ОСНОВНОЕ МЕНЮ

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

КОНСПЕКТЫ УРОКОВ

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

ВНЕКЛАССНАЯ РАБОТА

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

ФАКУЛЬТАТИВЫ ДЛЯ ШКОЛЬНИКОВ

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

РУССКИЙ ЯЗЫК

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

ЛИТЕРАТУРА

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

АНГЛИЙСКИЙ ЯЗЫК

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

ИСТОРИЯ РОССИИ

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

ЗАРУБЕЖНАЯ ИСТОРИЯ

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

ОБЩЕСТВОЗНАНИЕ

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

БИОЛОГИЯ

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

ГЕОГРАФИЯ

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

МАТЕМАТИКА

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

 

Специфические защитные реакции принято называть иммунитетом. Точного и общепринятого определения этого термина нет до сих пор, но функции защитной системы организма ученым более или менее понятны. Компоненты иммунной системы обнаруживают патоген и запускают физиологические процессы, которые приводят к его удалению из тела, а также ликвидируют последствия пребывания инфекционного агента. В крайних случаях, когда уничтожение невозможно, иммунная система осуществляет локализацию угрозы. Ключевое событие для запуска иммунного ответа – распознавание.

Традиционно считается, что прежде всего иммунитет оберегает нас от инфекций, которые могут вызываться различными вирусами, бактериями, простейшими, червями-паразитами. Для распознавания, уничтожения и локализации угроз иммунитет использует множество специальных клеток и молекул, которые выполняют все эти процессы в кратчайшие сроки, а во многих случаях помогают организму приобрести устойчивость к заражениям определенными инфекциями в будущем. Кроме того, иммунная система занимается сбором «клеточного мусора» – собственных клеток организма, которые разрушаются естественным образом. Их присутствие в теле человека увеличивает риск развития самых разных заболеваний, в том числе – аутоиммунных, при которых иммунная система атакует здоровые клетки организма вместо того, чтобы защищать их.

Как и любая другая жизненно важная система организма – дыхательная, пищеварительная, сердечно-сосудистая и другие, иммунитет состоит из определенных компонентов. Ученые условно делят иммунитет на врожденный и приобретенный. Врожденный иммунитет включается в борьбу с инфекцией, как только она попадает в организм. Компоненты этой системы распознают инфекционный агент и уничтожают его. Приобретенный работает иначе. После обнаружения источника инфекции формируется иммунный ответ, который может подразумевать образование антител и/или клеток-памяти против конкретного патогена. Только после этого включаются механизмы борьбы с инфекцией. И врожденный иммунитет, и приобретенный обладают специальными клетками и молекулами. У врожденного иммунитета есть свой арсенал клеток и молекул, а у приобретенного – свой. Иммунные клетки – это своего рода «солдаты», которые охраняют «замок», а молекулы – это «оружие», с помощью которого производится «залп» по инфекционным агентам. В некоторых случаях молекулы становятся сигналами и командами, которыми обмениваются «солдаты» разных подразделений.



Врожденный иммунитет – более древний способ защиты организма, чем приобретенный. Не только люди, но и другие животные обладают врожденным иммунитетом, который сразу реагирует на проникающие в организм патогены – бактерии, грибки, вирусы и многие другие. Получается, что к моменту возникновения у человека первых симптомов недомогания, врожденный иммунитет работает в полную силу уже несколько часов. С высокой степенью вероятности именно он через несколько дней избавит организм от инфекции – за исключением тех случаев, когда в теле оказывается не вирус простуды, а более опасный возбудитель. Для того, чтобы побороть простудное заболевание, необходимо только медикаментозное лечение симптомов. Как шутят иммунологи: «Если лечить простуду, то человек поправится за семь дней, а если не лечить, то – за неделю».

Клетки врожденного иммунитета распознают патогены при помощи соответствующих рецепторов – специальных молекулярных структур, которые находятся на поверхности или внутри клеток. Они работают как антенны и могут распознавать не только чужеродные микроорганизмы, но и собственные измененные умирающие клетки и поврежденные молекулы. После того, как распознавание произошло, рецепторы подают сигнал клеткам врожденного иммунитета, которые приступают к переработке клеточного и молекулярного «мусора».

Приобретенный иммунитет появился в природе гораздо позже врожденного. Первыми обладателем приобретенного иммунитета считаются древние рыбы. Приобретенный иммунитет усовершенствовал иммунный ответ организма, дополнил его, а в некоторых случаях даже «облегчил» работу врожденному иммунитету. В результате он оказался эволюционно выгоден, поэтому закрепился у разных видов живых существ. Приобретенному иммунитету свойственен феномен иммунологической памяти, представленный лимфоцитами, которые ранее встречались с патогеном и знают, как на него реагировать. Кроме того, клетки памяти хранят информацию о структуре антител, которые они вырабатывают при повторной встрече с патогенами. Антитела – молекулы иммунной системы, способные метить чужеродные клетки, сигнализируя таким образом другим иммунным клеткам об угрозе и необходимости уничтожить потенциальную опасность. Благодаря клеткам памяти иммунная система экономит время – процессы распознавания и уничтожения с их участием происходят намного быстрее. В некоторых случаях антитела и вовсе препятствуют проникновению инфекции в организм (об этих молекулах подробнее в разделе «Молекулы иммунитета»).


Органы иммунитета

В иммунологии принято делить органы иммунитета или лимфоидные органы на первичные и вторичные. В первичных лимфоидных органах – в тимусе и в костном мозге – происходит созревание T- и B-лимфоцитов, то есть клеток приобретенного иммунитета. Тимус или вилочковая железа – это небольшой орган, где происходит «обучение» T-лимфоцитов или Т-клеток. Тимус расположен за грудиной, в верхней части грудной клетки. Этот орган с возрастом неизбежно подвергается атрофии и замещается жировой тканью. В тимусе T-лимфоциты проходят отбор. В кровоток попадают только те из них, которые способны адекватно реагировать на инфекционные агенты и не поражать клетки организма. Остальные Т-лимфоциты – а их, как ни странно, большинство – уничтожаются с помощью программы клеточной гибели или апоптоза. Другой тип лимфоцитов – B-лимфоциты или B-клетки. Они также, как и все лимфоциты, образуются в костном мозге. В-клетки необходимы иммунной системе для того, чтобы запускать синтез антител против конкретного патогена, а также хранить информацию о том, какой именно тип антител может понадобиться при повторной встрече с конкретным возбудителем инфекции. В отличие от Т-клеток, В-лимфоциты не проходят строгий отбор и не гибнут массово. После образования B-лимфоцитов в костном мозге клетки переходят во вторичные лимфоидные органы – лимфатические узлы, селезенку и различные лимфоидные ткани слизистых, где происходит их созревание.

В костном мозге образуются все лейкоциты – белые кровяные тельца, которые осуществляют иммунные реакции. Лейкоциты – это потомки стволовых клеток крови, из которых в том числе развиваются красные кровяные тельца эритроциты, переносящие кислород, и кровяные пластинки тромбоциты, участвующие в каскаде свертывания крови под действием различных молекулярных факторов. Созревание и специализацию некоторые иммунные клетки завершают в иммунных органах – уже после выхода из органов кроветворения.

Лимфатические узлы – это органы округлой формы, которые располагаются вблизи лимфатических сосудов, соединяющих иммунные органы. Они играют роль своеобразных фильтров, которые собирают антигены – части чужеродных организмов. В этих узлах при взаимодействии антигенов с клетками приобретенного иммунитета происходит запуск образования антител – молекул-меток, при помощи которых иммунные клетки ликвидируют угрозы и оберегают организм от инфекций.

