2. Напредък в изследването на имунитета
Серология.Функцията за разпределяне на хормони е само едно от новите свойства на кръвта, открити в края на 19 век. Като носител на антитела кръвта действа катопротектор на организма от инфекции. (Сега е трудно да се повярва, че преди век и половина лекарите са смятали кръвопускането за най-добрия начин да помогнат на пациента.) Използването на защитните свойства на кръвта срещу микроорганизми е разработено в трудовете на двама асистентиКох, немските бактериолозиЕмил Беринг(1854-1917) иПаул Ерлих(1854-1915). Беринг открива, че въвеждането на бактериални култури на животни стимулира производството наспецифични антителав течната част на кръвта (кръвен серум). Ако след това този серум се приложи на друго животно, то, поне временно, ще бъдеимунизираносрещу болестта.
Беринг решава да тества откритието си върхудифтерия, заболяване, което засяга предимно деца и много често завършва със смърт. Ако едно дете оцелее след дифтерия, то става резистентно (имунитет) към това заболяване. Но защо да принуждаваме тялото на детето да произвежда свои собствени антитела в борбата с бактериалните токсини? Защо да не подготвим антитела в тялото на животно и след това да инжектираме имунния серум в тялото на болно дете? Използването наантитоксичен серумпо време на епидемията от дифтерия през 1892 г. драстично намалява детската смъртност.
Беринг проведе експеримента си с участието на Ерлих, който разработи специфична дозировка и методи на лечение. В бъдещеЕрлихпровежда самостоятелно изследвания, внимателно усъвършенствайки методите за използване на серума.
Той с право може да се счита за основател насерологията- изучаването на физични, химични ибиологични свойства на кръвния серум и методи за получаването му. Когато тези методи имат за цел да създадат имунитет към болести, науката се наричаимунология.
Белгийският бактериологЖул Борде(1870-1939) е друг основен серолог, който има голям принос за развитието на тази наука. През 1898 г., докато работи в Париж под ръководството наИ. И. Мечников, той откри, че антителата, присъстващи внагрятдо 55 ° C кръвен серум, по същество остават непроменени, запазвайки способността да се комбинират със същите вещества (антигени), с които са се комбинирали преди нагряване. Въпреки това способността на серума да убива бактериите изчезва. Предполага се, че някакъв многонестабилен компонент(или група от компоненти) на серума действа катодобавка(комплемент) към антитялото, преди последното да влезе в битката срещу бактерията. Борде нарече този компоненталексин, а Ерлих го наречекомплемент; последното име все още е прието.
През 1901 г. Bordet показа, че ако едно антитяло реагира с антиген (чужд протеин), комплементътсе изчерпва. Този процес на фиксиране на комплемента се оказа важен за диагностицирането насифилис. Тази диагностика е разработена през 1906 г. от немския бактериологАвгуст фон Васерман(1866-1925) и все още е известна катореакцията на Васерман.
При реакцията на Васерман кръвният серум на пациента реагира с определени антигени. Ако серумът съдържа антитела срещу причинителя на сифилис, реакцията се извършва и комплементът изчезва.Загубатана комплемент означаваположителнареакция към сифилис. Ако комплементът не се загуби, няма реакция и следователно пациентът няма сифилис.
Клонова селекционна теория на имунитета.По-нататъшното развитие на имунологията е свързано с дейността на изключителния австралийски ученФранк Бърнет(1899-1985). Силно влияние върху научните му интереси оказва смъртта на 12 деца, ваксинирани срещу дифтерия в Мелбърн през 1928 г. По време на разследването Бърнет установява, че смъртта на децата е причинена от заразяване на ваксината със стафилококус ауреус. Той се интересуваше от въпроса как организмът се защитава от подобни инфекции.
Благодарение на специалната субсидия за изследване на вирусните заболявания, през 1932г.1933г. Бърнет продължи изследванията върху животински вируси в Обединеното кралство. В процеса на работа той подобрява предложения през 1931 г.E. Goodpastureза култивиране на вируси вразвиващи сепилешки ембриони. Вирусите не могат да съществуват извън живите клетки; в същото време клетките на бозайниците трудно се отглеждат при лабораторни условияin vitro.
Успехът на Burnet в култивирането на вируси в пилешки ембриони се дължи на факта, че пилешкитеембрионине произвеждат антитела срещу вируси и следователно не могат да устоят на вирусна инфекция.
От гледна точка на Бърнет, всички теории, обясняващи образуването на антитела, могат да бъдат разделени на две групи. „Според теориите заподбора,” пише той по-късно, „антигенът активиравече съществуващаспецифична реакция; в съответствие споучителнитетеории, антигенът предизвиква образуването нановатакава реакция в съответните клетки.”ПолЕрлих, който разработи първата сериозна теория за имунитета (селекция), смята, че антителата са рецептори на повърхността на клетките; в отговор на свързването на антигени с тях клетките започватпроизвеждат антитела в излишък.
През 30-те години на миналия век, след катоКарл Ландщайнерустанови, че мишките могат да развият антитела срещу голямо разнообразие отхимикали, които не се срещат в природата, теорията на Ерлих и други теории за развъждане бяха до голяма степен разклатени. Изглеждашемалко вероятнотакъв брой специфичнипредварително формиранирецептори за необичайни вещества да съществуват при животни и затова повечето имунолози станаха привърженици на теориите за обучение. Най-сериозната от тях е теорията, предложена отLinus Pauling, който предполага, че антигените се поемат от клетките и молекулите на антитялотоги обгръщат, като по този начин образуват плътно приспособена специфичнаматрица.
