Советская микробиология: на страже здоровья народа. История советской микробиологической науки в биографиях некоторых её представителей

Антитела характеризуются тем, что соединяются только с теми антигенами, против которых они выработаны. Это явление получило название специфичности.

Как нам представляется, о специфичности антител надо говорить не в «точечном» смысле, имея в виду каждый раз вполне конкретную инфекцию, а в смысле определённого «интервала», в котором антитела могут образовываться на целый ряд близких (родственных) инфекций.

И тем не менее специфичность – это свойство, которое отличает приобретённый иммунитет от врождённого, основным признаком которого является как раз неспецифичность, проявляющаяся на всех уровнях действия последнего.

Антитела вступают в определённую реакцию с антигеном, которая характеризуется различными внешними проявлениями. Другими словами, антитела могут оказывать на антигены различное действие:

1) Агглютинация. Склеивание антителами микробов с последующим выпадением последних в осадок. Такие антитела называются агглютининами.

Защитное действие агглютининов надо признать ограниченным, поскольку многие агглютинированные микробы не погибают, а лишь теряют свою подвижность. При этом они не только остаются живыми, но и могут продолжать размножаться. Однако собранные в кучки микробы легче фагоцитируются и подвергаются воздействию других типов антител. Т.е. агглютинины участвуют в защите организма совместно с другими факторами иммунитета.

2) Бактериолиз. Растворение патогенных бактерий под действием антител. Такие антитела называются бактериолизинами.

Под влиянием бактериолизинов микробы лишаются подвижности, их тело разбухает, теряя типичную форму, и постепенно они превращаются в круглые образования (шары) и затем в аморфную массу.

При этом бактериолизины действуют на антиген совместно с комплементами, т.е. веществами белкового характера (см. выше), способствующими бактериолитическому действию антител. Комплементы, подобно ферментам, ускоряют реакцию, но при этом, в отличие от последних, связываются и непосредственно участвуют в реакциях в определённых количествах.

3) Бактерицидное действие. Ряд антител убивает бактерий. Их называют бактерицидные антитела. Однако бактерицидное и бактериолитическое действие антител – один и тот же процесс. И по какой схеме пойдёт воздействие антитела на микроба, зависит не от свойств антитела, а от особенностей микроба.

При бактерицидном действии сыворотки, содержащей антитела, наступает только гибель микробов. При этом микробы претерпевают сравнительно небольшие морфологические изменения (в этом заключается отличие от случая, когда сыворотка оказывает бактериолитическое действие).

4) Преципитация. Антитела могут при соприкосновении с антигеном вызывать образование осадка – преципитата. Подобные антитела именуются преципитинами. За этой реакцией может стоять как простое ослабление микробов, так и их гибель.

5) Нейтрализация ядовитого действия. Осуществляющие подобную функцию антитела – это антитоксины. Они появляются в сыворотке крови в ответ на выделение патогенами экзотоксинов.

6) Повышение фагоцитарной функции. Наличие подобного действия иммунной сыворотки на фагоциты заметил ещё И.И. Мечников. Вызывают такую реакцию два вида антител – опсонины (от латинского «opsono» – приготовляю пищу) и бактериотропины (или просто – тропины). Опсонины – термолабильные антитела, т.е. легко разрушаются при малейшем нагревании сыворотки. В отличие от них, бактериотропины (тропины) – термостабильны. И те, и другие действуют только в присутствии комплемента.

7) Нейтрализация вирусов. Считается отдельной функцией антител. Выполняют её вируснейтрализующие антитела.

Какие бы функции ни выполняли антитела, по какому бы принципу они ни действовали, все они являются белками группы глобулинов, точнее – иммуноглобулинов (условное обозначение – Ig).

Известно пять классов иммуноглобулинов человека: G, M, A, D, E. (условные обозначения соответственно – IgG, IgM, IgA, IgD, IgE). Они все являются антителами к каким-либо антигенам.

Ранее предполагалось, что каждому из видов воздействия антител на антигены соответствует определённый тип антител. Однако впоследствии оказалось, что тип реакции «антиген – антитело» определяется во многом физическими свойствами антигена.

