Всем привет, с вами Ольга Рышкова. Знаете ли вы, что даже тогда, когда мы ощущаем себя абсолютно здоровыми, наш организм борется с болезнями? Мы живём в среде с огромным количеством микробов, вдыхаем миллиарды микроорганизмов и не заболеваем, потому что нас защищает иммунная система.

Иммунная система никогда не отдыхает, её клетки циркулируют по организму, выискивая не только микробы, вирусы и чужеродные вещества, но и поломки в собственных тканях. Всё чужеродное – враг, а врага надо уничтожать.

Большинство людей смутно представляют, где находится и как работает иммунная система человека. Её фундамент – центральные органы. Все иммунные клетки родом оттуда. Это костный мозг внутри трубчатых костей и тимус (вилочковая железа), который расположен за грудиной. Тимус самый большой у детей, потому что у них идёт интенсивное развитие иммунной системы.

У взрослого он существенно меньше (у пожилого человека 6 г и меньше).

К центральным органам иммунной системы относится также селезёнка, у взрослого человека она весит около 200 г.

Ещё есть много мелких структур – лимфоузлов, которые расположены у нас практически везде. Есть такие мелкие, что их можно увидеть только под микроскопом. Нет такого участка в организме, где бы иммунитет не осуществлял свой контроль.

Клетки иммунной системы лимфоциты беспрепятственно циркулируют по организму, используя кровь, тканевую и лимфатическую жидкости и регулярно встречаются в лимфоузлах, где обмениваются информацией о наличии чужеродных агентов в организме. Это разговор на уровне молекул.

На самом деле иммунитет представлен разнородными клетками, их объединяет одна цель – от разведки мгновенно перейти к атаке.

Первый уровень – местная защита. Когда микроб проникает через слизистую или повреждённую кожу, клетки активируются, выбрасывают химические вещества (хемокины), которые привлекают другие иммунные клетки и увеличивают для них проницаемость сосудов. В этом участке накапливается огромное количество иммунных клеток и образуется очаг воспаления.

Фагос – значит глотать, это те клетки, которые могут «съесть» возбудителя. Самые крупные представители фагоцитов называются макрофагами, они способны поглотить и уничтожить одновременно тысячи микробов.

К фагоцитам размером поменьше относятся нейтрофилы, их в нашей крови миллиарды.

Если по каким-то причинам у человека образуется мало нейтрофилов, на этом фоне могут развиваться тяжёлые инфекции и даже при массивной антибактериальной или противогрибковой терапии возникает угроза жизни. Нейтрофилы в большом количестве атакуют возбудителей в первых рядах защитных клеток и обычно погибают вместе с ними. Гной в месте воспаления – это погибшие нейтрофилы.

Дальше в борьбу включаются антитела. Иммунитет – самообучающаяся структура, в ходе эволюции она изобрела систему антиген-антитело. Антиген – это молекула на чужой клетке (бактерии, вирусе или белковый токсин), против которой образуется антитело. Против конкретного антигена конкретное антитело, которое точно его может распознать, потому что подходит как ключ к замку. Это система точного распознавания.

В костном мозге образуется группа лимфоцитов, которые называются В-лимфоцитами. Они появляются сразу с готовыми антителами на поверхности, с широким спектром антител, которые могут распознать широкий спектр антигенов. В-лимфоциты курсируют по организму и когда встречают возбудителей с молекулами-антигенами на поверхности, связываются с ними и сигнализируют иммунной системе о том, что обнаружили врага.

Но В-лимфоциты обнаруживают возбудителей в крови, а если они проникли в клетку, как это делают вирусы, становятся для В-лимфоцитов недоступными. В работу включается группа лимфоцитов, которые называются Т-киллеры. Поражённые клетки отличаются от нормальных тем, что на их поверхности есть небольшие фрагменты вирусного белка. По ним Т-киллеры узнают клетки с вирусами и уничтожают их.

Свой рецептор, который узнаёт вирусный белок, клетки-убийцы получают в тимусе (вилочковой железе).

Разнообразие рецепторов позволяет выявлять всевозможные микроорганизмы. После их обнаружения начинается массовое клонирование В-лимфоцитов и Т-киллеров. Параллельно образуются специальные вещества пирогены, которые поднимают температуру тела, увеличиваются лимфоузлы, в которых клонируются лимфоциты.

Если у человека есть иммунитет к возбудителю, организм справится без лечения. На этом базируется принцип вакцинации. За формирование иммунитета после вакцинации или после перенесённого инфекционного заболевания отвечают клетки памяти. Это лимфоциты, которые сталкивались с антигенами. Они попадают в лимфоузлы или в селезёнку и ждут там повторной встречи с тем же антигеном.

