Клеточный иммунитет - теория, основоположники и роль

Многообразие теорий иммунитета

В ходе эволюции иммунной системы человека развился мощный защитный механизм против бактерий, вирусов и паразитов. Он называется врожденный иммунитет.

Функции врожденного иммунитета осуществляются следующим образом:

• Посредством механической защищенности в процессе вторжения патогенов.
• За счет клеточного иммунитета.
• За счет гуморальных факторов.

Мечников является основоположником клеточной (фагоцитарной) теории иммунитета, а Эрлих смог обосновать гуморальную теорию иммунитета.

Фундаментом гуморального иммунитета служит принцип ликвидации инородных элементов через жидкости внутренней сферы (через кровь). Отличительной чертой процесса является формирование иммунной памяти, препятствующей вторжению в будущем бактерий и вирусов.

Кроме клеточного и гуморального, были и другие теории иммунитета:

• вирусолог М. Ф. Бёрнет разработал клонально — селективную теорию функционирования иммунной защиты;
• Фридрих Брейнль и Феликс Гауровиц выступили инициаторами создания инструктивной теории иммунитета.
• М. Гейдельбергом и Л. Полингом выдвинута новая теория иммунитета, предусматривающая образование комплекса антигенов и антител в виде решетки.
• шведский иммунолог Н. К. Йерне предложил теорию естественного отбора в антителообразовании.

Все эти иммунные теории легли в основу иммунологии как науки, позволили ученым обобщить исторически сложившийся опыт относительно деятельности иммунной системы человека.

Эксперименты Эрлиха с токсинами и антитоксинами

В 1889 году Эрлих на несколько месяцев поехал в Египет лечиться от туберкулеза. Вернувшись в Берлин, он решил оставить прежнюю работу в благотворительной больнице. Вместо этого он продолжил исследование в съемной квартире, которую превратил в частную лабораторию. Эрлих анализировал образцы тканей.

В этой области он уже сделал себе имя. Целью его деятельности было узнать больше о том, что происходит внутри клетки, в частности, как влияют на неё инфекционные болезни. Окрашивая образцы, Эрлих делал видимыми разные участки клетки.

Это также помогало понять химическую природу разных компонентов клетки.

Но опыты требовали много труда и времени. В том же году Эрлих понял, что его опыты с окрашенными тканями ведут его к цели кружным путем.

Он решил испробовать другой подход. Экспериментируя с мышами, Эрлих изучил действие токсинов, выделяемых бактериями. В качестве образца он использовал фитотоксины: белки рицин и абрин. Эрлих ввёл токсины в корм мышей.

Опыт помог открыть и доказать, что если вводить токсины медленно и постепенно, мышь может выдержать во много раз больше, чем смертельная доза. Другими словами, у мышей развивались защитные силы.

Они стали устойчивыми к токсическим веществам, которые нейтрализовались антитоксинами. Теперь Эрлих хотел узнать, взаимодействуют ли токсины и антитоксины напрямую, как при химической реакции или же нужна какая-то третья сила.

С помощью экспериментов Эрлих показал, что токсин и соответствующий антитоксин, полученные из сыворотки крови иммунизированных животных, реагируют друг с другом без участия живых клеток. Токсин и антитоксин соединяются, как любые молекулы при химической реакции.

Эрлих продолжил развивать свои идеи и в 1897 году опубликовал богато иллюстрированную теорию боковых цепей. Он обнаружил, что боковые цепи — это антитоксины, расположенные в клеточных мембранах в определенной форме. Когда токсин связывается с соответствующей боковой цепью, он стимулирует клетку образовывать другие подобные цепи.

Они связывают другие молекулы токсина. Излишек боковых цепей выпускается в кровь, нейтрализуя токсин в плазме даже вне тела, в пробирке.

Победа над дифтеритом и учение Мечникова

Одной из нерешенных медицинских проблем того времени было лекарство от дифтерита. От этой бактериальной инфекции гортани только в одной Германии ежегодно умирали десятки тысяч людей, в том числе дети.

В то время другой великий ученый работал над тем, чтобы создать сыворотку против дифтерита — Роберт Кох. Он нанял Эрлиха, который благодаря своей работе с фитотоксинами мог взять на себя контроль над сыворотками крови и проверку их эффективности.

Эрлих улучшил способы увеличения иммунизирующего эффекта животной крови с антителами. Вместе с Эмилем Адольфом фон Берингом, создателем противодифтерийной сыворотки, Пауль Эрлих добился успеха в получении и промышленном производстве этой сыворотки. Это обеспечило сохранение множества жизней.

Однако многие инфекционные болезни не поддавались лечению сывороткой. Эрлих понял, что у сывороток есть свои ограничения. Он начал проверять влияние химических веществ на инфекции.

Его величайшим успехом в этой новой области стал сальварсан — первое эффективное лекарство от сифилиса. Благодаря этому достижению Пауль Эрлих считается основоположником химиотерапии.

