Век. Иммуноглобулины. Гуморальная теория иммунитета

Л.Пастер полагал, что механизм защиты организма предва­рительной иммунизацией состоит в том, что при иммунизации микроб "выедает" специфические пищевые вещества в орга­низме (по аналогии с культивированием микробов in vitro) и при повторном заражении одноименным микробам уже нечем питаться. Однако вскоре Теобальд Смит (Theobald Smith) по­казал, что иммунитет можно индуцировать введением не жи­вых, а убитых микроорганизмов, которые уже не потребляют питательных веществ. А Э.Беринг и Ш.Китасато и вовсе иммунизировали животных супернатантами с культур дифтерий­ной палочки и столбнячного микроба и получили сыворотки, нейтрализующие каждая свой токсин. Эти прикладные работы не остались незамеченными, и ученые — врачи и бактериологи — будущие иммунологи принялись за изучение механизмов защиты от инфекционных болезней. Первое открытие на этом пути сделали Эмиль фон Беринг (Emil von Behring, 1854— 1917) и его коллеги Шибасабуро Китасато (Shibasaburo Kitasato, 1892-1913) и Е.Вернике (E.Wernicke). В 1890 г. они опублико­вали работу, в которой показали, что сыворотка крови, т.е. жидкая бесклеточная часть крови от людей, переболевших дифтерией или столбняком, или животных, которым вводили микробные токсины, способна инактивировать свой токсин. Они назвали этот феномен антитоксическими свойствами сы­воротки и ввели термин "антитоксин" для обозначения той субстанции в жидкой части крови, которая появляется у кон­тактировавших с дифтерийной бактерией организмов и спо­собна инактивировать токсин. В 1891 г. термин "антитоксин" использовали итальянские исследователи Д.Тиццони и Д.Каттани применительно к неким факторам, которые появляются в сыворотке крови животного после введения ему несмертель­ных доз токсина столбняка. Эти факторы способны нейтрали­зовать постоянное действие токсина столбняка. Кроме фено­мена нейтрализации токсических свойств, эти исследователи эмпирическим путем нашли способ "дотронуться до антиток­синов руками": они сумели осадить антитоксин из цельной сыворотки сульфатом магния. На основании этого биохими­ческого свойства в первой же работе антитоксины правильно были отнесены к белкам и, более того, к белкам-глобулинам. И в наши дни самая первая и доступная методика по выделе­нию иммуноглобулинов — осаждение солями серной кислоты (сульфатом аммония или сульфатом натрия).

Справедливости ради напомним, что факт существования противомикробных свойств у крови млекопитающих описан первыми микробиологами-микроскопистами, со времен изо­бретателя микроскопа А.Левенгука, наблюдавшими стериль­ность препаратов из крови здоровых животных и людей. В 1891 г. в статье Пауля Эрлиха (Paul Ehrlich, 1854—1915) противомикробные вещества крови автор назвал термином "антитело" (по-немецки antikorper), так как бактерий в то время называли термином "korper" — микроско­пические тельца. Но П.Эрлиха "посетило" глубокое теорети­ческое прозрение. Несмотря на то, что факты того времени свидетельствовали, что в крови неконтактировавшего с кон­кретным микробом животного или человека не определяются антитела против данного микроба, П.Эрлих каким-то образом осознал, что и до контакта с конкретным микробом в организ­ме уже есть антитела в виде, который он назвал "боковыми цепями". Как мы теперь знаем, это именно так, и "боковые цепи" Эрлиха — это подробно изученные в наше время рецеп­торы лимфоцитов для антигенов. Позже этот же образ мыслей П.Эрлих "применил" к фармакологии: в своей теории о химиотерапии он предполагал предсуществование в организме рецеп­торов для лекарственных веществ. В 1908 г. П.Эрлиху вручили Нобелевскую премию за гуморальную теорию иммунитета. В 1899 г. Л.Детре (сотрудник И.И.Мечникова) ввел термин "антиген" для обозначения субстанций, в ответ на которые организм животных и человека способен вырабатывать антитела.