Бърнет смяташе, че предписващите теории не вземат под внимание това, което той нарече "ключовият проблем на имунологията", а именно, "как имунизираните животниразграничаватвеществата, които са инжектирали от животни от друг вид, от техните собствени аналогични вещества?". От гледна точка на поучителните теории, според него, е трудно да се обясни подобносаморазпознаване, т.е. способността на тялото да "разпознава" собствените си протеини. Въз основа на откритията си, че пилешките ембриони не развиват антитела срещу вируси, той предположи, че животните не развиват антитела срещу всички вещества, които влизат в телата имв ранните етапи на развитие, и че такова ранно излагане на антитела играе ключова роля в саморазпознаването итолерантността(толерантността) към собствените вещества.
Бърнет и колегите му се опитаха да развиятизкуственатолерантност при пилета, като ги изложиха за кратко насинтетичниантигени. Това обачеопитът беше неуспешен, т.к. - по-късно се оказа - за формирането надълъгтолеранс контактът с антигена също трябва да едълъг. През 1953 г.Питър Медавари неговите сътрудници постигнаха изкуствена толерантност в експерименти за присаждане на кожа върху мишки, като по този начин потвърдиха теорията на Бърнет.
Питър Медаваринокулира в мишиембриониклетки от същите миши тъкани, но от мишки от различна линия (с различенхаплотип). Предполага се, че когато ембрионите започнат самостоятелен живот и придобият способността да произвеждат антитела, протеините, присадени върху тях преди раждането, вече не трябва да бъдатчужди. Наистина се оказа, че възрастни мишки, присадени в ембрионално състояние, за разлика от неваксинираните, приематкожниприсадки от мишки от друг щам.
През 1960 г.БърнетиМедаварса удостоени с Нобелова награда за физиология или медицина "за откритието имизкуствена имунна толерантност". Тяхната работа, която опровергава поучителните теории, бележи началото на развитието на съвременните теории за имунитета. В Нобеловата лекция „Имунологично разпознаване на себе си“ Бърнет разглежда „само един проблем: как гръбначните животни разграничават „себе си“ от „чуждо“ имунологично и как се развива тази способност? Той завърши, като каза, че "единственият възможен подход за решаване на този проблем е теорията за подбор на имунитета, която трябва да бъде разработена на клетъчна и вероятноклоноваоснова."
Споредтеорията за клонова селекция, разработена в края на 50-те години.Бърнет,Дейвид Талмидж,Нийлс ДжерниДжошуаЛедерберг,ембрионътсъдържа "проби"от всички тези милиони антитела, които по принцип могат да бъдат произведени в възрастно животно. Всяка клетка, произвеждаща антитяло, може да произведе само един вид антитяло. По време накритичнияпериодна вътрематочно развитие и в ранните етапи на извънматочния живот, всяка клетка, която среща антиген, съответстващ на нейното специфично антитяло (т.е. „собствен“ антиген), еунищоженаили инактивирана. В резултат на това до края на критичния период всички клетки, носещи антитела срещу собствените антигени на тялото, се отстраняват от групата клетки, произвеждащи антитела.
Основи на теорията за клоновата селекция:
Антитела и лимфоцити с необходимата специфичност вече съществуват в организма преди първия контакт с антигена.
Лимфоцитите, участващи в имунния отговор, имат антиген-специфичнирецепторина повърхността на техните мембрани. В случая наВ-лимфоцити,рецепторите са молекули със същата специфичност като антителата, които тези лимфоцити впоследствие произвеждат и секретират.
Всеки лимфоцит носи на повърхността си рецептори само с една специфичност.
Лимфоцит, сенсибилизиран с антиген, преминава през няколко етапа напролиферацияи образуваклонплазмени клетки. Плазмените клетки синтезират антитела само със специфичността, за която е програмиран прогениторният лимфоцит. Сигнали за пролиферация са антигенно свързване ицитокини, секретирани от други клетки (на първо място,Т-хелпери). Самите активирани В-лимфоцити също секретират цитокини.
Чрез този механизъм за клонова селекция антителатаможе да се натрупа в достатъчно високи концентрации, за да се бори ефективно с инфекцията. Подобен механизъм съществува за селекция на антиген-специфичниТ-лимфоцити.
Пролифериращите клонове се нуждаят отвреме, за да произведат достатъчно клетки. Ето защо обикновено отнема няколко дни след контакт с антигена, преди да се открият антитела в кръвния серум в достатъчно висока концентрация. Тъй като тези антитела се образуват в резултат на действието на антигени, те говорят запридобитимунитет.
Интензивността на отговора нараства главно поради увеличаване на броя на клетките, способни да възприематантигенния стимул. В същото време някои от потомците на оригиналния В-лимфоцит се превръщат в дълготрайниВ-клетки на паметта, което води до способността на имунната система да запомни контакта с антигена (появява се придобит специфичен имунитет срещу този патоген).
През 1961 г. е открит орган, който определя способността на тялото да произвежда антитела в ранните етапи на неговото развитие. Оказа се, че това етимусната жлеза(тимус), където се произвеждатлимфоцити(вид бели кръвни клетки), чиято функция е образуването на антитела. Веднага след раждането на човек, лимфоцитите се изпращат от тимуса към лимфните възли и в кръвния поток. След известно време лимфните възли вече могат да съществуват сами, а тимусът се свива и изчезва, когато човек достигне пубертета.
Генериране на различни антитела.Ясно е, че в тялото не може да има такъвогроменбройгени, които да синтезират необходимото количество антитела с всяка специфична специфичност. Оказа се, че по време на узряването на В-лимфоцитите възниква специфична соматична рекомбинация.(V(D)J рекомбинация), чийто механизъм е открит отСузуми Тонегава. Има и други механизми за увеличаване на разнообразието от антитела - напримерсоматична хипермутагенеза.