоронные команды не успевали убирать с улиц трупы, были и те, кто справлялся с болезнью или те, кого она вообще не коснулась. Значит, в организме человека существует механизм, защищающий его от инфекций извне. Его назвали иммунитетом (от латинского immunitas — освобождение, избавление от чего либо) — это способностью организма сопротивляться, обезвреживать и разрушать чужеродные клетки, различные инфекции и вирусы.
Еще в древнем Китае лекарями было подмечено, что единожды переболевший человек больше не заболевал оспой (эпидемия оспы впервые прокатилась по Китаю в IV веке). Эти наблюдения привели к первым попыткам защититься от инфекции при помощи искусственного заражения инфекционным материалом. Лекари стали вдувать в нос здоровым людям измельченные оспенные струпья, делали «инъекции» здоровым людям из содержимого пузырьков больных оспой. В Турции первыми «подопытными кроликами» были девочки, которых растили для гарема, чтобы их красота не страдала от рубцов после оспы.
Ученые долго бились над объяснением этих явлений.
Отцом-основателем иммунологии в конце 19 века является известный французский врач Луи Пастер, который считал, что невосприимчивость организма к микробам и болезням определяется тем, что тело человека не подходит микробам как питательная среда, но описать механизм иммунного процесса он не смог.
Впервые это сделал великий русский биолог и патолог Илья Мечников, который с детства проявлял интерес к естествознанию. Окончив за 2 года 4-х годичный курс естественного отделения Харьковского университета, он занимался исследованиями в эмбриологии беспозвоночных и в 19 лет стал кандидатом наук, а в 22 года — доктором наук и возглавил вновь организованный Бактериологический институт в Одессе, где изучал действие защитных клеток собаки, кролика и обезьяны на микробы, вызывающие различные инфекционные заболевания.
Позже, Илья Мечников, изучая внутриклеточное пищеварение беспозвоночных, наблюдал под микроскопом за личинкой морской звезды и его осенила новая мысль. Подобно тому, как у человека происходит воспаление при занозе, когда клетки противодействуют инородному телу, он предположил, что нечто подобное должно происходить и при занозе, вставленной в любое тело. Он ввел шип розы в подвижные прозрачные клетки морской звезды (амебоциты) и через некоторое время увидел, что амебоциты скопились вокруг занозы и пытались либо поглотить инородное тело, либо создавали вокруг него защитный слой.
Так Мечникову пришла мысль, что существуют клетки, которые выполняют в организме защитную функцию.
В 1883 году Мечников выступил на съезде естествоиспытателей и врачей в Одессе с докладом «Целебные силы организма», где впервые озвучил свое представление о специальных органах защиты организма. В своем докладе он впервые предположил, что к системе целебных органов позвоночных следует отнести селезенку, лимфатические железы и костный мозг.
Сказано это было более 130 лет назад, когда врачи всерьез считали, что организм освобождается от бактерий только с помощью мочи, пота, желчи и кишечного содержимого.
В 1987 году Мечников с семьей покинул Россию и по приглашению микробиолога Луи Пастера стал заведовать лабораторией в частном институте Пастера в Париже (Луи Пастер известен тем, что разработал прививки против бешенства, используя высушенный мозг зараженных бешенством кроликов, против сибирской язвы, холеры кур, краснухи свиней).
Мечников и Пастер ввели новое понятие «иммунитет», под которым понимали невосприимчивость организма к различного рода инфекциям, любым генетически чужеродным клеткам.
Мечников назвал клетки, которые либо поглощали, либо обволакивали инородное тело, попавшее в организм, фагоцитами, что в переводе с латинского значит «пожиратели», а само явление — фагоцитозом. Более 20 лет понадобилось ученому, чтобы доказать свою теорию.