Одновременно с П.Эрлихом в 1908 г. Нобелевскую премию за клеточную теорию иммунитета получил великий русский ученый Илья Ильич Мечников (1845—1916). Современники И.И.Мечникова отзывались об его открытии как о мысли "гиппократовского масштаба". Сначала И.И.Мечников как зо­олог экспериментально изучал морских беспозвоночных фауны Черного моря в Одессе и обратил внимание на то, что опре­деленные клетки (целомоциты) этих животных поглощают инородные субстанции (твердые частицы и бактерий), проник­шие во внутреннюю среду. Затем (1884 г.) он увидел аналогию между этим явлением и поглощением белыми клетками крови позвоночных животных микробных телец. Эти процессы на­блюдали и до И.И.Мечникова другие микроскописты. Но толь­ко И.И.Мечников осознал, что это явление не есть процесс питания данной единичной клетки, а есть защитный процесс в интересах целого организма. И.И.Мечников первым рассмат­ривал воспаление как защитное, а не разрушительное явление. Против теории И.И.Мечниковав начале XX в. были большин­ство патологов, так как они наблюдали фагоцитоз в очагах воспаления, т.е. в больных местах, и считали лейкоциты (гной) болезнетворными, а не защитными клетками. Более того, не­которые полагали, что фагоциты — разносчики бактерий по организму, ответственные за диссеминацию инфекций. Но идеи И.И.Мечникова устояли; ученый назвал действующие таким образом защитные клетки "пожирающими клетками". Его мо­лодые французские коллеги предложили использовать гречес­кие корни того же значения. И.И.Мечников принял этот ва­риант, и появился термин "фагоцит". Эти работы и теория Мечникова чрезвычайно понравились Л.Пастеру, и он пригла­сил Илью Ильича работать в свой институт в Париже.

Научный спор между клеточной (И.И.Мечников и его ученики) и гуморальной (П.Эрлих и его сторонники) теориями иммунитета длился более 30 лет и способствовал развитию иммунологии как науки. На протяжении всех этих 30 лет сторонников клеточной теории было намного меньше, чем сторонников гуморальной, по той простой причине, что мето­ды работы с клетками во много раз более трудоемки, чем методы регистрации реакций антиген — антитело в растворах. Но в конечном счете все пришли к тому осознанию, что всякий иммунный ответ есть клеточный. И.И.Мечников и его ученики не могли вербально парировать "видимые невооруженным гла­зом" аргументы "гуморалистов", но они работали эксперимен­тально и публиковали статью за статьей, в которых показыва­ли, что между наличием бактерицидных субстанций в крови и защищенностью организма от инфекционной болезни часто нет корреляции. Зато есть корреляции между резистентностью к болезни и способностью фагоцитов убивать бактерий (например, в случае anthrax). Ученики И.И.Мечникова поставили эксперимент с помещением бактерий в капсулу из фильтро­вальной бумаги, которая пропускала антитела и комплемент, но не допускала до бактерий фагоциты: в результате микробы остались вирулентными! Английские ученые А.Райт и С.Дуглас (Almroth Wright, S.R.Douglas) фактически воссоединили теории Мечникова и Эрлиха в своем исследовании феномена, который они назвали опсонизацией, состоящего в том, что в присутствии антител фагоцитоз микробов существенно усиливается. Орspnein по-гречески — делать вкусным (антитела делают микро­бов "вкусными" для фагоцитов). Среди друзей А.Райта был Бернард Шоу, который написал пьесу "The Doctor's Dilemma" по мотивам профессионального спора сторонников И.И.Мечникова и сторонников П.Эрлиха. Члены академии наук Швеции в 1908 г. обоим, И.И.Мечникову и П.Эрлиху, присудили ученую высшую награду — Нобелевскую премию.

Первые институты. Первые журналы. Первая ассоциация иммунологов. Группы крови. Резус-фактор.

Первыми институтами, где работали первые иммунологи были институты микробиологии (Институт Пастера в Париже, Институт Коха в Берлине и др.). Первым специализированным иммунологическим институтом стал Институт Пауля Эрлиха во Франкфурте. Со времен первой мировой войны заинтере­сованные медики стали собирать международные конгрессы по медицине и гигиене. Первые научные журналы, публикующие статьи по нашему предмету, — это Annales de I'lnstitut Pasteur во Франции, Zeitschrift fur Immunitatsforschung с 1908 г. в Германии, American Journal of Immunology с 1916 г. в США. В настоящее время международных рецензируемых научных периодических изданий со словом "иммунитет" или "иммуно­логия" в названии не один десяток. В 1913 г. была организо­вана Американская ассоциация иммунологов (American Asso­ciation of Immunologists).