Довольно часто приходится слышать про "ослабленный иммунитет" или что "иммунитет надо укреплять". Но зачастую говорящий эти слова (даже с экрана телевизора или с газетных страниц) не вполне понимает, что именно он призывает укреплять. И тем более - каким образом.

В моем блоге, время от времени, я публикую статьи объясняющие различные понятия иммунологии (да и как без этого обойтись, если аллергия - один из вариантов иммунного ответа). Но уже назрела необходимость в прицельном объяснении самого понятия иммунитета и того, как устроена иммунная система.

Работа иммунной системы

Все мы понимаем, что иммунитет - это способность организма защищаться от инфекций (во всяком случае именно такой смысл содержится в призыве "укреплять иммунитет", то есть не болеть простудами и гриппом). Однако такое определение слишком расплывчатое и потому неправильное. Во-первых, иммунитет направлен на борьбу не только с микробами, а во-вторых, далеко не все защитные силы организма относятся к иммунной защите.

Защиту организма от инфекции (вирусов, бактерий, грибов и др.) обеспечивают множество факторов, которые стремятся не пропустить микроб внутрь организма, а если он всё же проник, то запереть его "на подступах", там убить и разрушить.

Начнем с того, что неповрежденная кожа непроницаема для подавляющего большинства микробов. Слизистые оболочки - не такой надежный барьер, но здесь в защите используется "химическое оружие": лизоцим в слюне и слезной жидкости, соляная кислота в желудке и так далее.

Если микробу всё же удалось проникнуть внутрь тканей, то в очаге возникает воспаление и отек, который предотвращает его расселение по организму. Наконец, специальные клетки (макрофаги и нейтрофилы) "проглатывают" и переваривают микроорганизмы в очаге воспаления.

Есть еще немало факторов, защищающих нас от микробов. Но это всё - еще не иммунитет. А начнется иммунитет тогда, когда на арене появится лимфоцит - уникальная клетка, без которой невозможна интеллектуальная оборона.

Органы и клетки иммунной системы

Кстати, откуда возьмется лимфоцит и из чего состоит иммунная система? Вопрос непростой. Любая система организма состоит из органов: сердечно-сосудистая - из сердца и сосудов, дыхательная - из легких и дыхательных путей (от носа до бронхов). А какие органы есть в иммунной системе? Мало кто это помнит со школы, да и предназначение многих органов иммунной системы долго оставалось неизвестным.

Еще недавно ходил анекдот про студента-медика, который на вопрос о функции селезенки ответил, что знал, но по дороге на экзамен упал и забыл. Экзаменатор поднялся и громко оповестил всю аудиторию о тяжелейшей утрате для науки: "Единственный в мире человек знал, для чего нужна селезенка, но, увы, забыл!" Теперь-то известно, что в селезенке "живут" лимфоциты, следящие за чистотой крови, а еще этот орган отбраковывает поврежденные и "старые" эритроциты.

Загадкой для ученых был когда-то и тимус - вилочковая железа, расположенная в грудной клетке. Если в детстве тимус играет жизненно важную роль, то у взрослого человека он замещается жиром, и даже его удаление проходит без существенных последствий. Тимус служит местом размножения и отбора "нужных" Т-лимфоцитов (эту литеру в названии они как раз и получили от тимуса). Куда уходят (вместе с детством) "жить" Т-лимфоциты, остается неизвестным.

Главный из органов иммунной системы - красный костный мозг, который распределен внутри костей. В нем происходит кроветворение - размножение и созревание всех клеток крови (и лимфоцитов в их числе), которые образуются из общей стволовой кроветворной клетки. Сюда же возвращаются В - (читается "бэ") лимфоциты, чтобы синтезировать антитела.

Остальные составляющие иммунной системы трудно назвать органами - это лимфатические узлы и скопления лимфоцитов в слизистых оболочках (особенно их много в кишечнике) и коже. Наряду с миндалинами и аденоидами к системе иммунитета относится и червеобразный отросток слепой кишки, с которым иногда приключается аппендицит. Таким образом, весь наш организм пронизан сетью "пограничных застав", в которых лимфоциты проверяют все прибывающие вещества и частицы, вернее антигены, о которых речь пойдет ниже.

Роль лимфоцитов в иммунной системе

Лимфоциты, будучи одним из видов лейкоцитов (наряду с нейтрофилами, эозинофилами, моноцитами и др.), разительно отличаются от всех других клеток крови. Если все остальные клетки, выйдя в кровь из костного мозга, уже настроены на выполнение конкретной задачи и дальше не развиваются и не размножаются, то лимфоцитам еще предстоит долгая жизнь.

Лимфоциты, попадая в "местные" органы иммунной системы (лимфатические узлы и др.), должны созреть и пройти курс "обучения", размножиться и получить одну из специализаций.Основные специальности лимфоцитов - это выработка антител (этим занимаются В-лимфоциты), убивание "плохих" клеток (такие Т-лимфоциты называются Т-киллерами) и регуляция иммунного ответа.