Работа лимфатической системы невозможна без соединительной ткани, которая циркулирует внутри системы. Лимфа – бесцветная прозрачная вязкая жидкость. Она движется по лимфатическим сосудам в сторону узлов системы за счет сокращения окружающих мышц. Лимфа содержит большое количество лимфоцитов, способных бороться с различными инфекциями. Здесь же B-лимфоциты секретируют антитела. Течение соединительной ткани внутри узла происходит достаточно медленно, и это дает лимфоцитам возможность взаимодействовать с другими лимфоцитами и дендритными клетками. Благодаря этому взаимодействию происходит запуск иммунного ответа со стороны приобретенного иммунитета.



 

Рисунок 1. Лимфатическая система



Селезенка – это самый крупный лимфоидный орган у позвоночных, который находится в брюшной полости. Его основная функция – быть фильтром для лимфы. В селезенке также происходит ее обогащение антителами. На ранних стадиях развития плода селезенка работает как орган кроветворения и производит в том числе самые первые иммунные клетки организма.


Клетки иммунитета

Прежде, чем переходить к описанию иммунных клеток, вспомним, что такое живая клетка и как она устроена.

Клетка – это структурно-функциональная элементарная единица строения и жизнедеятельности живого. Все живые организмы состоят из клеток. В некоторых случаях весь организм может быть представлен одной клеткой. Так, например, любая бактерия или микроскопический грибок, водоросль или простейшее является самостоятельной единицей живого.



 

Схема строения клетки животного



Клетка животного представляет собой микроскопический пузырек, оболочка или цитоплазматическая мембрана которого служит барьером с ограниченной проницаемостью для воды и других веществ. Внутри клетки находится цитоплазма – вязкая субстанция, в котором плавают клеточные органеллы или органы клетки, выполняющие различные функции. У клеток животных присутствует оформленное ядро, которое хранит генетическую информацию в ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоте). В ядре происходит синтез РНК (рибонуклеиновой кислоты), которая является посредником при передаче генетической информации. Согласно информации, переданной от ДНК в РНК, на рибосомах клетки вне ядра происходит синтез белка. Часто рибосомы могут находиться на стенках эндоплазматической сети – лабиринтообразного клеточного органа, необходимого для транспорта и синтеза не только белков, но и иных важных веществ – липидов, стероидов и многих других. При участии аппарата или комплекса Гольджи происходит процесс запасания нужных для клетки веществ и выведение остальных. Принцип работы аппарата Гольджи напоминает функционирование почтовой службы, которая упаковывает различное содержимое и может либо оставить «посылку» внутри клетки на хранение до более поздней отправки, либо направить в определенные органеллы немедленно. Некоторые «посылки» – лизосомы или внутриклеточные пузырьки, плавающие в цитоплазме – содержат ферменты, расщепляющие некоторые вещества. Эти биологические катализаторы нужны для осуществления внутриклеточного пищеварения, уничтожения ненужных продуктов жизнедеятельности клеток и вторгшихся в клетку патогенов. Для того, чтобы обеспечить все эти сложные процессы, в клетках работают «энергетические станции» – митохондрии. Эти органеллы запасают энергию в виде соединений благодаря процессам окисления, которые происходят на ее мембранах.

Клетка бактерии устроена проще, но вовсе не «примитивнее», чем клетка животного происхождения. Бактериальная клетка обладает всеми признаками живой системы. По сути, это самостоятельный организм. В отличие от клеток животных, у бактерий нет оформленного клеточного ядра, а ДНК находится в цитоплазме. Отсутствуют и эндоплазматическая сеть, и аппарат Гольджи, и митохондрии – бактерии «дышат» с помощью своей цитоплазматической мембраны и лизосом. В отличие от животных клеток, у бактерий упрощены системы транспортировки и хранения веществ. Возможно одной из причин количественного преобладания бактерий на Земле является наличие у них особенной защитной структуры – клеточной стенки, которая представляет из себя плотную оболочку из пептидогликана над цитоплазматической мембраной. Она защищает бактерию от неблагоприятных условий. В клетках животных клеточная стенка отсутствует.



 

Строение бактериальной клетки



Существует несколько видов клеток врожденного иммунитета человека – это базофилы, эозинофилы, натуральные киллеры, нейтрофилы, моноциты и их формы, мигрировавшие из кровотока в ткани – макрофаги. Последние два типа клеток иммунной системы известны также как фагоциты – клетки, способные к фагоцитозу, то есть к поглощению различных вредоносных организмов. Процесс захвата и переваривания частиц внутри клетки был впервые описан в 1875 году канадским врачом Уильямом Ослером. В своей работе «Патологии легких шахтеров» он рассказал о процессе накопления угольных частичек в клетках легких работников шахт. Однако то, что это явление имеет отношение к механизмам защиты организма, впервые предложил русский ученый, «отец» отечественной иммунологии Илья Мечников. Его фундаментальные труды по фагоцитарной теории иммунитета о том, что иммунные клетки способны поедать и переваривать чужеродные организмы, были признаны мировым сообществом. В своих работах 1883 года Мечников впервые систематизировал факты, предложив учение об иммунитете. В 1908 году Илья Мечников был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине «за труды в области иммунитета». Он получил эту награду совместно с другим великим ученым немецкого происхождения Паулем Эрлихом. Этому исследователю принадлежит идея о «магической пуле», которая могла бы прицельно убивать бактериальные клетки. Эрлих первым получил сальварсан или арсфенамин – «препарат номер 606», которым относительно успешно лечили сифилис. Кроме того, Пауль Эрлих первым описал разные типы иммунных клеток. Он использовал в своих экспериментах «кислые», разработанные им «нейтральные» и «оснóвные» анилиновые красители. Благодаря применению усовершенствованных методов окрашивания белых кровяных телец и сопоставлению их с морфологическими свойствами различных клеток, Пауль Эрлих смог отделить несколько лейкоцитарных подмножеств друг от друга. Результаты его работы отражены в названиях клеток врожденного иммунитета: нейтрофил – лейкоцит, окрашивающийся «нейтральным» красителем; базофил – лейкоцит, окрашивающийся «оснóвным» красителем (от латинского «basis» – основание); эозинофил – лейкоцит, окрашивающийся «кислым» красителем эозином (от греческого («эос») – «утренняя заря»).



 

Клетки иммунитета.



Несмотря на различия клеток врожденного иммунитета, о которых речь пойдет позднее, все клетки врожденного иммунитета являются потомками стволовых клеток крови и представителями белых кровяных телец – лейкоцитов. У каждой такой иммунной клетки есть своя специализация. И, тем не менее, их объединяют несколько задач. Наиболее важные – это защита организма от потенциально опасных существ, уборка клеточного и молекулярного «мусора», а также подавление процессов аутовоспаления, при котором происходит нейтрализация неадекватных реакций других иммунных клеток.

В начале книги мы сравнивали защитную систему организма с многоступенчатой системой обороны замка. Метафорически каждый тип иммунных клеток можно сравнить с определенным родом войск.

Нейтрофилы

Нейтрофилы – это «пехотинцы» иммунной системы. Этих иммунных клеток в организме намного больше, чем остальных лейкоцитов – до 50–70 % всей популяции белых кровяных телец. Нейтрофилы быстрее всех попадают в район очага воспаления и переходят к активным действиям. Эти клетки вооружены молекулами иммунитета, которые способны уничтожать патогены. Один из возможных результатов «баталий» нейтрофилов с возбудителями инфекций – возникновение гнойников. Гной – это мертвые нейтрофилы и другие клетки, которые попали в радиус «столкновения» представителей лейкоцитов и возбудителей инфекций. Помимо атак, последствия которых заметны человеческому глазу, нейтрофилы способны поглощать бактериальные клетки и переваривать их без выброса сигнальных молекул. Таким образом другие клетки иммунитета не подключаются к атаке патогенов, и воспаления не возникает. Интересно, что нейтрализация угрозы нейтрофилами «без шума и пыли» происходит гораздо чаще, чем образование условных гнойников. Воспаления организму невыгодны. В тех случаях, когда к нейтрофилам подключаются другие клетки иммунитета и в теле все-таки возникают воспалительные процессы, организму приходится тратить множество ресурсов для того, чтобы нейтрализовать и сам очаг воспаления, и неизбежные негативные последствия его присутствия.



