Медична імунологія та імунологія рослин
«Бесіди про нову імунологію» — під такою назвою вийшла 1976 р. киша одного з лідерів сучасної імунології та її блискучого популяризатора академіка Рема Вікторовича Петрова.
Вийшла і незабаром стала бестселером. І це не дивно. Адже для того, щоб назвати вже існуючу науку новою, у ній мають бути здійснені принципово важливі відкриття та розкрито нові перспективи для її подальшого розвитку. Про це і йдеться в цій чудовій книзі, з якої стає зрозумілим, що імунологія перетворилася на одну з найцікавіших і найцікавіших дисциплін усієї біології, та й не тільки біології.
Стара імунологія народилася 1881 р., коли знаменитий французький мікробіолог Луї Пастер, повернувшись із відпустки, виявив, що забув вилити культури збудників курячої холери. Висохлі й перегріті культури перестали викликати хворобу у курей, по найдивовижнішим виявилося те, що птахів, яким вводили ці культури, не вдавалося заразити свіжою культурою холерних бактерій. Так було створено принцип захисту від хвороб, заснований на запровадження в організм ослабленої культури її збудників.
Однак Пастер був далекий від розуміння деталей хвороби та створення теорії імунітету. Понад те, він думав, що мікроорганізми, що у складі вакцини, споживають у мікроорганізмі деякі речовини, у результаті останній виявляється поживно неповноцінним і тому не придатним наступного зараження. Створення теорії імунітету стало долею інших дослідників.
Наприкінці минулого століття Ілля Ілліч Мечников, працюючи в Пастерівському інституті в Парижі, відкрив фагоцити — особливі клітини, що пожирають чужорідні включення, і таким чином створив клітинну теорію імунітету. Щоб виявити фагоцити, достатньо ввести тварині шматочки вугілля.Фагоцити, наковтавшись сажі, стають темними та добре помітними під мікроскопом.
Одночасно з Мечниковим Пауль Ерліх розробив гуморальну теорію імунітету, відкривши існування антитіл, що пов'язують високомолекулярні антигени. Протягом кількох років не затихала гостра дискусія між Мечниковим та Ерліхом, у якій кожен відстоював свою теорію імунітету. Майбутнє показало, що обидва вони мали рацію. У результаті обом було присуджено Нобелівську премію створення клітинної і гумморальної теорій, є вінцем старої імунології.
Стара імунологія - це наука про несприйнятливість організму до інфекційних хвороб. Так її визначив Мечніков наприкінці минулого століття. Така імунологія, що отримала ще назву інфекційної, була лише на клініку. Вона народилася із суворої необхідності боротьби з хвороботворними мікробами та проіснувала близько 60 років. Проте кілька десятків років тому наші уявлення про імунологію настільки розширилися, що виникла потреба у перегляді раніше прийнятих понять. Ось тут і зародилася нова імунологія.
Йшли важкі роки Другої світової війни. Фашисти бомбили Лондон. Медевар працював у цей час в одному зі шпиталів Лондона, намагаючись пересаджувати обпаленим людям здорову донорську шкіру. Чужа шкіра не хотіла приживатися. Медевар довів, що причиною цього є імунна система, яка відкидає невластивий їй чужорідний трансплантат. У наступні роки стало зрозумілим, наскільки тонкі відтінки здатні розрізняти імунну систему організму. Остання спрацьовує на чужорідну тканину, що відрізняється від власної навіть за одним геном, тобто за мінімальною ознакою.
Таким чином, якщо раніше імунну систему розглядали як захист організму від інфекції, то після робіт Медевара вдокорінно змінилися уявлення про імунологію. Виявилося, що завдання імунітету значно ширше — знищувати клітини, що генетично відрізняються від клітин власного тіла. Оскільки мікроби для організму також є чужорідними, то дія імунітету спрямована проти них теж. Захист від мікробів – лише окремий випадок діяльності імунної системи.
