2. Досягнення у дослідженні імунітету
Серологія.Функція поширення гормонів була лише однією з нових властивостей крові, відкритих наприкінці XIX ст. Як носій антитіл, кров виконує рользахисника організму від інфекцій. (Тепер важко повірити, що півтора століття тому лікарі вважали кровопускання кращим способом допомогти хворому.) Використання захисних властивостей крові проти мікроорганізмів отримало розвиток у роботах двох помічників Коха, німецьких бактеріологів Еміля Берінга -1917) і Пауля Ерліха (1854-1915). Берінг відкрив, що введення тваринам бактерійних культур стимулює вироблення в рідкій частині крові (кров'яній сироватці)специфічних антитіл. Якщо потім цю сироватку ввести іншій тварині, вона принаймні на якийсь час буденесприйнятливодо цього захворювання.
Берінг вирішив перевірити своє відкриття надифтерії, захворювання, яке вражає в основному дітей і дуже часто закінчувалося смертю. Якщо дитина виживала після дифтерії, вона ставала несприйнятливою (імунною) до цієї хвороби. Але навіщо змушувати організм дитини виробляти власні антитіла у боротьбі з бактеріальними токсинами? Чому б не приготувати антитіла в організмі тварини, а потім уже імунну сироватку ввести в організм хвору дитину? Застосуванняантитоксичної сироваткипід час епідемії дифтерії 1892 р. різко скоротило дитячу смертність.
Свій експеримент Берінг проводив за участю Ерліха, який розробив конкретне дозування та способи лікування. НадаліЕрліхвиконував дослідження самостійно, ретельно відшліфовуючи методи використання сироватки.
Його по праву можна вважати засновникомсерології— вчення про фізичні, хімічні табіологічні властивості сироватки крові та про методи її приготування. Коли ці методи ставлять за мету створення несприйнятливості до захворювання, наука називаєтьсяімунологією.
Бельгійський бактеріологЖуль Борде(1870 - 1939) був іншим великим серологом, який зробив великий внесок у становлення цієї науки. У 1898 р., працюючи у Парижі під керівництвомІ. І. Мечникова, він відкрив, що антитіла, присутні внагрітійдо 55 ° С сироватці крові, по суті, залишаються незмінними, зберігаючи здатність з'єднуватися з тими ж речовинами (антигенами), з якими вони з'єднувалися до нагрівання. Проте спроможність сироватки вражати бактерії зникає. Виникло припущення, що якийсь дуженестійкий компонент(або група компонентів) сироватки дієдоповнення(комплементу) до антитіла, перш ніж останнє вступає в боротьбу з бактерією. Борде назвав цей компоненталексином, а Ерліх-комплементом; остання назва прийнята і зараз.
У 1901 р. Борде показав, що якщо антитіло реагує з антигеном (чужорідним білком), комплементвиснажується. Такий процес фіксації комплементу виявився важливим для діагностики сифілісу. Ця діагностика була розроблена в 1906 р. німецьким бактеріологомАвгустом фон Вассерманом(1866 - 1925) і досі відома якреакція Вассермана.
У реакції Вассермана сироватка крові хворого реагує з певними антигенами. Якщо у сироватці містяться антитіла проти збудника сифілісу, реакція здійснюється та комплемент зникає.Втратакомплементу означаєпозитивнуреакцію на сифіліс. Якщо комплемент не втрачається, реакції немає і, отже, сифілісу у пацієнта немає.
Клонально-селекційна теорія імунітету.Подальший розвиток імунології пов'язаний з діяльністю видатного австралійського вченогоФренка Бернета(1899-1985). Сильне впливом геть його наукові інтереси справила загибель 12 дітей, яким було зроблено вакцинація проти дифтерії у Мельбурні 1928 р. У ході розслідування Бернет встановив, що смерть дітей було викликано контамінацією вакцини стафілококом. Його зацікавило питання, як організм захищається проти подібних інфекцій.