 

Нейтрофил


Эозинофилы


Эозинофилы можно сравнить с артиллерийскими войсками. В эозинофилах сосредоточены огромные запасы сильнейших цитотоксических веществ, под действием которых клетки патогенов разрушаются. Эти вещества по своей силе воздействия напоминают крупнокалиберное оружие, которым эозинофилы «вооружены до зубов». Именно эозинофилы первыми реагируют на вторжение паразитических червей, которые в несколько тысяч раз крупнее любых иммунных клеток. Благодаря высокому содержанию цитотоксических веществ и численному превосходству, эозинофилы способны избавлять организм от паразитов. Эти клетки врожденного иммунитета также участвуют в борьбе с Mycobacterium tuberculosis – возбудителем туберкулеза. Забрасывая очаги скопления микобактерий «химическими бомбами», эозинофилы не только борются с ними, но и разрушают легочную ткань. К сожалению, это довольно серьезно осложняет течение заболевания.



 

Эозинофил


Натуральные киллеры


Натуральные киллеры – это «отряд бойцов» иммунной системы, который уничтожает собственные дефектные или поврежденные клетки, представляющие угрозу для организма. Например, раковые или зараженные вирусами клетки.



 

Натуральный киллер



Натуральные киллеры могут «расстреливать» дефектные клетки при помощи специальных молекул – перфоринов и гранулизинов. Эти «пули» образуют поры в оболочке клеток. Часто такие действия натуральных киллеров становятся смертельными для их мишеней. Кроме того, натуральные киллеры используют другие молекулы для сдерживания потенциальных опасностей. Помимо перфоринов и гранулизинов, это гранзимы, усиливающие разрушительные действия первых двух видов молекул. Функция гранзимов состоит в том, чтобы запустить апоптоз – процесс запрограммированной клеточной гибели. После этого клетки-мишени совершают самоубийство и прекращают свою жизнедеятельность.


Моноциты

Моноциты и макрофаги, а также их модифицированные формы по своим функциям напоминают десантников.



 

Моноцит



Они находятся в крови до тех пор, пока им не поступает сигнал о попадании инфекции в организм. После этого клеточные подразделения направляются в ткани и органы, пораженные инфекциями, где они становятся тканевыми макрофагами. Там они поглощают возбудителей заболеваний и устраняют последствия деятельности нейтрофилов, эозинофилов и других типов иммунных клеток.


Базофилы


Базофилы в рамках иммунной системы выполняют функции связистов. Эти клетки мобилизуют и привлекают другие типы иммунных клеток, которые борются с инфекциями и иными угрозами. Базофилы обладают множеством сигнальных молекул, с помощью которых они передают информацию другим клеткам иммунной системы.

Клетки приобретенного иммунитета делятся на T- и B-лимфоциты. T- и В-лимфоциты образуются в костном мозге из стволовых клеток крови, как и другие лейкоциты. На поверхности у этих клеток находятся рецепторы – молекулы, несущие «зеркальные отпечатки» определённой части антигенов. Рецепторы присоединяются к одному антигену, сигнализируя тем самым о необходимости запуска иммунного ответа. Одна иммунная клетка может содержать рецепторы только для одного вида антигенов.



 

Базофил



Несмотря на то, что у Т-лимфоцитов есть рецепторы, они не умеют распознавать антигены, если те не представлены специальным образом. У всех клеток организма на поверхности присутствуют молекулы MHC – главного комплекса гистосовместимости (от англ. major histocompatibility complex). Молекулы МНС служат своего рода индикатором нормальной работы клетки и отсутствия заражений. Если клетка здорова, то МНС продемонстрирует Т-лимфоцитам собственные части белковых молекул, произведенных здоровой клеткой организма. Если же она заражена, то на молекулах MHC появятся чужеродные белковые фрагменты. Они становятся сигналом для Т-лимфоцитов к запуску иммунного ответа.



 

Лимфоциты



Выделяют 3 типа T-лимфоцитов: T-киллеры (в переводе с английского «to kill» – убивать) уничтожают зараженные клетки, Т-хелперы (от английского «to help» – помогать) сигнализируют другим клеткам о наличии угрозы и помогают бороться с инфекцией, и T-регуляторные клетки, которые контролируют иммунный ответ.

По одной из гипотез, молекулы MHC помогают найти полового партнера для размножения с помощью обонятельных сигналов – феромонов. Феромоны помогают определить вид, пол особи и генетическую совместимость. А гены молекул MHC обеспечивают основу для развития набора уникального «запаха». Чем больше различий в молекулах MHC у двух особей противоположного пола, тем более привлекательными они будут казаться друг другу, потому что это эволюционно выгодно: их генетические различия помогут оставить потомство с уникальным набором генов.

После обнаружения мишеней, Т-киллеры с помощью перфоринов и гранулизинов ликвидируют клетки организма, зараженные вирусами, а также опухолевые клетки.

Т-хелперы регулируют реакции как врождённого, так и приобретённого иммунитета, определяют программу иммунного ответа на конкретный патоген. Существуют два вида Т-хелперов – Т-хелперы первого типа (Th1) и Т-хелперы второго типа (Th2). Т-хелперы первого типа выделяют сигнальные молекулы и направляют макрофаги. Т-киллеры же вместе с макрофагами убивают чужеродные, зараженные или злокачественные клетки. Т-хелперы второго типа сигнализируют о возбудителе инфекции базофилам в слизистых организма для того, чтобы в конечном итоге вызвать воспаление при помощи гистамина. По сути, все T-хелперы связывают два звена иммунитета – врожденный и приобретенный.



 

T-лимфоцит



T-регуляторные лимфоциты (T-reg) подавляют размножение T-лимфоцитов для того, чтобы регулировать силу иммунного ответа. Эти клетки вырабатывают молекулы, которые фактически являются стоп-сигналами для развития иммунных реакций. T-регуляторные лимфоциты называют также Т-супрессорными клетками, то есть клетками, подавляющими активность Т-киллеров и Т-хелперов.

В отличие от T-клеток, B-клетки не нуждаются в предварительной обработке антигена и в его «представлении» на поверхности клетки, которая его поглотила.

B-лимфоциты распознают чужеродный антиген с помощью рецепторов и вырабатывают против него антитела – специальные молекулы приобретенного иммунитета, которые помечают чужеродные организмы или их части, сигнализируя об опасности. Каждая созревшая в костном мозге линия B-клеток может продуцировать уникальный, только для неё характерный тип антител. Антитела или иммуноглобулины – это белки-наводчики, основная функция которых заключается в том, чтобы определить координаты мишени для ее уничтожения. О том, какими они бывают и как помогают находить иммунным клеткам чужеродные частицы, речь пойдет в следующем разделе. Процесс образования антител идет постоянно, но усиливается после того, как в организм попадает возбудитель инфекций. Кроме антител, В-лимфоциты производят B-клетки памяти, которые обеспечивают быстрый иммунный ответ при повторном попадании в организм того же антигена. В-клетки позволяют иммунной системе «помнить» антиген на протяжении многих лет после его первого попадания в организм.



 

B-клетка


Дендритные клетки


Дендритные клетки — еще один тип клеток, который связывает врожденный иммунитет и приобретенный. Дендритные клетки с длинными отростками находятся в тканях, которые граничат с окружающей средой – в эпителиях кожи, в воздухоносных путях и во многих других частях тела. Их задача – поймать потенциально опасные чужеродные микроорганизмы, разрушить их и доставить в лимфатическую систему. Оттуда патогены попадают к Т-лимфоцитам, которые продолжают каскад иммунных реакций. Рисунок ниже демонстрирует, как может происходить представление антигена дендритной клеткой Т-лимфоциту.