К клеткам-фагоцитам относятся лейкоциты, которых Мечников делил на микрофаги и макрофаги. «Радары» фагоцитов засекают в организме вредоносный объект, уничтожают его (разрушают, переваривают) и выставляют на поверхность своей клеточной мембраны антигены переваренной частицы. После этого, вступая в контакт с другими клетками иммунитета, фагоцит передает им информацию о вредоносном объекте – бактериях, вирусах, грибах и других патогенах. Эти клетки «запоминают» представленный антиген, чтобы при повторном его попадании суметь дать отпор. Такова была его теория.
Говоря об Илье Мечникова добавлю, что он создал первую русскую школу микробиологов, иммунологов и патологов, был многогранен в своих знаниях (его, например, интересовали вопросы старения) и умер на чужбине в 1916 году после перенесенных инфарктов в возрасте 71 года. Мечникову пришлось пережить смерть первой жены от туберкулеза, яростное научное противостояние с немецкими микробиологами Паулем Эрлихом и Робертом Кохом, которые напрочь отвергали теорию фагоцитоза. Тогда Мечников приехал в руководимый Кохом Гигиенический институт в Берлине, чтобы показать некоторые итоги работы по фагоцитозу, но это не убедило Коха и только спустя 19 лет после первой встречи с русским исследователем, в 1906 году Кох публично признал свою неправоту. Мечников также работал над вакциной от туберкулеза, брюшного тифа и сифилиса. Он разработал профилактическую мазь, которую испытал на себе, специально заразившись сифилисом. Эта мазь защитила множество солдат, среди которых распространенность болезни доходила до 20%. Сейчас ряд бактериологических и иммунологических институтов России носит имя И.И.Мечникова).
За открытие фагоцитарной (клеточной) теории иммунитета Илья Мечников получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине вместе с Паулем Эрлихом — автором гуморальной теории иммунитета.
Пауль Эрлих доказывал, что главная роль в защите от инфекций принадлежит не клеткам, а открытым им антителам — специфическим молекулам, которые образуются в сыворотке крови в ответ на внедрение агрессора. Теория Эрлиха получила название теории гуморального иммунитета (эта та часть иммунной системы, которая осуществляет свою функцию в жидких средах организма — крови, межтканевых жидкостях).
Присуждая в 1908 году ученым — противникам Мечникову и Эрлиху престижную премию на двоих, тогдашние члены Нобелевского комитета даже не предполагали, что их решение было провидческим: оба ученых в своих теориях оказались правы.
Они вскрыли лишь некоторые ключевые моменты «первой линии обороны» — системы врождённого иммунитета.
Два вида иммунитета их взаимосвязь
Как оказалось, в природе существуют две линии защиты или два вида иммунитета. Первая — система врождённого иммунитета, которая нацелена на разрушение клеточной мембраны чужеродной клетки. Она присуща всем живым существам — от блошки дрозофилы до человека. Но если всё же какой-либо белковой молекуле-чужаку удалось прорваться сквозь «первую линию обороны», с ней расправляется «вторая линия» — приобретённый иммунитет. Врожденный иммунитет передаются младенцу еще во время беременности, по наследству.
Приобретенный (специфический) иммунитет — это высшая форма защиты, которая присуща только позвоночным. Механизм приобретённого иммунитета очень сложен: при попадании в организм чужеродной белковой молекулы, белые кровяные клетки (лейкоциты) начинают производить антитела — на каждый белок (антиген) вырабатывается своё определённое антитело. Сначала активируются так называемые T-клетки (T-лимфоциты), которые начинают производить активные вещества, запускающие синтез антител B-клетками (B-лимфоциты). Сила или слабость иммунной системы обычно оценивается по количеству именно B- и T-клеток. Затем выработанные антитела «садятся» на вредоносные белки-антигены, которые находятся на поверхности вируса или бактерии и развитие инфекции в организме блокируется.
Как и врождённый иммунитет, приобретённый иммунитет разделяют на клеточный (T-лимфоциты) и гуморальный (антитела, продуцируемые B-лимфоцитами).
