О миногообразных^[6] и человеке. История иммунной системы

Ни для одного из существовавших когда-либо биологических видов наша планета не была уютным и комфортным местом для проживания. Даже четыре миллиарда лет назад, когда только начинала формироваться земная кора, а бактерии – первые живые существа – плавали в водах океана, уже тогда между ними шла ожесточенная борьба за существование. Тот, кто хотел остаться на плаву, должен был найти для себя прогретые участки коры, чтобы усердно на них размножаться делением. Бактерии, которым это не удавалось, были выброшены из эволюционного процесса. Оставшиеся успешно размножались и все лучше приспосабливались к меняющимся условиям окружающей среды.

Когда-то, примерно 2,7 миллиарда лет назад, из вод океана вынырнули первые древние существа и одноклеточные. В результате клеточного деления возникли многоклеточные организмы. Эволюция начала набирать обороты. Появились водоросли, губки и грибы, бактерии стали объединяться в сложные колонии. На Земле того времени еще сохранялся основной принцип жизни – «сожрать самому или быть сожранным». Недавно появившиеся многоклеточные еще не имели в своем арсенале оружия, которое могло бы им помочь в борьбе с уже достаточно продвинутыми в эволюционном плане бактериями и вирусами. Для этого потребовались еще миллионы лет эволюции. И только примерно 500–600 млн лет назад случился эволюционный скачок.

Где-то в водах океана, который на тот момент практически полностью покрывал земной шарик, многоклеточные формы жизни научились вырабатывать маленькую белковую молекулу. По своим свойствам она была похожа на антибиотик широкого спектра действия. Они впрыскивали ее в клеточную мембрану бактерии, тем самым убивая ее. Одновременно белковая молекула подавляла у бактерий и вирусов, которые атаковали многоклеточные существа, способность размножаться. Гениальный трюк – сделать своего врага бесплодным. Это достижение можно справедливо считать Днем рождения иммунной системы.

Появление защитных белковых молекул, или дефензинов, стало катализатором в эволюционном процессе. Многоклеточные существа больше не должны были оставаться обезоруженными и ожидать нападения врага, который их уничтожит. Они обрели способность защищать себя, а вместе с тем и шанс на более длинную жизнь. А тот, кто дольше живет, имеет лучшую способность к размножению. Следующим прорывом стало появление клеток-пожирателей, так называемых фагоцитов. На поверхности их клеточной оболочки располагались участки стыковки – рецепторы. Они выполняли функцию распознавания оболочек других живых существ. Если обнаруживались какие-либо признаки того, что перед ними вражески настроенный вирус, бактерия или грибок, то фагоциты первыми его атаковали. При этом они крепились к его поверхности. Рецепторы (участки стыковки) точно совпадали со структурами поверхности вражески настроенных микробов, подобно двум кирпичикам конструктора лего. Как только клетке-пожирателю удавалось состыковаться с потенциальным обидчиком, она тут же заглатывала его и переваривала внутри себя. Так, с появлением дефензинов и клеток-пожирателей возникли первые механизмы самозащиты.

Чего еще не хватало на тот момент с практической точки зрения, так это системы оповещения, с помощью которой можно было объявить тревогу и подозвать подкрепление в виде дефензинов и клеток-пожирателей. Сколько столетий понадобилось для того, чтобы сформировалась такая система оповещения, доподлинно никто не знает. Факт остается фактом: однажды она появилась. Этот период ознаменовался активной работой цитокинов – маленьких белковых молекул, которые выполняют роль посыльных между клетками, своего рода разновидность химической телефонной связи. Работа их заключается в том, чтобы сообщать о наличии вражеского агента, тем самым стимулируя клетки-пожиратели и дефензины к размножению со скоростью ветра, чтобы прижать врага к стенке. Так сложилась следующая версия защитной системы, «система комплемента»^[7], состоящая из нескольких протеинов, в результате взаимодействия которых эффективно подавляются инфекционные процессы, преимущественно на начальных стадиях развития заболевания.

МОЖНО СКАЗАТЬ, ИММУННАЯ СИСТЕМА РОДИЛАСЬ ТОГДА, КОГДА МНОГОКЛЕТОЧНЫЕ НАУЧИЛИСЬ СОЗДАВАТЬ БЕЛКОВУЮ МОЛЕКУЛУ, НЕ ПОЗВОЛЯЮЩУЮ БАКТЕРИЯМ И ВИРУСАМ РАЗМНОЖАТЬСЯ.

Таким образом, к основным важным компонентам нашей иммунной системы относятся клетки-пожиратели, дефензины, цитокины в роли сигнальных веществ и система комплемента, которая по цепочке запускает артиллерию защитных реакций.

