ЧЯД. Глава 6. 1

                ГЛАВА 6 ОПАСНЫЙ МИР

               
                ВСЕ ФОРМЫ И РАЗМЕРЫ


Врагов предостаточно. И паранойя тут ни при чем. Мы окружены существами, которые по той или иной причине хотят нас прикончить. Поскольку большинство людей пока не хотят умирать, они предпринимают шаги, чтобы защитить себя.

Угрозы агрессии могут быть самых разных форм и размеров, поэтому защита должна быть универсальной. Самая масштабная угроза – это война между странами. Правители наций, похоже, всегда нуждаются в ресурсах соседних стран, поэтому страны, которым угрожает опасность, должны защищаться, иначе они пострадают от неприятных последствий. В наше время у стран действительно могут быть очень сложные средства защиты.  У Соединенных Штатов есть запас атомных бомб. Если какая-то другая страна погрозит нам своим пресловутым кулаком, в ответ мы можем побряцать бомбами. Если угрозы перерастут в насилие и мы по тем или иным причинам не захотим использовать атомные бомбы, то могут быть задействованы другие технические средства: реактивные самолеты, сбрасывающие «умные» бомбы, самолеты АВАКС, контролирующие воздушное пространство на многие километры, танки, оборудованные для ночного боя, ракеты класса «земля-воздух», сбивающие ракеты класса «земля-земля», и многое другое. Для торговцев техническими вооружениями мы живем в золотой век.

Большие угрозы, такие как война, важны, но убить могут и другие виды агрессии. Террористические взрывы самолетов или газовые атаки в метро, к сожалению, стали слишком частыми, чтобы чувствовать себя комфортно. Хуже того, ни одно из упомянутых выше видов оружия не поможет предотвратить газовую атаку в метро. Когда характер врага резко меняется – от иностранного государства к внутренней террористической группе – характер обороны также должен измениться. Вместо бомб правительственные чиновники устанавливают металлоискатели в аэропортах и размещают охранников с оружием на стратегических объектах.

Терроризм и войны угрожают нам, но они случаются нечасто. Изо дня в день больше людей страдают от нападениям грабителей и беспорядков в своем районе, чем со стороны экзотических групп или зарубежных стран. Умудренный жизнью городской житель  поставит решетки на окна, домофон или дверной глазок, чтобы видеть, кто стоит у двери, и, выгуливая собаку, будет носить с собой перцовый баллончик. В странах, где подобные удобства неизвестны, вокруг хижины могут быть построены каменные или деревянные стены, чтобы защитить от незваных гостей (как двуногих, так и четвероногих), а у кровати можно хранить копье на случай, если стена будет проломлена.

Палка, камень, барьер, пушка, сигнализация, танк и атомная бомба, полезны для отражения атак. Хотя обстоятельства, в которых каждое оружие применимо, могут значительно различаться, все же существует много общего. И палка, и пистолет могут сдержать грабителя, пистолет и танк могут угрожать террористической группировке,  танк и атомная бомба могут быть применены против чужой страны. С этой точки зрения можно говорить об «эволюции» оборонительных систем. Можно говорить о гонке вооружений, в которой оснащение соперничающих сторон становится все более изощренным. Мы можем рассказывать истории о том, что жизнь – это борьба, в которой выживают люди или страны с лучшей защитой. Но прежде чем мы запрыгнем в коробку и улетим вместе с Кальвином и Гоббсом, нам нужно вспомнить о различии между концептуальными и физическими предшественниками. Камень и пистолет могут быть использованы для защиты, но камень не может быть превращен в пистолет серией маленьких шагов. Перцовый баллончик не является физическим предшественником ручной гранаты. Реактивный самолет нельзя превратить в атомную бомбу добавив по одной гайке и болту, даже если и самолет, и бомба содержат гайки и болты. В дарвиновской эволюции имеют значение только физические предшественники.