Процесс выработки защитных антител запускается не сразу, у него есть определённый инкубационный период, зависящий от типа патогена. Но если процесс активации пошёл, то при попытке инфекции вновь проникнуть в организм, B-клетки, могущие долго пребывать в «спящем состоянии», моментально реагируют выработкой антител и инфекция будет уничтожена. Поэтому на некоторые виды инфекций у человека вырабатывается иммунитет на всю оставшуюся жизнь.
Система врождённого иммунитета неспецифична и не обладает «долгосрочной памятью», она реагирует на молекулярные структуры, входящие в состав клеточной мембраны бактерий, присущих всем патогенным микроорганизмам.
Именно врождённый иммунитет руководит запуском и последующей работой приобретенного иммунитета. Но каким образом система врождённого иммунитета подаёт знак системе приобретённого иммунитета на выработку специфических антител? За решение этого ключевого вопроса иммунологии была присуждена Нобелевская премия 2011 года.
В 1973 году Ральф Штайнман открыл новый вид клеток, которые назвал дендритными, поскольку внешне они напоминали дендриты нейронов, имеющих разветвленное строение. Клетки обнаружились во всех тканях организма человека, которые соприкасались с внешней средой: в коже, лёгких, слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта.
Штайнман доказал, что дендритные клетки служат посредниками между врождённым и приобретённым иммунитетом. То есть «первая линия обороны» подаёт через них сигнал, который активирует T-клетки и запускает каскад выработки антител B-клетками.
Главная задача дендроцитов состоит в том, чтобы захватывать антигены и преподносить их Т- и В-лимфоцитам. Они могут даже высовывать «щупальца» сквозь поверхность слизистой оболочки, чтобы собирать антигены снаружи. Переварив чужеродные вещества, они выставляют их фрагменты на своей поверхности и перемещаются в лимфоузлы, где и происходит их встреча с лимфоцитами. Те инспектируют предъявленные фрагменты, опознают «образ врага» и развивается мощный иммунный ответ.
Ральф Штайнман сумел доказать, что у иммунитета существует особый «дирижер». Это специальные клетки-часовые, которые постоянно заняты поиском чужеродных вторжений в организм. Обычно они расположены на коже, слизистых покровах и ждут своего часа, чтобы начать действовать. Обнаружив «чужих», дендритные клетки начинают бить в барабан — подают сигнал Т-лимфоцитам, которые в свою очередь предупреждают другие иммунные клетки о готовности к отражению атаки. Дендритные клетки могут забирать белки у патогенов и предъявлять их врожденной иммунной системе для опознания.
Дальнейшие исследования Штайнмана и других ученых показали, что дендроциты регулируют активность иммунной системы, препятствуя атакам на собственные молекулы организма и развитию аутоиммунных болезней
Штайнман понял, что «дирижеры» иммунной системы могут сработать не только в борьбе с инфекциями, но и в лечении аутоиммунных заболеваний и опухолей. На основе дендритных клеток он создал вакцины от нескольких видов рака, которые проходят клинические испытания. В лаборатории Штайнмана сейчас работают над вакциной против ВИЧ. На них возлагают надежды и онкологи.
Главным испытуемым в борьбе с онкологическим заболеванием стал он сам.
Рокфеллеровский университет заявил, что изобретенное Штайнманом лечение рака действительно продлило ему жизнь. Ученый сумел прожить четыре с половиной года при том, что шансы продлить жизнь хотя бы на год для этого вида рака составляют не больше 5 процентов. За неделю до смерти он продолжал работать у себя в лаборатории, а умер за несколько часов до решения Нобелевского комитета о присуждении ему престижной премии (хотя по правилам Нобелевская премия посмертно не присуждается, но в данном случае было сделано исключение и денежные средства получила семья ученого).
Нобелевская премия 2011 года была присуждена не только Ральфу Штайнману за открытие дендритных клеток и их роли в активации адаптивного иммунитета, но и Брюсу Бойтлеру и Жюлю Хоффманну за открытие механизмов активации врождённого иммунитета.