Следующий нестандартно мыслящий иммунолог — Карл Ландштейнер (Karl Landsteiner, 1868—1943). В то время как почти все современные ему иммунологи изучали механизмы защиты организма от инфекций, К.Ландштейнер замыслил и осуществил исследования по образованию антител в ответ не на микробные антигены, а на самые разные другие вещества. В 1901 г. он открыл группы крови АВО (антигены эритроцитов и антитела — агглютинины) (в настоящее время это система АВО). Это открытие имеет глобальные последствия для человечества, может быть даже для его судьбы как вида. В 1899 г. J.Bordet показал, что антитела к эритроцитам способны in vitro (в пробирке) вызывать агглютинацию и/или лизис эритроцитов (гемолиз), если в системе присутствует комплемент. И то и другое (аг­глютинация и гемолиз) позволяют легко визуализировать реакцию антигена с антителом для невооруженного глаза. По этой причине эритроциты стали широко использовать как ви­димый "антиген" в лабораторных работах. Вскоре обнаружили, что в сыворотке крови животных существуют спонтанные изо-антитела, способные агглютинировать эритроциты некоторых других особей того же вида животных. Этот-то феномен и подробно исследовал К.Ландштейнер. Его работы стали нача­лом медицинского типирования крови с целью переливания. В 1940 г. К.Ландштейнер вместе с Александром Винером (Ale­xander Wiener) открыл резус-фактор и его значение как при переливаниях крови, так и в развитии трансплацентарной бо­лезни новорожденных, называемой в то время эритробластозом плода. Затем другие исследователи открыли множество других антигенов эритроцитов, что нашло, помимо теоретического, прикладное применение в судебно-медицинских экспертизах и антропологических исследованиях по происхождению челове­ческих рас и истории миграций народов.

Термин " иммунохимия" ввел в 1904 г. известный физик-химик Сванте Аррениус (S.Arrhenius). С.Аррениус предпринял исследование по титрованию реакций дифтерийного токсина с антитоксином и пришел к выводу об обратимости взаимо­действия антигена с антителом.

В 1906 г. F.Obermeyer и E.P.Pick удалось получить антитела не к натуральным, а к модифицированным нитрованием белковым антигенам. Ученые к тому же показали, что антитела к нативным белкам не связываются с нитрованными белками (специфичность взаимодействия антиген — антитело!). E.P.Pick в своем обзоре в 1912 г. ввел термин "гаптены" для обозначе­ния низкомолекулярных химических групп, к которым можно получить антитела, если конъюгировать их с белками-носите­лями. Эти наблюдения и методы стали основой для будущих исследований по изучению активных центров антител — мест связывания антител с антигенами. С особым успехом в этом направлении работал и К.Ландщтейнер. В 1917 г. он опубли­ковал две выдающиеся статьи, посвященные получению анти­тел к гаптенам, и определил область своих собственных науч­ных интересов на последующие 37 лет — изучение молекуляр­ных механизмов взаимодействия антигенов с активными цент­рами антител. Получение антител к неприродным антигенам имеет огромное теоретическое значение с общебиологической точки зрения, которое сами авторы, по-видимому, не осозна­вали, или по крайней мере не написали об этом. А этот факт служит свидетельством того, что процесс формирования раз­нообразия антител в организме не находится под непосредст­венным давлением естественного отбора (это феноменологи­ческая предтеча понятого много позже молекулярного меха­низма формирования разнообразия рецепторов для антигенов в результате соматической рекомбинации ДНК их генов). В пер­вой же половине XX в. эти работы для большинства специа­листов явились поводом для сомнений в теории боковых цепей Эрлиха: если фактом является то, что можно легко получить антитела к искусственным молекулам, то непонятно, зачем и как в организме предсуществуют рецепторы для небывалых в природе веществ. Непонятен был приспособительный смысл такого биологического явления, и о возможных механизмах не стали тогда думать. Работы К.Ландштейнера и его предшест­венников стали достоянием общества и быстро приобрели прикладное значение: в разных лабораториях стали получать анти­тела не как объект изучения природных механизмов защиты от инфекций, а как специфические реагенты на самые разные интересующие исследователей агенты.

Начало количественной иммунохимии связывают с работа­ми Михаила Гейдельбергера (Michael Heidelberger, 1888—1991). Он получил антитела не к белковым антигенам, а к полисахаридным компонентам капсулы пневмококков. Развивая эти исследования, автор разработал методы количественной оценки преципитации антигенов антителами, что способствовало пре­вращению иммунологии во все более точную науку.

В 1937 году А.Тизелиус (A.Tiselius) опубликовал работу по электрофорезу белков сыворотки крови. Он показал, что антитела попадают во фракцию γ-глобулярных белков. Появились термин "гамма-глобулины" и его синоним "иммуноглобулины".

4.Практическое значение иммунологии

Лекция № 2

Тема лекции: Иммунитет, виды и формы. Структура иммунной системы. Факторы неспецифической защиты.

План лекции: