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.
В реакции Вассермана сыворотка крови больного реагирует с определенными антигенами. Если в сыворотке содержатся антитела против возбудителя сифилиса, реакция осуществляется и комплемент исчезает. Утрата комплемента означает положительную реакцию на сифилис. Если комплемент не теряется, реакции не происходит и, следовательно, сифилиса у пациента нет.
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.
Дата добавления: 2016-03-04; просмотров: 1290;