И тем не менее определённая «специализация» между типами иммуноглобулинов существует.

Молекулы иммуноглобулинов всех классов построены из полипептидных цепей двух видов: лёгких (L), с молекулярной массой около 22 000, одинаковых для всех классов иммуноглобулинов, и тяжёлых (Н), с молекулярной массой от 50 000 до 70 000, в зависимости от класса иммуноглобулина. Структурные и биологические особенности каждого класса (в том числе и особенности взаимодействия с антигенами), таким образом, обусловлены особенностями строения их тяжёлых цепей.

Каждое антитело способно распознавать не только уникальный элемент какого-либо патогена, отсутствующий в организме, т.е. антиген, но и, в пределах данного антигена, – определённый его участок – эпитоп. Именно с ним и вступают в реакцию активные центры антител – паратопы.

Подобная специфичность антител обусловлена вариабельностью отдельных участков как тяжёлых, так и лёгких цепей иммуноглобулинов (эти участки обозначаются –V). При этом в цепях есть и постоянные (константные) участки (обозначаются – С). В молекуле иммуноглобулина образуются два типа антигенсвязывающих фрагментов – т.н. Fab (их два) и Fc. Fab отвечает непосредственно за связывание эпитопов антигена, а Fc может связывать комплемент и взаимодействовать с клеточными рецепторами макрофагов, моноцитов, гранулоцитов, лимфоцитов.

Классы иммуноглобулинов IgG, IgD, IgE и в значительной степени IgA по своему строению (морфологии) – т.н. мономеры – имеют вид буквы «Y». Среди IgA есть подкласс димеров, имеющих форму соединённых между собой под углом 180 градусов двух букв «Y» (т.н. секреторные IgA).

Наконец, IgM – это большие иммуноглобулины – пентамеры, т.е. имеющие форму пяти соединённых между собой букв «Y» (похожи на снежинку).

Антитела, являющиеся иммуноглобулинами М (IgM). Как полагают учёные, IgM – наиболее эволюционно древние иммуноглобулины. Предположение вполне логичное и обоснованное, учитывая то обстоятельство, что именно иммуноглобулинами М являются в значительной степени нормальные (или естественные) антитела, присутствующие даже в неинфицированном организме и представляющие собой часть (один из элементов) неспецифического врождённого гуморального иммунитета.

Именно IgМ синтезируются на первой стадии иммунной реакции при первом проникновении микроорганизма-патогена в организм (или в том случае, если у организма на этот патоген «плохо работает память»). Процесс их синтеза достаточно длительный – иммунной системе надо время, чтобы распознать возбудителя, оптимальным путём отреагировать на него и защититься.

При разных инфекциях процесс образования IgМ занимает разное время. Скажем, при гриппе и ОРВИ – примерно неделю. За это время IgM синтезируются и побеждают вирус (если с иммунитетом у человека всё в порядке). Лечебные же мероприятия играют здесь исключительно вспомогательную роль. Отсюда-то шутка врачей про грипп и ОРВИ: «Если будешь лечить – пройдёт за неделю, не будешь – пройдёт за семь дней». При других инфекциях процесс выработки иммуноглобулинов М и их борьба с патогенами может занимать недели, месяцы (гепатиты, боррелиоз), а то и годы (скажем, в случае ВИЧ).

IgМ – большие иммуноглобулины-пентамеры (самые большие из иммуноглобулинов), настоящие «боевые» молекулы, имеющие различные агрессивные к вторгнувшимся патогенам рецепторы. Их молекулярная масса 900 000. Из иммуноглобулинов сыворотки IgМ составляют 5 – 10%.

Активность иммуноглобулинов класса М чрезвычайно велика, спектр действий – широк. Они обладают протеолитической активностью, т.е. могут растворять (расщеплять) молекулы патогенов (лизис). Могут убивать микроорганизмы-патогены, причём в одиночку, без участия других механизмов (бактерицидное действие). Высоки их агглютинирующий и опсонирующий эффекты. Также они активируют систему комплемента. Словом, IgM – «универсальные солдаты».