Люди и крупные животные – не единственные угрозы, с которыми сталкивается человек. Есть также лилипуты-агрессоры, против которых бомбы, пушки или камни неэффективны. Бактерии, вирусы, грибы – все они хотели бы съесть нас, если бы могли. Иногда да, но в большинстве случаев нет, потому что в нашем организме есть множество защитных систем для борьбы с микроскопическими атаками. Первая линия обороны – это кожа. Как и частокол, кожа работает относительно низкотехнологичным методом: это барьер, который трудно преодолеть. Жертвы ожогов часто становятся жертвами массовых инфекций, потому что кожный барьер разрушен, и внутренняя защита не может справиться с подавляющим числом захватчиков. И хотя кожа является важной частью защиты организма, она не является физическим предшественником иммунной системы.

Чтобы отпугнуть постороннего, которому удается взобраться на забор, иногда на вершине частокола есть шипы. Там, где я жил в Бронксе, почти все ограждения были увенчаны острой как бритва  проводом, который, по-видимому, более эффективен для калечения незваных гостей, чем старомодная колючая проволока. Но шипы и проволока не являются частями забора. Это небольшие дополнения, повышающие эффективность барьера. Тем не менее, как и сам забор, колючая проволока не является физическим предшественником, скажем, пистолета или мины.

У кожного покрова тоже есть дополнения, которые повышают его эффективность в качестве барьера. В биохимической лаборатории часто приходится носить перчатки, чтобы защитить себя от материала, с которым работаешь, но иногда приходится надевать перчатки, чтобы защитить материал. Люди, которые работают с РНК, носят перчатки, потому что человеческая кожа выделяет фермент, расщепляющий РНК. Почему? Оказывается, многие вирусы состоят из РНК. Для такого вируса фермент подобен колючей проволоке на коже: любая РНК, которая пытается пробить барьер, убивается.

Существуют и другие виды шипов на коже. Одним из самых интересных является класс молекул под названием маганины, открытый биологом по имени Майк Заслофф*  после того, как он задался вопросом, почему у живые лабораторных лягушек, которые разрезаются и зашиваются в нестерильных условиях, редко возникает инфекция. Он показал, что их кожа выделяет вещество, которое может убивать бактериальные клетки. С тех пор маганины были обнаружены у многих видов животных. Но магинины, как и ферменты, разрушающие РНК, не являются предшественниками сложных защитных систем под кожей животных.

Чтобы найти тяжелое вооружение, мы должны заглянуть под кожу. Внутренняя защитная система позвоночных головокружительно сложна. Как и современная армия США, она имеет множество различных видов оружия, которые могут пересекаться при использовании. Но, как и в случае с оружием, которое мы обсуждали выше, мы не должны автоматически предполагать, что различные части иммунной системы являются физическими предшественниками друг друга. Хотя защитные силы организма все еще остаются активной областью исследований, многие конкретные детали уже известны. В этой главе я расскажу об отдельных частях иммунной системы и укажу на проблемы, которые они представляют для модели постепенной эволюции. Тому, кто заинтригован хитростью систем и хочет узнать больше, рекомен-дуется взять любой текст по иммунологии, чтобы узнать подробности.

                ПРАВИЛЬНЫЕ ВЕЩИ

Когда микроскопический захватчик нарушает внешнюю защиту организма, иммунная система включается в действие. Это происходит автоматически. Молекулярные системы организма, такие как противоракетная система из «Звездных войн», которую когда-то планировали военные, представляют собой роботов, предназначенных для работы на автопилоте. Поскольку защита автоматизирована, каждый шаг должен быть учтен каким-то механизмом. Первая проблема, с которой сталкивается автоматизированная система обороны, заключается в том, как распознать захватчика. Бактериальные клетки следует отличать от клеток крови. Вирусы следует отличать от соединительной ткани. В отличие от нас, иммунная система не может видеть, поэтому она должна изначально полагаться на что-то похожее на чувство осязания.