 

Дендритная клетка



 

Представление антигена дендритной клеткой Т-лимфоциту. Во вставке сверху показано взаимодействие T-клеточного рецептора с молекулой молекулы MHC.


Тучные клетки


Тучные клетки – еще один тип иммунных клеток, который в том числе запускает процессы воспаления с помощью гистамина. Это вещество, в частности, вызывает аллергические реакции. Тучные клетки также содержат цитокины – сигнальные молекулы иммунной системы, которые необходимы для специализации разных типов клеток, антимикробные белки и пептиды. Кроме того, на поверхности тучных клеток располагаются разные рецепторы, взаимодействие с которыми приводит к выбросу биологически активных веществ. По большому счету, тучные клетки напоминают передвижные склады с боеприпасами и сигнальным оборудованием для обеспечения иммунных реакций.



 

Тучная клетка


Молекулы иммунитета

О существовании внутри живых организмов веществ, способных бороться с инфекционными агентами, было известно давно. Об этом свидетельствует старинный русский способ хранения молока, когда в крынку опускали лягушку. Секрет желез кожи этого животного обладает антимикробными свойствами и не позволяет молоку скиснуть.



 

Лизоцим



В медицине Древнего Китая и Индии для заживления ран и снятия симптомов воспаления также использовали кожу лягушек. Этот же метод вьетнамские хирурги практиковали во время войны в 1960-х, когда не хватало медикаментов и инструментов для лечения ожогов у солдат. Для заживления ран также использовали личинки мух. С древнейших времен было известно о пользе меда и о его целебных свойствах. В наши дни ученые обнаружили, что мед обладает антимикробным действием.

Скорее всего, первой молекулой, для которой была описана антимикробная функция в организме человека, стала молекула белка лизоцима – фермента, разрушающего клеточную стенку бактерий.

Британский микробиолог Александр Флеминг экспериментировал в лаборатории, будучи простуженным. В ходе работы на одну из чашек, в которой росли бактерии, упала капля слизи из его носа. Флеминг заметил, что вскоре из чашки исчезли бактериальные колонии. Это означало, что в носовой слизи ученого содержалось вещество, разрушающее бактериальные клетки. В 1922 Александр Флеминг впервые описал антимикробный эффект лизоцима. Позже он обнаружил лизоцим и в других биологических жидкостях – в слезе, слюне и в материнском молоке. А в 1928 году Александр Флеминг открыл пенициллин – первый антибиотик, который несколько десятков лет успешно использовался в борьбе с бактериальными инфекциями.



 

Александр Флеминг



Молекулы иммунитета преимущественно имеют белковую природу. Белки (протеины, полипептиды) – это полимеры, состоящие из 20–22 различных аминокислот. Цепочки из аминокислот имеют определенную трехмерную организацию, позволяющую им выполнять различные функции. Помимо иммунной, белки выполняют структурную, двигательную, транспортную, сигнальную, каталитическую, рецепторную и резервную функции.

Белковые молекулы иммунитета не всегда убивают чужеродные микроорганизмы. Исходя из их функций, белковые молекулы иммунитета можно условно разделить на 3 типа: антибиотические белки, которые напрямую убивают патогены; сигнальные, обеспечивающие коммуникацию между различными видами иммунных клеток для эффективного ответа на конкретный тип инфекции; а также опсонины – молекулы-метки, к которым относятся уже упомянутые антитела. Существует также особая система, состоящая из отдельных белков сыворотки крови, которая выполняет все перечисленные выше функции – система комплемента.


Антибиотические молекулы

К антибиотическим молекулам прежде всего относятся те молекулы, которые обладают токсическим действием в отношении патогена. Они могут напрямую поражать бактерии, одноклеточные грибки, и в некоторых случаях вызывать гибель вирусов. Антибиотические молекулы – это своего рода «химическое оружие» организма, которым вооружены клетки иммунитета, а также клетки эпителиев желудочно-кишечного тракта, кожи, воздухоносных и мочеполовых путей.

Лизоцим, например, относится к антибиотическим белкам. Это фермент, который разрушает клеточную стенку бактерий, состоящую из муреина – цепочек полисахаридов, скрепленных пептидными сшивками. Муреин образует нечто вроде защитного слоя над оболочкой клетки бактерии, что создает дополнительный барьер и защищает ее от неблагоприятных воздействий. Этот фермент, содержащийся в слезной и слюнной жидкостях, в грудном молоке и в белковых гранулах нейтрофилов, в печени и в крови, осуществляет антимикробную защиту. Помимо лизоцима, известны и другие белки-ферменты, которые обладают антимикробными свойствами и способны в том числе «переваривать» важные компоненты патогенов. Например, ферменты катепсин G и эластаза, разрушающие белки, а также различные нуклеазы, которые расщепляют ДНК и РНК инфекционных агентов.



 

Действие миелопероксидазы



Часто белки действуют опосредованно и не являются сами по себе антибиотическими. Например, белок миелопероксидаза, присутствующий в больших количествах в нейтрофилах, производит токсичные для бактерий формы свободных радикалов и окислителей, в том числе – гипохлорит-анион (OCl−). Получается, белок миелопероксидаза опосредованно оказывает бактерицидное действие.

Белок лактоферрин отвечает за транспорт ионов железа в организме. Он содержится в молоке млекопитающих, в слюне, в слезной жидкости, в слизи носоглотки и в других средах организма. Много лактоферрина находится и в нейтрофилах. Благодаря своей способности прочно связывать железо, лактоферрин создает железодефицитную среду там, где могут скапливаться бактерии. Этот белок «отбирает» у них важнейший микроэлемент, без которого бактерии существовать не могут. Лактоферрин также может разрушать мембрану бактериальных клеток. Известно и то, что этот белок, связываясь с вирусными частицами, препятствует проникновению и размножению вирусов внутри клеток. Лактоферрин обладает высокой антигрибковой активностью и рассматривается учеными как перспективный кандидат для разработки нового противогрибкового средства.



 

Лактоферрин



Кроме довольно громоздких белковых молекул, существуют короткие молекулы белковой природы, обладающие противомикробным действием – антимикробные пептиды. Они состоят из нескольких десятков аминокислот, тогда как белки в своем составе содержат сотни, а иногда и тысячи аминокислотных остатков. Антимикробные пептиды были обнаружены и у бактерий – они получили название «бактериоцины». Микробы используют эти пептидные молекулы для борьбы за существование среди других бактерий, как и некоторые антибиотики. Например, пиоцианин, субтилин, грамицидин С, бацитрацин. Тот микроб, чье «оружие» будет действовать эффективнее «оружия» соперников, получает эволюционное преимущество и колонизирует экологическую нишу, будь то верхние слои почвы или толстый кишечник человека. Антимикробные пептиды были также обнаружены у грибов, простейших, растений и животных – в том числе и у человека. Эти вещества присутствуют у нас в иммунных клетках нейтрофилах, макрофагах, в клетках эпителиев, в крови, в слезной, слюнной жидкости и в грудном молоке.

Как работают антимикробные пептиды? Они способны эффективно встраиваться в оболочки клеток (не только бактерий) и даже проникать внутрь. Делают это антимикробные пептиды благодаря своим небольшим размерам, положительному заряду и способности избирательно взаимодействовать с гидрофобными веществами – липидами (от др.-греч. υδωρ – «вода» и φοβος – «боязнь, страх»). Липиды – это строительный материал цитоплазматической мембраны клеток.



 

Механизм действия антимикробных пептидов на бактерии



Встраиваясь в мембрану бактериальной клетки, антимикробные пептиды создают в ней поры и отверстия, которые нарушают целостность оболочки клетки. Антимикробные пептиды действуют как своеобразные «молекулярные пули» – пробивают мембрану бактерии так, что ее содержимое вытекает, а сама клетка погибает. Помимо этого, существуют и другие механизмы антибиотического действия антимикробных пептидов. Например, антимикробный пептид пчелы апидецин (от латинского названия медоносной пчелы Apis melliphera) может «мешать» синтезу белка – одному из самых жизненно важных процессов, протекающих в том числе и внутри потенциально опасной бактериальной клетки. В результате дефицита белка бактерия погибает.

Антибактериальные пептиды могут поражать не только бактериальные клетки. Они действуют на некоторые вирусы с липидной оболочкой, на микроскопические грибки, на простейшие, на паразитов и на опухолевые клетки.

Антимикробные пептиды способны помогать другим компонентам иммунитета осуществлять свои функции. В частности, некоторые пептиды могут служить сигнальными молекулами для иммунных клеток, таким образом усиливая иммунный ответ.

Ученые продолжают активно изучать свойства антимикробных пептидов для создания на их основе антибиотиков нового поколения. Помимо токсического действия на патогены, эти лекарства могли бы стимулировать иммунный ответ организма, лечить злокачественные опухоли.


Сигнальные молекулы

Система иммунитета представлена множеством различных органов и клеток. Для того, чтобы иммунный ответ осуществлялся эффективно и все компоненты системы работали слаженно, необходимо регулировать работу иммунитета с помощью сигналов. В иммунной системе эту функцию выполняют небольшие сигнальные белки – цитокины. Цитокины – информационные белковые молекулы, которые продуцируются различными иммунными клетками – лимфоцитами, дендритными клетками, макрофагами, нейтрофилами, а также эндотелиальными, эпителиальными и другими типами клеток организма. Это своего рода сигнальный язык, с помощью которого компоненты иммунной системы связываются друг с другом.

Сигнальные молекулы цитокины регулируют межклеточные и межсистемные взаимодействия, определяют активность, стимуляцию или подавление роста, выживаемость клеток, а также процесс запрограммированной клеточной гибели – апоптоз. Цитокины обеспечивают согласованность действий иммунной, эндокринной и нервной систем в норме и при патологии – то есть во время заболеваний, действуя локально или системно – на организменном уровне.

Цитокины – важнейшие регуляторы воспаления. Процесс воспаления – это естественный защитно-приспособительный механизм, который сопровождается патологическими реакциями. Они, к слову, были описаны еще древними врачами:

1. rubor – краснота;

2. tumor – опухоль (отек);

3. calor – жар (повышение температуры);

4. dolor – боль;

5. functio laesa – нарушение функций поврежденной ткани.


Процесс воспаления направлен на устранение повреждающего агента. Им может быть патоген – бактерия, вирус, грибок, паразит или какое-либо раздражающее вещество – аллерген. В результате воспаления часто могут быть повреждены собственные клетки и ткани организма. Особенную опасность представляют те случаи, когда реакции воспаления выходят из-под контроля. Например, анафилактический шок или анафилаксия – острая реакция гиперчувствительности немедленного типа, которая иногда развивается в результате повышенной чувствительности организма к какому-либо аллергену. При этом иммунные клетки стремительно выбрасывают множество медиаторов воспаления, которые провоцируют отек верхних дыхательных путей, бронхоспазм, ларингоспазм, падение артериального давления и другие симптомы. Если вовремя не оказать правильную медицинскую помощь человеку с подобными симптомами, то он может погибнуть – в том числе и от удушья. Чтобы не допускать таких острых реакций, иммунная система регулирует интенсивность воспалительного процесса – поддерживает его ограниченное время и прекращает при помощи противовоспалительных сигнальных молекул.

По характеру усиления или сдерживания воспаления молекулы цитокинов можно поделить на два типа – провоспалительные и противовоспалительные. В тех случаях, когда необходимо активно бороться с инфекцией и запускать в организме процессы воспаления, иммунные клетки производят провоспалительные цитокины. В иных случаях, когда воспаление нужно подавить – противовоспалительные. Для того, чтобы иммунная система успешно выполняла свои функции, необходимо поддержание баланса действующих цитокинов.

Существует три типа цитокинов – интерлейкины, интерфероны и хемокины. Эти соединения обладают широким спектром биологической активности, однако основная их функция – координировать иммунный ответ.

Интелейкины (ILs) – это группа из 36 типов сигнальных белковых молекул (от IL-1 до IL-36). Интелейкины получили свое название потому, что впервые были обнаружены в лейкоцитах и регулировали взаимодействия между ними. Эти молекулы синтезируются в различных клетках организма. Существуют провоспалительные (IL-1, IL-6, IL-17 и др.) и противовоспалительные (IL-4, IL-10, IL-13 и др.) цитокины. В зависимости от типа молекул, воспаление можно вызвать, или, напротив, подавить его.

Интерфероны (IFNs) – группа сигнальных молекул, которые синтезируется клетками организма в ответ на присутствие патогенов – вирусов, бактерий, паразитов, а также реагируют на наличие опухолевых клеток. Интерфероны названы так потому, что они «мешают» вирусам в клетке размножаться. Они препятствуют синтезу белка в зараженной клетке на этапе трансляции, то есть при переводе последовательности РНК в цепочку аминокислот на рибосомах клетки. Если синтез белка не происходит, то не происходит образования вирусных белков. В результате вирус не может распространяться в организме. Также интерфероны активируют иммунные клетки – натуральные киллеры и макрофаги – и усиливают синтез молекул MHC, которые участвуют в презентации антигена. Таким образом, чем больше на поверхности зараженной клетки молекул MHC с участком антигена, тем эффективнее T-лимфоциты распознают зараженные вирусом клетки и запускают каскад иммунных реакций.

Существует около 20 видов интерферонов, которые делятся на 3 класса.

Производство молекул интерферонов первого класса (IFN type I) запускается тогда, когда в организме оказываются вирусные клетки. Клетка высвобождает некоторые виды интерферонов для того, чтобы «предупредить» соседние клетки об опасности и привлечь иммунные клетки для борьбы с вирусом. Единственный интерферон второго класса IFN-γ, синтезирующийся в организме человека, активирует макрофаги, напрямую останавливает размножение вирусов и усиливает синтез молекул MHC. IFN-γ синтезируется натуральными киллерами, T-лимфоцитами и клетками эпителиев. Об интерферонах третьего класса (IFNtype 3) пока науке известно не так много, но совершенно точно известно, что их синтез запускается и при вирусной, и при грибковой инфекции.

Интерфероны обладают довольно широким спектром биологического действия. Синтетические интерфероны применяются для лечения вирусных инфекций, рассеянного склероза, а также некоторых типов онкологических заболеваний – лейкозов и меланом.

Хемокины – группа из 50-ти сигнальных белков, которые выполняют функцию привлечения иммунных клеток. Эти молекулы получили название благодаря своей специализации. Они запускают хемотаксис иммунных клеток – движение в ответ на химический сигнал в очаг развития воспаления, а также другие иммунные процессы. У хемокинов есть специальные рецепторы, выполняющие функции антенн. Такого рода рецепторы способны улавливать сигналы от других иммунных клеток, даже если молекулы хемокинов присутствуют в очень низкой концентрации.

Как работают цитокины? Биологический эффект цитокинов осуществляются через соответствующие рецепторы которые находятся на поверхности иммунных клеток, на которые действуют эти сигнальные молекулы.



 

Действие цитокинов



Рассмотрим один пример действия цитокинов, направленного на привлечение иммунных клеток в очаг развития инфекции. В главе о клетках иммунитета мы рассказывали о дендритных клетках причудливой формы с отростками, которые способны захватывать патогены, переваривать их, а оставшиеся фрагменты встраивать в свою поверхность вместе с молекулой MHC – главным комплексом гистосовместимости. Дендритные клетки на молекулах МНС демонстрируют в том числе и Т-хелперам фрагменты разрушенного патогена. Т-хелперы распознают мишень, активируются, после чего запускается процесс выработки цитокинов.

Эти сигнальные молекулы привлекают в очаг инфекции фагоциты – макрофаги, нейтрофилы, эозинофилы, а также B-лимфоциты. Получив химические сигналы, эти клетки иммунитета уничтожают инфекционные агенты и помогают организму в ряде случаев приобрести иммунологическую память о конкретном патогене.


Опсонины – молекулы-метки

Молекулы-метки по основному механизму действия напоминают сигнальные молекулы, но, в отличие от них, не могут подавать сигнал иммунным клеткам без связывания со своей мишенью. Существует несколько типов молекул-меток. Мы остановимся на описании наиболее распространенных – иммуноглобулинов (Ig) или антител. Эти белки не убивают патогены, они представляют собой «маячки», которые помогают иммунным клеткам распознавать антигены – чужеродные частицы и организмы.



 

Классы антител



Антитела производятся плазматическими клетками в ответ на инфекцию, причем для каждого антигена формируются плазматические клетки, которые могут производить только один тип антител. Трехмерная форма молекулы напоминает латинскую букву «Y». Хотя схематическое изображение ее строения простое, на самом деле структура этих белков довольно сложна.

Существует несколько классов иммуноглобулинов IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. Все они отличаются молекулярной массой, составом аминокислот и выполняют разные функции. Схематично строение этих молекул представлено ниже.

Антитела циркулируют в крови, в лимфе и в других жидкостях организма. При встрече с патогеном, антитело фиксирует его с помощью двух доменов, которые напоминают верхние элементы буквы Y, образуя при этом иммунный комплекс или комплекс антиген-антитело.

Сила захвата антигенов различными антителами может быть разной, и от нее зависит эффективность иммунного ответа. Клетки иммунитета распознают комплекс антиген-антитело с помощью соответствующих рецепторов на своей поверхности и запускают иммунный ответ. Так, например, макрофаги, у которых есть рецепторы к «хвостовой» части молекулы антитела IgG, «поглотят» иммунный комплекс, отмеченный этим антителом. В результате этого процесса патоген будет нейтрализован.

IgM – высокомолекулярные иммуноглобулины, которые состоят из пяти «мономеров», соединенных между собой. Все остальные типы антител не имеют такой сложной организации, как IgM, и состоят из одного «мономера» в виде буквы «Y». Этот тип иммуноглобулинов активно синтезируется при первичном иммунном ответе, когда B-лимфоцит впервые встречает антиген.

IgG – основной тип антител, циркулирующий в крови. Эти иммуноглобулины вырабатываются при вторичном иммунном ответе, который развивается при повторной встрече с патогеном. Благодаря своим небольшим размерам только lgG способны преодолевать плацентарный барьер и обеспечивать иммунитет плода. Эти антитела дольше других находятся в организме.



 

Нейтрофил поглощает патогены, меченные антителами



Основной функцией IgA является защита от различных инфекций слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта, дыхательных и мочеполовых путей. Этот тип антител постоянно синтезируется лимфоцитами в тканях слизистых и мешает патогенам проникать внутрь организма. Несколько молекул IgA связываются с чужеродными частицами, окружая патоген, и в таком виде выводят его из организма.

Функции антител типа IgD, доля которых составляет менее 1 % всех антител в крови, до конца не выяснены. Известно, что в основном этот иммуноглобулин содержится на мембране большинства зрелых В-лимфоцитов. Также антитела типа lgD присутствуют в верхних дыхательных путях и после обнаружения своих мишеней взаимодействуют с базофилами – клетками-связистами, содержащими огромное количество сигнальных молекул для разных типов иммунных клеток.

Антитела IgE в свободном виде в плазме почти не встречаются. Этот тип иммуноглобулинов защищает организм от действия паразитарных инфекций. Их рецепторы присоединяются к хвостовой части эозинофилов. После того, как IgE связываются с паразитом и образуют комплекс антитело-антиген, эозинофилы его уничтожают. За счет IgE осуществляются многие аллергические реакции, поскольку базофилы и тучные клетки обнаруживают аллерген при помощи специальных рецепторов, а медиаторы воспаления – гистамин, простагландины и лейкотриены – запускают аллергические реакции.

Антитела способны захватывать не только чужеродные клетки, молекулы или частицы, но и клетки организма. В частности, это может происходить, если у молекул организма и у чужеродных молекул есть общие участки. В некоторых случаях это может приводить к запуску иммунного ответа, который будет направлен на здоровые клетки. Так в очень общих чертах выглядит механизм возникновения аутоиммунных заболеваний. Причиной таких недугов служит образование аутоантител – то есть таких антител, которые создают комплекс не с патогенами, а с собственными клетками или молекулами. В результате иммунные реакции, которые спровоцированы аутоантителами, вызывают хронические воспаления при аутоиммунных заболеваниях – системной красной волчанке, рассеянном склерозе, сахарном диабете и I типа, ревматоидном артрите и многих других.

Благодаря способности антител прочно связываться с антигенами, эти белковые молекулы можно использовать для разных видов диагностики, методов исследований, а также для лечения заболеваний.



 

Схема работы теста на беременность



Взаимодействие антиген-антитело довольно специфично. Антитела находят конкретную мишень, даже если ее окружают другие молекулы, и взаимодействуют только с ней. Эту особенность антител используют для диагностических тестов. Например, для экспресс-тестов на беременность. При беременности в организме женщины активно вырабатывается хорионический гонадотропин – гормон, который начинает выделяться с мочой спустя 12–15 дней после оплодотворения яйцеклетки. На тестовую полоску производители наносят антитела, которые образуют комплекс с этим гормоном. Если женщина беременна, то антитела обнаруживают в моче хорионический гонадотропин и случаях тест на беременность показывает положительный результат. Если этого гормона в моче нет, то на тесте останется только одна полоска. Подобный принцип лежит в основе многих других экспресс-тестов.

В некоторых случаях большое количество антител к определенному антигену в различных биологических жидкостях может свидетельствовать о наличии инфекционного заболевания или возбудителя. Данные о содержании антител в организме используются в диагностике. Например, распространенный анализ – госпитальный скрининг, который позволяет выявить ВИЧ, сифилис, гепатит B и C. Этот тип диагностики включает в себя определение количества антител в сыворотки крови человека ко всем указанным выше возбудителям: вирусу иммунодефицита человека, бактерии бледной трепонемы (Treponema pallidum), вызывающей сифилис, вирусов гепатита B и C, при инфицировании которыми происходит разрушение тканей печени.

Антитела активно используются для лечения различных заболеваний, как один из видов иммунотерапии, в том числе и для уничтожения злокачественных опухолей. С их помощью стимулируют иммунный ответ пациента в отношении опухолевых клеток. Для этого вида лечения подходят такие антитела, которые способны «узнавать» специфичные для опухолевых клеток молекулы – опухолевые антигены. Они в больших количествах присутствуют на поверхности больных клеток, и практически отсутствуют на поверхности здоровых. В ходе иммунотерапии к раковым клеткам присоединятся антитела, узнающие опухолевые антигены. Этот процесс служит сигналом для запуска иммунного ответа, в ходе которого опухоль может быть уничтожена.

Ученые используют антитела не только в иммунологических исследованиях и экспериментах. Они также широко применяются в клеточной биологии, физиологии и других областях знаний о живой природе. Поскольку антитела специфично связываются со своими мишенями, это создает возможность отслеживать наличие определенных молекул в тканях и клетках. Если предварительно антителу присвоить какую-либо метку (краситель, коллоидное золото и другие), то с ее помощью можно выявлять присутствие определенных веществ в растворах, тканях и в клетках. Также антитела используют для того, чтобы извлекать отдельные белки из растворов и биологических жидкостей.


Система комплемента

Скорее всего, вам с детства знакомо такое явление, как свертывание крови. После ранения поврежденные ткани выбрасывают молекулярные сигналы, запускающие каскад реакций, в результате которых формируются нерастворимые нити из фибрина. Они составляют основу кровяного сгустка. Благодаря этому процессу возможна остановка кровотечения. Похожим образом в крови работает еще один каскад реакций – система комплемента. С его помощью организм избавляется от в том числе и от бактериальных угроз. Система комплемента – часть врожденного иммунитета, реализующая свои функции только при условии последовательных взаимодействий ее компонентов.

Как устроена система комплемента? Это сеть, состоящая из примерно 50 белков сыворотки крови, которые работают в кооперации друг с другом. Основные функции этого каскада осуществляют 9 белков комплемента (С1–С9), а сами реакции запускаются тремя различными путями. Рассмотрим классический путь активации комплемента, который был открыт в первую очередь. Сначала белок C1 распознает мишень и его молекулы прикрепляются к чужеродным клеткам или к измененным клеткам организма. Далее запускается каскад реакций, при котором основные участники системы комплемента С2–С9 последовательно взаимодействуют друг с другом – постепенно расщепляются на фраг- менты, которые позже объединяются в молекулярные комплексы.



 

Система комплемента



В результате каскада реакций белков C1-C9 происходят следующие процессы:

1. Образование провоспалительных сигнальных молекул, которые привлекают иммунные клетки в очаг развития реакций после преобразований молекул С3 и С5 в фрагменты С3а и С5а. Эти сигнальные молекулы усиливают воспаление.

2. Образование опсонинов. Они связываются с чужеродными клетками, их частями, а в некоторых случаях и с собственными клетками организма. Опсонины указывают иммунным клеткам на то, что должно быть удалено из организма. Молекулы-опсонины, которые образуются при активации системы комплемента, выполняют фактически ту же функцию, что и антитела, обозначающие фрагменты клеток и клетки, которые необходимо удалить из организма.

3. Осуществление антимикробной функции. Благодаря реакциям белков С5–С9 происходит разрушение некоторых типов бактериальных клеток – грамотрицательных бактерий. Преобразованная молекула С5 способна объединяться с компонентами с С6 по С9. Молекулы С9 объединяются в структуру, напоминающую колодец. Эта конструкция встраивается в мембрану бактерии и образует в ней пору. Когда таких пор становится много, из клетки вытекает ее содержимое и микроб погибает.

Зачем системе комплемента 50 белков, если основные функции выполняют всего девять? Остальные белки – это регуляторы системы. Контроль очень важен – если активация системы комплемента будет происходить на здоровых клетках организма, то могут повреждаться ткани и органы, возникать очаги воспаления и развиться заболевания. Иногда дисрегуляция системы комплемента все же происходит. При этом, она работает либо недостаточно активно, либо чрезмерно эффективно. Это провоцирует возникновение патологических состояний, а также может осложнять последствия инсультов, инфарктов, нейродегенеративных и аутоиммунных заболеваний.


Иммунный ответ

После того, как вы познакомились практически со всеми органами, клетками и молекулами иммунитета, у вас могут возникнуть вопросы. Зачем нашей иммунной системе такое количество компонентов? Неужели нельзя обойтись несколькими сигнальными молекулами, двумя-тремя типами клеток, убивающих патогены, и несколькими видами опсонинов – молекул-меток?

К сожалению, или к счастью, это невозможно. Для того, чтобы прицельно, локально и быстро защищать организм от многих угроз, необходимы различные «инструменты», которые функционируют в рамках иммунного ответа. На его запуск организм тратит большое количество ресурсов. Поэтому существует множество компонентов иммунной системы, благодаря которым борьба с патогенами происходит эффективно и с наименьшими потерями.

Врожденный иммунитет и приобретенный иммунитет реагируют на патогены в организме человека по-разному. И тем не менее при запуске механизмов иммунного ответа и в том, и в другом случае происходит узнавание чужеродных клеток и молекул.

У системы врожденного иммунитета есть специальные распознающие или рецепторные молекулы – толл-подобные рецепторы или toll-like receptors (TLR). Всего в организме человека существует 10 подобных типов рецепторов. Они узнают наиболее общие для различных патогенов молекулярные структуры – паттерны. При этом каждый тип рецептора определяет какую-то одну вариацию структуры патогена. Эти паттерны – это сложные молекулы, состоящие из различных белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот. Их комбинации характерны для определенной группы патогенов – бактерий, вирусов, грибков, простейших, но не характерны для наших собственных клеток. Молекулярные паттерны выполняют функции «отпечатков пальцев». Они «выдают» патогенов иммунным клеткам – сообщают, какой именно инфекционный агент находится в организме и представляет угрозу для других клеток. Например, липополисахарид грамотрицательных бактерий или ЛПС. Липополисахарид – это комплекс липидов и полисахаридов, из которых состоит клеточная стенка этой группы бактерий. Грамотрицательные бактерии характерны тем, что у них есть клеточная стенка – особая защитная оболочка, в состав которой входит ЛПС. Получается, что ЛПС ассоциирован с определенной группой в том числе и патогенных бактерий.

Что происходит в организме при попадании грамотрицательной бактерии? Сначала на нее действует множество факторов внутренней среды. В результате этих процессов грамотрицательная бактерия может терять участки своей защитной оболочки. Далее следует реакция врожденного иммунитета – TLR рецепторы 4 типа, которые находятся на поверхности макрофагов, улавливают сигнал от ЛПС. Это активизирует макрофаги, и после получения сигнала они отправляются «на охоту» за бактерией. Здесь мы рассмотрели только один пример с TLR4, но вообще клетки врожденного иммунитета обладают множеством разных типов рецепторов к различным молекулярным паттернам патогенов: вирусным ДНК и РНК, белкам жгутиков особо опасных бактерий и другим молекулярным комплексам возбудителей инфекций. Благодаря способности рецепторов распознавать молекулы патогенов, клетки врожденного иммунитета (нейтрофилы, макрофаги и другие) получают сигналы об угрозах и начинают действовать – поглощать патогены и их части, выбрасывать токсичные для вредоносных микробов белки, пептиды, а также сигнальные молекулы для усиления воспаления и привлечения бóльшего количества иммунных клеток.

Ответ врожденного иммунитета запускается молниеносно. Уже через нескольких минут потенциальный возбудитель инфекции обезврежен, а спустя несколько часов иммунная система выводит его из организма.

После того, как воспалительные реакции врожденного иммунитета ускорили лимфоток организма, активизируются процессы приобретенного иммунитета. Дендритные клетки захватывают патогены, разрушают его внутри себя и направляются в ближайший лимфатический узел, где локализуются лимфоциты. После этого дендритная клетка размещает части патогена на своих молекулах MHC. Таким образом она показывает лимфоцитам – Т- и В-клеткам – «фоторобот» патогенов или молекулярные фрагменты вредителей. В зависимости от того, какова природа этого антигена и какому из лимфоцитов был этот антиген представлен, могут запускаться два типа реакций – гуморальный ответ, при котором образуется большое количество антител против конкретного антигена, и клеточный иммунный ответ. Он подразумевает образование лимфоцитов, способных убивать зараженные клетки или сигнализировать об угрозе.

Как только лимфоцит узнает мишень, он прекращает миграцию и за 4–5 дней превращается в лимфобласт – становится больше за счет увеличения объема ядра, цитоплазмы, накопления большого количества РНК и белка. Лимфобласт начинает делиться. В итоге образуется армия его «клонов», способных узнавать только один конкретный антиген. Если лимфобластом была B-клетка, то ее «клоны» превращаются в плазматические клетки – они производят молекулы антител против одного антигена. В том случае, если лимфобластом была T-клетка, ее клоны становятся Т-лимфоцитами, способными напрямую убивать зараженные клетки или активировать иммунные клетки других типов. Большая часть антител и Т-лимфоцитов погибает после ликвидации угрозы за исключением клеток памяти. Они необходимы для того, чтобы при повторной встрече с патогеном обеспечить вторичный иммунный ответ. При запуске этого процесса организм вырабатывает больше антител, чем при первичном иммунном ответе. Так что благодаря явлению иммунологической памяти организм быстрее и эффективнее справляется с угрозами.

