Текст книги "Путешествие в страну микробов"

Автор книги: Владимир Бетина

сообщить о нарушении

Текущая страница: 22 (всего у книги 31 страниц)

Об антигенах и антителах

В химическом отношении антигены обычно являются белками или полисахаридами.

Антитело возникает в теле животного (или человека) в ответ на вторжение антигена. Это также белковое вещество, способное входить в реакцию с антигеном.

Проследим же в лабораторных условиях, как ведут себя при встрече антиген и антитело. Молекулы антигенов и антител отличаются друг от друга различным распределением электрических зарядов на своей поверхности. Это распределение зарядов на поверхности антигена и приблизившегося к нему антитела таково, что молекулы их взаимно притягиваются и между ними образуется прочная связь. Таких «чувствительных» к притяжению мест на молекулах антигенов и антител бывает несколько, поэтому и соединяются вместе сразу несколько молекул антигенов и антител.

Таким образом, обе теории – и фагоцитарная, и гуморальная – объединились в гармоническое целое, дополняющееся постепенно все новыми и новыми фактами. И уже имеющиеся, и новые данные помогли лучше понять процесс защиты организма от нападения болезнетворных микробов или от вредных продуктов их жизнедеятельности, иначе говоря – процесс ответной реакции организма на вторжение антигенов.

Защита и контратака

Что происходит, когда какая-то часть тканей нашего организма становится объектом инвазии (нападения) бактерий, проникших через поврежденную кожу? Начинается серия процессов, объединяемая под названием реакции воспаления. Группы мобилизованных клеток устремляются на пораженное место и начинают уничтожать или обезвреживать вторгшиеся бактерии. Некоторые защитные клетки поглощают и разлагают бактерии при помощи ферментов. Многие из этих клеток все же погибают под влиянием токсинов, выделенных бактериями, и поле боя вскоре покрывается погибшими клетками и продуктами распада. Если организм ранее уже перенес инвазию бактерий этого вида, реакция протекает скорее и расправа с агрессором бывает более быстрой. Защитные клетки уничтожают пришельцев, и поврежденная ткань начинает восстанавливаться.

Защитные клетки образуются в костном мозге и лимфатической системе. Некоторые из них синтезируют антитела, вступающие в реакцию с антигенами и нейтрализующие их. Если антигенами являются бактерии, антитела их «обволакивают», что облегчает защитным клеткам их поглощение и уничтожение.

Но тут возникает целый ряд вопросов. Каким образом защитные клетки распознают чужеродное вещество в организме? В случае вторичного появления антигена в организме как могут они «вспомнить» его химический состав и начать вырабатывать именно такие антитела, которые способны его обезвредить?

Группа исследователей под руководством Р. С. Спейрса из Ньюйоркского университета занялась поиском ответа на эти вопросы. Были поставлены опыты, в которых использовали токсин столбняка, меченный радиоактивным тритием. Этот элемент позволил проследить судьбу антигена (токсина столбняка) в организме мыши.

Что произошло при введении антигена в организм мыши в первый раз?

1. Клетки пораженной ткани после контакта с антигеном подверглись разложению, выделив ферменты и другие вещества, характеризующие воспалительный процесс.

2. Появились первые подвижные защитные клетки (нейтрофилы)[33]33
  Различают несколько видов лейкоцитов: зернистых (нейтрофилы, эозинофилы и базофилы) и беззернистых (лимфоциты и моноциты). – Прим. ред.


[Закрыть] и стали поглощать частицы антигенов.

3. За ними появились малоподвижные лимфоциты и моноциты.

4. Лимфоциты и моноциты приступили к поглощению не только антигенов, но и распадающихся нейтрофилов и зернистых клеток ткани.

5. Лимфоциты, превратившись в макрофагов, поглотили все оставшиеся в пораженной зоне частицы антигенов. Большая часть их под влиянием ферментов подверглась разложению.

6. Некоторые молекулы антигенов сохранились в макрофагах благодаря соединению с рибонуклеиновой кислотой.

Представление Р. С. Спейрса об иммунитете. Антиген проникает в клетку макрофага (1), в ядре которого по «заданию» ДНК возникает РНК и перемещается к цитоплазме. В полисомах РНК образуется молекула глобулина; она захватывает и нейтрализует два антигена (2), в то время как третий антиген входит в комбинацию с РНК. Клетка начинает распадаться, и ее поглощает другой макрофаг (3). Ферменты последнего действуют на антигены, захваченные глобулином, и разлагают их, но комплекс антиген – РНК остается нетронутым (4). В клетку с повышенной чувствительностью проникает новая доза антигена (5), она разрушает комплекс антиген – РНК (6) и приводит к распаду клетки, остатки которой вновь поглощаются одним из макрофагов (7). Его ферменты действуют на антигены, связанные с РНК и свободно присутствующие в поглощенной клетке. Новая клетка, на этот раз плазматическая, начинает синтезировать большое количество глобулина (8), который выходит из нее, превращаясь в антитело (9).