Последним занимаются Т-хелперы (от английского глагола "помогать"), запускающие иммунный ответ и подключающие к нему другие клетки, а также Т-супрессоры, подавляющие эти реакции, когда надобность в них отпала. Эти клетки выделяют различные цитокины - сигнальные вещества, стимулирующие или тормозящие другие лимфоциты и лейкоциты.

Главная особенность лимфоцита, благодаря которой работает иммунитет (качественно новая ступень защиты организма), состоит в избирательности его действия. Каждый лимфоцит способен распознавать конкретный антиген (вернее, группу сходных антигенов) - "чужое" вещество, которого не должно быть внутри организма. Антигенами могут быть довольно крупные молекулы - белки, полисахариды, фосфолипиды, то есть те вещества, из которых состоят бактерии, вирусы, грибы, простейшие - потенциальные агрессоры, против которых и разрабатывалась иммунная защита.

Собственные клетки нашего организма тоже состоят из множества молекул с антигенными свойствами, но к ним лимфоциты совершенно равнодушны. Однако если на собственной клетке появился "чужой" антиген (например, клетка стала раковой или ее поразил вирус), то она может стать мишенью для лимфоцитов.

Приобретенный иммунитет

Итак, антиген - это вещество, которое может быть распознано рецепторами лимфоцитов и приводит к формированию иммунного ответа. Чтобы лимфоцит смог распознать врага, ему должны помочь дендритные клетки и макрофаги, которые представляют ему антигены "на тарелочке" - в обработанном виде.

Считается, что для любого из великого множества существующих (или даже только теоретически возможных) веществ с антигенными свойствами у человека имеется свой лимфоцит со специальным рецептором. При попадании антигена в организм включается иммунный ответ, в результате которого данный лимфоцит подвергается клонированию (делится, образуя множество таких же лимфоцитов), вырабатываются антитела и специфические Т-киллеры, нейтрализующие агрессора. В нейтрализации участвуют нейтрофилы, эозинофилы и другие клетки, привлеченные цитокинами. Эти клетки организуют воспаление, которое мы и ощущаем как симптомы болезни - повышение температуры тела, боль и отек в пораженной области.

Одним из главных последствий иммунного ответа становится формирование иммунологической памяти, когда при повторном попадании антигена в организм лимфоциты и антитела "вяжут" его прямо "на границе", и болезнь (если речь идет об инфекции) не развивается или протекает намного легче. Собственно этот феномен мы и называем приобретенным иммунитетом или устойчивостью к болезни.

Какие бывают нарушения в иммунной системе, для чего нужна иммунограмма и надо ли "укреплять иммунитет", читайте в новых статьях на моем блоге.

© Валентин Николаев

Конечной целью работы иммунной системы является ликвидация чужеродного агента, которым может оказаться болезнетворный микроорганизм, инородное тело, ядовитое вещество или переродившаяся клетка самого организма. Различают клеточный (уничтожение чужеродных тел осуществляют клетки) и гуморальный (посторонние тела удаляются с помощью антител) иммунитет.

Кроме того, иммунная система обеспечивает замену отработанных клеток различных органов и восстановление клеток, пораженных инфекцией и другими негативными воздействиями.

Уничтожение чужеродного тела лейкоцитами

Клетками иммунной системы являются лейкоциты. Уничтожая чужеродные тела и поврежденные клетки, они гибнут в больших количествах. Гной, который образуется в тканях при воспалении, - это скопление погибших лейкоцитов.

Виды лейкоцитов

Фагоциты (макрофаги) составляют примерно 70 % от общего числа лейкоцитов. Они способны к амебоидному движению, а потому могут протискиваться между клетками, образующими стенки капилляров, и мигрировать по межклеточным пространствам различных тканей, направляясь к инфицированным участкам тела. Макрофаги участвуют в фагоцитозе, активно поглощают и переваривают болезнетворные бактерии, пожирают антигены.

Лимфоциты образуются в тимусе (вилочковой железе) и лимфоидной ткани из клеток костномозгового происхождения. Функции лимфоцитов тимуса и лимфатических узлов несколько отличаются и дополняют друг друга. Различают два основных типа лимфоцитов - Т- и В-лимфоциты.

• Т-лимфоциты обеспечивают распознавание и уничтожение клеток, несущих чужеродные антигены, могут помнить их и образовывать антитела; они мобилизуют все лейкоциты на борьбу с антигеном. Выделяют 3 основные популяции:
  • Т-хелперы распознают антиген;
  • Т-киллеры уничтожают чужеродные клетки;
  • Т-супрессоры регулируют активность лимфоцитов, препятствуя чрезмерному развитию иммунных реакций.
• В-лимфоциты также обладают иммунной памятью, продуцируют антитела, способствуют отторжению трансплантатов и уничтожению опухолевых клеток.

