Как работает иммунитет

Несмотря на огромное количество данных о работе иммунной системы, ученые по многим вопросам еще не достигли консенсуса. В некоторых случаях у исследователей даже нет гипотез, почему происходят те или иные иммунные процессы. Например, науке известен механизм аутоиммунных заболеваниях, но причина возникновения многих из них до сих пор остается загадкой. Известно, что существуют клетки-памяти, но не известно, как именно они образуются, какие для этого нужны сигналы T- или B-лимфоцитам

Миф девятый: иммунитет есть только у позвоночных животных

В этой главе мы рассмотрим как представители разных царств живой природы борются с инфекционными агентами. Они действительно не обладают иммунной системой в том виде, в котором она присутствует у нас. Однако те методы защиты, которыми пользуются животные, грибы и растения довольно эффективны – они позволяют продолжать существование в среде биологических угроз. В общем, человечеству есть чему поучиться у самых разных организмов.

«Иммунитет» бактерии

Бактериальные клетки – это живые организмы, которые интересны паразитическим микробам и вирусам в качестве потенциальных мест обитания. В бактериях патогены могут питаться, размножаться и распространяться при помощи инфицирования здоровых клеток.

Существуют особые вирусы, которые поражают преимущественно бактериальные клетки – бактериофаги. Предположительно эта группа вирусов – самая древняя и многочисленная. Генетическая информация бактериофагов хранится в капсиде.

Капсид прикрепляется к «хвосту» – полой трубке, состоящей из белков. Когда вирус находит бактерию, он фиксирует свое положение на оболочке с помощью трубки и растворяет мембрану лизоцимом – ферментом, который находится на «хвосте» бактериофага. После этого вирус сокращается и впрыскивает свою генетическую информацию внутрь бактериальной клетки. Таким образом происходит заражение бактерии, и она начинает воспроизводить вирусные нуклеиновые кислоты и белки. Это единственная возможность для бактериофага оставить потомство. Разумеется, вмешательство бактериофага нарушает жизненный цикл бактерий, поэтому в процессе эволюции они приобрели защиту от вирусов. На поверхности бактерий присутствуют ферменты, которые расщепляют вирусные ДНК и РНК. В тех случаях, когда патогену удается обойти защиту, в клетках запускается апоптоз – механизм «самоубийства», который препятствует дальнейшему размножению вирусов.

Жизненный цикл бактериофага

Кроме того, бактерии обладают системой редактирования генома CRISPR-Cas9. Их ДНК состоят из коротких палиндромных повторяющихся нуклеотидов, которые расположены группами. Они отделены друг от друга спейсерами – участками ДНК-вирусов, с которыми бактерия уже сталкивалась. Эти участки ДНК остаются после того, как вирус заражает клетку, поскольку вирусные ДНК обязательно должны встраиваться в цепочку ДНК хозяина для размножения. После того, как вирусный код «считался» с ДНК и в форме РНК отправился дальше на рибосому, белок Cas9 «узнает» вирусные последовательности и удаляет их, препятствуя синтезу вирусных продуктов. Ученые обратили внимание на механизм работы белка Cas9 и начали использовать его в том числе и в генной терапии, удаляя поврежденные гены. CRISPR-Cas9 также применяют для редактирования генома клеток, зараженных ВИЧ. Группа исследователей во главе с доктором Вэньхуэй Ху из Медицинской школы Льюиса Каца Университета Темпл (Филадельфия, США) показала на трех моделях in vivo, что при использовании системы CRISPR-Cas9 удается значительно сократить размножение вирусных частиц ВИЧ в лимфоцитах.

Бактериофаги заражают бактерию

Бактерии вынуждены бороться друг с другом за экологические ниши. Для этого они производят антимикробные вещества. Конкуренция стимулирует появление новых антибиотиков – молекул, с помощью которых можно эффективно уничтожать соперников. Чем совершеннее антибиотик, тем выше эволюционное преимущество бактерии. Кстати, в 1940-х годах из почвенных бактерий микробиолог и биохимик Зельман Ваксман с коллегами впервые получили антибиотики актиномицин и стрептомицин. Сегодня многие антибиотические препараты содержат цитотоксические вещества, основой для которых стали выделенные из бактерий антимикробные молекулы небелковой природы. Кроме них бактерии производят короткие белковые молекулы – антимикробные пептиды или бактериоцины. Поскольку эти вещества способны убивать бактериальные клетки, они в перспективе могут стать основой для новых видов антибиотиков.