Владимир Бетина - Путешествие в страну микробов

• Название: Путешествие в страну микробов
• Автор: Владимир Бетина
• Издательство: Мир
• Жанр: Биология
• Год: 1976

Первые шаги ученых в исследовании микроорганизмов, место микроорганизмов в биосфере, вирусы и механизм наследственности, использование микроорганизмов на благо человека — таков далеко не полный перечень проблем, которые освещает в своей книге словацкий ученый. Многочисленные фотографии, схемы и рисунки помогают лучше понять те сложные процессы природы, о которых лаконично и просто рассказывает автор.

Книга рассчитана на школьников старших классов, интересующихся миром микроорганизмов, на студентов, аспирантов и преподавателей.

---

В ответ на вторжение в организм чужеродных тел — различных клеток, микробов, токсинов и т. д., которые получили общее название антигенов, — образуются защитные вещества, нейтрализующие их вредное действие и называемые антителами.

Об антигенах и антителах

В химическом отношении антигены обычно являются белками или полисахаридами.

Антитело возникает в теле животного (или человека) в ответ на вторжение антигена. Это также белковое вещество, способное входить в реакцию с антигеном.

Проследим же в лабораторных условиях, как ведут себя при встрече антиген и антитело. Молекулы антигенов и антител отличаются друг от друга различным распределением электрических зарядов на своей поверхности. Это распределение зарядов на поверхности антигена и приблизившегося к нему антитела таково, что молекулы их взаимно притягиваются и между ними образуется прочная связь. Таких «чувствительных» к притяжению мест на молекулах антигенов и антител бывает несколько, поэтому и соединяются вместе сразу несколько молекул антигенов и антител.

Таким образом, обе теории — и фагоцитарная, и гуморальная — объединились в гармоническое целое, дополняющееся постепенно все новыми и новыми фактами. И уже имеющиеся, и новые данные помогли лучше понять процесс защиты организма от нападения болезнетворных микробов или от вредных продуктов их жизнедеятельности, иначе говоря — процесс ответной реакции организма на вторжение антигенов.

Защита и контратака

Что происходит, когда какая-то часть тканей нашего организма становится объектом инвазии (нападения) бактерий, проникших через поврежденную кожу? Начинается серия процессов, объединяемая под названием реакции воспаления. Группы мобилизованных клеток устремляются на пораженное место и начинают уничтожать или обезвреживать вторгшиеся бактерии. Некоторые защитные клетки поглощают и разлагают бактерии при помощи ферментов. Многие из этих клеток все же погибают под влиянием токсинов, выделенных бактериями, и поле боя вскоре покрывается погибшими клетками и продуктами распада. Если организм ранее уже перенес инвазию бактерий этого вида, реакция протекает скорее и расправа с агрессором бывает более быстрой. Защитные клетки уничтожают пришельцев, и поврежденная ткань начинает восстанавливаться.

Защитные клетки образуются в костном мозге и лимфатической системе. Некоторые из них синтезируют антитела, вступающие в реакцию с антигенами и нейтрализующие их. Если антигенами являются бактерии, антитела их «обволакивают», что облегчает защитным клеткам их поглощение и уничтожение.

Но тут возникает целый ряд вопросов. Каким образом защитные клетки распознают чужеродное вещество в организме? В случае вторичного появления антигена в организме как могут они «вспомнить» его химический состав и начать вырабатывать именно такие антитела, которые способны его обезвредить?

Группа исследователей под руководством Р. С. Спейрса из Ньюйоркского университета занялась поиском ответа на эти вопросы. Были поставлены опыты, в которых использовали токсин столбняка, меченный радиоактивным тритием. Этот элемент позволил проследить судьбу антигена (токсина столбняка) в организме мыши.

Что произошло при введении антигена в организм мыши в первый раз?

1. Клетки пораженной ткани после контакта с антигеном подверглись разложению, выделив ферменты и другие вещества, характеризующие воспалительный процесс.

2. Появились первые подвижные защитные клетки (нейтрофилы)[33] и стали поглощать частицы антигенов.

3. За ними появились малоподвижные лимфоциты и моноциты.

4. Лимфоциты и моноциты приступили к поглощению не только антигенов, но и распадающихся нейтрофилов и зернистых клеток ткани.

5. Лимфоциты, превратившись в макрофагов, поглотили все оставшиеся в пораженной зоне частицы антигенов. Большая часть их под влиянием ферментов подверглась разложению.

6. Некоторые молекулы антигенов сохранились в макрофагах благодаря соединению с рибонуклеиновой кислотой.

Представление Р. С. Спейрса об иммунитете. Антиген проникает в клетку макрофага (1), в ядре которого по «заданию» ДНК возникает РНК и перемещается к цитоплазме. В полисомах РНК образуется молекула глобулина; она захватывает и нейтрализует два антигена (2), в то время как третий антиген входит в комбинацию с РНК. Клетка начинает распадаться, и ее поглощает другой макрофаг (3). Ферменты последнего действуют на антигены, захваченные глобулином, и разлагают их, но комплекс антиген — РНК остается нетронутым (4). В клетку с повышенной чувствительностью проникает новая доза антигена (5), она разрушает комплекс антиген — РНК (6) и приводит к распаду клетки, остатки которой вновь поглощаются одним из макрофагов (7). Его ферменты действуют на антигены, связанные с РНК и свободно присутствующие в поглощенной клетке. Новая клетка, на этот раз плазматическая, начинает синтезировать большое количество глобулина (8), который выходит из нее, превращаясь в антитело (9).

Поскольку антигены были помечены тритием, можно было проследить дальнейшую судьбу их сохранившихся в макрофагах молекул. По окончании «сражения» макрофаги стягиваются с поля битвы в лимфатические узлы и селезенку. Радиоактивные частицы антигена переживают смерть своих «спасителей» (макрофагов) и переходят в новые клетки. Их присутствие в организме проявится еще при повторной инвазии антигенов.

Через несколько недель Спейрс ввел в организм подопытных мышей новую дозу антигенов. На этот раз частицы антигенов не были помечены тритием.

Вторичная реакция защитных клеток на инъекцию антигенов была более быстрой и острой.

1. Снова появились нейтрофилы, но в меньшем числе, чем в первый раз.

2. Макрофаги, напротив, появились в значительно большем количестве. Некоторые из них содержали антигены, сохранившиеся от предыдущей инвазии и связанные с РНК.

3. Эти так называемые сверхчувствительные клетки стали поглощать молекулы антигенов и притягивать к себе клетки эозинофилов.

4. Клетки эозинофилов вызвали распад сверхчувствительных клеток.

5. Вновь появились макрофаги и поглотили остатки разложившихся клеток.

6. Некоторые антигены, однако, снова избежали гибели, соединившись с РНК макрофагов.

Таким образом, ответная реакция на вторичную инвазию антигенов отличалась более интенсивным размножением и более быстрым возникновением антител. Воспалительный процесс продолжался вплоть до полного уничтожения или обезвреживания антигенов. Интересно, что макрофаги, которые несли в себе «спасшиеся» антигены из первой инвазии, антитела не выделяли. Их роль выполняли так называемые плазматические клетки. А макрофаги, содержавшие антигены, быстро погибали, но при этом освобождали вещества, которые стимулировали воспалительный процесс и привлекали все новые и новые партии защитных клеток. Клетки размножались и выделяли большое количество антител, хотя перед этим они никогда не встречались с антигеном.

Спейрс продолжает свои исследования. На основании собственных данных и сведений, полученных другими учеными, он попытался нарисовать общую картину, которая объяснила бы сущность реакции иммунитета.

Слово имеет профессор Спейрс

Когда антигены проникают в ткани организма впервые, большая часть их в борьбе с защитными клетками погибает. Лишь некоторые находят убежище в макрофагах. Молекула антигена каким-то образом связывается с молекулой (молекулами) РНК. Эта связь лишает активности как антиген, так и РНК, причем охраняет обоих «партнеров» от действия ферментов и, таким образом, позволяет избежать процессов изменения веществ. Комбинация из антигена и РНК переносится в следующее поколение клеток и сохраняется вплоть до появления в организме новой дозы того же антигена.

Появление второй дозы антигена, иначе говоря новая инвазия, вызывает очень резкую реакцию. В макрофагах происходит распад комплекса антиген — РНК. Освобожденные антигены вместе с новыми пришельцами становятся жертвой ферментов и погибают. Это влечет за собой и быстрое отмирание макрофагов. При их распаде освобождаются вещества, привлекающие к себе множество защитных лейкоцитов. Цикл повторяется до тех пор, пока все антигены не будут уничтожены. Если воспалительный процесс начинает затухать, вступает в действие активная РНК, содержащаяся в некоторых клетках и вырабатывающая новые дозы антител (поскольку антитело — это белковое вещество и для его синтеза необходимо участие РНК). Оставшиеся клетки содержат комбинацию антиген — РНК, которая будет реагировать на новое вторжение антигенов.