До сих пор ученые иногда ставят опыты на себе. Не так давно австралийские врачи Барри Маршалл и Робин Уоррен открыли в слизистой оболочке желудка бактерию Helicobacterpylori. Этот удивительный микроорганизм способен жить в желудочной жидкости при высокой концентрации соляной кислоты. По предположениям ученых, именно этот микроб, а не стресс или острая пища, становится основной причиной гастрита и язвы желудка. Для того, чтобы это подтвердить, Барри Маршалл выпил культуру с этими живыми бактериями, и вскоре у исследователя развились все симптомы гастрита. В 2005 году Уоррен и Маршалл получили Нобелевскую премию за свои труды. Благодаря этим ученым гастрит и язву желудка лечат в том числе и с помощью антибиотиков.
Не стоит забывать, что науку развивают люди, которым ничто человеческое не чуждо. Часто ученые конфликтуют друг с другом. Один из самых ярких примеров такого рода конфликтов, которые принесли пользу иммунологии – это соперничество Луи Пастера и Роберта Коха. Они оба были выдающимися учеными, оба занимались изучением микроорганизмов, искали причины инфекционных заболеваний и придумывали способы борьбы с опасными микробами. Каждый из них боролся за первенство в этой области.
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.
Ученые рассматривают бактериофаги как средство, с помощью которого можно было бы бороться с болезнетворными бактериями. Это актуально для случаев заболевания, когда лечение антибиотиками невозможно. Например, при аллергиях. Бактериофаги поражают очень ограниченный круг мишеней, и, если их использовать как лекарства против конкретных бактерий, они не нанесут вред другим клеткам организма. Препараты на основе бактериофагов уже существуют и продаются в России и Грузии, однако пока они не доказали свою эффективность. Американская ассоциация FDA еще не одобрила их для терапии.
Другое, гораздо более популярное использование бактериофагов, это дезинфекция помещений и уничтожение устойчивых к антибиотикам штаммов. FDA одобрило использование бактериофагов в качестве консервантов для предотвращения заражения продуктов питания опасными бактериями родов Listeria, Shigella, Salmonella, которые часто селятся в мясных и молочных продуктах и вызывают серьезные пищевые отравления.
Бактериоцин низин используется в качестве консерванта при производстве мясных продуктов, сыров, напитков и других продуктов питания. Его синтезирует бактерия Lactococcus lactis. Этот пептид подавляет рост грамположительных патогенных бактерий. Низин зарегистрирован как пищевая добавка номер E234. Некоторые исследователи полагают, что низин может быть терапевтическим агентом, пригодным для лечения инфекций.