Антитела, являющиеся иммуноглобулинами G (IgG). Это основной класс антител, составляющий 70 – 80% от всех иммуноглобулинов сыворотки крови. В процессе первичного иммунного ответа (после первого введения антигена) они появляются позднее IgM-антител, но образуются раньше при вторичном иммунном ответе (т.е. после повторного введения антигена; правда, при условии, что организм этот антиген «запомнил»). Другими словами, IgG – это и есть антитела «памяти» организма на тот или иной патоген. Однако примечательно, что, как выяснилось, IgG есть и среди нормальных антител, т.е. они также входят в систему неспецифического врождённого иммунитета.

IgG гораздо меньше IgM. Они являются мономерами в виде буквы «Y» с молекулярной массой около 160 000. Тем не менее эти иммуноглобулины обладают довольно значительным набором функций (что и делает их основным классом иммуноглобулинов, обеспечивающих приобретение организмом иммунитета к неизвестным ранее ему патогенам). В их «ведении» находится, в основном, та самая специфичность антител, т.е. реакция на конкретный патоген. Несмотря на свой малый размер, в сравнении с IgM, IgG обладают высокой литической и бактерицидной способностью (причём могут убивать патогены также, как и IgM, без участия других иммунных механизмов). И пусть эти функции выражены у них слабее, чем у IgM, но, учитывая количество IgG, суммарный эффект получается весьма мощным. Сверх того, иммуноглобулины класса G активируют систему комплемента. Это единственный класс антител, который может проникать через плаценту и обеспечивать иммунологическую защиту плода.

Антитела, являющиеся иммуноглобулинами А (IgA). Составляют 10 – 15% от сывороточных иммуноглобулинов. Молекулярная масса – 170 000 и выше. Мономеры составляют около 80% от их количества, димеры – около 20%.

Способностью активировать комплемент IgA не обладают. Зато обладают протеолитической активностью.

Большая часть IgA играют роль «местной защиты», т.к. синтезируются плазматическими клетками, находящимися преимущественно в подслизистых тканях, на слизистой эпителиальной поверхности дыхательных путей, урогенитального и кишечного тракта, почти во всех экскреторных железах. В общую циркуляцию попадает меньшая часть IgA.

Антитела, являющиеся иммуноглобулинами Е (IgE). Молекулярная масса – 196 000. В сыворотке оказываются в крайне незначительных количествах. Также их очень мало в секреторных жидкостях. Доля от всех иммуноглобулинов – от 0,001 до 0,003%. Не обладают ни литической, ни бактерицидной активностью, не активируют систему комплемента. Особенность IgE состоит в том, что они способны фиксироваться на базофилах и тучных клетках (разновидности базофилов, находящейся в соединительных тканях), что объясняется наличием на указанных клетках большого количества рецепторов к Fc-фрагментам IgE. При соединении фиксированных на тучных клетках или базофилах иммуноглобулинов Е с антигеном возникает процесс дегрануляции этих клеток (напомним, что базофилы и тучные клетки (разновидность базофилов) являются гранулоцитами), в результате чего высвобождается гистамин. Это приводит к развитию гиперчувствительности немедленного типа (другими словами, к аллергической реакции). Поэтому ранее IgE назывались реагинами. Сейчас данное название признано устаревшим.

Выше уже говорилось, что базофилы и тучные клетки отвечают за гиперчувствительность организма. Так вот, оказывается, эту функцию они выполняют не сами по себе. Их «стимулируют» к этому иммуноглобулины класса Е. Т.е. мы вновь наблюдаем связь клеточного и гуморального иммунных ответов, а также врождённого и приобретённого иммунитетов.

Антитела, являющиеся иммуноглобулинами D (IgD). Молекулярная масса – около 180 000. Составляют всего 0,3% от общего количества иммуноглобулинов. Т.е. IgD так же, как и IgE, немного (хотя и больше последних примерно в 10 раз). Роль иммуноглобулинов D на настоящий момент не совсем ясна учёным. Однако известно, что они в качестве рецепторов присутствуют на поверхности В-лимфоцитов. Причём они появляются на мембране относительно зрелых клеток. Поэтому их наличие является свидетельством зрелости В-лимфоцитов.