Але навіщо організму ссавців такий жорсткий імунологічний контроль, здатний знищити клітину, що відрізняється від клітин свого тіла лише одним геном? Для цього мають бути серйозні підстави.
Вважається, що саме це питання, яке найчіткіше сформулював Нобелівський лауреат Френк Макферлан Вернет у 1964 р., і зробило імунологію повою. І нова імунологія дала на нього наступну відповідь.
У багатоклітинному організмі при співіснуванні генетично ідентичних клітин неминуче повинні виникати клітини-мутанти. Відомо, що в організмі людини, що містить 10 13 клітин, у кожний момент має бути не менше десяти мільйонів клітин-мутантів. Оскільки імунна система здатна відрізняти чужорідність, що полягає лише в одному гені, було припущено, що вона і несе функцію нагляду за генетичною сталістю організму, знищуючи клітини-мутанти. Це означає, що багатоклітинні організми могли виникнути лише під наглядом власної імунної системи.
«Імунітет — це спосіб захисту організму від живих тіл і речовин, які мають ознаки чужорідності. У поняття живих тіл і речовин, що несуть на собі ознаки чужорідного геному, можуть бути включені бактерії, віруси, найпростіші, черв'яки, білки, тканини, змінені аутоантигени, у тому числі й ракові». Таким чином, завдання нової імунології значно ширші за стару. Остання є лише частиною повної імунології, іншими словами,імунологія з медичної дисципліни перетворилася на загальнобіологічну.
Імунітет має все живе — від амеби до людини. Однак у організмів, що знаходяться на різних щаблях еволюційних сходів, він виражений по-різному. Але як би не розрізнялися механізми знищення чужорідності в організмів, що перебувають на різних еволюційних рівнях, їх об'єднує загальна властивість — необхідність розпізнати цю чужорідність перед тим, як її ліквідувати. Недарма центральна догма імунітету, сформульована Бернетом, свідчить, що головною функцією імунних систем є розпізнавання свого та чужого. Саме це властивість: розпізнати чужорідність, щоб її знищити чи відкинути, і ріднить між собою імунні системи всього живого. І як буде видно з наступного викладу, вищі рослини добре вписуються в цю систему, не будучи винятком.
Отримані на цей час результати дозволяють вважати, що імунітет рослин контролює як стійкість до паразитарним організмам, а й охороняє їх цілісність і генетичну сталість. У його віданні є такі явища, як сумісність тканин при щепленнях; сумісність антигенів пилку та маточка при запиленні; реакції, які у відповідь поранення; детоксикація екзо- та ендотоксинів, і зокрема ксенобіотиків. Однак механізми імунітету рослин часто зовсім несхожі на ті, з якими доводиться мати справу імунологам тварин.
З давніх-давен люди намагалися зрозуміти причини хвороб рослин і знайти засоби для їх лікування. Проте вчення про хвороби рослин стало оформлятися як наука лише на початку ХХ століття. Це й не дивно, адже люди насамперед намагалися позбавитися своїх хвороб, а хвороби рослин турбували їх меншою мірою.
Ще 1903 р. один із основоположників вчення про імунітет І. І. Мечников у монографії «Несприйнятливість до інфекційних хвороб» присвятив окремий розділ імунітету рослин. Він писав, що в ботаніці питання про несприйнятливість залишалося на задньому плані, тому ми не маємо про нього ніяких спеціальних робіт.
Вчення про імунітет рослин почало розвиватися у період, коли основні принципи імунітету людини і тварин були вже встановлені. Не дивно тому, що рослинники намагалися йти шляхами, прокладеними медиками, які вже досягли на той час визначних практичних результатів. Тим більше, що найвидатніші фітопатологи були медиками за освітою. Однак спроби імунізувати та вакцинувати рослини в надії на утворення у них специфічних антитіл виявилися безуспішними. Щоправда, часом вдалося отримати деякий захисний ефект, який виявлявся локальним і короткочасним.
Невдачі імунізації рослин на зразок тварин значною мірою стомили і розчарували дослідників. Можливо, тому в наступні 50 років фітоімунологи переважно накопичували факти, що головним чином стосуються тих змін, які відбуваються в хворій рослині, тобто займалася фітопатологією (від грецького pathos - страждання, logos - вчення) - наукою про страждання рослин, а аж ніяк не фітоімунологією. Цей період характеризується повною невідповідністю між потоком приватних повідомлень та фактичною відсутністю спроб теоретично узагальнити цей матеріал.
На той час медицина вже зазнала кілька поколінь спеціалізацій: вона розділилася на автономні розділи, які, своєю чергою, стали родоначальниками нових напрямів. У складі імунології виділилися такі самостійні розділи, якалергологія, імунобіологія, імуногенетика, імунопатологія, клінічна імунологія, судово-медична імунологія, імунологія ембріогенезу, імунологія інфекцій, імунохімія, трансплантаційний імунітет, імунологічна толерантність та ін.
Відставання фітоімунології багато в чому пояснюється значними відмінностями природи імунітету рослин і тварин, які стали ясними не відразу. Захист людини і тварин, як відомо, заснований на прийомах імунізації та вакцинації, пов'язаних із підвищенням в організмі концентрації імуноспецифічних антитіл, які є продуктом тривалої еволюції їх організмів. Диференціювання тканин тварин зайшло настільки далеко, що у них з'явилися спеціалізовані органи, тканини та клітини, відповідальні за імунну систему. Це така сама самостійна система, як нервова, серцево-судинна та ін. Імунна система пронизує все тіло і є сукупністю всіх лімфоїдних органів і клітин. Складовими цієї системи є тимус, селезінка, кістковий мозок, групові лімфотичні фолікули та, нарешті, лімфоцити, які є центральною фігурою імунної системи. Останні за образним висловом Р. У. Петрова є «всюдисущими детективами нашого тіла», завдання яких знайти чужорідне початок і знешкодити його.
В останнє десятиліття вдалося виявити дві незалежні групи В - і Т-лімфоцитів, взаємодія яких та їхня спільна робота з макрофагами забезпечує всю гаму імунологічних реакцій. Для функціонування лімфоцитів необхідна гумморальна система, здатна доставити антитіла в будь-яку точку тіла, де виникає потреба.
Нічого схожого рослин немає, їх диференціювання значно примітивніше. Рослина має судинну систему флоеми та ксилеми, апротопласти окремих клітин повідомляються між собою за допомогою систем плазмодесм (ксилема - основна водопровідна тканина судинних рослин; флоема - тканина, що проводить пластичні речовини і просторово пов'язана з ксилемою в загальну провідну систему; плазмодесми - плазматичні містки між клітинами). Спеціалізованих органів імунної системи рослин немає. Зважаючи на те, що кожна рослинна клітина може за певних умов дати початок цілій рослині, можна вважати, що вона несе в собі всі функції, в тому числі і імунні. За цих умов очікувати, що в рослинних тканинах можуть утворюватися і функціонувати антитіла в їхньому класичному розумінні, неможливо.
Здавалося, що імунітет рослин ґрунтується на деяких спеціальних механізмах, що не мають нічого спільного з механізмами тварин. Але так було тільки доти, поки старі поняття імунології не були переосмислені, внаслідок чого виникла нова імунологія, яка докорінно змінила паші уявлення про імунітет взагалі.
З цих позицій фітоімунітет слід розглядати як систему, що охороняє структурну та функціональну цілісність рослин, засновану на властивості розпізнавати та відкидати генетично чужорідну інформацію. Рослини не мають імунокомпетентних лімфоцитів і не здатні утворювати антитіла, але їм, як, втім, і всьому живому, властива здатність розпізнавати генетично чужорідні клітини та молекули.