История иммунной системы

Особый интерес в мире водорослей вызывает вольвокс. Это переходная форма от одноклеточных водорослей к многоклеточным. Клетки вольвокса объединяются, образуя микроскопическую сферу, и делят между собой различные функции, как в некоем квазиорганизме. Одни клетки отвечают за передвижение, другие — за питание, третьи — за размножение. Если сфера распадается, то составлявшие ее клетки способны выжить самостоятельно. Это отличает их от настоящих многоклеточных существ, клетки которых способны жить только сообща.

Независимо от того, живут ли одноклеточные водоросли поодиночке, как эвглена, образуют колонии или объединяются в сферу, как вольвокс, им требуются механизмы для защиты от болезнетворных воздействий извне. Они обладают способностями, которые можно назвать активным иммунитетом. Например, водоросли подвергаются атакам бактерий, обитающих в любом водоеме и в любой экосистеме. Некоторые из них представляют опасность. Так, бактерии, носящие название вибрионов, могут вызывать отмирание частей водорослей. К этому же семейству бактерий принадлежат и возбудители холеры. Другой вид бактерий, Pseudoalteromonas, вызывает появление на водорослях красных пятен. Кроме того, эти возбудители способны разрушать клеточные мембраны всех водорослей, что способствует их гибели. Водоросли обороняются, вырабатывая антибактериальные вещества, которые образуют на них защитную наружную пленку.

В этом иммунном ответе уже прослеживаются целенаправленные защитные механизмы, потому что антибактериальные средства защиты производятся не в качестве профилактики, а как реакция на определенные возбудители, которые воспринимаются водорослью как угроза. Водоросли умеют проводить различие между «своим» и «чужим». Это различие лежит в основе высшей иммунной активности и свойственно в том числе и нашей иммунной системе. 2,5 миллиарда лет назад водоросли, будучи самой древней растительной формой жизни, научились с большой точностью отличать свои ткани от чужих.

«Свое» по определению не таит в себе никакой угрозы. «Чужое» распределяется иммунной системой водорослей и других живых существ по трем категориям. В первую входят эпибионты — нейтральные микроорганизмы, которые просто присутствуют в окружающей среде и не причиняют никакого вреда. Они обитают на поверхности водорослей, точно так же как различные микробы живут на слизистой оболочке нашего кишечника.

Вторую категорию образуют симбионты — организмы, которых иммунная система признает полезными и потому не атакует, а, наоборот, терпит и поддерживает. Так, например, известная водоросль хлорелла, продаваемая в качестве пищевой биодобавки, тесно сотрудничает с бактериями рода Bacillus, образуя с ними консорциумы[9]. Бактерии живут на внешней поверхности клеток водорослей и осуществляют с ними взаимовыгодный обмен питательными веществами. Партнерам по симбиозу удается совместными усилиями полностью освоить и поделить кормовую базу водоема. При этом бактерии получают от водорослей еще и сахар как продукт фотосинтеза. Симбиоз бактерий Bacillus и хлореллы настолько эффективен, что этот дуэт используется как биотехнологическое средство очистки сточных вод: удается удалить из отходов производства избыток азота и фосфора, которые в противном случае скапливались бы в водоемах в чересчур высокой концентрации.

Наконец, третью категорию «чужих» субстанций представляют патогены. Против них водоросли, как и другие живые существа, задействуют защитные механизмы.

Чтобы отличать «свое» от «чужого» и полезное от вредного, водоросли, даже будучи низшими растениями, способны распознавать различные клеточные структуры микроорганизмов и оценивать степень их опасности для себя. Эти структуры носят название MAMP (от англ. microbe-associated molecular pattern — молекулярные паттерны, ассоциирующиеся с микроорганизмами). Опасные МАМР называются РАМР — pathogen-associated molecular patterns, то есть молекулярные паттерны, ассоциирующиеся с патогенами. Молекулярно-биологические механизмы такого распознавания находятся пока в стадии изучения. Однако уже ясно, что в процессе «ощупывания» чужеродных субстанций участвуют определенные белки. Поэтому можно с уверенностью сказать, что водоросли располагают специализированными иммунопротеинами. Как мы увидим несколько ниже, похожие иммунопротеины играют центральную роль и в нашей врожденной иммунной системе.