Поскольку антигены были помечены тритием, можно было проследить дальнейшую судьбу их сохранившихся в макрофагах молекул. По окончании «сражения» макрофаги стягиваются с поля битвы в лимфатические узлы и селезенку. Радиоактивные частицы антигена переживают смерть своих «спасителей» (макрофагов) и переходят в новые клетки. Их присутствие в организме проявится еще при повторной инвазии антигенов.

Через несколько недель Спейрс ввел в организм подопытных мышей новую дозу антигенов. На этот раз частицы антигенов не были помечены тритием.

Вторичная реакция защитных клеток на инъекцию антигенов была более быстрой и острой.

1. Снова появились нейтрофилы, но в меньшем числе, чем в первый раз.

2. Макрофаги, напротив, появились в значительно большем количестве. Некоторые из них содержали антигены, сохранившиеся от предыдущей инвазии и связанные с РНК.

3. Эти так называемые сверхчувствительные клетки стали поглощать молекулы антигенов и притягивать к себе клетки эозинофилов.

4. Клетки эозинофилов вызвали распад сверхчувствительных клеток.

5. Вновь появились макрофаги и поглотили остатки разложившихся клеток.

6. Некоторые антигены, однако, снова избежали гибели, соединившись с РНК макрофагов.

Таким образом, ответная реакция на вторичную инвазию антигенов отличалась более интенсивным размножением и более быстрым возникновением антител. Воспалительный процесс продолжался вплоть до полного уничтожения или обезвреживания антигенов. Интересно, что макрофаги, которые несли в себе «спасшиеся» антигены из первой инвазии, антитела не выделяли. Их роль выполняли так называемые плазматические клетки. А макрофаги, содержавшие антигены, быстро погибали, но при этом освобождали вещества, которые стимулировали воспалительный процесс и привлекали все новые и новые партии защитных клеток. Клетки размножались и выделяли большое количество антител, хотя перед этим они никогда не встречались с антигеном.

Спейрс продолжает свои исследования. На основании собственных данных и сведений, полученных другими учеными, он попытался нарисовать общую картину, которая объяснила бы сущность реакции иммунитета.

Слово имеет профессор Спейрс

Когда антигены проникают в ткани организма впервые, большая часть их в борьбе с защитными клетками погибает. Лишь некоторые находят убежище в макрофагах. Молекула антигена каким-то образом связывается с молекулой (молекулами) РНК. Эта связь лишает активности как антиген, так и РНК, причем охраняет обоих «партнеров» от действия ферментов и, таким образом, позволяет избежать процессов изменения веществ. Комбинация из антигена и РНК переносится в следующее поколение клеток и сохраняется вплоть до появления в организме новой дозы того же антигена.

Появление второй дозы антигена, иначе говоря новая инвазия, вызывает очень резкую реакцию. В макрофагах происходит распад комплекса антиген – РНК. Освобожденные антигены вместе с новыми пришельцами становятся жертвой ферментов и погибают. Это влечет за собой и быстрое отмирание макрофагов. При их распаде освобождаются вещества, привлекающие к себе множество защитных лейкоцитов. Цикл повторяется до тех пор, пока все антигены не будут уничтожены. Если воспалительный процесс начинает затухать, вступает в действие активная РНК, содержащаяся в некоторых клетках и вырабатывающая новые дозы антител (поскольку антитело – это белковое вещество и для его синтеза необходимо участие РНК). Оставшиеся клетки содержат комбинацию антиген – РНК, которая будет реагировать на новое вторжение антигенов.

Короче говоря, организм становится иммунным к данному антигену или к тому заболеванию, возбудителем которого является определенный микроб.

Что такое иммунитет?

Мы видели, как реагировал защитный механизм мыши при первой и последующей встрече с антигенами. При второй встрече антигены натолкнулись на хорошо организованную оборону, были уничтожены, и угроза заболевания была ликвидирована. Первая встреча с агрессором явилась для организма сигналом, обеспечивающим защиту в случае вторичного нападения.

