Онтогенез. От клетки до человека

Минусом такого случайного характера образования TCR является то, что многие из версий TCR не смогут образовать даже слабые связи и, следовательно, будут бесполезны. Некоторые из них смогут распознавать фрагменты опасных микроорганизмов, что ценно для защиты организма. Другие будут распознавать нормальные ткани организма, что в лучшем случае бесполезно, а в худшем опасно. Именно поэтому первым аспектом обучения в адаптивной иммунной системе является удаление бесполезных или опасных TCR, а значит, и их носителей – Т-клеток.[324] Молодые Т-клетки, которые только что перетасовали нуклеотиды в генах случайным образом и начали производить TCR, находятся в тимусе, в окружении клеток, на поверхности которых находится множество фрагментов белков, характерных для данного организма. У TCR имеется множество шансов для распознавания этих фрагментов, если они ему подходят. На данном этапе жизнь каждой Т-клетки зависит от стимуляции TCR, но стимуляция не должна быть слишком сильной. TCR, не образующий связей ни с чем, судя по всему, бесполезен, и поэтому клетка-носитель убивает себя. Ясно, что, если TCR реагирует слабо и связывается спорадически, он может обнаруживать фрагменты молекул, но не слишком эффективно. Однако это обнадеживает, ведь слабое обнаружение фрагмента нормального белка означает, что TCR, по крайней мере, работает и есть вероятность, что он сможет обнаружить фрагмент какого-то бактериального или вирусного белка намного лучше. Поэтому такие клетки будут жить, созревать и распространяться по организму. Если TCR образует прочные связи еще в тимусе, это означает, что он с высокой точностью распознает фрагменты нормального белкового материала. В этом случае он либо совершит самоубийство, либо научится подавлять активность в отношении таких фрагментов. В любом случае иммунная система не будет действовать против самого организма.

К концу этого процесса организм будет заполонен миллионами Т-клеток, несущих разные версии TCR. Они не реагируют сколь бы то ни было сильно на компоненты тела, но проявили очень слабую реакцию хотя бы на что-то. В организме Т-клетки часто контактируют со специфическим типом фагоцитов, которые демонстрируют им мелкие фрагменты того, что им удалось заглотить (в этом случае с помощью специальных белков, удерживающих эти фрагменты на поверхности клетки). Если фагоцит прибыл из очага инфекции, среди этих фрагментов будут кусочки микроорганизма. Большинство Т-клеток никак не реагируют на эти фрагменты, но иногда фагоциту может попасться Т-клетка, которая распознает его груз. Именно этого и ждет Т-клетка. Она полностью активируется, быстро делится, создавая целую армию дочерних клеток с таким же TCR, и выделяет сигнальные молекулы, которые привлекают другие Т-клетки в этот район. Некоторые из них распознают другие фрагменты микроба и тоже активируются. Часть Т-клеток отправится убивать клетки тканей, которые несут тот же фрагмент белка, ведь они, предположительно, заражены (рис. 79).

Рис. 79. Обобщенная схема некоторых способов, при помощи которых Т-клетки организуются и принимают участие в защитной реакции. Т-клетки имеют TCR, которые активируются, узнав показанный фагоцитом фрагмент бактерии. Разные события на этой схеме, например гибель клеток и использование системы комплемента, также могут привлекать фагоциты, вовлеченные во второй уровень иммунной реакции

Обучающий аспект этого процесса зависит как от деления вовлеченных в него клеток (что приводит к увеличению числа клеток с нужным типом TCR), так и от способности некоторых клеток оставаться в живых после гибели большинства других. Выжившие клетки становятся клетками памяти. Их присутствие означает, что, если тот же возбудитель болезни снова проникнет в организм, там будет гораздо больше клеток, способных распознавать его и запустить реакцию. Кроме того, клетки памяти более чувствительны к этому возбудителю, чем были любые клетки во время первого вторжения, и они меняют способы взаимодействия с остальной иммунной системой. В результате повторное вторжение того же патогена вызывает очень быструю и эффективную защитную реакцию. В таких условиях у вторгшихся микроорганизмов остается мало шансов на победу. Именно поэтому мы переносим большинство болезней только однажды, а затем у нас вырабатывается иммунитет и мы не заболеваем даже после непосредственного контакта с больным. Кажущиеся исключения, например простуда, на самом деле вызываются множеством различных микроорганизмов (в данном случае вирусов), так что всякий раз – это первый раз. Некоторые микроорганизмы, например возбудитель малярии, являются исключением, потому что в процессе эволюции у них появились механизмы обхода иммунной системы (это пример эволюционной «гонки вооружений», о которой я уже упоминал).