История иммунной системы - Клеменс Арвай Страница 6

Бактерии могут размножаться слиянием или делением. При делении из одной бактерии получаются две генетически полностью идентичные друг другу, то есть клоны. В популяции бактерий это приводит к экспоненциальному росту: из 2 бактерий получаются 4, из 4 — 8, затем 16, 32, 64, 128 и т. д. Уже вскоре популяцию бактерий можно увидеть невооруженным глазом на лабораторной питательной среде, хотя каждая составляющая ее клетка имеет микроскопические размеры. Если учесть, что все образовавшиеся в ходе деления бактерии генетически идентичны, то можно рассматривать их в совокупности как один организм, который развивается не только в пространственном измерении, но и во временнόм. Это значит, что в результате деления появляются все новые клоны, хотя первоначальная бактерия, от которой они произошли, может уже и не существовать.

Можно ли считать эти клоны «другими»? Или они все-таки являются «той же самой» бактерией? Дело в том, что при делении не возникает двух новых бактерий на месте одной старой. Скорее одна бактерия превращается в две. При этом ничто не теряется. Если рассматривать популяцию бактерий, образовавшуюся путем деления, как единый организм, растущий во временном измерении, то обучаемость иммунной системы популяции приобретает новое значение. В этом случае генетический архив возбудителей и соответствующих мер защиты от них можно считать самой ранней и древней формой приобретенного иммунитета. В ходе эволюции этот механизм был доведен до совершенства в многоклеточных организмах, в том числе и человеческом, отдельные клетки которого живут в тесной связи друг с другом. Но начало этому развитию положила обучаемость бактериальной иммунной системы с ее основанным на опыте архивом возбудителей и соответствующих стратегий защиты.

Почти везде, где живут бактерии, мы встречаем и бактериофагов. Их популяции в океанах по численности больше, чем любых других микробов. Они образуют там так называемый вириопланктон, то есть планктон, состоящий из вирусов. Везде, где бактериальные процессы представляют важность для людей, бактериофаги могут выступать в роли «вредителей». Если они заразят молочнокислые бактерии в закваске для производства сыра и других молочнокислых продуктов, это может стать серьезной проблемой и привести к убыткам в молочном хозяйстве. Мы только начинаем осознавать важность бактериофагов в человеческом микробиоме. Эта тема еще требует многолетних интенсивных исследований.

Факты таковы, что наш кишечник просто кишит бактериофагами. Они являются там частью вириома, в него входит 150 тысяч различных видов вирусов. По-видимому, медицина будущего при лечении труднодиагностируемых и неспецифических расстройств желудочно-кишечного тракта будет опираться на понимание роли бактериофагов и использовать соответствующие лабораторные анализы в диагностических целях. Легко представить себе, что преобладание бактериофагов в кишечнике может негативно сказываться на здоровье, например, если они слишком подавляют наших бакте­риальных симбионтов, помогающих нам в переваривании пищи. И наоборот, возможно, что бактериофагов в будущем будут специально подселять к нам в организм для лечения бактериальных инфекций. В этом случае они будут охотиться на возбудителей болезней. В наше время, когда растет резистентность к антибиотикам, бактериофаги могли бы стать хорошей альтернативой антимикробным препаратам, эффективность которых постепенно снижается.

Иммунная система в движении

Прежде чем мы перейдем к многоклеточным организмам и их защитным механизмам, которые приближают нас к нашей собственной иммунной системе, хотелось бы бросить еще один взгляд на одноклеточных. Ведь наряду с цианобактериями, бактериями и археями существует еще множество других микроскопических форм жизни, состоящих всего из одной клетки. Биологи насчитывают 63 тысячи видов одноклеточных на нашей планете, из которых 36 тысяч — представители животного царства, а 27 тысяч — растительного (одно­клеточные водоросли). Но эти виды относятся уже не к древним прокариотам, не имеющим клеточных ядер, а к эукариотам. Греческое eu означает «правильный». Таким образом, в отличие от бактерий, речь идет о «правильных» клетках с ядрами, к которым причисляют и клетки нашего тела, также являющиеся эукариотами.

Амебы образуют большую группу одноклеточных форм жизни. С эволюционной точки зрения они очень старые. Старейшие ископаемые останки этих существ насчитывают около 400 миллионов лет. Таким образом, появление первых амеб приходится на палеозой­скую эру, а точнее говоря, на девонский или силу­рийский период. Раковинные амебы под микроскопом напоминают крошечных улиток, хотя состоят из одной-­единственной клетки. Они живут внутри самостоятельно построенных раковин в пресной воде, сырых мхах и влажной почве. Биолог Александр Шмидт из Йенского университета обнаружил в найденном в Баварии древнем янтаре, возраст которого составляет сто миллионов лет, микроскопическую раковинную амебу, рядом с которой находились водоросли, одноклеточные ресничные инфузории и архаические грибки. Эта редкая находка показывает, насколько разнообразным был уже в то время состав одноклеточных[6].

Для группы амеб характерно то, что ее представители не имеют постоянной формы тела. В отличие от бактерий и вирусов, это довольно большие существа — от 0,1 до 1 миллиметра в поперечнике. Самые большие из них видны невооруженным глазом. В редких случаях гигантские амебы достигают в размерах 3 миллиметров.

Понятие «амеба» не относится к какому-то одному виду. Наряду с амебами, которых считают представителями животного царства (радиоляриями, солнечниками, фораминиферами), существуют и амебы, стоящие ближе к водорослям и осуществляющие фотосинтез. В связи с этим их порой относят к зеленым водорослям. К числу амеб причисляют и слизевиков. Их популяции порой вырастают до колоний внушительных размеров, которые носят название плазмодиев и могут медленно передвигаться по подушке из слизи по лесным почвам или сгнившим стволам деревьев, которые служат им пищей. Несмотря на то что плазмодий по форме имеет некоторое сходство с грибками, слизевики таковыми не являются, однако, как и грибы, они неспособны использовать солнечный свет для получения энергии и вынуждены находить пищу во внешней среде.

Колонии слизевиков используются в биологических лабораториях в качестве моделей, на которых исследуются инфекции, спровоцированные бактериями, например легионеллой. У людей они порой вызывают тяжелые заболевания дыхательных путей. Легионелла может инфицировать и слизевиков, но те не сдаются без боя. В качестве иммунного ответа они просто ее поедают. Это процесс называется фагоцитозом. Греческое слово phagein означает «пожирать», а cytos в данном контексте переводится как «клетка». Следовательно, амебы — это клетки-пожиратели. Клетки слизевиков обволакивают возбудителей со всех сторон и переваривают. Это ничем не отличается от того, как они обычно питаются.

Фагоцитоз известен и у других видов амеб. Для этого у них внутри имеется свободное пространство, которое называется вакуолью. В ней частицы пищи или возбудители болезней измельчаются и перевариваются. Это самая примитивная и древняя форма пищеварительной полости, то есть древнейший «желудок». Несколько лет назад биологи установили, что колонии амеб, в частности уже знакомых нам слизевиков, имеют специализированные клетки, задача которых заключается в том, чтобы целенаправленно находить возбудителей болезни, атаковать и поедать их. Эти особые клетки циркулируют внутри колонии, чтобы защищать ее от патогенов[7]. Их специализированная деятельность представляет собой простейшую форму иммунной системы.

Британский специалист по молекулярной и иммунной биологии Роберт Джек и французский зоолог Луи дю Паскье так описывают амеб в книге, посвященной эволюции иммунной системы: «Чем бы