Текст книги "Беседы о новой иммунологии"

Автор книги: Рэм Петров

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 16 страниц)

Аппендикс создан не для того, чтобы болеть аппендицитом.

– Эдак мы далеко зайдем. Начнем считать открытием нового органа, если ученые опишут неизвестную функцию ранее известного органа.

– Что значит далеко зайдем? Чем дальше, тем лучше. Если бы открыли функцию аппендикса, то можно было бы считать, что открыли новый орган.

– А действительно, для чего аппендикс?

– Да уж, конечно, не для того, чтобы люди болели аппендицитом и давали работу хирургам.

– Но ведь после его удаления никаких расстройств не бывает. Значит, у него нет какой–либо уникальной функции.

– Вот так и про тимус думали.

Рассказ про тимус надо начинать с Австралии. 1960 год. Мельбурн. Институт медицинских исследований имени Вальтера и Элизы Холл. Институт, который в течение нескольких лет приобрел мировую известность. В последующие годы его известность будет возрастать. Открытия в области иммунологии, совершаемые в Холл–институте, будут удивлять мир. Но уже в 1960 году к институту приковано внимание. Не только его директор – нобелевский лауреат за иммунологию Фрэнк Бернет, но и его ученики, начинающие исследователи Густав Носсал и Джек Миллер уже заявили о себе. Через несколько лет они станут очень известны. Носсал займет пост директора Холл–института. Ему будет посвящена не одна страница книги. Заведующим крупнейшим отделом этого института станет Миллер. Но о его работах уже сейчас необходимо рассказать.

Тимус

В 1960 году Джек Миллер был направлен в Лондонский национальный институт медицинских исследований, чтобы заняться выяснением роли тимуса в иммунитете.

Почему тимуса, а не печени? Были ли какие–нибудь предпосылки, чтобы ставить такую цель?

Сейчас этот вопрос звучит наивно. Все знают, что тимус – центральный орган иммунной системы. Но в 1960 году о тимусе было известно совсем немного. Знали, что этот небольшой орган расположен в самой нижней части шеи, сразу же за грудиной; что он имеет форму двухконечной вилки, почему и называется по–русски вилочковой железой; что эта железа почти полностью атрофируется у взрослых, хотя у новорожденных она довольно большая.

Вес тимуса новорожденного ребенка – 15 граммов. Если младенец весит три килограмма, то тимус составляет 0,5 процента, у 40–летнего человека вес тимической ткани не превышает 3 граммов, то есть 0,005 процента веса тела. В 100 раз меньше! Его фактически нет. А иммунитет есть. И сорокалетние, пожалуй, наиболее устойчивы против всякой микробной нечисти.

Так что предпосылки скорее были против значения тимуса в работе иммунной системы. Но были и «за». Правда, теперь задним числом все видят эти предпосылки. А тогда их разглядел только Бернет.

В начале 1960 года он зашел в лабораторную комнату к Джеку Миллеру.

– У меня к вам просьба. Покопайтесь в литературе и подберите аргументы за и против того, что тимус играет роль в иммунитете. Если эти аргументы покажутся вам существенными, продумайте наиболее эффективный экспериментальный подход для подтверждения или опровержения идеи.

– Как скоро это нужно сделать? Я ведь через две недели еду в Лондон на стажировку, и у меня куча всяких срочных дел.

– А вы оставьте все дела. Я хочу, чтобы вашей темой во время стажировки была проверка «тимусной версии».

Через неделю Миллер выложил главные аргументы.

За:

1. Большинство тимоцитов, клеток тимуса, внешне ничем не отличаются от лимфоцитов – клеток лимфатических узлов. Эти последние являются главной фигурой иммунитета.

2. При развитии организма клетки, подобные лимфоцитам, раньше всего, еще до рождения, появляются в тимусе, а уже потом в лимфатических узлах, селезенке и в крови.

Против:

1. У взрослых тимус атрофируется и замещается жировой тканью.

2. Удаление тимуса не приводит ни к каким осложнениям, по крайней мере в ближайшие месяцы после операции.

– У кого удаляли тимус? – спросил Бернет.

– У взрослых, – заулыбался Миллер и добавил: – Для проверки версии тимус надо удалять у новорожденных.

Им обоим было все понятно. Такой путь прямо вытекал из бернетовской теории иммунитета. По этой теории иммунитет созревает лишь после рождения. Может быть, у новорожденных этот орган большой потому, что запускает всю систему?