Все без исключения классы иммуноглобулинов, т.е. все антитела, вырабатываются В-лимфоцитами.

Процесс этой выработки выглядит следующим образом 4.

Поверхность зрелых В-лимфоцитов покрыта густым слоем отростков, являющихся антиген-распознающими рецепторами. Эти рецепторы, «заякоренные» (существует такой почти официальный термин в иммунологии), представляют собой, как нам уже известно, иммуноглобулины класса D, т.е. антитела. Факт сам по себе очень интересный. Получается, что В-лимфоциты вырабатывают определённое количество антител, в общем-то, без непосредственного участия антигена. Повторяем, в данном случае о нормальных (естественных) антителах, участниках системы врождённого неспецифического гуморального иммунитета, мы речь не ведём. Но даже непосредственные участники системы приобретённого иммунитета, т.н. специфические антитела, появляются в какой-то части без антигенной стимуляции. Это – рецепторы В-лимфоцитов, являющиеся IgD.

Обычно утверждается, что эти рецепторы ориентированы на соответствующие антигены. Утверждение как верно, так и не верно. Весь вопрос в том, что понимать под словами «специфичность» и «соответствующий антиген».

В своё время Эрлих и его последователи полагали, что на клетках крови, отвечающих за выработку антител (тогда не только не знали о В-лимфоцитах, но и о лимфоцитах вообще; так что, разговор о клетках, вырабатывающих антитела, шёл гипотетически-теоретический, это была лишь гипотеза), есть некие рецепторы, каждый из которых отвечает за распознание строго конкретного антигена. Однако потенциальных возбудителей заболеваний в окружающей среде существует великое множество (и не перечесть!). Тогда какое же количество рецепторов должно содержаться на клетках, синтезирующих антитела? Да и откуда они могли там взяться, если организм с какой-то инфекцией не был ранее знаком (иммунитет-то приобретённый)? Это были вопросы, на которые ни Эрлих в своё время, ни его последователи значительно позже ответить не могли. И указанные слабые места прекрасно видел И.И. Мечников и его последователи, выдвигая на первое место в иммунном ответе организма фагоцитоз.

Подобные вопросы вполне можно было бы адресовать и современным учёным, говорящим о специфичности и ориентированности на соответствующие антигены антител-рецепторов В-лимфоцитов.

Но сейчас ответ на такие вопросы отчасти уже есть. Рецепторы В-лимфоцитов (и не только их) распознают не конкретный патоген (антиген), а инвариантные химические структуры, характерные для целого класса патогенов. Т.е., можно сказать, работают в «определённом диапазоне». Например, какие-то рецепторы распознают грамотрицательные бактерии, какие-то – грамположительные, какие-то – определённые типы вирусов, какие-то – грибковые инфекции, какие-то – белки одноклеточных паразитов и т.д. и т.п.

Словом, если читатель где-то встречает утверждение об «ориентированности рецепторов В-лимфоцитов на соответствующие (конкретные) антигены», он должен понимать, что речь идёт об «определённом диапазоне».

Правда, не совсем ясно появление даже «диапазона в работе» антител-рецепторов В-лимфоцитов. Как могла появиться их реактивность даже в пределах подобного «люфта»? Свидетельствует ли это о прошедшем когда-то очень давно контакте вида с инфекцией из соответствующего «диапазона»? На эти вопросы убедительного ответа пока нет.

Но всё же вернёмся непосредственно к процессу выработки антител В-лимфоцитами.

Итак, выработанные В-лимфоцитами антитела-рецепторы (IgD) находятся на «боевом дежурстве». Их активация, за которой следуют трансформации В-лимфоцитов, происходит при внедрении в организм антигена.