С преодолением первого натиска мышь приобрела устойчивость к возможному в дальнейшем заражению токсином столбняка. Описанный механизм возникновения иммунитета характерен для всех животных (включая и человека) при встрече их организма с различными антигенами, которыми могут быть либо клетки болезнетворных микробов, либо продукты их жизнедеятельности.

Кроме приобретенного иммунитета, бывает естественный, или врожденный, иммунитет. Мы уже знаем, что некоторыми болезнями, опасными для людей, животные заразиться не могут, и наоборот. Животные невосприимчивы, например, к дифтерии, тифу, а человек не может заразиться чумой или холерой птиц. Этот иммунитет связан с принадлежностью каждого организма к определенной систематической группе, в которой основным является вид.

Чем дальше друг от друга отстоят биологические виды, тем большие различия проявляются в их отношении к заболеваниям. Но иногда различия в иммунитете наблюдаются и в рамках одного и того же вида. Было доказано, что жители различных географических областей не в одинаковой степени восприимчивы к таким заболеваниям, как туберкулез и желтая лихорадка. Различия в иммунитете часто отмечались и в более узких категориях. Некоторые семьи и даже отдельные индивиды в одной семье оказываются в большей или меньшей степени невосприимчивыми к широко распространенным заболеваниям. Это случаи так называемого индивидуального иммунитета.

Дженнер создает вакцины

На кладбище небольшой английской деревушки стоит надгробный камень с надписью:

«Памяти Бенджамина Джести из Даунсхея, умершего 10 апреля 1810 года в возрасте 79 лет. Родился в этом крае, в Джетминстере. Это был прямой и честный человек, необычайно скромный. Он первым привил себе коровью оспу, и, ведомый силой своей мысли, испытал ее на своей супруге и двух сыновьях». Упомянутая в надписи коровья оспа, как и натуральная оспа, также вызывает заболевание человека. В прошлом люди боялись оспы, как призрака. Вызываются эти болезни вирусами.

Восточные народы, однако, уже в древности знали, что эпидемии оспы, как правило губительные и грозные, иногда протекают и в более легкой форме. Было также известно, что легкое течение болезни можно обеспечить предварительной прививкой оспы здоровым людям. Китайцы собирали коросту (корочки) с пустул больных людей, размалывали их и полученный порошок вдыхали носом. Турки втирали гной из пустул в расцарапанную кожу. Проведенное таким образом искусственное заражение вызывало заболевание, протекающее обычно в очень мягкой форме, часто без всяких внешних симптомов. После прививки человек уже не заболевал оспой, иными словами, приобретал к ней иммунитет.

Жена английского посла в Турции леди Мэри Монтегю согласилась на такую прививку своим детям и после успешного опыта ей удалось ввести профилактическую прививку в Англии. Болезнь после прививки протекала в очень умеренной форме, и в XVIII веке в Англии удалось снизить смертность от оспы с 50 до 1 %.

На микробиологическом съезде в мае 1971 года в Высоких Татрах профессор Л. Дубай (медицинский факультет в Кошице) в своем докладе, посвященном 250-летию со времени введения оспопрививания в Словакии, сообщил о первой прививке, проведенной в этой стране.

В июле и августе 1721 город Прешов был охвачен эпидемией оспы. Городской врач И. А. Райман в самый разгар эпидемии привил своей дочке двух с половиной лет гной из оспинки больного сына. При этом он опирался на данные собственной статьи, опубликованной им в 1717 году в сборнике статей о природе и медицине Sammlung von Natur– and Medizin-Geschichten. Как писал в 1774 году биограф известных врачей Венгрии и Трансильвании И. Веспреми, Райман научил европейские народы искусству прививки и многим сохранил не только здоровье, но и жизнь.

В конце XVIII века английский врач Эдуард Дженнер заметил, что сельские жители в графстве Глостершир оказываются невосприимчивыми к натуральной оспе, если перед этим они переболеют коровьей оспой, заразившись ею при уходе за животными. Эта болезнь проявлялась лишь небольшими оспинками на руках. Поскольку в то время уже практиковалась профилактическая прививка путем заражения натуральной оспой, Дженнер хотел узнать, нельзя ли, перенеся с человека на человека коровью оспу, вызвать невосприимчивость к натуральной оспе?