Еще через неделю Миллер уехал в Лондон.

Первые же опыты по удалению тимуса у новорожденных мышат подтвердили «тимусную версию».

После тимэктомии, так называется операция по удалению этого органа, мышата остаются иммунологически неполноценными до самой смерти, которая наступает через 2—3 месяца. Они отстают в росте, у них постоянно воспалена кожа, нескончаемые поносы, чувствительность к инфекциям повышена. Антитела вырабатываются плохо. Лимфоцитов в крови почти нет. Иммунитет так подавлен, что чужеродная кожа, пересаженная от других мышей и даже от крыс, не отторгается.

Если таким иммундефицитным мышам пересадить тимус или ввести в кровь тимические клетки, все нормализуется. Значит, действительно тимус необходим, чтобы запустить работу иммунной системы.

В 1961 году в журнале «Ланцет» появилась первая публикация Джека Миллера о тимусе. Статья называлась «Иммунологическая функция тимуса».

Так был открыт центральный орган иммунитета. Им оказалась давно известная анатомам вилочковая железа с латинским названием «тимус». Только раньше никто не знал, что делает в организме тимус. Теперь знают: без него не могут начать работать лимфоциты, которые расселены по всем лимфатическим узлам, в селезенке, циркулируют в крови, чтобы узнавать и уничтожать чужеродные клетки.

Произошло ли открытие нового органа? По–моему, да.

В человеческом теле есть орган, который еще предстоит открыть.

– А все–таки, неужели все органы уже известны и остается искать лишь их новые функции? Неужели в человеческом теле нет неизвестных земель?

– Есть, не печальтесь. Даже знают, что он делает, этот орган, какие клетки вырабатывает, чем занимаются эти клетки и где живут. Но где сам орган, неизвестно.

– Значит, его еще предстоит открыть? Когда же это произойдет?

Когда–то мелвилловский капитан Ахав, смельчак и фанатик, бороздивший волны в поисках своей судьбы – белого кита Моби Дика, вышел на палубу и прибил на грот золотой дублон.

– Этот дублон достанется тому, кто первый увидит Моби Дика. – И сам день и ночь сидел в бочке, привязанной на верхушке мачты, высматривал белого кита.

Моби Диком Миллера стал секрет, с помощью которого тимус включает иммунную систему.

Мореплаватели

Как он это делает?

Возможны, по меньшей мере, три способа. Возможны, следовательно, три гипотезы. Гуморальная (то есть жидкостная) гипотеза: тимус выделяет некое циркулирующее в крови вещество, гормон; это вещество обеспечивает созревание лимфоидной ткани в организме. Гипотеза выселения: из тимуса выходят и расселяются по всему телу лимфоциты. Наконец, гипотеза обучения: в тимус постоянно приходят клетки, не компетентные в иммунных делах, а выходят компетентные. В научной литературе их так и называют «иммунокомпетентные лимфоциты».

Так вот, Миллер, а вслед за ним и многие другие занялись поисками Моби Дика. Уже спорят, кто первый его увидел. Рассказ об этом споре впереди. Золотой дублон пока висит и, может быть, ждет тебя, читатель.

Надо сказать, что искатели Моби Дика весьма скоро обратили внимание на один факт и в связи с этим вспомнили другой.

Замеченный факт состоит в следующем: после удаления тимуса у мышат из лимфатических узлов и селезенки исчезают самые главные клетки – лимфоциты. Иммунитет не имеет голоса. Однако не все формы иммунного реагирования в одинаковой мере лишены его.

Чужеродные трансплантаты не отторгаются. А их отторжение, как уже было сказано, зависит от накопления активированных лимфоцитов, которые уничтожают чужеродных пришельцев. Иначе говоря, активированные клетки выполняют работу сами. С этим вариантом иммунитета мы уже встречались. Он называется клеточным. Его солдаты – лимфоциты–киллеры. Клеточный иммунитет у тимэктомированных животных молчит полностью.

Другая форма ответа на чужеродные субстанции – выработка антител, вы помните, носит название гуморального иммунитета. Эта форма молчит не полностью. На одни чужеродные антигены выработка антител отменяется, на другие нет.

Может быть, тимус не все определяет? Вот тут–то и вспомнили другой факт. Факт, известный за 5—6 лет до миллеровских опытов, описанный ветеринарными врачами во главе с доктором Чангом в 1956 году. Они работали в США в штате Висконсин и изучали развитие цыплят с удаленной сумкой Фабрициуса.