Первичный иммунный ответ на внедрение «нового» антигена (или антигена, который был «забыт» организмом, и, следовательно, «кажется» ему «новым») включает несколько этапов:

1-й этап – латентная (т.е. скрытая) фаза. Она длится несколько суток (как правило, не менее четырёх дней) с момента внедрения антигена. В этот период происходит фагоцитоз антигена. Т.е. макрофаги, находящиеся в тканях организма, как сказали бы ранее – клетки ретикуло-эндотелиальной системы, поглощают антигены и перерабатывают их. При этом они презентуют часть антигена на своей поверхности. Этот антиген распознаётся иммуноглобулиноподобными рецепторами Т-лимфоцитов-помощников, т.е. Т-хелперов. Сходные с антигеном молекулы отрываются от рецепторов Т-хелперов и присоединяются к макрофагам через свои Fc-участки. Таким образом, на макрофагах образуется «удвоенная обойма» антигенных молекул, которая, в свою очередь, распознаётся специфическими рецепторами В-лимфоцитов. После получения подобного «массированного» «удвоенного» сигнала антиген распознаётся В-лимфоцитами, которые начинают свою дифференциацию в плазматические клетки и В-клетки памяти. Таким образом, чтобы процесс иммунного ответа «запустился», в «обычном» случае требуется двойное распознавание антигена: Т-хелперами и В-лимфоцитами. Последним для распознавания требуется «удвоенная доза» антигена, «удвоение» которой как раз и обеспечивается Т-хелперами.

На 2-м этапе (лог-фазе) плазматические клетки, образовавшиеся из мигрировавших в лимфатические узлы, селезёнку, костный мозг и остающихся в крови В-лимфоцитов, начинают активную выработку специфических антител. Удвоение количества вырабатываемых антител происходит каждые 2 – 4 часа. Максимум выработки достигается на 10 – 12 сутки. Первоначально синтезируются антитела, относящиеся к иммуноглобулинам класса М, т.е. те самые «универсальные бойцы», которые способны дать организму максимальную защиту. При максимальной выработке антител происходит постепенное переключение их синтеза с группы М на группу G.

Далее, на 3-м этапе (кто-то говорит о 3-м и 4-м этапах) происходит снижение количества вырабатываемых антител. Организм входит в состояние гомеостаза, т.е. равновесия.

Ещё раз подчеркнём, что при первичном иммунном ответе основная масса вырабатываемых антител – это иммуноглобулины М. Переключение на выработку IgG происходит на завершающих этапах первичного иммунного ответа.

Подобный эффект вполне объясним: при приближающейся победе над инфекцией организму становится не только не выгодно, но просто опасно «содержать большую армию до зубов вооружённых бойцов» (IgM). Они, чего доброго, при недостатке питания могут начать «пожирать» «своих». Поэтому организм производит своеобразную «демобилизацию» наиболее «боевых отрядов», т.е. IgM, – он начинает вырабатывать IgG. Более того, IgM распадаются, образовывая IgG.

В сущности, как отмечалось выше, иммуноглобулины класса G – это и есть молекулы «памяти». Это они «запоминают» конкретный антиген. Это именно их при повторном внедрении данного антигена и начнут в ускоренном режиме синтезировать В-клетки памяти, т.е. вторая разновидность В-лимфоцитов (первая – плазматические клетки).

В подобной ускоренной выработке В-клетками памяти IgG и заключается вторичный иммунный ответ. Для него характерны укороченный латентный (скрытый) период (примерно вдвое короче, чем при первичном иммунном ответе), более быстрое наращивание количества антител и большее их максимальное значение. Причём, при вторичном иммунном ответе идёт сразу образование IgG-антител. Т.е. В-клетки памяти синтезируют сразу антитела, «заточенные» на борьбу с конкретным антигеном, те самые «помнящие» данный антиген молекулы IgG. Образующиеся при этом плазматические клетки также синтезируют IgG. Количество антигена может быть совсем незначительным, но иммунный ответ всё равно воспоследует. Таким образом организм защищается от инфицирования. Микробам попросту не даётся шанса развить в организме свою деятельность.

Особо обращаем внимание читателя: «иммунологическая память», как основное проявление приобретённого иммунитета, не означает постоянного наличия в крови или каких-то органах и тканях готовых антител против тех или иных заболеваний, с которыми организму уже приходилось сталкиваться. Её существование означает наличие В-клеток памяти, которые при повторном внедрении антигена сразу же «выбрасывают» специфические IgG-антитела и стимулируют плазматические клетки на выработку таких же IgG-антител. Продолжительность подобной «памяти» может быть различна. Но в любом случае речь идёт о годах иммунитета.

