58277 (Нобелевские лауреаты в иммунологии), страница 2

Другая трудность заключалась в том, что работая с иммуноглобулинами исследователь вынужден иметь дело со смесью близких но структуре молекул. Выход подсказала работа Г. Кункеля, показавшего в 1950 году, что все клетки миеломы - злокачественной опухоли кроветворных органов происходят от одной-единственной клетки, и вырабатываемые ими иммуноглобулины - одинаковы (гомогенны).

На рубеже XIX и XX веков Каррель (Нобелевская премия 1912 года) добился выдающихся результатов в разработке техники сшивания сосудов и трансплантации, то есть пересадки, органов. После того, как большая часть чисто хирургических трудностей была разрешена, стало очевидным, что главная проблема заключается в другом: безупречно пересаженный орган сначала приживался, а через некоторое время - отторгался мощной реакцией иммунной системы. Причины отторжения были непонятны. Требовалось создать способы воздействия на иммунную систему, основанные на совершенно новых теоретических представлениях.

В 1927 году К. Бауэр обнаружил, что при пересадке кожного лоскута от одного монозиготного близнеца другому отторжения не происходит. Организм принимает трансплантат как собственную ткань. За этим последовало несколько успешных пересадок почек от близнеца близнецу. Так была доказана генетическая детерминированность реакции отторжения. В конце 1930-х годов в США было установлено, что процесс отторжения трансплантата управляется несколькими генами, но исследователи не сумели их идентифицировать. В 1937 году в Лондоне Питер Горер описал белок, участвующий в реакции отторжения.

В 1945 году Р.Д. Оуэн открыл явление химеризма, то есть возможность существования генетически неоднородных организмов: у телят-близнецов еще в утробе матери происходил обмен кровью, и чужие эритроциты потом длительно сохранялись в крови.

Берне и Медавар (Нобелевская премия 1960 года), экспериментируя с пересадками кожных лоскутов у телят и мелких лабораторных животных, установили, что способность организма отличать чужие антигены своих не является полностью наследуемой, и ее формирование иногда заканчивается уже после рождения. Таким образом, в течение внутриутробной жизни и иногда некоторое время после рождения индивид сохраняет способность принимать чужую ткань как свою -феномен иммунологической толерантности.

Бёрнет и Медавар (оба - Нобелевская премия 1960 года) установили, что в течение некоторого времени после рождения индивид сохраняет способность принимать чужую ткань как свою - феномен иммунологической толерантности. В конце 1950-х годов Бёрнет, Д. У. Толмэдж и Ледерберг (Нобелевская премия 1958 года), полностью отказавшись от инструктивной интерпретации, сформулировали клонально-селекционную теорию иммунитета, основу которой составляло представление об изначально существующих в организме клеточных клонах - группах клеток, способных продуцировать антитела на любой мыслимый антиген. Во время внутриутробного развития и в течение короткого времени после рождения клоны клеток, способные ответить на собственные антигены организма, элиминируются (подавляются), и таким образом, предупреждается разрушение иммунной системой тканей собственного организма. Оставшиеся клоны ожидают появления соответствующих «чужих» антигенов, и, когда это случается, активируются и синтезируют нужные антитела. В начале 1950-х годов Снелл (Нобелевская премия 1980 года) доказал существование у позвоночных главного комплекса гистосовместимости - системы генов, регулирующих ответ на пересадку чужеродной ткани. В 1954 году Доссе (Нобелевская премия 1980 года) обнаружил, что кровь пациентов, которым многократно производили переливание крови, содержит антитела против донорских лейкоцитов. Эти антитела агглютинировали (склеивали) лейкоциты большинства других людей, но не свои собственные. В конце 1950-х годов Доссе идентифицировал первый антиген гистосовместимости человека, а в 1965 году описал систему человеческих лейкоцитарных антигенов и соответствующие им HLA-гены. Вскоре было выявлено сходство систем МНС и HLA. Бенасерраф (Нобелевская премия 1980 года) показал, как эти гены регулируют не только ответ на пересадку чужеродной ткани, но и всю работу иммунной системы. Так, усилиями Снелла, Доссе и Бенасеррафа был раскрыт механизм, с помощью которого организм отличает свои здоровые клетки от чужих или своих, но переродившихся.

