Как это работает. Иммунитет. Введение.
Каждый организм уникален и отличается от других организмов. Мы все отличаемся друг от друга внешне, точно так же мы отличаемся друг от друга на клеточном и молекулярном уровнях.
Однажды появившись на свет, любой организм должен сохранить свои структурные особенности до самой смерти. Никакой другой организм, никакое вещество, не должны внедриться в него, и как-то его поменять, переделать. Никакая часть тела, орган или клетка, фрагмент клетки другого организма, внедрившись в нас, не должны в нас прижиться, стать вашей частью, они должны быть немедленно распознаны и удалены.
Кроме того, каждый организм является пищей для других организмов. Все друг друга жрут. Травоядные животные пожирают растения, хищники едят травоядных животных, а бактерии и грибы едят их всех: пищевые цепочки, строящиеся в целом от более мелкого и слабого создания к более крупному и сильному, заканчиваются и начинаются, как это ни странно, на одном и том же - простейших организмах, состоящих из одной клетки.
Микроорганизмов гораздо больше чем нас. Несопоставимо больше. Они везде - на каждом видимом нами предмете, ими населена вода, которую мы пьем, они летают в воздухе, которым мы дышим, они живут в почве, частью которой мы рано или поздно становимся, в общем, они везде. И в нас самих - они тоже есть. И все они хотят жрать.
Вся их тихая и скромная жизнь заключается в том, что они разлагают все мыслимые и немыслимые органически соединения на более простые, используя их в пищу. Мы для них - очень хорошая, вкусная и высококачественная пища, много пищи.
Каждый организм жив, пока его не сожрали. И в процессе эволюции выжили только те организмы, которые умели что-то делать для того, чтобы не стать чьей-то пищей. От всего опасного, что видно глазу, слышно слуху и можно учуять носом или осязанием, живые организмы защищает работа так или иначе сформированной нервной системы. Последняя формирует поведение, ту или иную реакцию на опасность, которая позволяет организму не стать чьей-то пищей или погибнуть по иным причинам - в результате пожара, наводнения, любой иной напасти.
От мелких и невидимых злобных тварей, которые стремятся внедриться в организм и сожрать его изнутри, простые поведенческие реакции не спасут. Лишь у человека, всего одного вида из всего существующего разнообразия, сформировалась достаточно сложная нервная система, обеспечившая способность формировать поведение на основании абстрактных знаний - мы узнали про существование невидимых глазу врагов и научились с ними бороться с помощью технологий, нами разработанных, и гигиенических поведенческих навыков, нами разумно выработанных. Другим видам это не свойственно. Да и человек был таким не всегда, и чтобы придумать правило мыть руки перед едой ему пришлось сначала пройти долгий-долгий путь от неведения к знанию, и при этом как-то выжить.
Выжить в постоянно меняющейся среде, весьма агрессивно по отношению к нему настроенной. Для того, чтобы защититься от любого генетически чужеродного объекта, будь то микроорганизм, вирус, какое-то вещество биологического происхождения, способное повлиять на постоянство собственной внутренней среды, или от своих собственных мутировавших клеток, живым организмам потребовалось сформировать иммунную систему, достаточно сложно устроенную и осуществляющую сложную функцию, названную иммунитетом.
Под иммунитетом (immunitas (лат) - освобождение, неприкосновенность) понимают комплекс реакций организма, направленных на сохранение его структурной и функциональной целостности при воздействии на организм генетически чужеродных веществ, как поступающих извне, так и образующихся внутри организма. Смысл подобной защиты - обеспечение генетической целостности особей вида в течение их индивидуальной жизни.
Иммунная система, выполняющая эту миссию, устроена сложно. Ведь для того, чтобы эффективно отражать внешние вторжения и нейтрализовывать собственных предателей, нужны разные по своему назначению службы. Для устранения одинокого террориста или небольшого диверсионного отряда нужны службы быстрого реагирования - незначительные по количеству, но умеющие быстро добраться до цели и быстро ее убить.
Для массированного вторжения нужна регулярная армия - со своей артиллерией, танками, техникой для позиционных сражений.
Для освобождения захваченных территорий нужны свои диверсанты, оружие массового поражения и средства его доставки.
Для коопераций различных воюющих групп и родов войск, для ведения боевых действий в рамках единой стратегии, нужны надежные средства связи и отработанная система команд, понятная солдатам.
В связи с большим количеством всех этих функций, возложенных на иммунную систему, в ней предусмотрены разнообразные по устройству и функциям подсистемы, сформированные клетками-эффекторами, и различными механизмами, обеспечивающие их слаженное и целесообразное взаимодействие.