Однако существуют случаи, когда приобретённый иммунитет долгим не бывает. Вырабатываемые в ходе борьбы с патогеном антитела оказываются нестойкими и «живут» короткие (исчисляемые всего лишь месяцами, а, возможно, и неделями) сроки. И в самом факте этой нестойкости нет ничего удивительного – мы уже отмечали, что антитела (за исключением натуральных) просто так по организму «не болтаются», а вырабатываются в нужный момент В-клетками памяти и соответствующим образом индуцированными плазматическими клетками. Но в том-то и дело, что в ряде случаев В-клеток памяти попросту не образуется. Есть ряд антигенов (например, бактериальные липосахариды), которые могут стимулировать антителообразование и без макрофагов, и без Т-хелперов (их так и называют Т-независимыми антигенами). Распознавание антигена в этом случае обеспечивают сами В-лимфоциты. Они преобразуются в плазматические клетки и вырабатывают иммуноглобулины класса М. IgM справляются с инфекцией. Но образование В-клеток не происходит. Не образуются и иммуноглобулины класса G, т.е., по сути, те самые молекулы «памяти», «запоминающие» данный антиген. В таком случае вырабатываемый иммунитет на соответствующие антигены оказывается неустойчивым, и повторное внедрение этих антигенов в организм вторичного иммунного ответа (т.е. ускоренного и усиленного) не вызывает. Другими словами, организм будет опять «переболевать» эту болезнь5.

* * *

Итак, мы рассмотрели все уровни иммунитета: барьерный, гуморальный, клеточный.

Теперь скажем, что чёткое их разграничение – это всего лишь схема, модель, которая, в какой-то мере упрощая реальную картину, позволяет выделить главные особенности иммунной защиты организма на каждом из этапов этой защиты. Данная схема-модель подобна любым другим научным моделям, ничем им не уступает: всякая научная модель подаёт процесс упрощённо. Но делает это с единственной целью – выявить в процессе, явлении, событии главные его особенности, характерные его черты, закономерности.

Все элементы «иммунной триады» теснейшим образом связаны между собой. А о гуморальном и клеточном иммунитете многие исследователи вообще говорят, что их разделение во многом условно.

В самом деле, даже в барьерной защите участвуют химические вещества, вырабатываемые клетками организма. Даже клетки кожи (т.е. самого что ни на есть механического барьера) имеют, как выяснилось, рецепторы, реагирующие на антиген, т.е. элемент, присущий, казалось бы, только участникам гуморальной защиты. В барьерных же приспособлениях (эпителий дыхательных путей, печень и др.) присутствуют макрофаги – одни из главных участников клеточной защиты. В то же время лимфоузлы, всегда трактовавшиеся как элемент внутренней барьерной защиты, оказались периферийными органами лимфатической системы, и именно в них находится большое число лимфоцитов, отвечающих как за гуморальный, так и за клеточный иммунный ответ. Синтезируемые лимфоцитами антитела-иммуноглобулины IgЕ, как всякие антитела, являющиеся элементом гуморальной защиты, активируют деятельность гранулоцитов-базофилов, т.е. элементов клеточной защиты. С другой стороны, макрофаги (т.е. участники клеточного иммунного ответа) запускают процесс распознавания антигенов В-лимфоцитами, т.е. участвуют в запуске гуморального ответа. Вещества, содержащиеся в крови и тканевых жидкостях организма, обладающие бактерицидным действием (лизоцим, бета-лизины, дефензины, пропердин и др.), т.е. являющиеся элементами гуморального ответа, синтезируются различными клетками. Интерфероны начинают выполнять свою защитную функцию в инфицированных клетках и лишь затем, попадая в межклеточные жидкости, инициируют «интерферонный ответ» здоровых клеток. Т.е. здесь мы опять наблюдаем сочетание клеточной и гуморальной защиты. И подобные примеры можно продолжать.