История иммунной системы - Клеменс Арвай

После того как толл-рецептор пришел в активное состояние и через шпетцле, змею, кактус или дух сообщил в информационную систему данные о характере вторгшегося возбудителя, та, в свою очередь, активизирует соответствующие последовательности генов, которые содержат чертежи для производства необходимых защитных средств и антибиотиков. Одно­временно толл-рецепторы запускают клеточную иммунную систему. Врожденная иммунная система дрозофил и других насекомых, в отличие от стрека­ющих, располагает спе­циа­лизированными иммунными клетками, которые вступают в борьбу с агрессорами. Их важнейшие функ­ции — капсулирование возбудителей болезни и фагоцитоз («пожирание»). Эти задачи берут на себя три раз­личных типа клеток из крови дрозофил — пластинчатые тельца, клетки плазмы и кристаллические клетки.

Кактус

Змея

Дух

Иммунопротеины с необычными названиями

За капсулирование возбудителей болезней отвечают пластинчатые тельца. В число их объектов входят не только бактерии, вирусы и одноклеточные, но и яйца паразитов. Например, осы, ведущие паразитический образ жизни, откладывают яйца в тела личинок и куколок дрозофил. Пластинчатые тельца обнаруживают эти яйца, окружают их со всех сторон и выводят из организма. Это должно произойти в течение 24 часов после откладывания яиц. В противном случае личинка осы успеет вылупиться, убьет личинку дрозофилы, которая больше ее по размерам, и использует для собственного питания. Между дрозофилами и осами-паразитами Trichopria drosophilae сложилось эволюционное равновесие. Осы, нападая на личинки дрозофил, добиваются успеха достаточно часто, чтобы выжить как вид. В то же время пластинчатые тельца дрозофил также достаточно успешно защищаются от паразитов, чтобы мушкам не грозило вымирание. Биологи говорят об «эволюционной гонке» между паразитами и организмами-хозяевами. Иммунные функции, которыми располагают дрозофилы в этой гонке, закладываются уже на стадии личинки.

Иммуноактивная личинка дрозофилы

Большое количество клеток плазмы, подгоняемых крошечным сердцем насекомого, циркулирует по крове­носным сосудам дрозофил и их личинок в поисках возбудителей. Они могут непосредственно реагировать на вирусы, бактерии и другие патогены. Их самой близкой аналогией являются наши фагоциты[28]. Они обволакивают патогены, втягивают их внутрь себя и переваривают. Этот старый и испытанный принцип постоянно встречается нам в ходе рассмотрения эволюции иммунной системы. Клетки плазмы могут активизироваться другими рецепторными белками, вошедшими в контакт с возбудителями. Один из таких белков называется пожиратель. Он специализируется на определенных возбудителях болезней насекомых, например на кишечной палочке Escherichia coli и различных стафилококках. После встречи с ними пожиратель информирует клетки плазмы о бактериальной опасности и побуждает их атаковать агрессора. Еще один рецепторный белок под названием Peste высту­пает в роли наводчика иммунных клеток насекомого на листерии, которые известны и людям в связи с громкими историями об испорченных продуктах питания. Попадание этих бактерий в человеческий организм вызывает желудочно-кишечную инфекцию листериоз. Насекомые и прежде всего их личинки также могут пострадать и даже погибнуть от листерий. В последние годы у дрозофил обнаружено множество рецепторных белков, которые специализируются на различных возбудителях болезней. Это функциональные родственники наших цитокинов.

Кристаллические клетки, в отличие от клеток плазмы, сосредоточены преимущественно в тканях мух. Лишь небольшая их часть циркулирует в крови. Задачи кристаллических клеток заключаются в меланизации возбудителей болезней и чужеродных веществ. Это значит, что вредные частицы обволакиваются пигментом меланином, который содержится и в нашей коже, обездвиживаются и обезвреживаются[29]. У насекомых меланин является действующим веществом иммунной системы. У нас он служит прежде всего для пигментации кожи с целью защиты от вредного ультрафиолетового излучения. Но и это можно в определенном смысле рассматривать как иммунную функцию: меланин защищает нас от вредного воздействия окружающей среды.

Оболочники — родоначальники клеток-киллеров и макрофагов

С точки зрения естественной истории у истоков позвоночных животных стояли организмы, которые, как и кораллы, часто можно встретить на морском дне. Это так называемые оболочники — ближайшие из ныне живущих родственников всех позвоночных, к которым относимся и мы с вами. На научном жаргоне оболочников также именуют личиночнохордовыми (urochordata). У них есть дорсальная хорда — стержнеобразный опорный аппарат, расположенный со стороны спины. В ходе эволюции из нее развился наш позвоночник. Первые оболочники появились около 570 миллионов лет назад — в начале протерозойской эры.

Оболочники обладают почти всеми функциями, которые мы в усовершенствованном виде можем наблюдать в нашей врожденной иммунной системе. Но они неспособны к адаптивным иммунным реакциям с образованием антител. Иммунопротеины, рецепторы и эффективные антибиотики входят в базовое оснащение оболочников, как, впрочем, и насекомых и стрекающих. Дицинтаурин — антимикробный пептид из кровяных клеток оболочников — известен своей универсальностью действия против многочисленных бактериальных возбудителей[30]. Стиелин А и В, впервые обнаруженный в оболочниках, уже используется в лечении людей как антибиотик широкого спектра действия[31]. В некоторых видах этого типа животных были найдены рецепторные белки, которые схожи по составу и функциям с толл-рецепторами дрозофил.

В контексте естественной истории иммунной системы человека оболочники представляют особый интерес. В них были обнаружены защитные клетки, которые сильно напоминают наши естественные клетки-киллеры и могут рассматриваться как их эволюционные прототипы[32]. Если клетки организма атакуются возбудителями болезней, эти киллеры вскрывают мембраны нарушителей и тем самым убивают их. Они делают это — впервые в истории иммунной системы — с помощью иммунопротеина перфорина. Этот процесс называется мембранной атакой. Погибают бактерии, вирусы и другие патогенные простейшие. Уничтожению могут также подвергаться переродившиеся клетки собственного организма, представляющие угрозу здоровью. Этот важный эффект, предотвращающий возникновение опухолей, входит в число задач и наших собственных естественных киллеров, но на еще более высоком уровне. Об этом мы поговорим чуть позже.

В клеточную иммунную систему оболочников входят также клетки-пожиратели, которые напоминают наши макрофаги (гигантские фагоциты) и считаются их прототипами. Я уже писал, что даже у таких очень древних организмов, как амебы, есть клетки, поедающие бактерий. Клетки плазмы крови дрозофил также выполняют задачи фагоцитов. Однако фагоциты оболочников могут, помимо всего прочего, проникать в ткани тела и формировать там кооперативные сети. Они располагают собственными рецепторными белками, с помощью которых распознают молекулярные структуры патогенов. После обволакивания и переваривания патогенов они демонстрируют их антигены на поверхности собственной клеточной мембраны, чтобы передать информацию о захватчиках другим иммунным клеткам. Эти способности гигантских фагоцитов у людей считаются признаками высокой специализации. Однако оболочники, наши древние родственники из морских глубин, уже обладали этими свойствами, хотя и в