Какие белки определяют иммунные свойства организмов

Марк Головизнин о том, как работает система иммунитета человека и какие вирусы живут в нашем теле

«Из всех микроорганизмов, которые живут в человеке, совсем немногие оказываются «вредителями»

— Какие вирусы обычно живут в теле человека? Почему они не наносят ему особого вреда?

— Во-первых, действительно, в нашем организме живут вирусы, заселившие его в процессе жизни человека — например, всем известный вирус герпеса или менее известный вирус Эпштейна-Барра. Вообще, человек — это суперорганизм, который населен не только вирусами, но и огромным количеством бактерий. Весь кишечник населен бактериями, которые во многом являются сапрофитами и работают на благо организма. Бактерии и вирусы живут в бронхолегочных структурах, на коже, слизистых оболочках. То есть существует определенный симбиоз человека и бактерий, вирусы также принимают в этом участие.

Второй момент: в течение эволюции много миллионов лет назад в геном млекопитающих встроились гены ретровирусов (аналогичных чем-то современному вирусу СПИДа) и начали продуцировать ряд белков иммунной системы, то есть вирусы стали «антивирусами», если говорить компьютерным языком. Это эволюционная биология действительно вызывает удивление, но это так: мы — суперорганизм.

— Вирусы проникают в ребенка, когда он находится в утробе матери?

— Не только вирус, но и целый ряд даже крупных бактерий могут проникать транспланцентарно. На этом было основано лечение детского туберкулеза. Знаменитая прививка вакциной БЦЖ возникла потому, что заражение младенцев внутриутробно или в момент родов от больных матерей создавало огромную проблему. Младенцы гибли от тяжелых форм туберкулеза. Микробактерия туберкулеза по сравнению с вирусом — это динозавр по сравнению с мышкой. Поэтому, конечно, вирус и подавно проходит через целый ряд биологических барьеров, это нормально.

Фото yandex.ru

Знаменитая прививка вакциной БЦЖ возникла потому, что заражение младенцев внутриутробно или в момент родов от больных матерей создавало огромную проблему

— Почему же вирусы не наносят особого вреда ребенку в утробе?

— Существует специализированная система иммунитета. Это подвижные клетки — лимфоциты и макрофаги, которые взаимодействуют со всеми пришельцами и каким-либо образом ограничивают их активность. Из всех микроорганизмов, которые живут в человеке, совсем немногие оказываются «вредителями». Для этого должны возникнуть какие-то специфические условия, когда иммунная система позволяет развиваться патогенным возбудителям.

Система иммунитета, если упростить наш рассказ о ней, дуалистична. Есть врожденный иммунитет, который имеется у новорожденного и присущ ему вне зависимости от контакта с окружающей средой. А есть приобретенный иммунитет, который развивается уже в процессе контакта организма с окружающей средой. Они оба работают для того, чтобы организм выжил. Часть иммунных клеток относится к врожденному иммунитету, другая часть — к приобретенному.

— Кстати, врожденный иммунитет различается у людей с разных континентов?

— Врожденный иммунитет — это тоже сложная система. Клетки, принадлежащие ей, имеют рецепторы, распознающие так называемые «образы патогенности» — это эволюционно консервативные белки, присущие огромному количеству видов и типов различных микроорганизмов. И врожденный иммунитет реагирует именно на них. То есть это система «ковровых бомбардировок», она не является строго специфичной, действующей против конкретного вируса или конкретной бактерии. Судя по существующим исследованиям, эти «образы патогенности» одинаковы у многих микроорганизмов, где бы они ни существовали.

А приобретенный иммунитет гораздо более специфичная система, которая имеет и расовые, и региональные, и индивидуальные особенности.

«Вне всякого сомнения, вирус — живой организм»

— Вирус можно отнести к живым организмам?

— Есть не всех удовлетворяющее определение Энгельса, что жизнь — это способ существования белковых тел. Вирус является «белковым телом». Помимо этого, он обладает молекулами наследственности — либо ДНК, либо РНК. То есть он может размножаться, он производит себе подобных, иногда в больших количествах, как мы сейчас видим в случае с коронавирусом. Он приспосабливается к окружающей среде, поэтому, вне всякого сомнения, вирус — живой организм. Хотя науке известны живые белковые организмы, не содержащие молекулы нуклеиновых кислот, так называемые прионы, возбудители прогрессирующих нервных заболеваний человека и животных. Но это уже вопрос на стыке иммунологии, медицины и философии.

