Оболочники — «изобретатели» макрофагов и естественных киллеров

С этой точки зрения оболочники могут считаться «изобретателями» не только естественных киллеров, но и макрофагов как особо эффективной формы фагоцитов.

Часть 2

Иммунитет людей и других позвоночных

Глава 4

Инновации позвоночных животных: от иммунной клетки к антителам

Оболочники являются тем порогом в естественной истории, за которым открывается царство позвоночных животных. Как уже было сказано, позвоночник образовался из простой опорной трубки оболочников. Переход к позвоночным животным знаменует появление адаптивной, или приобретенной, иммунной системы, которая дает живым существам возможность с помощью антител целенаправленно бороться с возбудителями болезней, с которыми они вступают в контакт. Мы подходим к одному из главных вопросов «почему?» в иммунологии: «Почему появились антитела?» Поиск ответов приблизит нас к более полному пониманию способа функционирования человеческой иммунной системы, которой и посвящается эта часть книги.

«Большой взрыв» в иммунобиологии

В ходе совместной эволюции с организмами-хозяевами патогенные организмы постоянно вырабатывают новые стратегии, чтобы обойти иммунную систему хозяев. Эта гонка происходит между бактериями и бактериофагами, водорослями и вирусами, амебами и бактериями, листьями табака и вирусами табачной мозаики, стрекающими и патогенными одноклеточными, обитающими в морской воде, дрозофилами и осами-паразитами, летучими мышами и коронавирусом, людьми и возбудителями гриппа… короче говоря, повсеместно и постоянно в нашем разнообразном живом мире. Иммунный ответ организма-хозяина адаптируется к изменениям, происходящим в возбудителе, а тот, в свою очередь, путем мутаций и естественной селекции вырабатывает новые стратегии, чтобы избежать иммунной системы хозяина. Это называется иммунным уклонением.

Чем дольше продолжалось эволюционное развитие многоклеточных, тем заметнее становилось отставание животных, людей и растений от микробов. Это отставание эволюционные биологи называют разрывом поколений. Микроорганизмы получали всё большее преимущество по сравнению с многоклеточными. Это объясняется тем, что они могут быстрее размножаться, чем более сложные живые существа. Смена поколений у них происходит намного чаще, чем у более развитых организмов-хозяев.

Для того чтобы эволюционная адаптация сохраняла свою эффективность, она должна передаваться по наследству из поколения в поколение. У многих бактерий и других одноклеточных время смены поколений составляет несколько минут. Изменения и новшества могут быть зафиксированы в генетическом материале намного быстрее, чем у людей, животных или растений. Если исходить из того, что период смены поколений у Homo sapiens составляет 20 лет, то у бактерий этот процесс происходит в 500–600 тысяч раз оперативнее. Их эволюционные карманные часы тикают в бешеном темпе, оставляя далеко за спиной человеческие ходики с маятником.

Поэтому если задать себе вопрос, почему позвоночным животным понадобилась адаптивная иммунная система с антителами, то ответ будет таким: потому что многоклеточные формы жизни обязаны были найти способ компенсировать эволюционный недостаток по отношению к микробам, вызванный разрывом поколений. Только адаптивная иммунная система обеспечивает долгоживущему организму способность давать краткосрочный ответ в рамках имеющихся генетических возможностей на быструю эволюцию возбудителей болезней.

Рыба палеозойской эры впервые выработала в себе антитела и тем самым положила начало эпохе адаптивных иммунных систем

Нам мало что известно о позвоночном животном ордо­викского периода ранней палеозойской эры, которое 450 миллионов лет назад впервые создало некую форму антител и тем самым положило начало адаптивной (приобретенной) иммунной системе. В соответствии с одной из наиболее распространенных эволюционных теорий это была уже вымершая к настоящему времени челюстная рыба. Только формы жизни, которые стали потомками этой палеозойской рыбы, обладали этим иммунным новшеством и могли производить антитела. Это относится ко всем позвоночным животным, у которых есть челюсти, начиная с рыб, амфибий и рептилий и заканчивая птицами и млекопитающими, включая и нас самих. Лишь у бесчелюстных позвоночных, не имеющих прямых родственных отношений с этой палеозойской рыбой, отсутствует адаптивная иммунная система. Практически все эти животные из группы круглоротых вымерли. Сегодня они представлены только миногами и миксинами.

Появление первых антител 450 миллионов лет назад биологи сравнивают с Большим взрывом. С этого началась естественная история антител.

Прогрессивные иммунные функции данио рерио

Рыбки данио рерио, как и дрозофилы, часто исполь­зуются в современной иммунологии в качестве модельных организмов. В первые 4–6 недель своей жизни молодые рыбки полагаются исключительно на врожденную клеточную иммунную систему и еще не обладают возможностью выработки антител. Затем у них появляется адаптивная, или приобретенная, иммунная система, после чего рыбы живут еще от двух до пяти лет.

Клеточная иммунная система данио рерио оснащена теми же основными видами «оружия», что и наша. Она составляет основу эффективного и постоянно действующего врожденного иммунитета, который, подобно крепостным стенам, охраняет здоровье морских обитателей от вредных воздействий извне. Так называемые неспецифические цитотоксические клетки (NCC) данио рерио являются еще более близкими аналогами наших естественных киллеров, чем их более древние прототипы у оболочников. Неспецифическими их называют потому, что они не специализируются на борьбе только с определенными видами возбудителей, например с бактериями. Слово «цитотоксические» означает, что они способны отравлять и убивать клетки, которые подверглись бактериальному или вирусному заражению, имеют повреждения ДНК или могут переродиться в раковые. Таким образом, они играют в иммунной системе роль «полиции здоровья».

Это описание подходит и для наших естественных киллеров. Правда, несмотря на множество общих черт, иммунная биология все-таки считает клетки NCC не настоящими естественными киллерами, а лишь их предшественниками. Так, например, клетки NCC менее эффективны при уничтожении инфицированных или потенциально опасных клеток, в то время как естественные киллеры — это прямо-таки серийные убийцы. Они способны за сопоставимый промежуток времени уничтожить намного больше зараженных клеток, чем клетки NCC данио рерио. Кроме того, киллеры млекопитающих располагают значительно бόльшим количеством иммунопротеинов, которые используются для ликвидации инфицированных или раковых клеток. У клеток NCC этого оружия намного меньше. Тем не менее NCC и естественные киллеры выполняют одни и те же задачи и работают по схожему принципу.

Данио рерио, как и человек, обладает адаптивной иммунной системой

Наряду с общеизвестными фагоцитами, в иммунной системе данио рерио имеются более прогрессивные с эволюционной точки зрения макрофаги, которые весьма схожи с макрофагами млекопитающих, а также В-клетки и некоторые формы Т-клеток. Наличие этих клеток отличает организм рыб от всех предшествовавших форм жизни. В- и Т-клетки знаменуют собой переходный этап к адаптивной иммунной системе. Свойства