Як працює імунітет

Кожна людина знайомий з загадковим словом «імунітет» - механізмом захисту організму від шкідливих і чужорідних об'єктів. Але як працює імунна система, чи справляється вона і як ми можемо їй допомогти? Як відбувалися відкриття в цій галузі і що вони дали і дають?

Ілля Мечников і його відкриття

Ще в давнину люди розуміли, що організм має особливий захист. Під час епідемій віспи, чуми і холери, коли похоронні команди не встигали прибирати з вулиць трупи, були і ті, хто справлявся з хворобою або ті, кого вона взагалі не торкнулася. Значить, в організмі людини існує механізм, що захищає його від інфекцій ззовні. Його назвали імунітетом (від латинського immunitas - звільнення, позбавлення від чого небудь) - це здатність організму чинити опір, знешкоджувати і руйнувати чужорідні клітини, різні інфекції і віруси.

Ще в стародавньому Китаї лікарями було помічено, що одного разу перехворів людина більше не захворів віспою (епідемія віспи вперше прокотилася Китаєм в IV столітті). Ці спостереження привели до перших спроб захиститися від інфекції за допомогою штучного зараження інфекційним матеріалом. Лікарі стали вдувати в ніс здоровим людям подрібнені віспяні струпи, робили «ін'єкції» здоровим людям з вмісту бульбашок хворих віспою. У Туреччині першими «піддослідними кроликами» були дівчатка, яких ростили для гарему, щоб їх краса не страждала від рубців після віспи.

Вчені довго билися над поясненням цих явищ.

Батьком-засновником імунології в кінці 19 століття є відомий французький лікар Луї Пастер, який вважав, що несприйнятливість організму до мікробів і хвороб визначається тим, що тіло людини не підходить мікробам як живильне середовище, але описати механізм імунного процесу він не зміг.

Вперше це зробив великий український біолог і патолог Ілля Мечников, який з дитинства виявляв інтерес до природознавства. Закінчивши за 2 роки 4-х річний курс природного відділення Харківського університету, він займався дослідженнями в ембріології безхребетних і в 19 років став кандидатом наук, а в 22 роки - доктором наук і очолив новостворену організований Бактеріологічний інститут в Одесі, де вивчав дію захисних клітин собаки , кролика і мавпи на мікроби, що викликають різні інфекційні захворювання.

Пізніше, Ілля Мечников, вивчаючи внутрішньоклітинне травлення безхребетних, спостерігав під мікроскопом за личинкою морської зірки та його осінила нова думка. Подібно до того, як у людини відбувається запалення при скалку, коли клітини протидіють чужорідного тіла, він припустив, що щось подібне має відбуватися і при скалку, вставленої в будь-яке тіло. Він ввів шип троянди в рухливі прозорі клітини морської зірки (амебоцити) і через деякий час побачив, що амебоцити скупчилися навколо скалки і намагалися або поглинути чужорідне тіло, або створювали навколо нього захисний шар.

Так Мечникову спало на думку, що існують клітини, які виконують в організмі захисну функцію.

У 1883 році Мечников виступив на з'їзді природознавців і лікарів в Одесі з доповіддю «Цілющі сили організму», де вперше озвучив своє уявлення про спеціальні органах захисту організму. У своїй доповіді він вперше припустив, що до системи цілющих органів хребетних слід віднести селезінку, лімфатичні залози і кістковий мозок.

Сказано це було понад 130 років тому, коли лікарі всерйоз вважали, що організм звільняється від бактерій тільки за допомогою сечі, поту, жовчі і кишкового вмісту.

У 1987 році Мечников з родиною залишив Україну і на запрошення мікробіолога Луї Пастера став завідувати лабораторією в приватному інституті Пастера в Парижі (Луї Пастер відомий тим, що розробив щеплення проти сказу, використовуючи висушений мозок заражених сказом кроликів, проти сибірської виразки, холери курей, краснухи свиней).

Мечников і Пастер ввели нове поняття «імунітет», під яким розуміли несприйнятливість організму до різного роду інфекцій, будь-яким генетично чужорідним клітинам.

Мечников назвав клітини, які або поглинали, або обволікали чужорідне тіло, що потрапило в організм, фагоцитами, що в перекладі з латинської означає «пожирачі», а саме явище - фагоцитозу. Більше 20 років знадобилося вченому, щоб довести свою теорію.

До клітинам-фагоцитам відносяться лейкоцити, яких Мечников ділив на мікрофаги і макрофаги. «Радари» фагоцитів засікає в організмі шкідливий об'єкт, знищують його (руйнують, перетравлюють) і виставляють на поверхню своєї клітинної мембрани антигени перевареної частки. Після цього, вступаючи в контакт з іншими клітинами імунітету, фагоцит передає їм інформацію про шкідливий об'єкт - бактеріях, віруси, гриби та інших патогенів. Ці клітини «запам'ятовують» представлений антиген, щоб при повторному його попаданні зуміти дати відсіч. Такою була його теорія.