W Антитела – это «пальцы» слепой иммунной системы, они позволяют ей отличать чужеродного захватчика от самого организма. Антитела образуются путем агрегации четырех цепей аминокислот (см.рис.): двух идентичных легких цепей и двух идентичных тяжелых цепей. Тяжелые цепи примерно в два раза больше, чем легкие. В ячейке четыре цепочки образуют комплекс, напоминающий букву Y. Поскольку две тяжелые цепи одинаковы и две легкие цепи одинаковы, буква Y симметрична. Если вы возьмете нож и разрежете их посередине, вы получите одинаковые половинки, по одной тяжелой и одной легкой цепи в каждой половине. На конце каждого зубчатого кончика буквы Y есть углубление (называемое сайтом или местом связывания). Выстилают место связывания части как легкой, так и тяжелой цепи. Переплетные участки бывают самых разных форм. У одного антитела может быть сайт связывания с кусочком, выступающим здесь, отверстием там и маслянистым пятном по краю. Второе антитело может иметь положительный заряд слева, щель посередине и шишку справа.


Если форма сайта связывания в точности дополняет форму молекулы на поверхности вторгшегося вируса или бактерии, то антитело свяжется с этой молекулой. Чтобы почувствовать это, представьте себе бытовой предмет с углублением и несколькими ручками, торчащими из углубления. У моей младшей дочери есть кукольный фургон с передними и задними сиденьями – что-то вроде этого хорошо подойдет. Теперь возьмите повозку/предмет, обойдите дом и посмотрите, сколько других предметов плотно поместится в углубление, заполнив как переднее, так и заднее сиденье, не оставляя никаких пробелов. Если вы найдете хотя бы один, вам повезет больше, чем мне. Ничто в моем доме не помещалось в фургоне, как и в моем офисе или лаборатории. Я представляю, что в мире есть какой-то объект с формой, дополняющей форму фургона, но я еще не нашел его.

У организма похожая проблема: шансы на то, что какое-либо антитело свяжется с любым конкретным захватчиком, довольно малы. Чтобы убедиться, что для каждого злоумышленника доступен хотя бы один вид антител, мы производим их от миллиардов до триллионов. Обычно для любого конкретного захватчика требуется 100 000, чтобы найти одно антитело, которое работает.

Когда бактерии вторгаются в организм, они размножаются. К тому времени, когда антитело связывается с бактерией, может быть много, много копий бактерии, плавающих вокруг. Против этого троянского коня, который размножается, в организме есть 100 000 ружей, но работает только одно. Один пистолет не принесет много пользы против орды. Каким-то образом подкрепление должно быть доставлено. Есть способ сделать это, но сначала я должен вернуться назад и объяснить чуть подробнее о том, откуда берутся антитела.

Существуют миллиарды различных видов антител. Каждый вид антител вырабатывается в отдельной клетке. Клетки, вырабатывающие антитела, называются В-клетками, что легко запомнить, потому что они вырабатываются в костном мозге**. Когда В-клетка рождается впервые, механизмы внутри нее случайным образом выбирают один из многих генов антител, которые закодированы в ее ДНК. Говорят, что этот ген «включен». Все остальные гены антител «выключены». Таким образом, клетка вырабатывает только один вид антител с одним типом сайта связывания. Следующая клетка, которая будет создана, по всей вероятности, будет иметь другой ген, поэтому она будет производить другой белок с другим сайтом связывания. Таким образом, принцип заключается в том, что одна клетка, один тип антител.

Как только клетка берет на себя обязательство вырабатывать антитела, вы можете подумать, что антитело покинет клетку, чтобы патрулировать тело. Но если содержимое всех В-клеток будет вброшено в организм, не будет никакого способа определить, из какой клетки взялось антитело. Клетка – это фабрика, которая производит определенный тип антител. Если антитело обнаруживает бактерию, мы должны сказать клетке, чтобы она прислала нам подкрепление. Но с такой гипотетической установкой мы не можем получить сообщение обратно.

К счастью, тело умнее. Когда В-клетка впервые вырабатывает антитело, антитело закрепляется в клеточной мембране с торчащими зубцами Y. Клетка проделывает этот трюк, используя ген нормального антитела, а также маленький кусочек гена, который кодирует маслянистый хвост белка. Поскольку мембрана тоже маслянистая, кусок прилипает к мембране. Этот шаг имеет решающее значение, поскольку теперь сайт связывания антитела прикреплен к его фабрике. Вся фабрика В-клеток патрулирует тело. Когда чужеродный захватчик появляется, антитело с прикрепленной клеткой его связывает.