Живые существа приходят в этот мир, уже имея в арсенале этот набор механизмов, который носит название неспецифический иммунитет. Это значит, что с помощью данных механизмов организм без разбора отражает все атаки, которые кажутся ему подозрительными.

Врожденная иммунная система в течение следующих миллионов лет превратилась в хит экспорта. Вскоре ею стали пользоваться не только зеленые водоросли, но и другие простейшие живые существа. Новые, более сложно устроенные организмы начали заселять Землю. Около 500 миллионов лет назад в водах Мирового океана уже плавали первые, похожие на рыб позвоночные. Площадь океана становилась тем временем меньше. Появлялись участки суши. На Земле царил теплый влажный климат, который постепенно становился сухим. Первые рыбы, ракушки и ракообразные активно возились в воде и давали начало множеству новых различных видов. На суше стремительно увеличивалось количество новых видов растений. Амфибии начинали выходить из воды на сушу. Новые разновидности насекомых расширяли свое жизненное пространство. Ящерицы, змеи и другие пресмыкающиеся неуклюже расползались по болотам и прибрежной полосе. Прогресс по огромной производственной площадке под названием «эволюция» шагал семимильными шагами. На Земле становилось все теснее. В ходе эволюции появлялись не только новые разновидности растений и животных, но и новые возбудители заболеваний, не известные до этого момента бактерии, вирусы и паразиты. Врожденная иммунная система пока еще справлялась с большинством из них, но уже далеко не со всеми. Часто она работала медленно, с каждым разом ей было все сложнее ориентироваться и распознавать, кто перед ней: враг или нормальная клетка собственного организма.

Такой пробел в работе защитной системы стал серьезным камнем преткновения в дальнейшем развитии механизмов выживания. В результате мутаций со временем появилась новая, более умная защитная система – адаптивная иммунная система. На возбудителей болезней она реагировала путем выработки высоко специализированных иммунных клеток, так называемых Т-клеток, которые убивали болезнетворных агентов, и В-клеток, которые отвечали за выработку новых антител.

Такие клетки иммунного ответа уже не атаковали просто так все чужеродное. Они были специалистами узкого профиля, которые вступали в схватку только с определенными возбудителями и нейтрализовали их, после чего на долгие годы запоминали о той схватке с врагом и абсолютно точно знали, что нужно делать, если такой же возбудитель встретится им еще раз.

На сегодняшний день никто не может однозначно сказать, какими путями шла эволюция к созданию этой новой, очень умной защитной системы. Также неизвестно, кто стал первым счастливым обладателем такого умного механизма защиты. Вполне возможно, что это были миноги.

Эти позвоночные животные, напоминающие угря, на сегодняшний день занесены в Красную книгу как исчезающий вид и по праву считаются живыми ископаемыми. Уже более 500 миллионов лет они тихо и спокойно обитают в воде, с помощью зубов-терок питаются рыбой и благополучно размножаются. Очень простая стратегия жизни, благодаря которой эти живые организмы дожили до наших дней, не претерпевая значительных мутаций (изменений).

Биологи, занимающиеся вопросами эволюции, и иммунологи очень любят миног. Не существует в арсенале ученых никакой другой, более понятной иммунной системы. Древних животных нельзя оживить с помощью генной инженерии, как в фильме «Парк юрского периода». Чтобы понять, как функционировала иммунная система живых существ до наших дней, имелась ли она у них вообще, ученым необходимо найти живое существо, имеющее возраст несколько миллионов лет и дожившее до наших дней в неизмененном состоянии.

Только с помощью такого животного у ученых появляется возможность заглянуть в прошлое. Для реализации такой задачи вполне бы подошла акула. Хрящевые рыбы существуют уже почти 400 млн лет. Но средой обитания акул является морская вода, им требуется много места, растут они дольше, чем человек, некоторые из них достигают половой зрелости только к возрасту 30 лет.

И, как известно, они не относятся к животным, с которыми очень легко ужиться человеку. Лучшей альтернативы, чем миноги, просто не существует. Для комфортного проживания им достаточно небольшого тазика с прохладной пресной водой, и они не кидаются на каждого, кто опустит руку в тазик, где они обитают. Достаточно веские аргументы в пользу того, чтобы миноги стали любимыми питомцами ученых.