Завдяки спеціальній субсидії вивчення вірусних захворювань, в 1932. 1933 гг. Бернет продовжував дослідження в галузі вірусів тварин у Великій Британії. У процесі роботи він удосконалив запропоновану 1931 р.Є. Гудпасчеромметодику культивування вірусів урозвиваютьсякурячих ембріонах. Віруси не здатні існувати поза живими клітинами; водночас клітини ссавців важко вирощувати у лабораторних умовахin vitro.
Успіх Бернета в культивуванні вірусів у курячих ембріонах пояснювався тим, що курячі ембріони не виробляють антитіла проти вірусів і, отже, не можуть протистояти вірусній інфекції.
З погляду Бернета, всі теорії, що пояснюють утворення антитіл, можна було розбити на дві групи. «Згідноселекційнимтеоріям, - писав він згодом, - антиген активізуєвже наявнуспецифічну реакцію; відповідно ж зінструктивнимитеоріями антиген викликає формуванняновоїтакої реакції у відповідних клітинах».ПаульЕрліх, який розробив першу серйозну теорію імунітету (селекційну), вважав, що антитіла являють собою рецептори на поверхні клітин; у відповідь на зв'язування з ними антигенів клітини починаютьвиробляти антитіла в надлишку.
У 30-х рр., після того якКарл Ландштейнервстановив, що у мишей можуть вироблятися антитіла на різніхімічніречовини, що не зустрічаються в природних умовах, теорія Ерліха та інші селекційні теорії були значною мірою похитнуті. Здавалося малоймовірним, щоб у тварин могла існувати така кількість специфічних преформованих рецепторів до незвичайних речовин, і тому більшість імунологів стали прихильниками інструктивних теорій. Найбільш серйозною з них була теорія, запропонованаЛайнусом Полінгом, який припустив, що антигени захоплюються клітинами, і молекули антитілобволікаютьїх, утворюючи тим самим щільно підігнану специфічну матрицю.
Бернет вважав, що інструктивні теорії не враховують того, що він називав «ключовою проблемою імунології», а саме: «як імунізовані тваринирозрізняютьвведені ним речовини тварин іншого виду від своїх аналогічних речовин?». З позицій інструктивних теорій, на його думку, важко було пояснити такесаморозпізнавання, тобто. здатність організму «пізнавати» власні білки. На підставі своїх даних про те, що у курячих ембріонів не виробляються антитіла до вірусів, він припустив, що тварини не виробляють антитіла до всіх речовин, які потрапляють в їх організм на ранніх стадіях розвитку, і що такий ранній контакт з антитілами відіграє ключову роль у саморозпізнаванні і толерантності (3) (переносимості) до власних речовин.
Бернет та його колеги намагалися виробитиштучнутолерантність у курчат, протягом короткого часу впливаючи на нихсинтетичнимиантигенами. Однак цяспроба увінчалася успіхом, т.к. – це з'ясувалося згодом – для формуваннятривалоїтолерантності контакт з антигеном також має бутитривалим. У 1953 р. Пітер Медавар і його співробітники домоглися штучної толерантності, в дослідах з пересадки шкіри на мишах, і тим самим підтвердили теорію Бернета.
Пітер Медаварприщепив мишачихембріонівклітини мишачих тканин, але від мишей іншої лінії (з іншимгаплотипом) . Передбачалося, що коли ембріони почнуть самостійне життя і набудуть здатності виробляти антитіла, щеплені їм ще до народження білки вже не повинні бути чужорідними. І справді, виявилося, що дорослі миші, щеплені в ембріональному стані, на відміну від нещеплених приймали пересадку шкіри від мишей іншої лінії.
У 1960 р.БернетутаМедаварубуло присуджено Нобелівську премію з фізіології та медицини «за відкриттяштучної імунної толерантності». Їхня робота, що спростувала інструктивні теорії, започаткувала розвиток сучасних теорій імунітету. У Нобелівській лекції "Імунне саморозпізнавання" ("Immunological Recognition of Self") Бернет розглядав "лише одну проблему: яким чином організм хребетних тварин відрізняє "своє" від "чужого» в імунологічному відношенні і як розвивається ця здатність?» На закінчення він сказав, що «єдиним можливим підходом до вирішення даної проблеми є селекційні теорії імунітету, які повинні розроблятися на клітинній і, можливо, клональній основі.