Есть два основных типа иммунитета - неспецифический (врожденный) и специфический (адаптивный). Неспецифический иммунитет - более древний, он рассчитан на стандартную реакцию при вторжении патогена, либо представляет собой изначальную невосприимчивость к чужому патогену. Грубо говоря, это вообще не иммунитет в том понимании, в котором речь идет об иммунной системе, это определенные свойства индивидуума, которые он получил, поскольку принадлежит к некоему виду. Например, человек не болеет большей частью инфекционных заболеваний, которыми болеют другие животные. Это связано с тем, что микроорганизмы, способные атаковать этих животных, приспособились именно к ним, и просто не имеют рецепторов, способных узнавать клетки человека. Или, если угодно, защита человека состоит в том, что он не имеет тех молекул, которые могут распознавать бактерии и вирусы, паразитирующие на других животных.
Температура тела, неподходящая для каких-то бактерий, защитные барьеры, препятствующие их проникновению или выводящие микроорганизмы наружу - это тоже неспецифические факторы защиты. Одним из древнейших факторов неспецифического иммунитета является способность части наших клеток к фагоцитозу - поглощению и перевариванию чужих клеток, и пиноцитозу - поглощению и перевариванию растворенных крупных молекул. Этот механизм активно используется в процессе воспаления, который я описывал в одном из предыдущих постов. Но это процесс неспецифической защиты у человека уже завязан со специфическим иммунным ответом - фагоциты, переваривая чужаков, могут представлять их молекулы специализированным клеткам иммунной системы, обеспечивающим специфический иммунный ответ.
Специфический иммунный ответ - это такая система интеллектуального оружия. Она создана для того, чтобы система могла самообучаться. Вариантов возможных чужеродных агентов очень много, и одна неспецифическая защита со всеми ними бы не справилась.
Кроме того, даже уже известные враги наши склонны изменять свои свойства и приспосабливаться под нас, мутируя и уклоняясь от факторов неспецифической защиты. Поэтому в процессе эволюции с целью поддержания гонки вооружений сформировался специфический (адаптивный) иммунитет, способный к самообучению и уничтожению как ранее неизвестных патогенов, так и известных, но приобретших новые свойства.
Дальше мы будем говорить только о специфическом иммунном ответе.
Прежде чем начать реагировать и уничтожать, иммунная система должна распознать вторжение. Это распознавание происходит на молекулярном уровне: собственно, иммунная система распознает не чужеродную, например, клетку целиком, а отдельные ее части, чужеродные молекулы. Эти молекулы получили название антигенов - от начальных частей слов antibody-generating, то есть, молекулы, вызывающие образования антител. На самом деле, антигены не всегда отнюдь вызывают формирование антител, но название так уж исторически закрепилось. Суть же антигенов в том, что это - молекулы, обладающие двумя основоположными свойствами - специфичностью иммуногенностью, то есть, способностью инициировать иммунный ответ.
Сам по себе специфический (адаптивный, вызываемый контактом с антигеном) иммунный ответ может быть двух основных типов - В-клеточный и Т-клеточный. В зависимости от свойств самого антигена активируется тот или иной тип иммунного ответа, либо взаимодействие Т и В лимфоцитов, приводящий к развитию иммунной реакции.
В-клеточный ответ характеризуется тем, что В-лимфоциты, стимулированные антигеном, начинают превращаться в клоны клеток - тканевых плазмоцитов, это такие своеобразные клетки-фабрики, производящие оружие массового поражение - антитела. Антитела представляют из себя молекулы, способные связываться с тем антигеном, который инициировал ответ. Связываясь этим антигеном на поверхности, например, бактериальной клеточной стенки, антитело, точнее комплекс антиген-антитело вызывает каскад реакций, приводящих к разрушению этой клеточной стенки. В частности, такая реакция может реализовываться через активацию растворенных в плазме крови белков - системы комплемента. Пока нет комплексов антиген-антитело, белки системы комплемента плавают в растворенном виде в плазме крови, никого не трогая, но как только появляется что-то, что надо уничтожить, из них формируется так называемый мембраноатакующий комплекс - эдакая самонаводящаяся ракета, которая разрушает стенку бактерии, что ведет ее к гибели. По B-клеточному пути идет развитие иммунных реакций при большей части бактериальных инфекций.
На представленном ролике антитела атакуют бактериальную клетку, а затем эту бактериальную клетку уничтожает другая клетка иммунной системы )
Альтернативным вариантом иммунного ответа является Т-клеточный иммунный ответ. Он отличается от В-клеточного тем, что в процессе его развития создаются не фабрики оружия, а армия клонов: лимфоцитов- убийц, каждый из которых может атаковать клетки, на которых представлен тот антиген, который инициировал ответ. Т-клетки способны распознавать и те антигены, которые сумели включиться в состав собственных клеток организма - например, антигены вирусов на поверхности собственной живой клетки, пораженной этим вирусом, или опухолевые антигены, появившиеся на мутировавшей в раковую клетке. Таким образом, Т-клеточный ответ может формироваться и при вирусных инфекциях, и при некоторых иммуногенных опухолях.
Картинка: электронная микрофотография Т-лимфоцита-киллера, атакующего опухолевую клетку.
(клик по фотографии веден на источник изображения)
А также Т-клеточный ответ может активировать В-клеточный ответ для тех антигенов, которые не могут быть самостоятельно распознаны В-клетками, обеспечивая таким образом создание фабрик антительного оружия для невидимых В-клеткам противников.
Но более подробно о свойствах различных типов иммунного ответа и механизмов их реализации, мы будем говорить в следующем посте. В один тут не впишешься никак :)
В целом, мы существуем благодаря слаженной работе различных звеньев иммунной системы, работающей непрерывно, и мы похожи при этом на осажденный город. Мы окружены вражескими организмами, и в нас самих непрерывно возникают клетки-предатели, готовые сформировать собственную армию и разрушить нас. Как только что-то сломается, нарушится работа одной из цепочек иммунной системы, мы тут же будем сожраны - либо внешним врагом, либо нашими собственными мутировавшими клетками, приобретшими новые свойства и ускользнувшими из-под контроля иммунной системы, способной уничтожить их в зародыше. Процесс того, что происходит с нами, когда прекращают работать защитные силы, наглядно виден при иммунодефицитах различной природы - как быстро развиваются так называемые оппортунистические инфекции, вызываемые микроорганизмами, в норме не причиняющими нам вреда, и которые могут убить нас в считанные дни, если нет лечения или восстановления иммунной системы. И также наглядно он виден, когда организм умирает - в течение уже первых часов после смерти те самые организмы, которые жили с нами в симбиозе, или жили без всякой пользы, но не могли причинить вреда, вызывают необратимые процессы разложения в наших органах и тканях.
На этом пока все. Спасибо за внимание, до продолжения :)
Однажды появившись на свет, любой организм должен сохранить свои структурные особенности до самой смерти. Никакой другой организм, никакое вещество, не должны внедриться в него, и как-то его поменять, переделать. Никакая часть тела, орган или клетка, фрагмент клетки другого организма, внедрившись в нас, не должны в нас прижиться, стать вашей частью, они должны быть немедленно распознаны и удалены.
Кроме того, каждый организм является пищей для других организмов. Все друг друга жрут. Травоядные животные пожирают растения, хищники едят травоядных животных, а бактерии и грибы едят их всех: пищевые цепочки, строящиеся в целом от более мелкого и слабого создания к более крупному и сильному, заканчиваются и начинаются, как это ни странно, на одном и том же - простейших организмах, состоящих из одной клетки.
Микроорганизмов гораздо больше чем нас. Несопоставимо больше. Они везде - на каждом видимом нами предмете, ими населена вода, которую мы пьем, они летают в воздухе, которым мы дышим, они живут в почве, частью которой мы рано или поздно становимся, в общем, они везде. И в нас самих - они тоже есть. И все они хотят жрать.
Вся их тихая и скромная жизнь заключается в том, что они разлагают все мыслимые и немыслимые органически соединения на более простые, используя их в пищу. Мы для них - очень хорошая, вкусная и высококачественная пища, много пищи.
Каждый организм жив, пока его не сожрали. И в процессе эволюции выжили только те организмы, которые умели что-то делать для того, чтобы не стать чьей-то пищей. От всего опасного, что видно глазу, слышно слуху и можно учуять носом или осязанием, живые организмы защищает работа так или иначе сформированной нервной системы. Последняя формирует поведение, ту или иную реакцию на опасность, которая позволяет организму не стать чьей-то пищей или погибнуть по иным причинам - в результате пожара, наводнения, любой иной напасти.
От мелких и невидимых злобных тварей, которые стремятся внедриться в организм и сожрать его изнутри, простые поведенческие реакции не спасут. Лишь у человека, всего одного вида из всего существующего разнообразия, сформировалась достаточно сложная нервная система, обеспечившая способность формировать поведение на основании абстрактных знаний - мы узнали про существование невидимых глазу врагов и научились с ними бороться с помощью технологий, нами разработанных, и гигиенических поведенческих навыков, нами разумно выработанных. Другим видам это не свойственно. Да и человек был таким не всегда, и чтобы придумать правило мыть руки перед едой ему пришлось сначала пройти долгий-долгий путь от неведения к знанию, и при этом как-то выжить.
Выжить в постоянно меняющейся среде, весьма агрессивно по отношению к нему настроенной. Для того, чтобы защититься от любого генетически чужеродного объекта, будь то микроорганизм, вирус, какое-то вещество биологического происхождения, способное повлиять на постоянство собственной внутренней среды, или от своих собственных мутировавших клеток, живым организмам потребовалось сформировать иммунную систему, достаточно сложно устроенную и осуществляющую сложную функцию, названную иммунитетом.
Под иммунитетом (immunitas (лат) - освобождение, неприкосновенность) понимают комплекс реакций организма, направленных на сохранение его структурной и функциональной целостности при воздействии на организм генетически чужеродных веществ, как поступающих извне, так и образующихся внутри организма. Смысл подобной защиты - обеспечение генетической целостности особей вида в течение их индивидуальной жизни.
Иммунная система, выполняющая эту миссию, устроена сложно. Ведь для того, чтобы эффективно отражать внешние вторжения и нейтрализовывать собственных предателей, нужны разные по своему назначению службы. Для устранения одинокого террориста или небольшого диверсионного отряда нужны службы быстрого реагирования - незначительные по количеству, но умеющие быстро добраться до цели и быстро ее убить.
Для массированного вторжения нужна регулярная армия - со своей артиллерией, танками, техникой для позиционных сражений.
Для освобождения захваченных территорий нужны свои диверсанты, оружие массового поражения и средства его доставки.
Для коопераций различных воюющих групп и родов войск, для ведения боевых действий в рамках единой стратегии, нужны надежные средства связи и отработанная система команд, понятная солдатам.
В связи с большим количеством всех этих функций, возложенных на иммунную систему, в ней предусмотрены разнообразные по устройству и функциям подсистемы, сформированные клетками-эффекторами, и различными механизмами, обеспечивающие их слаженное и целесообразное взаимодействие.
Есть два основных типа иммунитета - неспецифический (врожденный) и специфический (адаптивный). Неспецифический иммунитет - более древний, он рассчитан на стандартную реакцию при вторжении патогена, либо представляет собой изначальную невосприимчивость к чужому патогену. Грубо говоря, это вообще не иммунитет в том понимании, в котором речь идет об иммунной системе, это определенные свойства индивидуума, которые он получил, поскольку принадлежит к некоему виду. Например, человек не болеет большей частью инфекционных заболеваний, которыми болеют другие животные. Это связано с тем, что микроорганизмы, способные атаковать этих животных, приспособились именно к ним, и просто не имеют рецепторов, способных узнавать клетки человека. Или, если угодно, защита человека состоит в том, что он не имеет тех молекул, которые могут распознавать бактерии и вирусы, паразитирующие на других животных.
Температура тела, неподходящая для каких-то бактерий, защитные барьеры, препятствующие их проникновению или выводящие микроорганизмы наружу - это тоже неспецифические факторы защиты. Одним из древнейших факторов неспецифического иммунитета является способность части наших клеток к фагоцитозу - поглощению и перевариванию чужих клеток, и пиноцитозу - поглощению и перевариванию растворенных крупных молекул. Этот механизм активно используется в процессе воспаления, который я описывал в одном из предыдущих постов. Но это процесс неспецифической защиты у человека уже завязан со специфическим иммунным ответом - фагоциты, переваривая чужаков, могут представлять их молекулы специализированным клеткам иммунной системы, обеспечивающим специфический иммунный ответ.
Специфический иммунный ответ - это такая система интеллектуального оружия. Она создана для того, чтобы система могла самообучаться. Вариантов возможных чужеродных агентов очень много, и одна неспецифическая защита со всеми ними бы не справилась.
Кроме того, даже уже известные враги наши склонны изменять свои свойства и приспосабливаться под нас, мутируя и уклоняясь от факторов неспецифической защиты. Поэтому в процессе эволюции с целью поддержания гонки вооружений сформировался специфический (адаптивный) иммунитет, способный к самообучению и уничтожению как ранее неизвестных патогенов, так и известных, но приобретших новые свойства.
Дальше мы будем говорить только о специфическом иммунном ответе.
