История иммунной системы - Клеменс Арвай

Nicotiana — сорт дикого табака, произрастающий в Австралии. Внедрение генетической информации коронавируса в растения приводит к тому, что в листьях начинают вырабатываться антигены, которые можно извлекать с помощью биотехнологий. В данном случае табак выращивается не для курения, а для получения лекарства.

На выходе получается вирусоподобная вакцина растительного происхождения. Это значит, что белковые структуры, образованные в листьях табака, настолько похожи на коронавирус, что после прививки вызывают у человека иммунный ответ, способный защитить его от COVID-19. В силу большого сходства наша иммунная система путает частицы этой вакцины с возбудителем. Они содержат важные поверхностные структуры коронавируса, в том числе белковый шип, но внутри у них ничего нет. Поэтому они и называются вирусоподобными.

Добытые с помощью биотехнологий вирусоподобные частицы не содержат никакого генетического материала — ни ДНК, ни РНК. Их можно представить себе как пустые оболочки коронавируса растительного происхождения. По данным Medicago, выращивание вирусоподобных протеиновых структур в растениях позволяет получить точные внешние копии вируса SARS-CoV-2[20]. Как уже было сказано, табак играет важную роль в исследованиях с самого момента появления вирусологии. Ни один другой организм-хозяин не изучался вирусологами так долго и подробно, как табак. Поэтому неудивительно, что биотехнологи добились успехов именно с использованием этого растения.

Вакцина, получаемая компаниями Medicago и Glaxo­SmithKline биотехнологическим путем, уже вскоре может получить разрешение на использование в Канаде. В декабре 2021 года канадское министерство здравоохранения опубликовало предварительное заключение о третьей фазе клинических испытаний, которые пока еще не завершены, и запросило одобрение со стороны Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ)[21]. В клинических испытаниях приняли участие 24 тысячи добровольцев[22].

Исследователи изучают в числе прочих вопросов возможность использования вакцин растительного происхождения против вирусных возбудителей СПИДа, бешенства, гриппа, респираторно-синцитиального вируса человека (РСВЧ) и других патогенов. Помимо биотехнологических методов получения вирусных антигенов из растений, делаются попытки использовать растительные вирусы, в том числе мозаичный вирус табака, в качестве транспортного средства для вирусных антигенов.

Тот факт, что вакцины против вирусов растений схожи по своему действию с вакцинами для человека, лишний раз доказывает, что иммунные системы всех форм жизни сопоставимы и используют одни и те же основные защитные механизмы, включая иммунопротеины, собственные антибиотики организма и механизмы разрушения генетического материала патогенов. В следующей главе мы увидим, как на основе этих иммунобиологических функций в царстве животных образовались иммунные клетки, которые сегодня циркулируют у нас в теле. У растений на сегодняшний день не обнаружено сопоставимых типов мобильных защитных клеток.

Глава 3

Этапы развития иммунной системы животных — предшественницы защитных механизмов человека

Переходим к царству многочисленных животных форм жизни, из которого мы вышли и сами в результате истории развития, длившейся сотни миллионов лет. Начало этому процессу положили такие необычные существа, как медузы, полипы и кораллы. Я расскажу о том, как много общих черт связывает человеческую иммунную систему с последовавшими за ними стрекающими и насекомыми, и отвечу на вопрос, почему оболочники имеют такое значение для исследования наших защитных механизмов.

Иммунные функции, которые мы подробно рассмот­рим в этой главе, относятся к врожденным системам поддержания здоровья. Чтобы отыскать их эволюционные истоки, мы для начала отправимся в палеозой, где впервые появились стрекающие, а затем уделим внимание насекомым и их личинкам, которые населяют Землю уже 300–400 миллионов лет. Эволюционная история мухи дрозофилы, которую мы подробно рассмотрим как важный модельный организм иммунобиологии, насчитывает 40 миллионов лет. В заключение перенесемся в ту естественно-историческую эпоху, где закончился протерозой и начался палеозой. В то время появились существующие и сегодня родственники позвоночных животных, которых можно встретить в том числе и на дне глубоких морей. Оболочники, возраст которых составляет 570 миллионов лет, обладают простой опорной трубкой, которая представляет собой предшественницу позвоночника.

Как книдарии «изобрели» нашу иммунную систему

Вы знакомы с таким типом животных, как стрекающие? Эти древние существа, которых биологи называют книдариями, отличаются от остальных животных тем, что у них имеются стрекательные капсулы, расположенные в верхнем слое кожного покрова (эпидермисе) и предназначенные для поимки добычи и защиты от опасностей. При прикосновении или ином раздражении из них выбрасываются стрекательные нити, которые, как правило, содержат яд, впрыскиваемый в тело жертвы или противника.

Большинство из нас соприкасались с этими животными во время купания в море, так как медузы тоже принадлежат к этому типу. Обычно их яд вызывает у человека только раздражение или покраснение кожи, то есть иммунную реакцию на отравляющее вещество. Однако встречаются и такие представители медуз, яд которых смертельно опасен, поскольку может стать причиной сбоев в работе сердечно-сосудистой системы. Многие не знают, что в период размножения медузы ведут образ жизни полипов, прикрепленных к морскому дну. Правда, не обходится без исключений: существуют и виды медуз, которые на протяжении всей жизни свободно плавают в воде.

Тот, кто хоть раз опускался под поверхность океана, скорее всего, имел возможность ближе познакомиться с такими красивыми обитателями моря, как кораллы. Они напоминают морские цветы. Кораллы и анемоны прикреплены к камням, то есть ведут оседлый образ жизни, как и растения, хотя относятся к животным. Анемоны могут жить на глубине до 6 тысяч метров. Что же касается кораллов, то их не находили глубже, чем 3500 метров, хотя и это тоже считается глубоководной зоной.

В период размножения кораллы, как и медузы и ане­моны, ведут себя подобно полипам — простейшим организмам, обладающим всеми структурными компо­нентами взрослых стрекающих животных. Они могут размножаться двумя способами. Наряду с половым размножением, в результате которого возникают поколения, отличные от родителей, возможно также бес­полое вегетативное размножение путем почкования, в результате которого образуются клоны. Эти клоны объединяются в колонию, которую мы наблюдаем в виде кораллового рифа и которую можно рассматривать как гигантский суперорганизм. Таким образом, известные нам коралловые сооружения состоят из полипов, а также минеральных веществ.

В центральноевропейских озерах, ручьях и реках обитают пресноводные полипы. Эти мелкие представители стрекающих достигают в длину не более трех сантиметров. Как и медузы, они свободно плавают в толще воды.

550 миллионов лет назад, в начале палеозойской эры, стрекающие столкнулись с новой для тех времен проблемой. Будучи многоклеточными животными, обитающими в море, они подвергались многочисленным опасностям. В отличие от амеб, которые образовывали колонии или квазиорганизмы, стрекающие были первой животной формой жизни, представители которой не просто состояли из множества клеток, но и имели определенную структуру тела. У них уже сформировались специализированные клетки и ткани, а также простейшие органы. Им требовались иммунные функции, которые распространялись бы на весь организм. В отличие от примитивных организмов, состоявших из клеток одного типа, им было труднее отличать свои клетки от чужих, которые могли быть потенциально опасны. Чем больше в организме специализированных клеток и тканей, тем сложнее протекают молекулярно-биологические процессы различения своих и чужих клеток. А это одна из самых важных задач иммунной системы как места соприкосновения организма с окружающей средой.

Стрекающие: медузы, кораллы и пресноводные полипы