Тучная клетка
Молекулы иммунитета
О существовании внутри живых организмов веществ, способных бороться с инфекционными агентами, было известно давно. Об этом свидетельствует старинный русский способ хранения молока, когда в крынку опускали лягушку. Секрет желез кожи этого животного обладает антимикробными свойствами и не позволяет молоку скиснуть.
Лизоцим
В медицине Древнего Китая и Индии для заживления ран и снятия симптомов воспаления также использовали кожу лягушек. Этот же метод вьетнамские хирурги практиковали во время войны в 1960-х, когда не хватало медикаментов и инструментов для лечения ожогов у солдат. Для заживления ран также использовали личинки мух. С древнейших времен было известно о пользе меда и о его целебных свойствах. В наши дни ученые обнаружили, что мед обладает антимикробным действием.
Скорее всего, первой молекулой, для которой была описана антимикробная функция в организме человека, стала молекула белка лизоцима – фермента, разрушающего клеточную стенку бактерий.
Британский микробиолог Александр Флеминг экспериментировал в лаборатории, будучи простуженным. В ходе работы на одну из чашек, в которой росли бактерии, упала капля слизи из его носа. Флеминг заметил, что вскоре из чашки исчезли бактериальные колонии. Это означало, что в носовой слизи ученого содержалось вещество, разрушающее бактериальные клетки. В 1922 Александр Флеминг впервые описал антимикробный эффект лизоцима. Позже он обнаружил лизоцим и в других биологических жидкостях – в слезе, слюне и в материнском молоке. А в 1928 году Александр Флеминг открыл пенициллин – первый антибиотик, который несколько десятков лет успешно использовался в борьбе с бактериальными инфекциями.
Александр Флеминг
Молекулы иммунитета преимущественно имеют белковую природу. Белки (протеины, полипептиды) – это полимеры, состоящие из 20–22 различных аминокислот. Цепочки из аминокислот имеют определенную трехмерную организацию, позволяющую им выполнять различные функции. Помимо иммунной, белки выполняют структурную, двигательную, транспортную, сигнальную, каталитическую, рецепторную и резервную функции.
Белковые молекулы иммунитета не всегда убивают чужеродные микроорганизмы. Исходя из их функций, белковые молекулы иммунитета можно условно разделить на 3 типа: антибиотические белки, которые напрямую убивают патогены; сигнальные, обеспечивающие коммуникацию между различными видами иммунных клеток для эффективного ответа на конкретный тип инфекции; а также опсонины – молекулы-метки, к которым относятся уже упомянутые антитела. Существует также особая система, состоящая из отдельных белков сыворотки крови, которая выполняет все перечисленные выше функции – система комплемента.
Антибиотические молекулы
К антибиотическим молекулам прежде всего относятся те молекулы, которые обладают токсическим действием в отношении патогена. Они могут напрямую поражать бактерии, одноклеточные грибки, и в некоторых случаях вызывать гибель вирусов. Антибиотические молекулы – это своего рода «химическое оружие» организма, которым вооружены клетки иммунитета, а также клетки эпителиев желудочно-кишечного тракта, кожи, воздухоносных и мочеполовых путей.
Лизоцим, например, относится к антибиотическим белкам. Это фермент, который разрушает клеточную стенку бактерий, состоящую из муреина – цепочек полисахаридов, скрепленных пептидными сшивками. Муреин образует нечто вроде защитного слоя над оболочкой клетки бактерии, что создает дополнительный барьер и защищает ее от неблагоприятных воздействий. Этот фермент, содержащийся в слезной и слюнной жидкостях, в грудном молоке и в белковых гранулах нейтрофилов, в печени и в крови, осуществляет антимикробную защиту. Помимо лизоцима, известны и другие белки-ферменты, которые обладают антимикробными свойствами и способны в том числе «переваривать» важные компоненты патогенов. Например, ферменты катепсин G и эластаза, разрушающие белки, а также различные нуклеазы, которые расщепляют ДНК и РНК инфекционных агентов.
Действие миелопероксидазы
Часто белки действуют опосредованно и не являются сами по себе антибиотическими. Например, белок миелопероксидаза, присутствующий в больших количествах в нейтрофилах, производит токсичные для бактерий формы свободных радикалов и окислителей, в том числе – гипохлорит-анион (OCl−). Получается, белок миелопероксидаза опосредованно оказывает бактерицидное действие.
Белок лактоферрин отвечает за транспорт ионов железа в организме. Он содержится в молоке млекопитающих, в слюне, в слезной жидкости, в слизи носоглотки и в других средах организма. Много лактоферрина находится и в нейтрофилах. Благодаря своей способности прочно связывать железо, лактоферрин создает железодефицитную среду там, где могут скапливаться бактерии. Этот белок «отбирает» у них важнейший микроэлемент, без которого бактерии существовать не могут. Лактоферрин также может разрушать мембрану бактериальных клеток. Известно и то, что этот белок, связываясь с вирусными частицами, препятствует проникновению и размножению вирусов внутри клеток. Лактоферрин обладает высокой антигрибковой активностью и рассматривается учеными как перспективный кандидат для разработки нового противогрибкового средства.
Лактоферрин
Кроме довольно громоздких белковых молекул, существуют короткие молекулы белковой природы, обладающие противомикробным действием – антимикробные пептиды. Они состоят из нескольких десятков аминокислот, тогда как белки в своем составе содержат сотни, а иногда и тысячи аминокислотных остатков. Антимикробные пептиды были обнаружены и у бактерий – они получили название «бактериоцины». Микробы используют эти пептидные молекулы для борьбы за существование среди других бактерий, как и некоторые антибиотики. Например, пиоцианин, субтилин, грамицидин С, бацитрацин. Тот микроб, чье «оружие» будет действовать эффективнее «оружия» соперников, получает эволюционное преимущество и колонизирует экологическую нишу, будь то верхние слои почвы или толстый кишечник человека. Антимикробные пептиды были также обнаружены у грибов, простейших, растений и животных – в том числе и у человека. Эти вещества присутствуют у нас в иммунных клетках нейтрофилах, макрофагах, в клетках эпителиев, в крови, в слезной, слюнной жидкости и в грудном молоке.
Как работают антимикробные пептиды? Они способны эффективно встраиваться в оболочки клеток (не только бактерий) и даже проникать внутрь. Делают это антимикробные пептиды благодаря своим небольшим размерам, положительному заряду и способности избирательно взаимодействовать с гидрофобными веществами – липидами (от др.-греч. υδωρ – «вода» и φοβος – «боязнь, страх»). Липиды – это строительный материал цитоплазматической мембраны клеток.