Теория иммунитета
Дальнейший вклад в теорию иммунитета внес американский иммуннобиолог русско-узбекского происхождения Руслан Меджитов, который после окончания Ташкентского университета и аспирантуры в МГУ, в дальнейшем стал профессором Йельского университета (США) и научным светилой в мировой иммунологии.
Он обнаружил на клетках человека белковые рецепторы и проследил их роль в иммунной системе.
В 1996 году после нескольких лет совместной работы Меджитов и Джейнуэй совершили настоящий прорыв. Они предположили, что чужие молекулы должны распознаваться врожденным иммунитетом при помощи специальных рецепторов.
И они обнаружили эти рецепторы, приводящие в готовность ветвь иммунной системы — Т-клетки и В-клетки, отражающие атаки болезнетворных микроорганизмов и получившие название Толл- рецепторов. Рецепторы в первую очередь располагаются на клетках-фагоцитах, отвечающих за врождённый иммунитет.
Под большим увеличением электронного микроскопа со сканирующей приставкой на поверхности В-лимфоцитов видны многочисленные микроворсинки. На этих микроворсинках располагаются молекулярной величины структуры — рецепторы (чувствительные аппараты), распознающие антигены — сложные вещества, вызывающие в организме иммунную реакцию. Эта реакция заключается в образовании антител клетками лимфоидного ряда. Количество (плотность расположения) таких рецепторов на поверхности В-лимфоцитов очень велика.
Оказалось, что в иммунных клетках человека каждый рецептор специализируется на определённом классе патогенов — один действует на белки одноклеточных паразитов, другой – на грибковые, третий – на вирусы и так далее. Они распознают структурные компоненты патогенов и запускают механизм ответной реакции организма. Природа позаботилась о том, чтобы каждый из рецепторов распознавал довольно большой класс патогенов. Во врожденной же системе, напротив, формируется чрезвычайно разнообразный набор рецепторов под один специфический патоген.
Было установлено, что врожденная иммунная система заложена в геноме организма. Для всех сущих на Земле врождённый иммунитет — главный. И только у наиболее «продвинутых» по лестнице эволюции организмов — высших позвоночных — в дополнение возникает иммунитет приобретённый. Однако именно врождённый руководит его запуском и последующей работой.
Работы Руслана Меджитова признаны в мире. Он удостоен ряда престижных научных премий, в том числе премии Шао в области медицины в 2011году, которую в научных кругах зачастую называют «Нобелевской премией Востока». Эта ежегодная премия предназначена для прижизненного награждения «учёных, вне зависимости от расы, гражданства и религиозных воззрений, которые совершили значительные открытия в академических и научных исследованиях и разработках, и чья работа оказала существенное положительное влияние на человечество». Премия Шао учреждена с 2002 года под покровительством филантропа с полувековым стажем Шао Ифу — одного из основателей кинематографа Китая и ряда других стран Юго-Восточной Азии.
В этом же году журнал Форбс (Forbes) опубликовал рейтинг 50-ти русских, «завоевавших мир». В него вошли ученые, бизнесмены, деятели культуры и спорта, интегрировавшиеся в мировое сообщество и добившиеся успеха за пределами России. Руслан Меджитов был включен в рейтинг 10-ти известнейших ученых русского происхождения.
В 2012 году Руслану Меджитову вручили диплом и медаль Почётного профессора Московского государственного университета, где он регулярно читает свои лекции по иммунологии.
В следующем сообщении расскажем об органах иммунной системы, о сбоях в ней, можно ли поправить иммунитет, а также о важной теме — иммунитет и рак.
74002
Автор публикации
7 864
Во многом мы сами можем позаботиться о своем здоровье, имея полезные знания в этой области. Подписывайтесь на мои новости — интересные статьи о продуктах питания, растениях и здоровом образе жизни.
Комментарии: 72Публикации: 59Регистрация: 24-03-2017