Возвращаясь к вирусу: он имеет три очень существенных признака живых организмов — это наличие белка, воспроизведение себе подобных с помощью нуклеиновых кислот и обмен информацией с внешней средой.

Фото lentachel.ru

Вирус имеет три очень существенных признака живых организмов — это наличие белка, воспроизведение себе подобных с помощью нуклеиновых кислот и обмен информацией с внешней средой

— Объясните, каким образом наш организм постоянно сканируется на наличие вирусов?

— Иммунология как наука находится в очень интересном двойственном положении. С одной стороны, безусловно, у нас в мозгу есть некая доминанта, наша индивидуальность, которая ставит вопрос — «Я или не Я». И, раз есть наша психическая и биологическая индивидуальность, то должны быть факторы, которые нас защищают. Второй момент: в нашем организме объективно сосуществуют разные вирусы, бактерии-сапрофиты, патогены, и есть подвижные «иммунные» клетки — фагоциты, лимфоциты, которые взаимодействуют с пришельцами, работают в организме. И вопрос, действительно они имеют цель защищать нас или нам просто выгодно так думать?

Лично я думаю, что подвижные иммунные клетки — это определенного рода муравейник. Они живут в нас собственной сложной жизнью, в том числе в ходе этой жизнедеятельности они осуществляют определенную защитную функцию, осознавая или не осознавая это. Другое дело, что наши представления об их роли могут не совпадать с реальностью.

И так как мы суперорганизм, то бактерии и вирусы участвуют в формировании нашей иммунной системы. И если по каким-то причинам кишечник или другие органы человека на ранних сроках жизни не заселяются бактериями, то и иммунная система или не развивается, или развивается очень плохо. Есть такие лабораторные животные, чей кишечник лишен флоры, и их иммунная система, особенно приобретенный иммунитет, имеет признаки тотального недоразвития.

В нашем суперорганизме иммунитет развивается в контакте с внешней средой, начиная с внутриутробного состояния и кончая подростковым периодом. Активируется врожденный иммунитет, затем его догоняет в развитии иммунитет приобретенный. И что особенно важно: в иммунной системе должны развиться и тормозные (супрессорные) механизмы. Так называемый цитокиновый шторм — свойство врожденного иммунитета, который легко разогнать, но трудно остановить. Приобретенный иммунитет гораздо мобильнее. Он имеет «точечную активацию» на конкретный антиген и развитые супрессорные механизмы, тормозящие иммунную реакцию когда нужно. Кроме этого, существует орган иммунитета — вилочковая железа (тимус), где изолируются и гибнут те иммунные клетки, которые могут атаковать не чужие, а свои структуры. Когда есть развитый врожденный иммунитет, а приобретенный иммунитет, и особенно супрессорные механизмы, развиты плохо, цитокиновый шторм не остановить.

Фото vesti.ua

Так называемый цитокиновый шторм — свойство врожденного иммунитета, который легко разогнать, но трудно остановить

«Иммунную реакцию можно сравнить с автомобилем — если он разогнался, а тормоза не работают, понятно, что происходит»

— Что такое цитокины?

— Это небольшие белковые молекулы, которые выделяются одними иммунными клетками, допустим, лимфоцитами, макрофагами, моноцитами, чтобы сигнализировать и взаимодействовать с другими клетками. Есть даже такое понятие — хелперный эффект от английского слова «helper» — помощник. Предположим, чтобы лимфоцит вырабатывал антитела, на него нужно воздействовать этими цитокинами, чтобы он активировался, и делает это другая клетка, то есть возникает своеобразный «диалог». Благодаря цитокинам было доказано, что иммунная система — действительно система, хотя долгое время это было умозрительное понятие. Еще Мечников постулировал наличие иммунной системы, но доказать этого в начале ХХ века он не мог. Когда лет 30—40 назад были открыты цитокины, стало ясно, как иммунные клетки контактируют между собой. И это происходит в любой ситуации. Во время воспаления этот диалог приобретает особую интенсивность, и происходит массовый выброс цитокинов.

Это было известно и до коронавируса. Например, во время сепсиса, когда бактерии попадают в кровь и очень усиленно там размножаются, иммунные клетки отвечают массивным выбросом цитокинов. Такое явление и получило название «цитокиновый шторм». И, как оказалось, это палка о двух концах, потому что этот шторм не только помогает, но и бьет по самому организму. Возникает лихорадка, падение артериального давления, генерализованное повышение проницаемости сосудов, поскольку цитокины действуют не только на иммунные клетки, но и на клетки сосудов. Далее происходит нарушение свертываемости крови, большой выход жидкости в ткани, там развиваются вторичные инфекции, и человек может погибнуть в результате каскада этих гиперреакций.