Первый опыт был им проделан в 1796 году. Гной из пустул коровьей оспы у заболевшей молодой доярки он перенес в царапину на коже восьмилетнего мальчика. Мальчик переболел коровьей оспой, она прошла у него в очень легкой форме. Через шесть недель Дженнер привил ему натуральную оспу. И мальчик не заболел. Таким образом Дженнер доказал, что невосприимчивость к натуральной оспе может быть приобретена и в результате прививки человеку менее опасной коровьей оспы. Открытый им метод предохранительных прививок он назвал вакцинацией, а материал для прививки, полученный из коровьих оспин, – вакциной (от латинского vacca – корова).

Но предложенная Дженнером вакцинация была встречена далеко не восторженно. Напротив, в консервативном английском обществе она вызвала бурю протестов и насмешек. Сохранилась карикатура, изображающая врача (конечно, Дженнера), который делает прививку оспы, и у его «жертв» начинают расти рога, коровьи головы, хвосты, копыта… Однако вскоре и консервативные англичане примирились с необычными методами Дженнера, и Англия стала первой страной, в которой благодаря этому человеку удалось ликвидировать оспу.

Большинство цивилизованных государств приняло вакцинацию как обязательную меру борьбы с оспой. Сегодня в этих странах забыли, что такое оспа. Джести, испытавший на себе прививку коровьей оспы, заслужил лишь пару теплых слов на надгробии, но Дженнер создал основу современной профилактической прививки еще тогда, когда не существовало никаких научных данных о причинах и возбудителях заразных болезней. Однако оспа и в наши дни еще встречается в отдельных странах Азии и Латинской Америки, среди которых Бразилия по количеству заболеваний стоит на первом месте.

В мае 1965 года в США был отмечен первый за 15 лет случай заболевания оспой у женщины, прибывшей из Ганы. Этот случай повлек за собой ряд экстренных профилактических мероприятий. Более 1000 человек, которые могли прямо или косвенно быть в контакте с заболевшей, были взяты под медицинский надзор и подвергнуты вакцинации.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) выработала программу полной ликвидации оспы на всем земном шаре до 1975 года. Расходы по ее осуществлению превышают 180 миллионов долларов. Рекомендуется ввести международные удостоверения о прививке против оспы, желтой лихорадки и холеры. Для въезда в некоторые государства требуется вакцинация, проведенная не ранее чем за три года до этого.

Пастер – укротитель микробов

После того как Кох открыл и выделил чистую культуру возбудителя сибирской язвы, Пастер также заинтересовался этим микробом. Ему удалось обнаружить бациллу в теле дождевых червей, обитавших в местах захоронения животных, которые погибли от сибирской язвы. Из червей он получил чистую культуру бацилл и показал, что ею можно вызвать заболевание у восприимчивых к сибирской язве животных. Затем он выращивал бациллу при высокой температуре и обнаружил, что животные, зараженные такой культурой, не заболевают и становятся невосприимчивыми к сибирской язве. Сообщение о его наблюдениях вызвало недоверие и даже насмешки. Пастер предложил провести публичный опыт на животных для доказательства справедливости своих выводов. Для опыта были отобраны 50 овец[34]34
  Если говорить точнее, то в эксперименте участвовало 48 овец, 2 козла и несколько голов крупного рогатого скота. – Прим. ред.


[Закрыть], половине из них была введена вакцина с «укрощенными» бациллами, а затем всем пятидесяти привита вирулентная культура возбудителя сибирской язвы. Пастер утверждал, что первая партия овец должна остаться здоровой, а вторая заболеть сибирской язвой и погибнуть.

5 мая 1881 года 25 овец получили первую дозу вакцины, а через 12 дней – вторую, более сильную; 31 мая обе группы были заражены одинаковыми дозами вирулентной культуры.

Общественность была взволнована, заключались пари; 2 июня после полудня собралась большая группа животноводов, врачей, ветеринаров, журналистов и ученых из ближайших окрестностей и дальних районов, чтобы убедиться в справедливости предсказанных Пастером последствий. Каков же был результат? 22 из невакцинированных овец погибли, три остальные лишь ненадолго пережили основную группу и тоже погибли. 25 вакцинированных овец остались здоровыми! Так Пастер укротил возбудителя сибирской язвы и использовал его для защиты против болезни, которую вызывал этот микроб.

Несколько лет спустя он поразил мир новым открытием, доказав, что бешенство является инфекционной болезнью, вызываемой вирусом. Термин «вирус» применяли тогда по отношению ко всем микроорганизмам, вызывающим заболевание.