Прежде чем начать реагировать и уничтожать, иммунная система должна распознать вторжение. Это распознавание происходит на молекулярном уровне: собственно, иммунная система распознает не чужеродную, например, клетку целиком, а отдельные ее части, чужеродные молекулы. Эти молекулы получили название антигенов - от начальных частей слов antibody-generating, то есть, молекулы, вызывающие образования антител. На самом деле, антигены не всегда отнюдь вызывают формирование антител, но название так уж исторически закрепилось. Суть же антигенов в том, что это - молекулы, обладающие двумя основоположными свойствами - специфичностью иммуногенностью, то есть, способностью инициировать иммунный ответ.
Сам по себе специфический (адаптивный, вызываемый контактом с антигеном) иммунный ответ может быть двух основных типов - В-клеточный и Т-клеточный. В зависимости от свойств самого антигена активируется тот или иной тип иммунного ответа, либо взаимодействие Т и В лимфоцитов, приводящий к развитию иммунной реакции.
В-клеточный ответ характеризуется тем, что В-лимфоциты, стимулированные антигеном, начинают превращаться в клоны клеток - тканевых плазмоцитов, это такие своеобразные клетки-фабрики, производящие оружие массового поражение - антитела. Антитела представляют из себя молекулы, способные связываться с тем антигеном, который инициировал ответ. Связываясь этим антигеном на поверхности, например, бактериальной клеточной стенки, антитело, точнее комплекс антиген-антитело вызывает каскад реакций, приводящих к разрушению этой клеточной стенки. В частности, такая реакция может реализовываться через активацию растворенных в плазме крови белков - системы комплемента. Пока нет комплексов антиген-антитело, белки системы комплемента плавают в растворенном виде в плазме крови, никого не трогая, но как только появляется что-то, что надо уничтожить, из них формируется так называемый мембраноатакующий комплекс - эдакая самонаводящаяся ракета, которая разрушает стенку бактерии, что ведет ее к гибели. По B-клеточному пути идет развитие иммунных реакций при большей части бактериальных инфекций.
Click to viewНа представленном ролике антитела атакуют бактериальную клетку, а затем эту бактериальную клетку уничтожает другая клетка иммунной системы )
Альтернативным вариантом иммунного ответа является Т-клеточный иммунный ответ. Он отличается от В-клеточного тем, что в процессе его развития создаются не фабрики оружия, а армия клонов: лимфоцитов- убийц, каждый из которых может атаковать клетки, на которых представлен тот антиген, который инициировал ответ. Т-клетки способны распознавать и те антигены, которые сумели включиться в состав собственных клеток организма - например, антигены вирусов на поверхности собственной живой клетки, пораженной этим вирусом, или опухолевые антигены, появившиеся на мутировавшей в раковую клетке. Таким образом, Т-клеточный ответ может формироваться и при вирусных инфекциях, и при некоторых иммуногенных опухолях.
Картинка: электронная микрофотография Т-лимфоцита-киллера, атакующего опухолевую клетку.
(клик по фотографии веден на источник изображения)
А также Т-клеточный ответ может активировать В-клеточный ответ для тех антигенов, которые не могут быть самостоятельно распознаны В-клетками, обеспечивая таким образом создание фабрик антительного оружия для невидимых В-клеткам противников.
Но более подробно о свойствах различных типов иммунного ответа и механизмов их реализации, мы будем говорить в следующем посте. В один тут не впишешься никак :)
В целом, мы существуем благодаря слаженной работе различных звеньев иммунной системы, работающей непрерывно, и мы похожи при этом на осажденный город. Мы окружены вражескими организмами, и в нас самих непрерывно возникают клетки-предатели, готовые сформировать собственную армию и разрушить нас. Как только что-то сломается, нарушится работа одной из цепочек иммунной системы, мы тут же будем сожраны - либо внешним врагом, либо нашими собственными мутировавшими клетками, приобретшими новые свойства и ускользнувшими из-под контроля иммунной системы, способной уничтожить их в зародыше. Процесс того, что происходит с нами, когда прекращают работать защитные силы, наглядно виден при иммунодефицитах различной природы - как быстро развиваются так называемые оппортунистические инфекции, вызываемые микроорганизмами, в норме не причиняющими нам вреда, и которые могут убить нас в считанные дни, если нет лечения или восстановления иммунной системы. И также наглядно он виден, когда организм умирает - в течение уже первых часов после смерти те самые организмы, которые жили с нами в симбиозе, или жили без всякой пользы, но не могли причинить вреда, вызывают необратимые процессы разложения в наших органах и тканях.
На этом пока все. Спасибо за внимание, до продолжения :)