Существование носителей наследственности постулировал еще Мендель (18бб). В 1909 году датчанин Вильгельм Людвиг Иогансен назвал их генами, Морган (Нобелевская премия 1933 года) доказал, что гены упорядоченно расположены в хромах («как бусины на нитке»). Мак-Клинток (Нобелевская премия 1983 года) показала, что часть структурных элементов хромосомы способна перемешаться не только по самой хромосоме, но и к другой хромосоме. Роберте и Шара (Нобелевская премия 1993 года) установили, что ген может присутствовать в генетической материале в виде нескольких раздельных сегментов - экзонов.

То, что синтез белков управляется генами, предполагал еще в 1902 году А.Э. Гаррод. Билл и Тейтем (Нобелевская премия 3958 года) доказали, что структура каждого синтезируемого белка закодирована в одном из генов: «один ген один белок».

С конца 1960-х годов, когда большинство иммунологов отказалось от инструктивной интерпретации теории атитителообразования, вновь стало очевидным разительное несоответствие между числом необходимых вариантов антител и возможностями генетического аппарата хранить информацию об их структуре.

Антитела синтезируются В-лимфоцитами, которых у взрослого человека примерно 10¹². Поскольку каждый В-лимфоцит может производить свой тип антител, число возможных вариантов антител в одном организме теоретически ограничено только этим числом - триллион. Число антигенов, с которыми может встретиться организм, оценивалось в сотни миллионов, и уникальная природа каждого требовала синтеза «собственного» антитела, а для этого, в соответствии с правилом Бидла-Тейтема нужны сотни миллионов генов. Весь же человеческий геном, как тогда считали, содержит 70 тыс. генов (сейчас известно, что 30 тыс.).

Кроме того, несмотря на общую победу селекционной интерпретации теории антителообразования, многим исследователям все же трудно было до конца примириться с мыслью о том, что иммунная система заранее создает антитела, способные опознать и обезвредить сотни миллионов веществ, при том, что с большей частью этих веществ организм в течение всей своей жизни так и не встретится. Структура антител оставалась неизвестной, пока Тиселиус (Нобелевская премия по химии за 1948 год) и Л. Кэбет не показали, что антитела являются γ-глобулинами, то есть белками с большой молекулярной массой. В 1962 году Эдельман и Портер (оба - Нобелевская премия 1972 года) установили, что молекула антитела состоит из четырех полипептидных цепей: двух длинных и двух коротких, все четыре вместе формируют Y-подобную симметричную молекулу. К. 1969 году сотрудники Одельмана полностью расшифровали первичную структуру молекулы иммуноглобулина (все 1300 аминокислотных остатков) и определили в ней домены, ответственные за различные функции антител.

В основании Y есть постоянная часть, последовательность аминокислот которой определяет принадлежность антитела к одному из следующих классов: M, D, G, A, или E. Соответственно были названы пять классов иммуноглобулинов: IgМ, IgD, IgG, IgA, и IgE. После связывания антитела с антигеном, например, вируса, молекула антитела меняется таким образом, что его постоянная часть (в стебле Y) начинает активизировать важные механизмы иммунной защиты. Среди них система комплемента, которая может непосредственно делать отверстия в бактериях и других микробах, а также притягивать лейкоциты — макробактериофаги и гранулоциты - к полю сражения.

Короткие цепи бывают двух типов: κ (каппа) и λ (ламбда). Каждая молекула антитела, независимо от класса, содержит или две κ- или две λ-цепи. Во внешних частях коротких цепей (в ветвях Y) существуют значительные различия в последовательности аминокислот. В этой переменной части имеются три области, где различия очень велики. Эти области представляют собою стенки «кармана», способного связывать чужеродное вещество (антиген). Они более или менее приспособлены к форме конкретного антигена. Чем лучше соответствие, тем крепче захват антигена.

Работами членов гак называемой «фаговой группы» в 1940-1950 годы в США Дельбрюка и Лурия (оба Нобелевская премия 1969 года), было показано, что вирус навязывает клетке свой вариант генетической информации, заставляя ее синтезировать новые вирусы.

