Екатерина Умнякова - Как работает иммунитет [litres]

Как только лимфоцит узнает мишень, он прекращает миграцию и за 4–5 дней превращается в лимфобласт – становится больше за счет увеличения объема ядра, цитоплазмы, накопления большого количества РНК и белка. Лимфобласт начинает делиться. В итоге образуется армия его «клонов», способных узнавать только один конкретный антиген. Если лимфобластом была B-клетка, то ее «клоны» превращаются в плазматические клетки – они производят молекулы антител против одного антигена. В том случае, если лимфобластом была T-клетка, ее клоны становятся Т-лимфоцитами, способными напрямую убивать зараженные клетки или активировать иммунные клетки других типов. Большая часть антител и Т-лимфоцитов погибает после ликвидации угрозы за исключением клеток памяти. Они необходимы для того, чтобы при повторной встрече с патогеном обеспечить вторичный иммунный ответ. При запуске этого процесса организм вырабатывает больше антител, чем при первичном иммунном ответе. Так что благодаря явлению иммунологической памяти организм быстрее и эффективнее справляется с угрозами.

Несмотря на то, что организм обладает мощной защитной системой, срабатывает она не всегда. Если некоторые компоненты иммунитета работают плохо, необходимы вспомогательные вещества для лечения инфекционных заболеваний. Например, антибиотики.

Антибиотики(от др.-греч. άντί – «против»; βίος – «жизнь») – это соединения природного (бактериального, грибкового, растительного, животного) или синтетического происхождения, подавляющие рост живых клеток или вызывающие их гибель.

Впервые идея о создании «магической пули», которую можно было бы прицельно направлять на бактерии, принадлежит Паулю Эрлиху. В 1909 году Эрлих перебрал более 600 мышьяк-содержащих препаратов и нашел сальварсан («препарат 606»), который помогал вылечить больных сифилисом даже в критическом состоянии. Но препарат был токсичным, поэтому Эрлих продолжал экспериментировать и стремился сделать его более эффективным и безопасным.

Эксперименты Александра Флеминга

Спустя 30 лет после работ Пауля Эрлиха, Александр Флеминг открыл первый антибиотик – пенициллин, выделенный из плесневого гриба рода Penicillium . На фотографии ниже – примерно те же образования в чашке Петри, которые наблюдал сам Александр Флеминг. Они и натолкнули великого ученого на мысль об использовании веществ из гриба для борьбы с бактериями.

Примечательно то, что не все грибы рода Penicillium способны продуцировать пенициллин. Хорошо знакомые нам представители этого рода – Penicillium camamberti и Penicillium roqueforti – благородные плесени, которые используются в производстве сыров камамбер, рокфор и других сортов, этот антибиотик не производят. Впрочем, они способны продуцировать другие метаболиты – органические кислоты, кетоны и спирты – которые препятствуют заражению этих вкуснейших сыров различными бактериями, в том числе довольно опасными для человека штаммами Salmonella typhimurium, Listeria monocytogenes и др.

Сыры рокфор и камамбер

Александр Флеминг работал с неочищенным фильтратом питательной среды, на которой выращивался гриб и выяснил, что этот препарат даже будучи разведенным в сотни раз задерживает рост бактерий и, что было особенно важно, не был столь ядовит для животных. Но понадобилось еще около 12 лет, чтобы пенициллин выделили в кристаллическом виде и стали вводить больным. Проделали эту трудную и кропотливую работу Эрнест Чейни Говард Флори. Миллионы человеческих жизней, обреченных на гибель от воспаления легких, менингита, ангины, сифилиса, гонореи и других опасных заболеваний, вызываемых микробами, были спасены. Авторы открытия А. Флеминг, Г. Флори и Э. Чейн были удостоены Нобелевской премии в 1946 году.

Эрнест Чейн

Говард Флори

В медицине принято классифицировать антибиотические препараты в соответствии с их химической структурой. Выделяют около десятка различных групп антибиотиков, у каждой из которых есть своя мишень. В роли такой мишени выступают важные для бактерии процессы – синтез белка или нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), а также образование пептидогликана для построения клеточной стенки. Некоторые антибиотики вызывают разрушение цитоплазматической мембраны – оболочки клетки бактерий, а также нарушение процессов образования богатых энергией соединений. Действуя на какой-либо из этих процессов, можно вывести бактерию из строя. Почему же при таком количестве опасных для жизни бактерий мишеней у них со временем развивается устойчивость к различным антибиотикам?

Советский пенициллин был получен независимо от английских исследователей во время второй мировой войны. Зинаида Виссарионовна Ермольева обнаружила штамм гриба пенициллиума, который активно производил антибиотик. В самые кратчайшие сроки удалось очистить пенициллин, провести самые простые клинические тесты, а эффективность препарата проверялась уже во время лечения. Советский пенициллин спас тысячи солдат от заражения крови, газовой гангрены – омертвения тканей, вызванного анаэробной бактерией рода Clostridium, воспаления легких и других поражений микробами в условиях Второй мировой войны.

Дело в том, что многие из описанных мишеней для антибиотиков – это ферменты – белковые катализаторы (белки, задающие направление химическим реакциям и ускоряющие их ход). Как и все белки, они кодируются последовательностью ДНК. Мы знаем, что бактерии довольно быстро размножаются в процессе деления. При этом происходит и удвоение молекулы ДНК, так что каждая дочерняя клетка получает свою копию генетической информации. При копировании молекулы ДНК могут происходить ошибки – мутации, в результате чего в некоторых случаях происходит изменение структуры белковых молекул, в том числе и молекул-мишеней для антибиотиков. Стоит структуре фермента измениться, и антибиотик перестает действовать на эту мишень. Он больше не способен навредить бактериальной клетке.

Относительно недавно стало известно, что бактерии могут эти самые плазмиды получать в прямом смысле из воздуха! Кольцевые молекулы ДНК, несущие гены устойчивости к различным группам антибиотиков, в том числе и к антибиотическим препаратам «последнего резерва» могут присоединяться к твердым частицам в воздухе, а бактерии способны эту пыль поглощать, приобретая таким образом новые гены. Международной группой ученых были проведены исследования пыли из 19-ти городов мира 8-ми разных климатических зон. Было показано, что больше всего частичек с генами устойчивости «летает» в Сан-Франциско, а самым распространенными по всему миру оказались гены устойчивости к пенициллинам. Ученых насторожило то, что в воздухе 6-ти исследуемых городов были обнаружены гены устойчивости к ванкомицину, антибиотику «последней надежды». По мнению исследователей появление этой «опасной пыли» происходит из-за испарения сточных вод фабрик, ферм и больниц, где довольно широко используются антибиотики. Они попадают в воды, и обитающие там микроорганизмы постепенно вырабатывают устойчивость к препаратам, а затем эти гены распространяются воздушными потоками.