Сумка, описанная в XVIII веке Иеронимом Фабрициусом, представляет собой нечто подобное человеческому аппендиксу, слепому отростку кишечника. Только аппендикс располагается в середине кишечника, а фабрициева сумка в самом конце. Этот орган (по–латыни Bursa Fabricius – бурса Фабрициуса) обнаружен только у птиц.

И что же?

Группа Чанга показала, что удаление бурсы у только что вылупившихся цыплят делает их неспособными вырабатывать антитела.

Вот это и вспомнили иммунологические ахавы. Как же так, почему подавляется иммунный ответ у этих цыплят? Ведь их тимус на месте. И взялись за цыплят!

В 1963 году и австралийцы и американцы опубликовали дюжину работ в трудах Конференции по тимусу. Конференция эта была организована Робертом Гудом – известным детским врачом и иммунологом Соединенных Штатов. Я говорю об этом потому, что через несколько абзацев о Гуде необходимо будет рассказать. А через десяток страниц еще и еще.

Итак, тимус у цыплят на месте, а гуморальный иммунитет не работает. В чем тут дело? Может быть, это «уши таракана»? Или у птиц не тимус заведует иммунитетом? А может быть, вывод о выключении иммунитета у бурсэктомированных цыплят не совсем точен? Ведь исследователи из штата Висконсин описали только угнетение выработки антител. Но это не весь иммунитет. Это только гуморальная форма иммунного ответа. А клеточная?

После удаления бурсы подопытным цыплятам пересадили чужеродный кожный лоскут. Отторжение чужеродной ткани – дело клеточного иммунитета, а не гуморального. Оно происходит без антител. Если клеточный иммунитет тоже выключен, кожный лоскут не отторгнется. Лоскут пересадили и стали наблюдать. Через 12 дней он отторгся. По этой форме иммунного ответа цыплята без бурсы ведут себя как нормальные.

Другой группе цыплят удаляли тимус. Все наоборот: чужеродная кожа у них не отторгается, а способность вырабатывать антитела сохраняется. Она снижена, неполноценна, но сохраняется.

Вывод бесспорен: тимус контролирует развитие той части лимфоидной системы, которая обеспечивает иммунный ответ клеточного типа; сумка Фабрициуса контролирует деятельность другой составной части иммунной системы – гуморальной, проявляющей себя выработкой антител.

Это у птиц. А как же у млекопитающих и у человека? Ведь у них нет сумки Фабрициуса. Или подобный ей орган где–то спрятался? А может быть, млекопитающие. обходятся без такого органа, который контролирует развитие системы гуморального ответа? Может быть, все запускает тимус и не надо искать орган, выполняющий функцию птичьей бурсы?

Нет, надо. Есть такой орган! Неизвестно где, но есть. Доказал это Роберт Гуд.

Как раз в эти годы детский врач и иммунолог Гуд изучал и старался вылечить детей с врожденными уродствами иммунной системы. И вот что оказалось. Бывают врожденные дефекты, когда полностью воспроизводится картина отсутствия тимуса. Клеточный иммунитет молчит, чужеродные трансплантаты не отторгаются, а выработка антител хоть и снижена, но есть. У таких детей действительно недоразвит тимус, они бестимусные. К счастью, таких уродств немного, один случай на 100 тысяч родившихся.

Другой тип уродства иммунной системы – точная аналогия бурсэктомированных цыплят. Клеточный иммунитет в порядке, но антител эти дети не вырабатывают. Никаких. Нет даже белков, которые могут быть защитными антителами. Гуд так и назвал эту болезнь «агаммаглобулинемия», то есть отсутствие гамма–глобулинов в крови.

Самое главное для нашего рассказа то, что тимус при агаммаглобулинемии нормальный. У этих детей недоразвит или полностью отсутствует какой–то другой орган. Орган, подобный по своей сути сумке Фабрициуса птиц. Но что это за орган, никто не знает. Ясно, что он вырабатывает клетки, которые поселяются в лимфатических узлах и в селезенке, чтобы продуцировать антитела. Но где он?

Аналог сумки Фабрициуса еще предстоит открыть. Когда?

Может быть, завтра.

Два главных органа иммунной системы вырабатывают два сорта клеток: Т–и В–лимфоциты.

– Следовательно, иммунная система каждого организма имеет два главных органа, не так ли?

– Так?

