История иммунной системы

Иммунная система в движении

Прежде чем мы перейдем к многоклеточным организмам и их защитным механизмам, которые приближают нас к нашей собственной иммунной системе, хотелось бы бросить еще один взгляд на одноклеточных. Ведь наряду с цианобактериями, бактериями и археями существует еще множество других микроскопических форм жизни, состоящих всего из одной клетки. Биологи насчитывают 63 тысячи видов одноклеточных на нашей планете, из которых 36 тысяч — представители животного царства, а 27 тысяч — растительного (одноклеточные водоросли). Но эти виды относятся уже не к древним прокариотам, не имеющим клеточных ядер, а к эукариотам. Греческое eu означает «правильный». Таким образом, в отличие от бактерий, речь идет о «правильных» клетках с ядрами, к которым причисляют и клетки нашего тела, также являющиеся эукариотами.

Амебы образуют большую группу одноклеточных форм жизни. С эволюционной точки зрения они очень старые. Старейшие ископаемые останки этих существ насчитывают около 400 миллионов лет. Таким образом, появление первых амеб приходится на палеозойскую эру, а точнее говоря, на девонский или силурийский период. Раковинные амебы под микроскопом напоминают крошечных улиток, хотя состоят из одной-единственной клетки. Они живут внутри самостоятельно построенных раковин в пресной воде, сырых мхах и влажной почве. Биолог Александр Шмидт из Йенского университета обнаружил в найденном в Баварии древнем янтаре, возраст которого составляет сто миллионов лет, микроскопическую раковинную амебу, рядом с которой находились водоросли, одноклеточные ресничные инфузории и архаические грибки. Эта редкая находка показывает, насколько разнообразным был уже в то время состав одноклеточных[6].

Для группы амеб характерно то, что ее представители не имеют постоянной формы тела. В отличие от бактерий и вирусов, это довольно большие существа — от 0,1 до 1 миллиметра в поперечнике. Самые большие из них видны невооруженным глазом. В редких случаях гигантские амебы достигают в размерах 3 миллиметров.

Понятие «амеба» не относится к какому-то одному виду. Наряду с амебами, которых считают представителями животного царства (радиоляриями, солнечниками, фораминиферами), существуют и амебы, стоящие ближе к водорослям и осуществляющие фотосинтез. В связи с этим их порой относят к зеленым водорослям. К числу амеб причисляют и слизевиков. Их популяции порой вырастают до колоний внушительных размеров, которые носят название плазмодиев и могут медленно передвигаться по подушке из слизи по лесным почвам или сгнившим стволам деревьев, которые служат им пищей. Несмотря на то что плазмодий по форме имеет некоторое сходство с грибками, слизевики таковыми не являются, однако, как и грибы, они неспособны использовать солнечный свет для получения энергии и вынуждены находить пищу во внешней среде.

Колонии слизевиков используются в биологических лабораториях в качестве моделей, на которых исследуются инфекции, спровоцированные бактериями, например легионеллой. У людей они порой вызывают тяжелые заболевания дыхательных путей. Легионелла может инфицировать и слизевиков, но те не сдаются без боя. В качестве иммунного ответа они просто ее поедают. Это процесс называется фагоцитозом. Греческое слово phagein означает «пожирать», а cytos в данном контексте переводится как «клетка». Следовательно, амебы — это клетки-пожиратели. Клетки слизевиков обволакивают возбудителей со всех сторон и переваривают. Это ничем не отличается от того, как они обычно питаются.

Фагоцитоз известен и у других видов амеб. Для этого у них внутри имеется свободное пространство, которое называется вакуолью. В ней частицы пищи или возбудители болезней измельчаются и перевариваются. Это самая примитивная и древняя форма пищеварительной полости, то есть древнейший «желудок». Несколько лет назад биологи установили, что колонии амеб, в частности уже знакомых нам слизевиков, имеют специализированные клетки, задача которых заключается в том, чтобы целенаправленно находить возбудителей болезни, атаковать и поедать их. Эти особые клетки циркулируют внутри колонии, чтобы защищать ее от патогенов[7]. Их специализированная деятельность представляет собой простейшую форму иммунной системы.

Британский специалист по молекулярной и иммунной биологии Роберт Джек и французский зоолог Луи дю Паскье так описывают амеб в книге, посвященной эволюции иммунной системы: «Чем бы мы ни считали амебу, она прежде всего представляет собой иммунную систему, находящуюся в движении»[8]. Это крайне интересное замечание с точки зрения естественной истории развития иммунной системы. Из него вытекают две вещи. Во-первых, даже у одноклеточных существ, живущих колониями, наблюдается некое подобие разделения труда — свойство многоклеточных организмов, в которых различные типы клеток выполняют разные задачи. Во-вторых, специализированные клетки амеб, которые предназначены для удаления возбудителей болезней из колонии, можно рассматривать как зачатки фагоцитов высших организмов, в том числе и нас самих.

Обитающие в нашей иммунной системе клетки-пожиратели — это белые кровяные тельца, или лейкоциты. Как и амебы, они занимаются фагоцитозом. Биологи называют их фагоцитами. Подобно амебам, наши фагоциты обволакивают возбудителей болезней со всех сторон и переваривают. Такой способ борьбы был «изобретен» амебами сотни миллионов лет назад. Что же касается фагоцитов, то мы еще вернемся к ним для более подробного рассмотрения.

Эвглена (слева) и амеба (справа)

Однако амебы являются не только родоначальниками иммунной системы и модельными организмами для изучения инфекционных заболеваний. Некоторые их представители и сами вызывают желудочно-кишечные заболевания, такие как амебная дизентерия, которая может отличаться тяжелым течением. Другие провоцируют воспаление в головном или спинном мозге. Так называемый первичный амебный менингит, то есть воспаление мозговых оболочек, более чем в 90 процентах случаев приводит к смерти. Это заболевание имеет также экологическую природу: инфекционные амебы особенно активно размножаются в промышленных сточных водах и в загрязненных водоемах. Особенно страдают от этих патогенов жаркие регионы мира.

Трихомонада

Наряду с бактериями, вирусами и амебами в роли возбудителей болезней человека и животных могут выступать и другие виды одноклеточных. Так, например, в 2016 году Германское общество протозоологии объявило возбудителем года трихомонаду. Это одноклеточное существо вызывает, прежде всего у женщин, воспалительные процессы мочевыводящих путей и слизистых оболочек половых органов. Доказано, что трихомонадная инфекция повышает риск заражения ВИЧ и развития рака шейки матки. У мужчин возрастает риск развития рака предстательной железы.

В первой главе мы занимались только одноклеточными, и уже одно только это позволило нам познакомиться с такими основополагающими чертами иммунной системы, которые мы наблюдаем и у человека, как клетки-пожиратели, иммунопротеины, естественная смерть клеток, маркировка возбудителей болезней, обучаемость иммунной системы и т. п. Даже у самых древних и простейших форм жизни уже на протяжении многих сотен миллионов лет наблюдаются эти основные иммунные функции.

Из последующих глав вы узнаете, насколько наша собственная иммунная система поддерживает эти древние естественно-исторические традиции и как выработанные другими живыми существами в ходе эволюции свойства иммунитета помогают нам защищаться от неблагоприятных воздействий окружающей среды, беря от нее все полезное. Мы используем опыт, накопленный другими существами. Иммунная система становилась по мере развития жизни все сложнее и «умнее», так как была способна к обучению. С момента возникновения жизни и вплоть до появления Homo sapiens она всегда была тесно связана с окружающей средой, обеспечивая живым существам возможность пользоваться пространством для обитания и помогая избегать исходящих от него опасностей.

Поскольку до сегодняшнего дня эти задачи не изменились, иммунная система, как и прежде, представляет собой механизм взаимодействия с окружающей средой. Пространство для обитания и иммунную систему невозможно рассматривать отдельно друг от друга. Они находятся в эволюционном равновесии. Поэтому изменение состояния окружающей среды — положительное или отрицательное — неизменно влечет последствия для иммунной системы. Об этом мы еще подробно поговорим.

Особенно заметна тесная взаимосвязь между организмом и средой его обитания в царстве растений, которые в большинстве случаев прочно привязаны корнями к одному месту или, если речь идет о водорослях, постоянно омываются водой со всеми содержащимися в ней патогенами. Они тоже не могли бы жить, если бы их иммунная система не была неразрывно связана с окружающей средой. Следующая глава будет посвящена растительным формам жизни.