Достижения в исследовании иммунитета

Серология.Функция распространения гормонов была лишь од­ним из новых свойств крови, открытых в конце XIX в. Являясь носителем антител, кровь выполняет роль защитника организма от инфекций. (Теперь трудно по­верить, что полтора века назад врачи считали крово­пускание лучшим способом помочь больному.) Исполь­зование защитных свойств крови против микроорга­низмов получило развитие в работах двух помощни­ков Коха, немецких бактериологов Эмиля Беринга (1854—1917) и Пауля Эрлиха (1854—1915). Беринг открыл, что введение животным бактерийных культур стимулирует выработку в жидкой части кро­ви (кровяной сыворотке) специфических антител. Если затем эту сыворотку ввести другому животному, оно, по крайней мере, на какое-то время, будет невосприим­чиво к данному заболеванию.

Беринг решил проверить свое открытие на дифте­рии, заболевании, поражающем в основном детей и очень часто оканчивавшемся смертью. Если ребенок выживал после дифтерии, он становился невосприим­чивым (иммунным) к этой болезни. Но зачем застав­лять организм ребенка вырабатывать собственные антитела в борьбе с бактериальными токсинами? По­чему бы не приготовить антитела в организме живот­ного, а затем уже иммунную сыворотку ввести в орга­низм больного ребенка? Применение антитоксической сыворотки во время эпидемии дифтерии в 1892 г. рез­ко сократило детскую смертность.

Свой эксперимент Беринг проводил при участии Эрлиха, который разработал конкрет­ную дозировку и способы лечения. В дальнейшем
Эрлих выполнял исследования самостоятельно, тщатель­но отшлифовывая методы использования сыворотки.

Его по праву можно считать основателем серологии — учения о физических, химических и биологических свойствах сыворотки крови и о методах ее пригото­вления. Когда эти методы ставят целью создание не­восприимчивости к заболеванию, наука называется иммунологией.

Бельгийский бактериолог Жюль Борде(1870— 1939) был другим крупным серологом, внесшим боль­шой вклад в становление этой науки. В 1898 г., рабо­тая в Париже под руководством И. И. Мечникова, он открыл, что антитела, присутствующие в нагретой до 55° С сыворотке крови, по существу, остаются неиз­менными, сохраняя способность соединяться с теми же веществами (антигенами), с которыми они соеди­нялись до нагревания. Однако способность сыворотки поражать бактерии исчезает. Возникло предположе­ние, что какой-то очень нестойкий компонент (или группа компонентов) сыворотки действует в качестве дополнения (комплемента) к антителу, прежде чем последнее вступает в борьбу с бактерией. Борде на­звал этот компонент алексином, а Эрлих— компле­ментом; последнее название принято и сейчас.

В 1901 г. Борде показал, что, если антитело реа­гирует с антигеном (чужеродным белком), компле­мент истощается. Такой процесс фиксации комплемен­та оказался важным для диагностики сифилиса. Эта диагностика была разработана в 1906 г. немецким бактериологом Августом фон Вассерманом(1866— 1925) и до сих пор известна как реакция Вассермана.

Клонально-селекционная теория иммунитета. Дальнейшее развитие иммунологии связано с деятельностью выдающегося австралийского учёного Фрэнка Бёрнета (1899-1985). Сильное влияние на его научные интересы оказала гибель 12 детей, которым была сделана вакцинация против дифтерии в Мельбурне в 1928 г. В ходе расследования Бёрнет установил, что смерть детей была вызвана контаминацией вакцины стафилококком. Его заинтересовал вопрос о том, как организм защищается против подобных инфекций.

Благодаря специальной субсидии для изучения вирусных заболеваний, в 1932...1933 гг. Бёрнет продолжал исследования в области вирусов животных в Великобритании. В процессе работы он усовершенствовал предложенную в 1931 г. Е. Гудпасчером методику культивирования вирусов в развивающихсякуриных эмбрионах. Вирусы не способны существовать вне живых клеток; в то же время клетки млекопитающих трудно выращивать в лабораторных условиях in vitro.

Успех Бёрнета в культивировании вирусов в куриных эмбрионах объяснялся тем, что куриные эмбрионы не вырабатывают антитела против вирусов и, следовательно, не могут противостоять вирусной инфекции.

С точки зрения Бёрнета, все теории, объясняющие образование антител, можно было разбить на две группы. «Согласно селекционным теориям, – писал он впоследствии, – антиген активизирует уже имеющуюся специфическую реакцию; в соответствии же с инструктивными теориями антиген вызывает формирование новой такой реакции в соответствующих клетках». Пауль Эрлих, разработавший первую серьезную теорию иммунитета (селекционную), считал, что антитела представляют собой рецепторы на поверхности клеток; в ответ на связывание с ними антигенов клетки начинают вырабатывать антитела в избытке.

В 30-х гг., после того как Карл Ландштейнер установил, что у мышей могут вырабатываться антитела на самые различные химические вещества, не встречающиеся в естественных условиях, теория Эрлиха и другие селекционные теории были в значительной степени поколеблены. Казалось маловероятным, чтобы у животных могло существовать такое количество специфических преформированных рецепторов к необычным веществам, и поэтому большинство иммунологов стали приверженцами инструктивных теорий. Наиболее серьезной из них была теория, предложенная Лайнусом Полингом, предположившим, что антигены захватываются клетками, и молекулы антител обволакивают их, образуя тем самым плотно подогнанную специфическую матрицу.

