С другой стороны, теперь мы понимаем, что иммунная система осуществляет некоторый контроль над формированием микробного состава. При аномальных состояниях, таких как воспалительные заболевания кишечника, когда присутствует чрезмерный воспалительный процесс или если у хозяина ослаблен иммунитет, происходят значительные изменения в составе микробиоты кишечника. Как именно иммунная система производит эти изменения, не совсем понятно. Некоторые, но не все, микробы помечены антителами IgA, что облегчает иммунной системе работу, в то время как антимикробные пептиды, которые убивают бактерии, нацелены на определенные группы микробов, которые могут влиять на состав микробиома.

Микробы и развитый иммунитет

Иммунологи были одними из первых не-микробиологов, кто признал существование микробиома и понял, что он играет центральную роль в нормальном функционировании организма. Все началось со стерильных мышей, которые, как мы описывали выше, имели плохо развитую иммунную систему. Вскоре эксперименты начали показывать удивительные результаты; использование антибиотиков, трансплантации кала или совместное проживание стерильных мышей с мышами, у которых были разные микробы, приводило к изменению микробного состава животных и вызывало иммунные реакции. В настоящее время на встречах иммунологов обсуждаются важные аспекты микробиологии – эти две области тесно пересекаются, формируя новый взгляд на иммунную систему и ее функции.

Как правило, иммунологи занимаются двумя основными звеньями иммунной системы: врожденным и приобретенным иммунитетом. Врожденный иммунитет относится к неспецифическим защитным механизмам, которые готовы действовать немедленно или в течение нескольких часов после появления микроба в теле. Эти средства защиты включают физические барьеры, такие как кожа, антимикробные химические вещества в крови и такие клетки иммунной системы, как макрофаги, которые прикрепляются к чужеродным микробам и растворяют их. Эта система встречается почти у всех многоклеточных организмов, от мух до людей. Врожденные иммунные ответы активируются под действием микробных подписей микроорганизмов-захватчиков, в том числе сильных активаторов ЛПС и пептидогликанов.

Поскольку врожденная иммунная система защищает жизнь животных и растений, ее реакция на вторжение микробов носит более общий характер. В кишечнике специализированные кишечные эпителиальные клетки, называемые бокаловидными клетками, секретируют обильное количество гликопротеинов (белков, к которым прикреплены большие молекулы сахара), образуя важный защитный слизистый слой. В толстой кишке есть два слоя слизи: внутренний слой образует почти непроницаемый слизистый барьер, который удерживает микробов вдали от кишечного барьера и содержит относительно немного микробов. Внешний слой – более рыхлый и содержит несколько типов микробов, которые счастливо жуют слизь и переваривают ее. Их жизнедеятельность обеспечивает энергией как микробов, так и их хозяина (человека). В тонкой кишке, где меньше микробов, слизистый слой не имеет четких внутреннего и внешнего слоев. В слой слизи встроены антимикробные пептиды, продуцируемые специализированными эпителиальными клетками, называемыми клетками Панета. Эти крошечные молекулы убивают бактерии в целом или их основные подгруппы, во многом их работа похожа на антибиотик широкого спектра действия. Базовые кишечные эпителиальные клетки также имеют набор молекул, которые предназначены для обнаружения микробных отпечатков в случае проникновения микробов через этот барьер. При активации они отправляют сообщения (цитокины), которые запускают воспалительные реакции, чтобы помочь подавить вторжение микробов.

В большинстве случаев врожденная иммунная система выполняет большую часть тяжелой работы, чтобы поддержать нас в здоровом состоянии. Но если эта линия защиты недостаточно крепка или вот-вот рухнет, то приобретенный (адаптивный) иммунитет приходит с подкреплением. Из-за сложности системы, только позвоночные (животные, находящиеся выше по эволюционной лестнице) имеют этот дополнительный уровень защиты, более простые организмы должны полагаться только на свою врожденную иммунную систему, чтобы выжить. Приобретенный иммунитет распознает специфические молекулы на определенных микробах с использованием антител (вырабатываемых В-клетками) и некоторых Т-клеток, которые нацелены на конкретных микробов. Хотя для загрузки этой системы требуется, как минимум, неделя (мы так долго полагаемся на врожденную систему, чтобы поддерживать себя в живых), адаптивная иммунная система может создать долгосрочную стратегию для армии иммунных клеток и антител с целью осуществления поиска и уничтожения специфических поступающих патогенных микробов.

Эта пластичная система способна запоминать предыдущие встречи с определенным патогеном. После первого столкновения нашему телу не нужно разрабатывать новую оборону, оно может ссылаться на предыдущую тактику успешно отброшенного нападения. Запоминание происходит благодаря В-клеткам, чьи антитела распознают определенные молекулы на микробах и нейтрализуют производящих их микробов. Затем Т-клетки организуют иммунный ответ, секретируя цитокины, чтобы модулировать воспаление. Определенные типы Т-клеток непосредственно убивают и клетки организма хозяина, которые содержат вирусы и других внутриклеточных микробов, недоступных для антител (этим занимаются так называемые цитотоксические Т-клетки). Наличие этого дополнительного уровня иммунной защиты позволяет челюстным позвоночным, таким как люди и другие млекопитающие, птицы и рептилии, более гибко работать с патогенами, вакцинами и т. д. Приобретенный иммунитет создает «резервную копию» на тот случай, если врожденная система не справится с опасностью.

Вакцины

Ни одна глава об иммунной системе не будет полной без обсуждения вакцин, которые используют иммунную систему, чтобы дать нам дополнительную защиту от некоторых из самых опасных инфекционных заболеваний. Как мы писали в главе 5, настоятельно рекомендуется получать ежегодную вакцину против гриппа. Тем не менее отчеты показывают, что две трети канадцев не делают вакцину от гриппа каждый год, и только 59 % детей и 43 % взрослых в Соединенных Штатах проявляют в этом отношении сознательность. На лабораторных моделях-мышах обычные вакцины против гриппа уменьшают воспаление, которое способствует развитию инфламэйджинга (воспалительного старения), сердечно-сосудистых заболеваний и деменции. Мыши, которые были вакцинированы против гриппа в раннем возрасте, с меньшей вероятностью приобретают хронические заболевания по мере старения. У непривитых мышей раньше проявляются хронические заболевания, а в случае заражения гриппом ускоряется появление хронических заболеваний.

Хотя в литературе можно найти много обзоров и комментариев о потенциальной роли микробиоты в реакциях на вакцины, фактических исследований было проведено очень мало. Исследование макак показало, что у обезьян, которые лучше реагировали на вакцины, была стабильная и более разнообразная кишечная микробиота. Небольшое исследование на людях показало, что ответные реакции на вакцины были лучше у людей с развитыми сообществами разнообразных кишечных микробов. Учитывая способность микробов настраивать иммунную систему, весьма вероятно, что микробиота влияет на эффект вакцины. Мы надеемся, что в будущем сможем использовать микробов для получения положительных реакций на вакцины.