Відповідно доклонально-селекційної теорії, розробленої наприкінці 50-х років.Бернетом,Девідом Талмейджем,Нільсом ЕрнетаДжошуаЛедербергом, уембріонамістяться «зразки»всіх тих мільйонів антитіл, які в принципі можуть вироблятися у дорослої тварини. Кожна антитілопродукуюча клітина може виробляти лише один тип антитіл. Під часкритичногоперіодувнутрішньоутробного розвитку та на ранніх стадіях позаутробного життя кожна клітина, що зустрічається з антигеном, що відповідає її специфічному антитілу (т. е. «власним» антигеном),знищуєтьсяабо інактивується. В результаті до кінця критичного періоду всі клітини, що несуть антитіла проти власних антигенів організму, видаляються із сукупності антитілопродукуючих клітин.
Основні положення клонально-селекційної теорії:
Антитіла та лімфоцити з необхідною специфічністю вже існують в організмі до першого контакту з антигеном.
Лімфоцити, що беруть участь в імунній відповіді, мають антигенспецифічнірецепторина поверхні своїх мембран. У разіB-лімфоцитіврецепторами є молекули тієї ж специфічності, що й антитіла, які ці лімфоцити згодом продукують та виділяють.
Кожен лімфоцит несе на поверхні рецептори лише однієї специфічності.
Лімфоцит, сенсибілізований антигеном, проходить кілька стадійпроліфераціїі формуєклонплазматичних клітин. Плазматичні клітини синтезують антитіла лише тієї специфічності, на яку було запрограмовано лімфоцит-попередник. Сигналами до проліферації є зв'язування антигену іцитокіни, що виділяються іншими клітинами (насамперед,Т-хелперами). Самі активовані В-лімфоцити також виділяють цитокіни.
Завдяки цьому механізму клональної селекції антитіламожуть накопичуватися у досить високій концентрації, щоб ефективно боротися з інфекцією. Подібний механізм існує для селекції антигенспецифічнихT-лімфоцитів.
Проліферуючим клонам необхідночасдля утворення достатньої кількості клітин. Ось чому зазвичай проходить кілька днів після контакту з антигеном, перш ніж у сироватці крові виявляються в досить високій концентрації антитіла. Оскільки ці антитіла утворилися в результаті дії антигени, говорять пропридбанийімунітет.
Інтенсивність відповіді зростає головним чином за рахунок збільшення числа клітин, здатних сприймати антигенний стимул. При цьому частина нащадків вихідного В-лімфоциту перетворюються на довгоживучіВ-клітини пам'яті, що і призводить до здатності імунної системи запам'ятовувати контакт з антигеном (виникає набутий специфічний імунітет проти даного збудника).
У 1961 р. відкрили орган, що визначає здатність організму на ранніх стадіях його розвитку виробляти антитіла. Ним виявиласязобна залоза(тимус), де продукуютьсялімфоцити(рід білих кров'яних клітин), у функцію яких входить утворення антитіл. Відразу після народження людини лімфоцити направляються з тимусу в лімфовузли та кров'яне русло. Через деякий час лімфовузли вже можуть існувати власними силами, а тимус після досягнення людиною статевої зрілості скорочується і зникає.
Генерація різноманітності антитіл.Зрозуміло, що в організмі не може бути такоївеличезноїкількостігенів, що синтезують необхідну кількість антитіл кожної певної специфічності. Виявилося, що при дозріванні В-лімфоцитів відбувається специфічна соматична рекомбінація(V(D)J рекомбінація), механізм якої відкривСудзумі Тонегава. Існують і інші механізми збільшення різноманітності антитіл - наприклад,соматичний гіпермутагенез.