Говорячи про Іллю Мечникова додам, що він створив першу російську школу мікробіологів, імунологів і патологів, був багатогранний у своїх знаннях (його, наприклад, цікавили питання старіння) і помер на чужині в 1916 році після перенесених інфарктів у віці 71 року. Мечникову довелося пережити смерть першої дружини від туберкульозу, шалений наукове протистояння з німецькими микробиологами Паулем Ерліхом і Робертом Кохом, які геть відкидали теорію фагоцитозу. Тоді Мечников приїхав в керований Кохом Гігієнічний інститут в Берліні, щоб показати деякі підсумки роботи за фагоцитозу, але це не переконало Коха і тільки через 19 років після першої зустрічі з українським дослідником, в 1906 році Кох публічно визнав свою неправоту. Мечников також працював над вакциною від туберкульозу, черевного тифу та сифілісу. Він розробив профілактичну мазь, яку випробував на собі, спеціально заразившись сифілісом. Ця мазь захистила безліч солдатів, серед яких поширеність хвороби доходила до 20%. Зараз ряд бактеріологічних і імунологічних інстітутовУкаіни носить ім'я І. І. Мечникова).

Пауль Ерліх доводив, що головна роль в захисті від інфекцій належить не клітинам, а відкритим їм антитіл - специфічним молекулам, які утворюються в сироватці крові у відповідь на впровадження агресора. Теорія Ерліха отримала назву теорії гуморального імунітету (це та частина імунної системи, яка здійснює свою функцію в рідких середовищах організму - крові, міжтканинних рідинах).

Присуджуючи в 1908 році вченим - противникам Мечникову і Ерліха престижну премію на двох, тодішні члени Нобелівського комітету навіть не припускали, що їх рішення було пророчим: обидва вчених в своїх теоріях мали рацію.

Вони розкрили лише деякі ключові моменти «першої лінії оборони» - системи вродженого імунітету.

Два види імунітету їх взаємозв'язок

Як виявилося, в природі існують дві лінії захисту або два види імунітету. Перша - система вродженого імунітету, яка націлена на руйнування клітинної мембрани чужорідної клітини. Вона властива всім живим істотам - від блішки дрозофіли до людини. Але якщо все ж будь-якої білкової молекулі-чужинця вдалося прорватися крізь «першу лінію оборони», з нею розправляється «друга лінія» - набутий імунітет. Вроджений імунітет передаються дитині ще під час вагітності, у спадок.

Набутий (специфічний) імунітет - це вища форма захисту, яка властива тільки хребетним. Механізм придбаного імунітету дуже складний: при попаданні в організм чужорідної білкової молекули, білі кров'яні клітини (лейкоцити) починають виробляти антитіла - на кожен білок (антиген) виробляється своє певне антитіло. Спочатку активуються так звані T-клітини (T-лімфоцити), які починають виробляти активні речовини, що запускають синтез антитіл B-клітинами (B-лімфоцити). Сила або слабкість імунної системи зазвичай оцінюється за кількістю саме B- і T-клітин. Потім вироблені антитіла «сідають» на шкідливі білки-антигени, які знаходяться на поверхні вірусу або бактерії і розвиток інфекції в організмі блокується.

Як і вроджений імунітет, набутий імунітет поділяють на клітинний (T-лімфоцити) і гуморальний (антитіла, які продукують B-лімфоцитами).

Процес вироблення захисних антитіл запускається не відразу, у нього є певний інкубаційний період, що залежить від типу патогена. Але якщо процес активації пішов, то при спробі інфекції знову проникнути в організм, B-клітини, які можуть довго перебувати в «сплячому стані», моментально реагують виробленням антитіл і інфекція буде знищена. Тому на деякі види інфекцій у людини виробляється імунітет на все життя.

Система вродженого імунітету неспецифічна і не володіє «довгостроковій пам'яттю», вона реагує на молекулярні структури, що входять до складу клітинної мембрани бактерій, притаманних усім патогенних мікроорганізмів.

У 1973 році Ральф Штайнман відкрив новий вид клітин, які назвав дендритними, оскільки зовні вони нагадували дендрити нейронів, що мають розгалужене будова. Клітини виявилися у всіх тканинах організму людини, які стикалися з зовнішнім середовищем: в шкірі, легенях, слизовій оболонці шлунково-кишкового тракту.