– Один, тимус, заведует выработкой лимфоцитов, способных превращаться в киллеры, а второй, сумка Фабрициуса или ее неоткрытый аналог, заведует выработкой лимфоцитов, способных продуцировать антитела. Правильно?

– Да. Почему вы это повторяете?

– Потому что у меня есть вопрос: если тимус заведует клеточным типом иммунного ответа, то почему после его удаления нарушается выработка антител? Почему она снижена, неполноценна?

Именно этот вопрос в течение нескольких лет не давал покоя иммунологам. Именно он не позволял окончательно разделить иммунную систему на две подсистемы. Было ясно, что они существуют, но как–то связаны. А как?..

Науку нередко сравнивают с искусством. Доклад крупнейшего иммуногенетика Жана Доссе на конгрессе трансплантологов в Гааге так и назывался «Наука и искусство».

Действительно, эти два потока человеческой культуры имеют много общего. Наука, как и искусство, может быть классической и прикладной. И то и другое требует жертв, полной отдачи сил, заставляет посвятить себе всю жизнь. И там и там необходимо озарение, чтобы по–новому решить еще не решенную проблему. В обоих случаях многое зависит от метода. Нередко нужно создать совершенно новый метод. И еще необходима образность. В искусстве больше, в науке меньше.

Эксперимент

В науке – точность. Самое главное – точность. Она и отличает науку от искусства. Точность и воспроизводимость. Созданное одним исследователем в любой точке Земли может быть воспроизведено в другой точке на основании описания метода и использованных материалов. В искусстве это невозможно. Образность невоспроизводима. Джоконду не смог бы воспроизвести сам Леонардо да Винчи. Лилии Клода Моне и голубые танцовщицы Эдгара Дега также невоспроизводимы.

В 1970 году в канадском городе Торонто искусствоведами по инициативе ЮНЕСКО был проведен эксперимент. Несколько десятков тысяч жителей получили по десять прекрасно изготовленных больших цветных карт. На каждой были воспроизведены по десять репродукций известных и менее известных художников всех времен и направлений. Там были и картины эпохи Возрождения, и классики голландской школы, и кубисты, и сюрреалисты. Был представлен импрессионизм и абстракционизм. На каждой карте было и то, и другое, и третье. Имена художников и названия картин не указали, чтобы не гипнотизировать известными шедеврами.

Получивший десять карт человек должен был на каждой отметить картину, которая ему больше всего нравится. Каждый отметил десять самых лучших с его точки зрения картин. Получилось несколько сот тысяч ответов. Цифра более чем достаточная для статистики. И как вы думаете, что вышло на первое место? Импрессионизм: Клод Моне, Эдгар Дега, Огюст Ренуар, Анри Матисс, Винсент Ван–Гог и другие.

Образность, подача самого главного в одном сконцентрированном аккорде, столь свойственная импрессионизму, – нередкое качество лучших научных экспериментов, обобщений или теорий.

Японец по происхождению, Таяши Мэйкинодан всю жизнь живет в США. В течение многих лет он работал в биологическом отделе Оук–Риджской национальной лаборатории. Именно там он вместе со своими сотрудниками создал очень плодотворный для иммунологии метод исследования; Называется этот метод культурой клеток ин виво. In vivo в переводе с латыни означает «в живом организме».

До Мэйкинодана знали, широко пользовались и пользуются сейчас культивированием клетки in vitro, то есть а стекле. Некоторые клетки крови, соединительной ткани, почки или раковые могут быть помещены, в питательный раствор, налитый в специальные пробирки, в стекло. Они живут, функционируют и размножаются в культуре ин витро.

Но некоторые клетки не могут жить в пробирке. Питательные растворы, даже самые совершенные, недостаточно хороши для них. Воспроизвести все условия, весь комфорт жизни, который они имеют в омываемых кровью тканях целостного организма, невозможно ни в какой пробирке. К таким клеткам относятся лимфоидные иммунокомпетентные клетки.

Как же их культивировать? Как изучать их жизнь? Нужен какой–то специальный метод. Без такого метода невозможно узнать закономерности их жизни, нельзя сравнить потенции клеток из разных тканей – из селезенки, из лимфатических узлов, из тимуса, из костного мозга.

Мэйкинодан создал такой метод. В качестве пробирки он использовал мышь. Живую мышь со всеми возможностями целостного организма обеспечивать жизнь помещенных в него клеток. А чтобы собственные клетки не работали и не мешали изучать жизнь помещенных в такую «пробирку» клеток, Мэйкодан облучал мышь рентгеновскими лучами. Собственные клетки были убиты, а которые он культивировал (теперь уже в культуре ин виво) – жили, функционировали, размножались.