Однако в 1908 году он получил Нобелевскую премию за работу не в области химии, а иммунологии. Эрлих разделил премию с биологом из России Ильей Мечниковым.

По теории Мечникова, возбудители болезни идентифицируются фагоцитами, которые атакуют и уничтожают их. Основу его фагоцитарной теории составили три основных свойства фагоцитов:

• способность фагоцитов защищать и очищать организм от инфекций, токсинов и продуктов распада тканей;
• возможность фагоцитов секретировать биологически активные вещества и ферменты;
• способность фагоцитов представлять (располагать) антигены на мембране клетки.

В мае 1882 года из-за политических интриг Мечников вынужден был покинуть Одесский университет. Оскорблённый, он уехал с семьей в Италию, чтобы спокойно продолжать научную работу.

В Мессине Мечников занялся биологическим развитием низших морских животных. Во время опытов он скармливал морским звездам красящие вещества. Мечников заметил, что частички краски окружают и поглощают некоторые клетки. Он понял, что эта часть защитной системы против захватчиков.

Роль фагоцитов в борьбе с болезнями

Мечников поставил в Мессине свой решающий эксперимент. Он надеялся, что полупрозрачные личинки морских звезд позволят наблюдать за процессом, который он хотел изучить. В саду он нашел инородное тело, довольно мелкое для его опыта. Он решил использовать острые шипы розы, чтобы ввести их личинкам.

С помощью вазелина Мечников подготовил предметное стекло, чтобы капнуть на него каплю морской воды с личинками. Затем началась самая сложная работа под микроскопом. Мечников осторожно вел розовый шип в личинку. За ночь фагоциты окружили шип, чтобы сразиться с пришельцем.

На основе этого опыта Мечников развил теорию фагоцитов. Основатель фагоцитарной теории иммунитета работал над ней 25 лет. Среди прочего Мечников наблюдал активную роль фагоцитов в борьбе с патогенами на примере водяных блох. Часто их инфицирует грибки-паразиты, и в результате блохи умирают.

Мечников заметил, что иногда вскоре после заражения, споры грибка уничтожаются фагоцитами, и блоха выживает. Он наблюдал, как фагоциты успешно борются с инфекционной болезнью.

Позже в экспериментах с теплокровными, он также заметил, что прививка от болезни, например, сибирской язвы, усиливает активность фагоцитов. Мечников сделал вывод, что суть иммунитета — это обучение фагоцитов бороться с конкретным патогеном.

Большинство его ученых-коллег сочли теорию фагоцитов настолько невразумительной, что отвергли её, даже не пытаясь опровергнуть опытами. Даже Роберт Кох отверг гипотезу Мечникова, но 20 лет спустя он признал, что был неправ.

Ученые разделились на два лагеря: одни были за теорию боковых цепей Эрлиха, другие — за фагоциты Мечникова. Казалось невозможным, чтобы существовали и фагоциты, и антитоксины. Только после 1900 года было найдено связующее звено для двух теорий. И нашел его не кто иной, как Мечников.

Взаимодействие антител и антигенов

В 1903 году теория опсонинов Алмрота Райта (1861−1947) внесла большой вклад в развитие учения. По теории Райта, кровь содержит вещества опсонины, которые делают атакующие клетки, уязвимыми для фагоцитов. Современной науке известно химическое строение антител, их теперь называют антитоксины или опсонины.

Более тысячи аминокислот образуют сложную молекулу, напоминающую по форме букву Y. Такова базовая структура всех антител. Но места связывания на конце двух рожек (Y), позволяют составлять миллионы вариаций. Такое связывание позволяет каждому антителу подходить к конкретному антигену. Это может быть инородный токсин, бактерия или вирус.

На поверхности каждого антигена есть формы, к которым могут прикрепиться лишь конкретные антитела. Только если антитело подходит к антигену как ключ к замку, захватчика можно нейтрализовать. Молекулы антител слипаются с антигенами, которых теперь могут уничтожить фагоциты.

Антитела и фагоциты работают вместе, но не фагоциты решают, атаковать ли чужеродную клетку. Патрулируя по организму, фагоциты предоставляют лимфоцитам — клеткам-помощникам, собственный материал — тело, а лимфоциты решают нужно ли принимать защитные меры.

Если нужно, они дают команду фагоцитам начать специфическую атаку. Сегодня науке известны главные компоненты иммунной системы и их функции. Иммунология давно стала отдельной отраслью медицины.

В ней кроется ключ ко многим нерешенным медицинским проблемам. От многих болезней существуют вакцины, но человечество по-прежнему бессильно против СПИДа. Это болезнь, чей патоген ВИЧ атакует клетки человеческой иммунной системы.

Сегодня современные генетические методы помогают определить слабые места вируса, которые можно атаковать с помощью лекарств. В будущем иммунологи смогут обеспечивать людей новыми формами лечения рака, аутоиммунных болезней и ослабленного иммунитета, революционными терапиями, которые по масштабу и эффективности будут сравнимы с открытием пенициллина.