В слюне заболевших животных находился невидимый возбудитель бешенства. Этой слюной Пастер заражал подопытных животных, которые в большинстве случаев погибали. Длительными опытами он установил, что спинной мозг животных, погибших от этой болезни, можно использовать для иммунизации других животных против бешенства. Для прививки Пастер употреблял экстракт высушенного особым способом спинного мозга. Спустя некоторое время он вводил животным кусочки свежего спинного мозга с патогенными свойствами, но животные оказывались невосприимчивыми к инфекции. Опытами на сотнях животных ученый доказал, что «фиксированный вирус», как была названа новая вакцина, предохраняет их от заболевания бешенством, если ввести ее до заражения или в скором времени после заражения (например, укуса и др.). Оставалось только испытать это открытие на людях.

И вот 6 июля 1885 года к Пастеру пришла плачущая мать с мальчиком, которого по дороге в школу укусила бешеная собака. В ранах мальчика была слюна больного животного, и Пастер понимал, что ребенок обречен. Он сообщил несчастной матери, что положение ее сына безнадежно и что единственная надежда на спасение была в попытке испробовать его вакцину против бешенства, уже испытанную в опытах на животных. Но на человеке она еще не была проверена. А сейчас он мог бы провести это испытание при условии, если мать освободит его от ответственности за возможные трагические последствия. Мать ухватилась за этот последний проблеск надежды и согласилась на испытание. Лечение началось. Мальчику постепенно вводили соответствующие дозы вакцины. Пастер пережил несколько бессонных ночей и тревожных дней, ожидая возможных приступов страшной болезни. Но критический период прошел, а мальчик оставался здоровым и веселым. Это был огромный успех! До сих пор заражение бешенством обрекало человека на верную смерть.

На площади перед зданием Естественноисторического факультета в Лилле, где работал молодой Пастер, стоит скульптура, которая изображает мать, протягивающую к Пастеру излеченное дитя. Этот памятник – символ благодарности ученому, спасшему своим открытием множество человеческих жизней.

Пастеровский институт, основанный на скромные средства для лечения бешенства, и в наши дни продолжает существовать как частное учреждение. За прошедшие годы восемь его сотрудников удостоены Нобелевских премий по физиологии и медицине. Ими созданы вакцины против бешенства, желтой лихорадки, дифтерии, столбняка, туберкулеза и гриппа.

Вакцина Сейбина

Полиомиелит, или детский паралич, был известен еще в Древнем Египте, но вирус, вызывающий это заболевание, был открыт лишь в 1949 году тремя американскими учеными: Дж. Эндерсом, Т. Уэллером и Ф. Роббинсом, получившими за свое открытие спустя пять лет Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

После того как был разработан метод выращивания вируса в культурах тканей, возникла необходимость создания противополиомиелитной вакцины. Среди ученых образовалось два лагеря: одни ратовали за вакцину с убитым вирусом, другие превозносили преимущества живой вакцины. Были испытаны обе возможности.

«Отцом» вакцины с убитым вирусом стал американский ученый И. Солк. Он доказал, что его вакцина значительно усиливает защитный механизм человеческого организма. В 1955 году прививка вакциной Солка была проведена в массовых масштабах. О положительных результатах прививки сообщали из Канады, Дании, ФРГ, Англии и ЮАР. После трехкратных или четырехкратных инъекций 90 % пациентов приобрели довольно высокую степень иммунитета. Недостатком метода было лишь то, что при использовании этой вакцины уничтожить вирус полиомиелита в пищеварительном тракте человека не удавалось.

Большой вклад в борьбу с полиомиелитом внесли сторонники вакцины с живым вирусом. Она была создана тремя соотечественниками Солка – А. Сейбином, X. Копровским и X. Коксом, но называется просто вакциной Сейбина. Вакцину Солка надо было вводить инъекцией, тогда как вакцину Сейбина можно принимать внутрь в виде раствора. Уже в 1961 году при вакцинации 80 миллионов человек был достигнут большой успех: у пациентов возник иммунитет, возросла устойчивость пищеварительного тракта к вирусу. Более того, от иммунизированных людей «ослабленный» вирус распространился и в окружающую их среду, производя «непрямую» иммунизацию ближайших к ним лиц. Уже в течение нескольких лет вакцина Сейбина прививается и чехословацким детям.

А теперь сравним историю создания трех вакцин. В XVIII веке Дженнер знал об инфекционности оспы, но ничего не знал о ее возбудителе – вирусе. В XIX веке Пастер доказал, что возбудителем бешенства является вирус, хотя и не выделенный им. В XX веке Солк и Сейбин не только знали, кто является возбудителем полиомиелита, но и выделили его. И во всех случаях вакцины были благодеянием для пострадавших.