Несмотря на то, что организм обладает мощной защитной системой, срабатывает она не всегда. Если некоторые компоненты иммунитета работают плохо, необходимы вспомогательные вещества для лечения инфекционных заболеваний. Например, антибиотики.

Антибиотики (от др.-греч. άντί – «против»; βίος – «жизнь») – это соединения природного (бактериального, грибкового, растительного, животного) или синтетического происхождения, подавляющие рост живых клеток или вызывающие их гибель.

Впервые идея о создании «магической пули», которую можно было бы прицельно направлять на бактерии, принадлежит Паулю Эрлиху. В 1909 году Эрлих перебрал более 600 мышьяк-содержащих препаратов и нашел сальварсан («препарат 606»), который помогал вылечить больных сифилисом даже в критическом состоянии. Но препарат был токсичным, поэтому Эрлих продолжал экспериментировать и стремился сделать его более эффективным и безопасным.



 

Эксперименты Александра Флеминга



Спустя 30 лет после работ Пауля Эрлиха, Александр Флеминг открыл первый антибиотик – пенициллин, выделенный из плесневого гриба рода Penicillium. На фотографии ниже – примерно те же образования в чашке Петри, которые наблюдал сам Александр Флеминг. Они и натолкнули великого ученого на мысль об использовании веществ из гриба для борьбы с бактериями.

Примечательно то, что не все грибы рода Penicillium способны продуцировать пенициллин. Хорошо знакомые нам представители этого рода – Penicillium camamberti и Penicillium roqueforti – благородные плесени, которые используются в производстве сыров камамбер, рокфор и других сортов, этот антибиотик не производят. Впрочем, они способны продуцировать другие метаболиты – органические кислоты, кетоны и спирты – которые препятствуют заражению этих вкуснейших сыров различными бактериями, в том числе довольно опасными для человека штаммами Salmonella typhimurium, Listeria monocytogenes и др.





Сыры рокфор и камамбер



Александр Флеминг работал с неочищенным фильтратом питательной среды, на которой выращивался гриб и выяснил, что этот препарат даже будучи разведенным в сотни раз задерживает рост бактерий и, что было особенно важно, не был столь ядовит для животных. Но понадобилось еще около 12 лет, чтобы пенициллин выделили в кристаллическом виде и стали вводить больным. Проделали эту трудную и кропотливую работу Эрнест Чейн и Говард Флори. Миллионы человеческих жизней, обреченных на гибель от воспаления легких, менингита, ангины, сифилиса, гонореи и других опасных заболеваний, вызываемых микробами, были спасены. Авторы открытия А. Флеминг, Г. Флори и Э. Чейн были удостоены Нобелевской премии в 1946 году.



Эрнест Чейн



Говард Флори



В медицине принято классифицировать антибиотические препараты в соответствии с их химической структурой. Выделяют около десятка различных групп антибиотиков, у каждой из которых есть своя мишень. В роли такой мишени выступают важные для бактерии процессы – синтез белка или нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), а также образование пептидогликана для построения клеточной стенки. Некоторые антибиотики вызывают разрушение цитоплазматической мембраны – оболочки клетки бактерий, а также нарушение процессов образования богатых энергией соединений. Действуя на какой-либо из этих процессов, можно вывести бактерию из строя. Почему же при таком количестве опасных для жизни бактерий мишеней у них со временем развивается устойчивость к различным антибиотикам?

Советский пенициллин был получен независимо от английских исследователей во время второй мировой войны. Зинаида Виссарионовна Ермольева обнаружила штамм гриба пенициллиума, который активно производил антибиотик. В самые кратчайшие сроки удалось очистить пенициллин, провести самые простые клинические тесты, а эффективность препарата проверялась уже во время лечения. Советский пенициллин спас тысячи солдат от заражения крови, газовой гангрены – омертвения тканей, вызванного анаэробной бактерией рода Clostridium, воспаления легких и других поражений микробами в условиях Второй мировой войны.

Дело в том, что многие из описанных мишеней для антибиотиков – это ферменты – белковые катализаторы (белки, задающие направление химическим реакциям и ускоряющие их ход). Как и все белки, они кодируются последовательностью ДНК. Мы знаем, что бактерии довольно быстро размножаются в процессе деления. При этом происходит и удвоение молекулы ДНК, так что каждая дочерняя клетка получает свою копию генетической информации. При копировании молекулы ДНК могут происходить ошибки – мутации, в результате чего в некоторых случаях происходит изменение структуры белковых молекул, в том числе и молекул-мишеней для антибиотиков. Стоит структуре фермента измениться, и антибиотик перестает действовать на эту мишень. Он больше не способен навредить бактериальной клетке.

Относительно недавно стало известно, что бактерии могут эти самые плазмиды получать в прямом смысле из воздуха! Кольцевые молекулы ДНК, несущие гены устойчивости к различным группам антибиотиков, в том числе и к антибиотическим препаратам «последнего резерва» могут присоединяться к твердым частицам в воздухе, а бактерии способны эту пыль поглощать, приобретая таким образом новые гены. Международной группой ученых были проведены исследования пыли из 19-ти городов мира 8-ми разных климатических зон. Было показано, что больше всего частичек с генами устойчивости «летает» в Сан-Франциско, а самым распространенными по всему миру оказались гены устойчивости к пенициллинам. Ученых насторожило то, что в воздухе 6-ти исследуемых городов были обнаружены гены устойчивости к ванкомицину, антибиотику «последней надежды». По мнению исследователей появление этой «опасной пыли» происходит из-за испарения сточных вод фабрик, ферм и больниц, где довольно широко используются антибиотики. Они попадают в воды, и обитающие там микроорганизмы постепенно вырабатывают устойчивость к препаратам, а затем эти гены распространяются воздушными потоками.

Существует еще один способ, благодаря которому бактерии могут получить устойчивость к антибиотикам – горизонтальный перенос генов. Дело в том, что у этих организмов помимо основной ДНК есть еще небольшие кольцевые молекулы ДНК – плазмиды. Они часто несут в себе гены устойчивости к антибиотикам. Передавая друг другу такие плазмиды, бактерии распространяют невосприимчивость в тому или другому типу антибиотических препаратов.

Помимо антибиотиков существуют и другие способы для запуска борьбы с патогенами, если организм не может сам с ними справиться: введение иммунных сывороток с готовыми антителами к возбудителям заболеваний, использование синтетических цитокинов – молекул-регуляторов иммунного ответа, и многие другие.

Но в большинстве случаев, наш иммунитет в норме может ликвидировать практически любую инфекцию даже без запуска воспалительных процессов. Поэтому так важно поддерживать работу этой системы и избегать заблуждений, связанных с ее функционированием. Теоретические знания, представленные в этой главе, а также во всех предыдущих, помогут разобраться в псевдонаучных представлениях об иммунитете.

Поиск

ИНФОРМАТИКА

ФИЗИКА

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

ХИМИЯ

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

Поделиться

ИЗО

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

ВСЕРОССИЙСКИЕ ПРОВЕРОЧНЫЕ РАБОТЫ

ОГЭ И ЕГЭ

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

ГОЛОВОЛОМКИ, ВИКТОРИНЫ, ЗАГАДКИ

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж

НА ПЕРЕМЕНКЕ И ПОСЛЕ УРОКОВ

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net Самое современное лечение грыж
Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru