Тіло людини схильне до впливу безлічі шкідливих факторів. Воно захищається від них як може. Теорія клітинного імунітету – це вчення, яке узагальнено дослідженнями.
Його основу складають механізми та принципи діяльності імунного захисту в організмі людини. Перші успішні спроби розібратися в імунній системі зробили двоє вчених: російський біолог Ілля Мечников і німецький хімік Пауль Ерліх.
Різноманіття теорій імунітету
В ході еволюції імунної системи людини розвинувся потужний захисний механізм проти бактерій, вірусів і паразитів. Він називається вроджений імунітет.
Функції вродженого імунітету здійснюються наступним чином:
- За допомогою механічної захищеності в процесі вторгнення патогенів.
- За рахунок клітинного імунітету.
- За рахунок гуморальних факторів.
Фундаментом гуморального імунітету служить принцип ліквідації сторонніх елементів через рідини внутрішньої сфери (через кров). Відмінною рисою процесу є формування імунної пам’яті, що перешкоджає вторгненню в майбутньому бактерій і вірусів.
Крім клітинного і гуморального, були й інші теорії імунітету:
- Вірусолог М. Ф. Бернет розробив клонально-селективну теорію функціонування імунного захисту;
- Фрідріх Брейнль і Фелікс Гауровіц виступили ініціаторами створення інструктивної теорії імунітету.
- М. Гейдельбергом і Л. Полінгом висунута нова теорія імунітету, що передбачає утворення комплексу антигенів і антитіл у вигляді решітки.
- Шведський імунолог Н. К. Йерне запропонував теорію природного відбору в антитілоутворенні.
Всі ці імунні теорії лягли в основу імунології як науки, що дозволили вченим узагальнити історично сформований досвід щодо діяльності імунної системи людини.
Експерименти Ерліха з токсинами та антитоксинами
У 1889 році Ерліх на кілька місяців поїхав до Єгипту лікуватися від туберкульозу. Повернувшись до Берліна, він вирішив залишити колишню роботу в благодійній лікарні. Замість цього він продовжив дослідження в орендованій квартирі, яку перетворив на приватну лабораторію. Ерліх аналізував зразки тканин.
Це також допомагало зрозуміти хімічну природу різних компонентів клітини.
Але досліди вимагали багато праці та часу. У тому ж році Ерліх зрозумів, що його досліди з пофарбованими тканинами ведуть його до мети кружним шляхом.
Він вирішив випробувати інший підхід. Експериментуючи з мишами, Ерліх вивчив дію токсинів, що виділяються бактеріями. Як зразок він використовував фітотоксини: білки рицин і абрин. Ерліх ввів токсини в корм мишей.
Вони стали стійкими до токсичних речовин, які нейтралізувалися антитоксинами. Тепер Ерліх хотів дізнатися, чи взаємодіють токсини та антитоксини безпосередньо, як при хімічній реакції або ж потрібна якась третя сила.
За допомогою експериментів Ерліх показав, що токсин і відповідний антитоксин, отримані з сироватки крові імунізованих тварин, реагують один з одним без участі живих клітин. Токсин і антитоксин з’єднуються, як будь-які молекули при хімічній реакції.
Ерліх продовжив розвивати свої ідеї та в 1897 році опублікував багато ілюстровану теорію бічних ланцюгів. Він виявив, що бічні ланцюги – це антитоксини, розташовані в клітинних мембранах у певній формі. Коли токсин зв’язується з відповідним бічним ланцюгом, він стимулює клітину утворювати інші подібні ланцюги.
Вони пов’язують інші молекули токсину. Надлишок бічних ланцюгів випускається в кров, нейтралізуючи токсин в плазмі навіть поза тілом, в пробірці.
Перемога над дифтеритом і вчення Мечникова
Однією з невирішених медичних проблем того часу були ліки проти дифтериту. Від цієї бактеріальної інфекції гортані тільки в одній Німеччині щорічно вмирали десятки тисяч людей, в тому числі діти.
У той час інший великий вчений працював над тим, щоб створити сироватку проти дифтериту — Роберт Кох. Він найняв Ерліха, який завдяки своїй роботі з фітотоксинами міг взяти на себе контроль над сироватками крові та перевірку їх ефективності.
Ерліх поліпшив способи збільшення імунізуючого ефекту тваринної крові з антитілами. Разом з Емілем Адольфом фон Берінгом, творцем протидифтерійної сироватки, Пауль Ерліх домігся успіху в отриманні і промисловому виробництві цієї сироватки. Це забезпечило збереження безлічі життів.
Однак багато інфекційних хвороб не піддавалися лікуванню сироваткою. Ерліх зрозумів, що у сироваток є свої обмеження. Він почав перевіряти вплив хімічних речовин на інфекції.
Однак в 1908 році він отримав Нобелівську премію за роботу не в галузі хімії, а імунології. Ерліх розділив премію з біологом з Росії Іллею Мечниковим.
За теорією Мечникова, збудники хвороби ідентифікуються фагоцитами, які атакують і знищують їх.
Основу його фагоцитарної теорії склали три основні властивості фагоцитів:
- здатність фагоцитів захищати та очищати організм від інфекцій, токсинів і продуктів розпаду тканин;
- можливість фагоцитів секретувати біологічно активні речовини та ферменти;
- здатність фагоцитів представляти (розташовувати) антигени на мембрані клітини.
У травні 1882 року через політичні інтриги Мечников змушений був покинути Одеський університет. Ображений, він поїхав з сім’єю до Італії, щоб спокійно продовжувати наукову роботу.
У Мессіні Мечников зайнявся біологічним розвитком нижчих морських тварин. Під час дослідів він згодовував морським зіркам фарбувальні речовини. Мечников зауважив, що частинки фарби оточують і поглинають деякі клітини. Він зрозумів, що ця частина захисної системи працює проти загарбників.
Роль фагоцитів у боротьбі з хворобами
Мечников поставив у Мессіні свій вирішальний експеримент. Він сподівався, що напівпрозорі личинки морських зірок дозволять спостерігати за процесом, який він хотів вивчити. У саду він знайшов чужорідне тіло, досить дрібне для його досліду. Він вирішив використовувати гострі шипи троянди, щоб ввести їх личинкам.
За допомогою вазеліну Мечников підготував предметне скло, щоб капнути на нього краплю морської води з личинками. Потім почалася найскладніша робота під мікроскопом. Мечников обережно вів рожевий шип в личинку. За ніч фагоцити оточили шип, щоб битися з “прибульцем”.
Серед іншого Мечников спостерігав активну роль фагоцитів в боротьбі з патогенами на прикладі водяних бліх. Часто їх інфікує грибки-паразити, і в результаті блохи вмирають.
Мечников зауважив, що іноді незабаром після зараження, спори грибка знищуються фагоцитами, і блоха виживає. Він спостерігав, як фагоцити успішно борються з інфекційною хворобою.
Пізніше в експериментах з теплокровними, він також зауважив, що щеплення від хвороби, наприклад, сибірської виразки, підсилює активність фагоцитів. Мечников зробив висновок, що суть імунітету — це навчання фагоцитів боротися з конкретним патогеном.
Вчені розділилися на два табори: одні були за теорію бічних ланцюгів Ерліха, інші — за фагоцити Мечникова. Здавалося неможливим, щоб існували і фагоцити, і антитоксини. Тільки після 1900 року було знайдено сполучна ланка для двох теорій. І знайшов його не хто інший, як Мечников.
Взаємодія антитіл і антигенів
У 1903 році теорія опсонінів Алмрота Райта (1861-1947) внесла великий внесок у розвиток вчення. За теорією Райта, кров містить речовини опсоніни, які роблять Атакуючі клітини, вразливими для фагоцитів. Сучасній науці відомо хімічну будову антитіл, їх тепер називають антитоксини або опсоніни.
Більше тисячі амінокислот утворюють складну молекулу, що нагадує за формою букву Y. Така базова структура всіх антитіл. Але місця зв’язування на кінці двох ріжків (Y), дозволяють складати мільйони варіацій. Таке зв’язування дозволяє кожному антитілу підходити до конкретного антигену.
Це може бути:
- чужорідний токсин;
- бактерія;
- вірус.
Тільки якщо антитіло підходить до антигену як ключ до замку, загарбника можна нейтралізувати. Молекули антитіл злипаються з антигенами, яких тепер можуть знищити фагоцити.
Антитіла та фагоцити працюють разом, але не фагоцити вирішують, чи атакувати чужорідну клітину. Патрулюючи по організму, фагоцити надають лімфоцитам – клітинам-помічникам, власний матеріал – тіло, а лімфоцити вирішують чи потрібно вживати захисних заходів.
Якщо потрібно, вони дають команду фагоцитам почати специфічну атаку. Сьогодні науці відомі головні компоненти імунної системи і їх функції. Імунологія давно стала окремою галуззю медицини.
Сьогодні сучасні генетичні методи допомагають визначити слабкі місця вірусу, які можна атакувати за допомогою ліків. В майбутньому імунологи зможуть забезпечувати людей новими формами лікування раку, аутоімунних хвороб і ослабленого імунітету, революційними терапіями, які за масштабом і ефективності будуть порівнянні з відкриттям пеніциліну.
