Невидимый страж. Как иммунитет защищает нас от внешних и внутренних угроз

В истории науки изучение какого-либо объекта или явления, как правило, предшествует его практическому использованию. Десятилетия невидимой миру исследовательской работы предваряют появление новых технологий. С иммунологией все вышло с точностью до наоборот. Потребовалось столетие напряженных исследований, чтобы объяснить поразительные эффекты, обнаруженные великими естествоиспытателями конца XIX – начала XX века. И до сих пор некоторые из этих эффектов не имеют полноценного научного обоснования, хотя активно применяются в медицинской практике. Иммунология при своем рождении получила поразительно щедрый аванс и отработала его сполна. Сегодня наука о защитных силах нашего организма – одна из наиболее динамично развивающихся дисциплин. Более десятка Нобелевских премий по физиологии и медицине вручено за открытия, так или иначе связанные с иммунологией. Ее достижения изменили не только медицину, но и фундаментальную науку. Иммунологические методы позволили совершить множество открытий в самых разных областях молекулярной и клеточной биологии, и начало всему этому научному изобилию было положено в июле 1885 года, когда заплаканная женщина и испуганный забинтованный мальчик поднялись по ступенькам парижской Эколь Нормаль в лабораторию Луи Пастера.

Приложение

Краткое изложение основ молекулярной и клеточной биологии, необходимое для понимания этой книги

Клетки и неклеточные формы жизни

Элементарной самодостаточной единицей живого являются клетки. В контексте данной книги нас будут интересовать два основных типа клеток – эукариотические (ядерные) и прокариотические (безъядерные).

Все многоклеточные организмы, включая как самого человека, так и некоторых его паразитов (например, гельминтов), состоят из эукариотических клеток. Все бактерии – прокариоты. И прокариотические, и эукариотические клетки имеют общий план строения и состоят из плазматической мембраны, отделяющей клетку от внешнего мира, и цитоплазмы – внутренней среды, в которой происходят разнообразные биохимические реакции и молекулярные превращения. В цитоплазме присутствуют сложные структуры – органеллы, обеспечивающие выполнение тех или иных функций. Мембрана, определяющая границы клетки, представляет собой двойной слой липидов, в котором «заякориваются» многочисленные мембранные белки.

Основным видимым различием между прокариотическими и эукариотическими клетками является наличие/отсутствие ядра, которое у эукариот отвечает за хранение генетической информации. Кроме того, эти два типа клеток различаются размерами. Клетки человека в несколько раз крупнее клеток бактерий. Одна иммунная клетка – макрофаг – больше десятка вместе взятых бактериальных клеток. В то же время относительно простое строение и небольшой размер позволяют бактериальным клеткам размножаться куда быстрее, чем это могут делать клетки эукариот.

Клетки имеют сложное химическое строение. Два основных класса биомолекул, которые обеспечивают химическое своеобразие живых организмов, – белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Эти соединения являются полимерами – длинными линейными молекулами, состоящими из повторяющихся элементов – мономеров. Мономерами белков являются аминокислоты, мономерами нуклеиновых кислот – нуклеотиды.

Белки отвечают за все те сложные функции клеток, которые мы привыкли ассоциировать с самим понятием «жизнь». Благодаря белкам и их взаимодействиям клетка питается, растет, двигается, размножается. В живой клетке в каждый момент времени присутствуют тысячи различных белков, обеспечивающих ее жизнедеятельность. У этих замечательных молекул имеется, однако же, один неустранимый недостаток: белки не способны к самовоспроизведению – обязательному атрибуту живого. Эту функцию – хранение и воспроизведение генетической информации берут на себя нуклеиновые кислоты. И ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), и РНК (рибонуклеиновая кислота) способны записывать «рецепты» для синтеза различных белков в виде последовательности нуклеотидов. Каждый такой «рецепт» мы называем геном. Как опечатка в рецепте может радикально изменить вид и вкус итогового блюда, так изменения генов (мутации) приводят к изменениям в белках, которые они кодируют.

Наборы белков в клетках прокариот и эукариот сильно различаются, что делает возможным существование антибиотиков – лекарств, блокирующих определенные бактериальные белки, но при этом (почти) не влияющих на наши собственные.

Общая схема реализации генетической информации в клетках человека выглядит так: ДНК→РНК→БЕЛОК. Эта схема, предложенная для описания основ клеточной жизнедеятельности в середине XX века, с легкой руки великого ученого Френсиса Крика получила название «центральная догма молекулярной биологии». Дальнейшие исследования обнаружили отдельные отступления от этой догмы (например, у ретровирусов, способных синтезировать ДНК на основе РНК). В целом же клеточный мир удивительно единообразен и догматичен в следовании этому принципу.