Теперь у нас под рукой есть фабрика для борьбы с захватчиками. Если бы клетке просигнализировали производить больше антител, то борьба была бы поддержана подкреплением. К счастью, способ послать сигнал есть. К сожалению, он довольно запутан. Когда антитело на В-клетке связывается с чужеродной молекулой,  запускается сложный механизм, чтобы проглотить захватчика: по сути, завод по производству боеприпасов берет заложника. Затем антитело отламывает кусок мембраны и делает маленькую везикулу – самодельное такси. В этом такси заложника привозят на завод B-клеток. Внутри клетки (все еще в такси) чужеродный белок измельчается, и кусочек чужеродного белка прилипает к другому белку (называемому белком MHC)***. Затем такси возвращается к мембране клетки. За пределами фабрики появляется еще одна клетка (называемая Т-клеткой-помощником). Т-хелпер связывается с В-клеткой, которая «представляет» на рассмотрение Т-клетке измельченный кусочек захватчика (чужеродный фрагмент в белке MHC). Если соответствие правильное, это заставляет Т-хелпер выделять вещество под названием интерлейкин. Интерлейкин подобен посланию Министерства обороны заводу боеприпасов. Связываясь с другим белком на поверхности В-клетки, интерлейкин запускает цепочку событий, которая посылает сообщение ядру В-клетки. Посыл такой: расти!

В-клетка начинает размножаться с высокой скоростью. Т-клетки, пока они связаны с В-клеткой, продолжают секретировать интерлейкин. В конце концов, растущая фабрика В-клеток производит ряд дополнительных фабрик в форме специализированных клеток, называемых «плазматическими клетками». Вместо того, чтобы вырабатывать форму антитела, которая прилипает к мембране, плазматические клетки прекращает производить маслянистый кусочек белка. Теперь свободные антитела выдавливаются в больших количествах во внеклеточную жидкость. Это изменение имеет решающее значение. Если бы новые фабрики плазматических клеток были похожи на старую фабрику В-клеток, все антитела были бы ограничены своими квартирами и были бы гораздо менее эффективны в борьбе с захватчиком. W




* Майкл Заслофф (Michael Zasloff) – американский врач, исследователь и предприниматель. В 1978 году в тканях кожи африканских когтистых лягушек (Xenopus laevis) обнаружил пептид с выраженными антимикробными свойствами. Он назвал его маганин от ивритского «маген» - щит.

** Легко запомнить, потому что костный мозг по-английски bone marrow.  Вone – кость. Поэтому В-клетки. Обычно в медицинской литературе В-лимфоциты. Однако в учебнике нормальной физиологии объяснение другое. Костный мозг производит все клетки иммунной системы. Лимфоциты двух разновидностей В и Т. Лимфоциты В заняты производством антител. Лимфоциты Т отслеживают чужеродную генетическую информацию. Чтобы клетки В или Т были пригодны для своих задач, они после их производства в  костном мозге должны «дозреть». Т-клетки созревают в вилочковой железе – тимусе. Поэтому буква Т в названии. А вот В-лимфоциты созревают у человека в разных места: селезенке, лимфатических фолликулах кишечника. А у птиц есть специальный орган сумка Фабрициуса (Bursa fabricii). Вот тут впервые и были найдены В-клетки. Поэтому В происходит от «бурсы». Выбирайте историю по вкусу.


*** МНС  (Major histocompatibility complex) – главный комплекс гистосовместимости. Это большое семейство генов в ДНК. Они производят белки клеточной поверхности, которые, например, служат для распознавания «свой – чужой». Пример таких белков – человеческие лейкоцитарные антигены (HLA, Human Leucocyte Antigen).  Набор протеинов HLA уникален для каждого человека.


Продолжение http://proza.ru/2024/08/17/785