В 1902 году Арчибальд Э. Гаррод предположил, что некоторые дефекты ферментной системы передаются от родителей к потомкам. Освальд Теодор Эйвери и другие доказали, что носителем наследственсти является не белок, как думали прежде, а ДНК. Бидл и Тейтем (оба Нобелевская премия 1958 года) постулировали четкую зависимость структуры белка от генетической информации («один ген один белок»). Затем (1953) было раскрыто строение молекулы ДНК «двойная спираль Уотсона и Крика (оба Нобелевская премия 1962 года). Жакоб и Моно (оба - Нобелевская премия 1965 года) описали механизм транскрипции передачи информации от ДНК к иРНК для последующей передачи ее рибосомам, синтезирущим белок. Расшифровка триплетного кода Ниренбергом и Корана (оба - Ноблевская премия 1968 года) стала завершающим звеном в формировании того что можно назвать «центральной догмой биологии XX века»: структура белка опредляется информацией, хранимой и переносимой нуклеиновыми кислотами.

Заболевания животных, позднее отнесенные к классу прионных, известны более двух веков, аналогичные болезни человека с начала XX столетия. Так у людей был описана болезнь Крейцфельдта-Якоба (ВКЯ) - дегенеративное заболевание головного и спинного мозга, с поражением, в частности, мозжечка и базальных ядер, начинающееся обычно в старости и проявляющееся в нарастающей мышечной ригидности, нарушении речи и глотания, потере памяти, слабоумии и других психических расстройствах. В тканях мозга появлялись амилоидоподобные бляшки, содержащие палочкообразные белковые агрегаты. Было показано, что экстракт такого мозга содержит нечто, способное заразить человекообразных обезьян. В 1968 году инфекционный агент БКЯ был выделен у шимпанзе, позднее болезнь была привита кошке и хомяку. Временной интервал между заражением экспериментального животного и появлением симптомов обычно превышал один год.

Гайдузек (Нобелевская премия 1976 года) исследовал куру - описанную только в середине 1950-х годов загадочную болезнь, поражавшую исключительно аборигенов, живших в условиях неолита на плоскогорьях острова Новая Гвинея. При выполнении ритуала, сородичи съедали тело умершего. При этом чаще заболевали: женщины и дети: по-видимому, во время кулинарной обработки тела они имели доступ к наиболее питательной его части - головному мозгу. Через несколько месяцев кто-то из них начинал беспричинно смеяться... В 1959 году аборигенов убедили отказаться от этого обычая, и очаг куру исчез.

Была известна также сходная по проявлениям болезнь овец скрапи. Впервые ее наблюдали в Исландии в XVIII веке. Болезнь передавалась также экстрактами мозга животных.

Итак, инфекционный характер целого класса нейродегенеративных заболеваний животных и человека был доказан. Поскольку возбудитель не задерживался бактериальными фильтрами, естественно было отнести его к классу вирусов. Очень длительный латентный период и медленное развитие заболевания подсказали идею особых «медленных вирусов». Настоящие проблемы начались, когда выяснилось, что возбудителей не убивают ни формалин, ни ультрафиолетовое облучение. К факторам, вызывающим денатурацию и расщепление белков, эти агенты, наоборот, оказались чувствительны. Математик Дж.С. Гриффит предложил смелую гипотезу: агент вообще не содержит никакого генетического - материала, он лишь измененная форма клеточного белка. Воспроизведение его свойств происходит путем аутокатазиза. Именно эту гипотезу и подтвердило позднее открытие Прузинера.

Глава 1. 1901 Эмиль Адольф Фон Беринг (1854-1917)

Формулировка нобелевского комитета:

«за работы по серотерапии, и, прежде всего, за ее использование в борьбе против дифтерии, которыми он открыл новое направление в области медицинских знаний и тем самым дал в руки врача победоносное оружие против болезни и смерти».

В 1890 году Беринг и его ассистент японец Сибасабуро Китасато ослабляли культуру возбудителей дифтерии добавлением к ней небольших количеств трихлорида йода и вводили ее животным. Потом этим же животным вводили чуть более активную культуру и так далее, пока, наконец, не добивались невосприимчивости и к живым микробам.

Беринг сделал вывод о том, что «иммунитет вызывается метаболическими продуктами, выделяемыми дифтерийными бациллами в культуру». На то, что бацилла дифтерии не сама по себе поражает организм, а делает это, выделяя какие-то ядовитые вещества - токсины, указывали и результаты вскрытия трупов умерших от дифтерии. Болезнь поражала не только инфицированные ткани, но и всю сердечно-сосудистую систему.