Штайнман довів, що дендритні клітини служать посередниками між вродженим і набутим імунітетом. Тобто «перша лінія оборони» подає через них сигнал, який активує T-клітини і запускає каскад вироблення антитіл B-клітинами.

Головне завдання дендроцітов полягає в тому, щоб захоплювати антигени і підносити їх Т- і В-лімфоцитів. Вони можуть навіть висовувати «щупальця» крізь поверхню слизової оболонки, щоб збирати антигени зовні. Переваривши чужорідні речовини, вони виставляють їх фрагменти на своїй поверхні і переміщаються в лімфовузли, де і відбувається їх зустріч з лімфоцитами. Ті інспектують пред'явлені фрагменти, пізнають «образ ворога» і розвивається потужну імунну відповідь.

Ральф Штайнман зумів довести, що у імунітету існує особливий «диригент». Це спеціальні клітини-годинні, які постійно зайняті пошуком чужорідних вторгнень в організм. Зазвичай вони розташовані на шкірі, слизових покривах і чекають своєї години, щоб почати діяти. Виявивши «чужих», дендритні клітини починають бити в барабан - подають сигнал Т-лімфоцитам, які в свою чергу попереджають інші імунні клітини про готовність відбити атаки. Дендритні клітини можуть забирати білки у патогенів та пред'являти їх вродженої імунної системи для впізнання.

Подальші дослідження Штайнмана та інших вчених показали, що дендроціти регулюють активність імунної системи, перешкоджаючи атакам на власні молекули організму і розвитку аутоімунних хвороб

Штайнман зрозумів, що «диригенти» імунної системи можуть спрацювати не тільки в боротьбі з інфекціями, але і в лікуванні аутоімунних захворювань і пухлин. На основі дендритних клітин він створив вакцини від декількох видів раку, які проходять клінічні випробування. У лабораторії Штайнмана зараз працюють над вакциною проти ВІЛ. На них покладають надії і онкологи.

Головним випробуваним в боротьбі з онкологічним захворюванням став він сам.

Рокфеллеровській університет заявив, що винайдене Штайнману лікування раку дійсно продовжило йому життя. Вчений зумів прожити чотири з половиною роки при тому, що шанси продовжити життя хоча б на рік для цього виду раку становлять не більше 5 відсотків. За тиждень до смерті він продовжував працювати у себе в лабораторії, а помер за кілька годин до рішення Нобелівського комітету про присудження йому престижної премії (хоча за правилами Нобелівська премія посмертно не присуджується, але в даному випадку було зроблено виняток і грошові кошти отримала сім'я вченого) .

теорія імунітету

Подальший внесок у теорію імунітету вніс американський іммуннобіолог російсько-узбецького походження Руслан Меджитов, який після закінчення Ташкентського університету та аспірантури в МГУ, в подальшому став професором Єльського університету (США) і науковим світилом у світовій імунології.

Він виявив на клітинах людини білкові рецептори і простежив їх роль в імунній системі.

І вони виявили ці рецептори, що призводять в готовність гілка імунної системи - Т-клітини і В-клітини, що відображають атаки хвороботворних мікроорганізмів і отримали назву Толл- рецепторів. Рецептори в першу чергу розташовуються на клітинах-фагоцитах, що відповідають за вроджений імунітет.

Під великим збільшенням електронного мікроскопа з скануючої приставкою на поверхні В-лімфоцитів видно численні мікроворсинки. На цих мікроворсинки розташовуються молекулярної величини структури - рецептори (чутливі апарати), що розпізнають антигени - складні речовини, що викликають в організмі імунну реакцію. Ця реакція полягає в утворенні антитіл клітинами лімфоїдного ряду. Кількість (щільність розташування) таких рецепторів на поверхні В-лімфоцитів дуже велика.

Виявилося, що в імунних клітинах людини кожен рецептор спеціалізується на певному класі патогенів - один діє на білки одноклітинних паразитів, інший - на грибкові, третій - на віруси і так далі. Вони розпізнають структурні компоненти патогенів та запускають механізм відповідної реакції організму. Природа подбала про те, щоб кожен з рецепторів розпізнавав досить великий клас патогенів. У вродженої же системі, навпаки, формується надзвичайно різноманітний набір рецепторів під один специфічний патоген.

Було встановлено, що вроджена імунна система закладена в геномі організму. Для всіх сущих на Землі вроджений імунітет - головний. І тільки у найбільш «просунутих» по сходах еволюції організмів - вищих хребетних - на додаток виникає імунітет набутий. Однак саме вроджений керує його запуском і подальшою роботою.

У наступному повідомленні розповімо про органи імунної системи, про збої в ній, чи можна поправити імунітет, а також про важливу тему - імунітет і рак.