В 2011 году рабочая группа ученых во главе с Томасом Бемом (Boehm) из Института иммунологии и эпигенетики Макса Планка в г. Фрайбург совместно с американскими специалистами объявили об открытии, которое они сделали в процессе исследования миног. Оказалось, что самые примитивные из живущих на планете позвоночных имеют ткани, схожие с тканями вилочковой железы человека. Был сделан вывод, что миноги обладают центральным аппаратом адаптивной иммунной системы. В вилочковой железе, которая у человека и других высших позвоночных расположена чуть выше сердца, Т-лимфоциты вызревают в боеспособные клетки иммунного ответа. Когда они покидают вилочковую железу, они уже могут целенаправленно распознавать, атаковать и уничтожать бактерии и вирусы за счет специфических рецепторов, способных идентифицировать чужеродные молекулы. Совместно с B-лимфоцитами, которые тоже распознают чужеродных агентов, они образуют внешне эффективную защитную систему, которая не только отражает нападение в случае опасности, но и способна запоминать стратегию своего противника. В случае повторной атаки такая защитная система мобилизуется еще быстрее и молниеносно нейтрализует врага.

Структуры, схожие по строению с тканями вилочковой железы, обнаружили немецкие ученые у миног после длительных поисков болезнетворных агентов в их организме. Сделанное ими открытие было сенсационным. За счет того, что животные не претерпели изменений как минимум в течение последних 500 млн лет, сегодня мы достоверно знаем, что возраст адаптивной иммунной системы – грандиозного изобретения эволюции – гораздо больше, чем предполагалось ранее. И доступна она была не только высшим позвоночным, к которым относится и человек, – именно такой точки зрения придерживались ученые последние 150 лет. С позиции двойной системы иммунного ответа, минога и человек очень схожи между собой. Но эволюция позаботилась о том, чтобы иммунная система человека в ходе его развития становилось более сложной. Различные органы во всем организме трудятся во благо иммунной системы. Они синтезируют большое разнообразие различных клеток иммунного ответа, антител и сигнальных веществ (медиаторов). Кроме того, есть клетки, которые регулируют данные процессы с помощью сложных систем, управляют ими и контролируют их.

ИММУННАЯ СИСТЕМА – ЭТО НЕ СТАЦИОНАРНАЯ УСТАНОВКА ПО ПРОИЗВОДСТВУ ЗАЩИТНЫХ ШАРИКОВ, А ХАОТИЧЕСКИ РАЗРОЗНЕННАЯ И ВМЕСТЕ С ТЕМ ВЫСОКОУПОРЯДОЧЕННАЯ СЕТЬ ИЗ МНОЖЕСТВА КОМПОНЕНТОВ.

В общем, наша иммунная система – это не стационарная установка по производству защитных шариков, а скорее хаотически разрозненная и вместе с тем высокоупорядоченная гениальная сеть из многих компонентов.

Компоненты взаимодействуют между собой, иногда лучше, иногда хуже, иногда мгновенно, а иногда с задержками. Но постоянно занимаются самообразованием и применяют полученные знания и навыки, чтобы сохранять нас здоровыми. Одним словом, суперорган.

Иногда пациенты задают мне вопрос: «А где находится наша иммунная система?» Самый простой ответ звучит так: «Везде, где она нужна».

Ученые со всего мира каждую неделю сигнализируют о новых открытиях и неизвестных ранее фактах, о способностях и свойствах иммунной системы. Но каждое новое открытие порождает новые вопросы. Главные из них относятся к области регуляции и управления иммунной системой. Кто или что дает команду для захвата болезнетворных агентов? Кто или что координирует ход сражения с возбудителями? Какие воины ведут за собой в атаку остальных бойцов и в каком количестве? Кто или что сигналит о выигранном бое и дает распоряжение принять исходные позиции? Как выстраивается линия защиты при повторной атаке?

Но при всех этих многочисленных вопросах как же радостно просто знать, что наша иммунная система существует. Существует везде, где она нужна. И для начала я предлагаю остановиться именно на этом простом тезисе.

Итак, наша иммунная система в действительности не представляет собой какой-то отдельный орган, она состоит из различных органов, которые работают в связке друг с другом: тимус, селезенка, глоточные миндалины, огромное количество лимфоузлов по всему телу, а также костный мозг. В состав иммунной системы входит огромное разнообразие клеток и огромное количество других помощников, которые рассредоточены по всему организму: антитела, медиаторы, различные разновидности белков, которые принимают участие в иммунном ответе.

К иммунной системе относятся и бактерии, обитающие на поверхности нашего кожного покрова, слизистых оболочек, бактерии кишечника, а также биохимические вещества, например, соляная кислота желудка и слизь. Все вместе, на первый взгляд, выглядит как хаос. Только при более детальном рассмотрении удается понять, насколько гениальна наша иммунная система, насколько она высоко упорядоченная и хрупкая одновременно. Но обо всем по порядку.