Их деятельность можно изучать в изолированном виде! Живут и работают только они, никакие другие не мешают.

За десять лет экспериментирования Мэйкинодан и его сотрудники сделали, казалось бы, все, что можно. Все, чтобы узнать особенности функционирования иммунокомпетентных клеток, способных вырабатывать антитела. Они выяснили, что клетки селезенки – самые активные продуценты антител, на втором месте стоят клетки из лимфатических узлов, совсем слабо работают клетки тимуса, а костномозговые вообще не могут синтезировать антитела.

Брали клетки новорожденных животных и описывали особенности их работы. Потом клетки стариков, больных раком. Узнали, сколько иммунокомпетентных клеток в одной селезенке и во всей мыши, как на них действуют различные химические вещества и факторы физической природы. Определили темп их размножения и многое, многое другое.

Казалось бы, выжали, из своего метода все. Поставили, все возможные варианты опытов, которые только могли придумать за 10 лет. И все–таки самое интересное упустили! Упустили то, что сделали, пользуясь их методом, Миллер и Митчел в Австралии в 1968 году.

Опять тот же Джек Миллер, который начал удалять тимус у новорожденных и открыл его центральную роль. По–видимому, постоянно размышляя о роли тимуса и сумки Фабрициуса, о двух типах лимфоцитов, он оказался более подготовленным, чем Мэйкинодан, чтобы поставить решающий эксперимент.

Действительно, трудно понять, почему Мэйкинодан не проделал такой эксперимент, который поставили в Австралии. По–видимому, он был увлечен изучением работы каждого типа клеток в отдельности. Ему ни разу не пришло в голову смешать разные клетки.

Мэйкинодан работал в стиле истинного классицизма, Миллер – в стиле лучшего импрессионизма. Он вместе со своими австралийскими коллегами поступил следующим образом: в культуру ин виво поместили 10 миллионов тимусных клеток и подсчитали количество накопившихся клеток – продуцентов антител. Экспериментаторы знали о невысоких в этом отношении возможностях тимоцитов и не удивились, когда увидели, что накопилось всего 45 антителопродуцентов. Параллельно они поместили в такую же культуру 10 миллионов костномозговых клеток, которые и вовсе не умеют работать. Образовалось всего 22 антитело продуцента. В третьей (главной) группе опыта была смесь клеток тимуса и костного мозга, по 10 миллионов штук каждого типа. В культуре ин виво должно было накопиться 67 антителопродуцентов: 45 за счет тимоцитов и 22 за счет костного мозга.

А их оказалось 1250! Почти в двадцать раз больше, чем ожидалось!

Вот оно что: эти клетки работают только вместе, при тесном контакте. Кооперация клеток при иммунном ответе. Так это и было названо. Или они работают сообща, или одни клетки заставляют работать другие.

Этот вопрос австралийцы решили сами. В следующей же их публикации говорилось, что все антителопродуценты происходят из костномозговых клеток. Тимоциты всего лишь помощники, без непосредственного участия которых костномозговые клетки не включаются в работу.

Прошел год с момента выхода в свет статей Митчела и Миллера. Появилось еще два десятка публикаций. Круг замкнулся. Вся иммунная система организма прорисовалась в виде двух раздельно проживающих, но совместно работающих клеточных систем. Их стали обозначать буквами Т и В.

Ввел в обиход эти символы известный английский профессор, председатель комитета по иммунологическому образованию Международного общества иммунологов Иван Роит. В 1969 году он написал научный обзор о работах по взаимодействию клеток при иммунном ответе. Для удобства громоздкое слово «тимусзависимые» обозначил символом Т, а бурсозависимые – символом В. Символы прижились, и теперь все ими пользуются. Т–клетки, или Т–лимфоциты, своим возникновением обязаны тимусу. В–клетки, или В–лимфоциты, не зависят от тимуса. Они возникают и живут в костном мозге, где Т–клеток нет. В тимусе нет В–клеток, только Т, а в костном мозге только В. Во всех остальных лимфоидных органах (в лимфатических узлах, селезенке и в крови) есть обе популяции. Taм–то, в периферических лимфоидных органах, они встречаются кооперируют и совместно работают. Поэтому, если хочешь восстановить пораженный болезнью иммунитет, позаботься об обеих клеточных системах, о Т–и В–лимфоцитах.