Однако существовавшие эмпирические знания и даже успех Дженнера, за который он получил довольно большую денежную премию от Британского парламента, долгое время не находили своего полного объяснения, и природа иммунитета оставалась загадкой за семью печатями.
Спустя почти 100 лет открытый Э. Дженнером факт лег в основу дальнейших экспериментов Л. Пастера на куриной холере, завершившихся формулировкой принципа профилактики от инфекционных заболеваний — принцип иммунизации ослабленными или убитыми возбудителями (1881 г.). Чуть позднее (в 1890 г.) Эмиль фон Беринг сообщил, что после введения в организм животного не целых дифтерийных бактерий, а всего лишь некоего токсина, выделенного из них, в крови появляется нечто, способное нейтрализовать или разрушать токсин и тем самым предотвращать само заболевание, вызываемое целой бактерией. Более того, оказалось, что приготовленные из крови таких животных препараты (их назвали сыворотками) исцеляли детей, уже больных дифтерией. Вещество, которое нейтрализовало токсин и появлялось в крови только в его присутствии, получило название антитоксина. В дальнейшем это и подобные ему вещества стали называть общим термином — антитела. А тот агент, который вызывает образование этих антител, стали называть антигеном. За эти работы Эмиль фон Беринг был удостоен в 1901 г. Нобелевской премии по физиологии и медицине. (Хотелось бы отметить, что термин «антиген» сегодня кажется крайне неудачным, поскольку по смыслу он может быть применен к некоему агенту, направленному против гена. Но термин «прижился», и, по всей видимости, никуда теперь от него не уйти. Еще наши предки подметили: Multa sunt in moribus dissentanea, multa sine ratione — в обычаях много несообразного, много неразумного.) В дальнейшем П. Эрлих разработал на этой базе теорию гуморального иммунитета (т. е. иммунитета, обеспечиваемого антителами, которые, продвигаясь по жидким внутренним средам организма, такими как кровь и лимфа (от лат. humor — жидкость), поражают чужеродные тела на любом расстоянии от лимфоцита, который их производит.
Если с антигеном все было более или менее ясно почти с самого начала, то, чтобы понять природу антител, потребовалось еще более полувека, пока Арне Тизелиус (Нобелевская премия по химии за 1948 г.) не показал, что это всего лишь обычные белки, но с очень большим молекулярным весом. Химическую структуру антител расшифровали Джералд Морис Эдельман (США) и Родни Роберт Портер (Великобритания), за что они оба получили Нобелевскую премию в 1972 г. В конечном итоге было установлено, что каждое антитело (они еще называются иммуноглобулинами) состоит из четырех белков — двух легких цепей и двух тяжелых цепей. Такая структура в электронном микроскопе по своему виду напоминает «рогатку» (рис. 2). Часть молекулы антитела, которая связывается с антигеном, очень изменчива, поэтому ее называют вариабельной. Эта область содержится на самом кончике антитела, поэтому защитную молекулу иногда сравнивают с пинцетом, ухватывающим с помощью острых концов мельчайшие детали самого замысловатого часового механизма. Активный центр распознает в молекуле антигена небольшие участки, состоящие обычно из 4–8 аминокислот. Эти участки антигена подходят к структуре антитела, «как ключ к замку». «Родственные объятия» антител с антигеном (микробом) редко кончаются для последнего благополучно. Если даже антитела не могут с ним справиться самостоятельно, на помощь им придут другие компоненты, и в первую очередь специальные «клетки-пожиратели».
Значительно позднее, японец Сусумо Тонегава, основываясь на достижении Эдельмана и Портера, показал то, что никто в принципе не мог даже ожидать: те гены в геноме, которые отвечают за синтез антител, в отличие от всех других генов человека, обладают потрясающей способностью — многократно изменять свою структуру в отдельных клетках человека в течение его жизни. При этом они, варьируя в своей структуре, перераспределяются так, что потенциально готовы обеспечить производство нескольких сотен миллионов различных белков-антител, т. е. намного больше теоретического количества, потенциально действующих на человеческий организм извне чужеродных веществ — антигенов. В 1987 г. С. Тонегаве была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытие генетических принципов генерации антител».
Рис. 2. Антитела (иммуноглобулины) — сложные белковые агрегаты, которые состоят из четырех взаимосвязанных между собой цепей молекул белков: двух одинаковых коротких (легких) цепей и двух одинаковых длинных (тяжелых). Темные участки — связи между белковыми молекулами. N — обозначение начала молекулы белка, С — обозначение конца молекулы белка. У всех антител С-концы молекул белков одинаковы (их называют константными), а N-концы отличаются (они вариабельны)
Параллельно с создателем теории гуморального иммунитета Эрлихом в те же годы наш соотечественник И. И. Мечников («поэт микробиологии», по образному определению Эмиля Ру) создавал учение о невосприимчивости (иммунитете), разработав теорию фагоцитоза и обосновав фагоцитарную теорию иммунитета. Он доказал, что у животных и человека существуют специальные клетки, — фагоциты (или «пожирающие» клетки), — способные поглощать и разрушать патогенные микроорганизмы и другой генетически чужеродный материал, волею судьбы оказавшийся в нашем организме. Осуществляемый фагоцитами процесс — фагоцитоз — был известен ученым с 1862 г. по работам Э. Геккеля, но только Мечников первым связал фагоцитоз с защитной функцией иммунной системы. В последующей многолетней и плодотворной дискуссии между сторонниками фагоцитарной и гуморальной теорий были раскрыты многие механизмы иммунитета. Спор между Мечниковым и Эрлихом привлек интерес не только ученых, но и широкой публики. Бернард Шоу даже написал на эту тему пьесу под названием «Врач на распутье». Фагоцитоз, открытый Мечниковым, получил в дальнейшем название клеточного иммунитета, а антителообразование, обнаруженное Эрлихом, — гуморального иммунитета. Все завершилось тем, что оба ученых были признаны мировой научной общественностью и разделили между собой Нобелевскую премию по физиологии и медицине за 1908 г.
Это были первые Нобелевские премии по зарождавшейся в те годы новой науке иммунологии, а всего за XX в. около 30 ученых стали Нобелевскими лауреатами по иммунологии и близким к иммунологии областям. В результате работ всех этих исследователей наши знания о защитной системе постоянно расширялись, дополнялись и уточнялись. Так постепенно складывалось современное представление об иммунной системе животного организма и тончайших механизмах ее функционирования. Нынешним людям трудно осознать, насколько каждый из нас, ныне живущих, обязан французу Пастеру, русскому Мечникову, немцу Берингу и другим ученым, раскрывшим тайны инфекционных болезней и иммунитета. До XIX в. средняя продолжительность жизни в Европе составляла немногим более 30 лет. Если принять во внимание, что теперь она в большинстве развитых стран более 60 лет, то выходит, что перечисленные выше труженики науки подарили всем нам по меньшей мере вторую жизнь!
Благодаря наличию иммунной системы организм защищен от большинства болезнетворных микроорганизмов (вирусов, бактерий, грибков, простейших, гельминтов) и токсических продуктов их жизнедеятельности. Иммунитет также защищает организм от воздействия различных веществ, обладающих чужеродными свойствами (например, растительных и животных ядов), от развития опухолевых клеток. Кроме того, иммунитет определяет исход трансплантации органов и тканей, в том числе переливания крови, контролирует внутриутробное развитие плода и процессы старения. Таким образом, иммунитет направлен на защиту организма, поддержание его целостности и индивидуальности.