Бёрнет считал, что инструктивные теории не учитывают того, что он называл «ключевой проблемой иммунологии», а именно: «как иммунизированные животные отличают введенные им вещества животных другого вида от собственных аналогичных веществ?». С позиций инструктивных теорий, по его мнению, с трудом можно было объяснить такое самораспознавание, т.е. способность организма «узнавать» собственные белки. На основании своих данных о том, что у куриных эмбрионов не вырабатываются антитела к вирусам, он предположил, что животные не вырабатывают антитела ко всем веществам, которые попадают в их организм на ранних стадиях развития, и что такой ранний контакт с антителами играет ключевую роль в самораспознавании и толерантности (переносимости) к собственным веществам.

Бёрнет и его коллеги пытались выработать искусственную толерантность у цыплят, в течение короткого времени воздействуя на них синтетическими антигенами. Однако эта попытка не увенчалась успехом, т.к. – это выяснилось впоследствии – для формирования длительной толерантности контакт с антигеном также должен быть длительным. В 1953 г.
Питер Медавар и его сотрудники добились искусственной толерантности, в опытах по пересадке кожи на мышах, и тем самым подтвердили теорию Бёрнета.

Питер Медавар привил мышиным эмбрионам клетки мы­шиных же тканей, но от мышей другой линии (с другим гаплотипом). Предполагалось, что когда эмбрионы начнут самостоятельную жизнь и приобре­тут способность вырабатывать антитела, привитые им ещё до рождения белки уже не долж­ны быть чужеродными. И действительно, оказалось, что взрослые мыши, привитые в эмбриональном со­стоянии, в отличие от непривитых принимали пере­садку кожи от мышей другой линии.

В 1960 г. Бёрнетуи Медавару была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытие искусственной иммунной толерантности». Их работа, опровергнувшая инструктивные теории, положила начало развитию современных теорий иммунитета. В Нобелевской лекции «Иммунное самораспознавание» («Immunological Recognition of Self») Бёрнет рассматривал «лишь одну проблему: каким образом организм позвоночных животных отличает «свое» от «чужого» в иммунологическом отношении и как развивается эта способность?» В заключение он сказал, что «единственным возможным подходом к решению данной проблемы являются селекционные теории иммунитета, которые должны разрабатываться на клеточной и, возможно, клональной основе».

Согласно клонально-селекционной теории, разработанной в конце
50-х гг. Бёрнетом, Дэвидом Талмейджем, Нильсом Ерне и Джошуа
Ледербергом, у эмбриона содержатся «образцы» всех тех миллионов антител, которые в принципе могут вырабатываться у взрослого животного. Каждая антителопродуцирующая клетка может вырабатывать лишь один тип антител. Во время критическогопериода внутриутробного развития и на ранних стадиях внеутробной жизни каждая клетка, встречающаяся с антигеном, соответствующим ее специфическому антителу (т.е. «собственным» антигеном), уничтожается или инактивируется. В результате к концу критического периода все клетки, несущие антитела против собственных антигенов организма, удаляются из совокупности антителопродуцирующих клеток.

Основные положения клонально-селекционной теории:

Антитела и лимфоциты с необходимой специфичностью уже существуют в организме до первого контакта с антигеном.

Лимфоциты, участвующие в иммунном ответе, имеют антигенспецифичные рецепторы на поверхности своих мембран. В случае
B-лимфоцитов рецепторами являются молекулы той же специфичности, что и антитела, которые эти лимфоциты впоследствии продуцируют и выделяют.

Каждый лимфоцит несет на своей поверхности рецепторы только одной специфичности.

Лимфоцит, сенсибилизированный антигеном, проходит несколько стадий пролиферации и формирует клон плазматических клеток. Плазматические клетки синтезируют антитела только той специфичности, на которую был запрограммирован лимфоцит-предшественник. Сигналами к пролиферации служат связывание антигена и цитокины, выделяемые другими клетками (в первую очередь, Т-хелперами). Сами активированные
В-лимфоциты также выделяют цитокины.

Благодаря этому механизму клональной селекции антитела могут накапливаться в достаточно высокой концентрации, чтобы эффективно бороться с инфекцией. Подобный же механизм существует для селекции антигенспецифичных T-лимфоцитов.

Пролиферирующим клонам необходимо время для образования достаточного количества клеток. Вот почему проходит обычно несколько дней после контакта с антигеном, прежде чем в сыворотке крови обнаруживаются в достаточно высокой концентрации антитела. Поскольку эти антитела образовались в результате действия антигены, говорят о приобретенном иммунитете.

Интенсивность ответа растет главным образом за счет увеличения числа клеток, способных воспринимать антигенный стимул. При этом часть потомков исходного В-лимфоцита превращаются в долгоживущие
В-клетки памяти, что и приводит к способности иммунной системы запоминать контакт с антигеном (возникает приобретенный специфический иммунитет против данного возбудителя).

В 1961 г. открыли орган, определяющий способность организма на ранних стадиях его развития вырабатывать антитела. Им оказалась зобная желе­за (тимус), где продуцируются лимфоциты (род белых кровя­ных клеток), в функцию которых входит образование антител. Сразу после рождения человека лимфоциты направляются из тимуса в лимфоузлы и в кровяное русло. Че­рез некоторое время лимфоузлы уже могут существо­вать сами по себе, а тимус по достижении человеком половой зрелости сокращается и исчезает.

Генерация разнообразия антител. Понятно, что в организме не может быть такого огромного количества генов, синтезирующих необходимое количество антител каждой определенной специфичности. Оказалось, что при созревании В-лимфоцитов происходит специфическая соматическая рекомбинация (V(D)J рекомбинация), механизм которой открыл Судзуми Тонегава. Существуют и другие механизмы увеличения разнообразия антител - например, соматический гипермутагенез.