Еще один пример, когда иммунная система «бьет по своему» — это аллергия. У аллергиков возникает повышенная — неадекватная реакция на те раздражители (пыльцу, например), на которые большинство человечества не реагирует. Это тоже наследственно обусловленный дефект иммунных супрессорных механизмов.

И скорее всего, люди, которые реагируют на вирусную инфекцию цитокиновым штормом, тоже имеют какие-то наследственные дефекты, до конца еще не изученные. Нынешняя пандемия должна стимулировать изучение этих факторов.

То есть цитокиновый шторм — это в какой-то мере дисгармония между врожденным иммунитетом, который типо- или группоспецифичен, который легко активировать и труднее остановить, и приобретенным иммунитетом, который должен ограничивать иммунную реакцию действием против конкретных возбудителей, а также вовремя осуществлять ее торможение. Иммунную реакцию тем самым можно сравнить с автомобилем, если он разогнался, а тормоза не работают, понятно, что происходит.

Фото scientificrussia.ru

Цитокины — небольшие белковые молекулы, которые выделяются одними иммунными клетками, допустим, лимфоцитами, макрофагами, моноцитами, чтобы сигнализировать и взаимодействовать с другими клетками

«Есть ли у иммунной системы единое управление? Это пока дискуссионный вопрос»

— Может ли иммунная клетка осознавать свои действия?

— Такой вопрос был поставлен еще перед Мечниковым. Современная иммунология началась немногим более ста лет назад, когда был открыт фагоцитоз. Известно поэтическое описание фагоцитоза, когда Мечников воткнул шип в тело морской звезды и увидел собравшиеся вокруг раны клетки. Но тогда все было не так просто, как нам кажется теперь. В то время борьбы с религией перед ним был поставлен вопрос: «Защита — это прерогатива высших организмов. Мы можем защищать потомство, животные тоже. То есть вы хотите сказать, что клетки обладают функцией разума, могут действовать целесообразно?». И на этот вопрос Мечников смог ответить не прямо, а лишь косвенно. Как биолог-эволюционист, он показал, что фагоцитоз не «дар божий», он появился на определенных этапах эволюции живых организмов. А во-вторых, пришло на помощь внутриклеточное пищеварение: фагоцит — это заглатывающая клетка. Это помогло Мечникову обойти сложный вопрос о «целеполагании» в иммунологии.

Но многие категории иммунологии до сих пор существуют в «научном бессознательном». Есть, например, понятие «лимфоцит-киллер». До недавнего времени оно было известно только иммунологам, сейчас все могут понять, что это лимфоцит, который убивает внедрившийся микроорганизм, но при этом его не съедает. Зачем же он это делает? Может ли иммунная клетка действовать целесообразно — в интересах всего организма или других клеток, которые съедят остатки «пришельца» и поделятся с ней? Эти аспекты поведения иммунных клеток нуждаются в выводе из «научного бессознательного» и моделировании. А то нередко мы сами изобретаем иммунные функции и изучаем не то, что есть на самом деле, а какие-то наши собственные, возможно, иллюзорные представления об иммунитете.

— У иммунной системы есть единое управление?

— Это вопрос, о котором ученые до сих пор спорят. В иммунной системе есть своя иерархия, но не такая строгая, как в нервной системе, где имеется головной мозг, спинной мозг, периферический нервный аппарат. С нервной системой все понятно, и во многом иммунологи, изучая иммунитет, принимали ее в расчет. Что касается иммунной системы, ясно одно: есть подвижные клетки, которые мигрируют по всему организму, в результате выделения цитокинов могут собираться в одном или другом месте, а есть иммунные органы, где эти клетки созревают — костный мозг, где созревают лимфоциты, продуцирующие антитела, и есть вилочковая железа, где созревают Т-лимфоциты (тимусные) — «контролирующие» клетки приобретенного иммунитета. Прохождение через тимус — это «обучение», чтобы иммунная система вела себя прилично и не убивала собственные клетки, не развивала гипериммунный ответ, от которого человек может погибнуть.

Но существует ли такое постоянное управление иммунитетом из единого центра, каковым для нервной системы является головной мозг, пока еще вопрос дискуссионный. По крайней мере иммунная система из всех регуляторных систем наиболее подвижна. То есть, видимо, ее управление диктуется конкретной ситуацией.

Матвей Антропов

ОбществоМедицина