История иммунной системы

Растения как мастера использования иммунопротеинов

До сих пор я исходил из предположения, что все читатели имеют базовое понятие о протеинах. Точно так же недавно СМИ были заполнены информацией о SARS-CoV-2 — вирусном возбудителе заболевания дыхательных путей COVID-19, и никому не надо было объяснять, что это такое, поэтому я позволил себе и в этой книге упомянуть об этой болезни как о чем-то само собой разумеющемся. Но, поскольку в последующем разделе мы будем вплотную заниматься иммунопротеинами, которым принадлежит главная роль и в главах об иммунной системе животных и человека, я все же хотел бы дать некоторые пояснения на этот счет.

Протеины — это белки. Они служат строительным материалом для нашего тела, а также для организмов других форм жизни. Протеины, которые требуются нам каждый день, производятся в процессе белкового биосинтеза. Этот процесс протекает, как мы помним, на протеиновых фабриках клеток, которые называются рибосомами. Чертежи для строительства протеинов находятся в нашей ДНК. Там они копируются на мРНК и транспортируются к рибосомам. Вирусы тоже состоят из белков, но им не требуется собственное производство. Для этих целей они используют клетки организма-хозяина, в которые внедряют свои собственные «чертежи». Эта процедура нам тоже уже знакома.

Особую известность приобрел белковый шип коронавируса. Он служит для прикрепления к клетке, которую вирус намерен заразить. Таким шипами пользуются многие вирусы, в том числе возбудители гриппа и бактериофаги. Риновирусы, вызывающие простудные заболевания, имеют на своей поверхности схожие белковые выросты, похожие на пальцы[15]. Антитела, которые наш организм образует после перенесенной инфекции или вакцинации, — тоже протеины.

Строение и функции протеинов зависят от последовательности и формы соединения аминокислот, из которых они состоят. В качестве знакомых примеров можно назвать такие структурные протеины, как коллаген и эластин, придающие нашей коже прочность и эластичность. Пищеварительные энзимы, которые помогают усваивать пищу, также относятся к протеинам.

У растений не обнаружена адаптивная иммунная система, которая после контакта с возбудителями может быстро образовать белковые антитела. Насколько нам сегодня известно, растения не располагают специализированными защитными клетками, которые, подобно клеткам-пожирателям в колониях амеб, передвигаются по организму растений. Растительный иммунитет функционирует очень прямолинейно: иммунопротеины, распознающие болезнетворных пришельцев, располагаются в непосредственной близости к растительным клеткам, словно привратники. Обнаружив вирус или бактерию, они запускают цепь молекулярных механизмов, направленных против возбудителя. Эти защитные функции берут на себя также относительно простые — в сравнении со специальными защитными клетками человека или животных — иммунопротеины.

«Белки-детекторы» в растительных организмах называются резистентными белками, или просто R-белками. Многие растительные вирусы имеют геометрически правильную и симметричную форму, напоминающую кристаллы. R-белки реагируют на эти формы и на отдельные молекулы на поверхности возбудителей, например на бактериальные или вирусные белки. Они распознают уже упомянутые РАМР — типичные молекулярные структуры и паттерны патогена, облегчающие идентификацию[16].

Растительный вирус в форме кристалла

Учтите, что мы в данном случае имеем дело с защитными механизмами, сосредоточенными на конкретных клетках. Как уже было сказано, иммунопротеины располагаются вблизи клеток и запускают региональные механизмы защиты, состоящие из других протеинов, которые должны деактивировать возбудитель. Причина в том, что растения ведут оседлый образ жизни, то есть привязаны к месту произрастания. У них отсутствует кровеносная система, как у людей или животных. Конечно, у высших растений имеются сосуды, по которым транспортируются вода, сахар и питательные вещества, но в них отсутствуют клетки наподобие наших красных и белых кровяных телец, а это значит, что нет курсирующих по организму иммунных клеток. Иммунитет растений ориентируется на конкретные клетки, и этот механизм в ходе эволюции доведен до совершенства. Растительные иммунопротеины стоят на страже безопасности клетки, постоянно отслеживают все молекулярные процессы вокруг нее и целенаправленно реагируют на них. Если же установлено, что возбудитель все-таки проник в клетку и размножается, угрожая здоровью всего растения, протеины идут на крайнюю меру и убивают зараженную клетку[17]. Этим приемом владеет и наша иммунная система, как нам еще предстоит убедиться.

Хотя растения не обладают такими приобретенными иммунными функциями, как образование антител, нам известны из мира растений схожие, хотя и не идентичные функции. Биологи говорят об эволюционной конвергенции между иммунными системами большинства позвоночных животных, включая людей, и иммунными системами растений. Это значит, что между ними образовались совпадения или аналогии, хотя мы не происходим от растений, как и они от нас. Растительная ветвь развития очень рано отделилась от животной (а позднее человеческой). Тем не менее иммунной системе растений свойственна такая черта, как память, и ее можно совершенствовать в ходе контактов с возбудителями болезней.

Способность иммунной системы растений к обучению и запоминанию обусловлена более высокой активностью R-белков, которые распознают паттерны и структуры патогенов. R-белки постоянно адаптируются к новым вирусам или бактериям, с которыми им приходится сталкиваться. Аналогичным образом и патогены адаптируют свои стратегии уклонения, используемые для того, чтобы избежать действия защитных белков растения. В идеале между ними возникает равновесие.

Постоянно адаптируются к новой ситуации и энзимы, которые также задействуются в рамках иммунной реакции растений. Опыт, приобретенный методом проб и ошибок, сохраняется в ДНК и передается по наследству следующим поколениям растительных клеток. Все это создает в итоге такое качество растительной иммунной системы, как обучаемость. Этот процесс напоминает составление архива возбудителей в ДНК бактерий, который используется для борьбы очередных поколений против бактериофагов.

Биологи говорят о врожденной памяти иммунной системы растений[18]. Это свойство проявляет себя медленнее, чем наша приобретенная адаптивная иммунная система, которая в течение нескольких дней может освоить производство специфических антител против возбудителя. Именно поэтому иммунобиологическая память растений является не адаптивной, а врожденной.