Термин «В-лимфоциты» произошел от названия органа фабрициева сумка (bursa Fabricius), в котором было впервые обнаружено созревание этих клеток у птиц. У человека этот орган отсутствует: В-лимфоциты созревают у нас в костном мозге.

Как происходит защита организма от инфекций?

Иммунологическая реакция протекает поразному, в зависимости от того, какой антиген проник в организм - бактерия или вирус.

Бактерии - это микроскопические, в основном одноклеточные организмы размерами от 0,2 до 100 мкм. В зависимости от формы различают несколько групп бактерий: кокки (шаровидные), бациллы (в виде палочек), вибрионы (изогнутые в виде запятой) и спиралевидные.

Почему иммунной системе сложно бороться с бактериями:

• Бактериям, которые перемещаются с помощью жгутиков, удается быстрее миновать некоторые скопления фагоцитов.
• Клеточная стенка бактерии может быть очень прочной (например, капсула), так что фагоциты не способны ее переварить.
• Некоторые виды бактерий выделяют токсины, убивающие иммунные клетки.

Вирусы - это мельчайшие (размером от 0,015 до 1,25 мкм) неклеточные частицы, содержащие одну или несколько молекул нуклеиновых кислот (РНК или ДНК). В зависимости от формы различают несколько групп вирусов: сферические, палочковидные, кубоидальные, винтообразные, икосаэдры (двадцатигранники) и др.

Почему иммунной системе сложно бороться с вирусами:

• Вирусы, проникая в клетку «хозяина», питаются ею и быстро размножаются.
• Фагоциты не могут уничтожить вирусы.

0 этап . Чужеродная клетка на пути в организм Вступает в действие I защитный барьер - кожа и слизистые оболочки. На этом этапе сопротивляемость иммунной системы бактерии слишком мала.

1 этап . Чужеродная клетка попала в организм.

II защитный барьер - атака фагоцитов (поглощение бактерий). Характерным признаком является резкое повышение уровня лейкоцитов в крови. На этом этапе реакции фагоциты не распознают чужеродные клетки по их типу.

2 этап . Чужеродная клетка прошла II барьер Действия иммунной системы включают 3 последовательные реакции.

• Атака макрофагов. Распознавание макрофагами бактерий по типу - Расщепление бактерий - «Доклад» макрофагов Т-хелперам о появлении в организме чужеродной клетки.
• Работа Т-лимфоцитов. Распознавание бактерий по типу - Определение наличия бактерии данного типа, уже когда-либо проникавшей в организме - «Доклад» Т-лимфоцитов В-лимфоцитам о подготовке реагента для заключительной реакции.
• Работа В-лимфоцитов. Выработка антител(иммуноглобулинов) - уничтожение бактерий антителами путем склеивай, осаждения или растворения.

3 этап . Окончательное уничтожение чужеродной клетки. Остановка Т-супрессора ми иммунологической реакции.

Борьба иммунной системы с вирусом

Процесс в целом протекает по той же схеме, однако имеются и некоторые существенные отличия.

• Т-лимфоциты совместно с В-лимфоцитами вырабатывают антитела, которые при встрече с вирусом распознают антигены вирусов и уничтожают зараженные ими клетки. Такие Т-лимфоциты называются цитотоксическими.
• Цитотоксические Т-лимфоциты прекращают размножение вируса.
• Вирус имеет много разновидностей, поэтому 3 этап реакции может быть затяжным из-за «короткой памяти» Т-лимфоцитов.

Диплококки группируются попарно, стрептококки - в виде цепочек, а стафилококки - гроздьями.

Биология

Внеурочная деятельность

Зачем нужен иммунитет, и как он работает? Тема для проектной деятельности

"Зачем нужен иммунитет?" – это не только один из самых популярных детских вопросов, но и отличный вариант для проектной деятельности или доклада на уроке биологии. В этом материале мы собрали информацию, которая поможет как ученику, так и учителю.

Что такое иммунитет?

Иммунитетом называют способность организма находить чужеродные тела и вещества (антигены) и избавляться от них. Слово «иммунитет» происходит от латинского immunitas, что значит «избавление от чего-либо».

Виды иммунитета

Различают клеточный иммунитет, при котором уничтожение чужеродных тел осуществляют клетки, например фагоциты, и гуморальный иммунитет, при котором посторонние тела удаляются с помощью антител, доставляемых кровью. Клеточный иммунитет был открыт И.И. Мечниковым, а гуморальный - П. Эрлихом. Нобелевская премия была присуждена им обоим.

Иммунитет может быть видовым (человек не болеет чумкой собак). К некоторым чужеродным телам иммунитет бывает наследственным (врождённым), к другим он появляется после того, как антиген будет выявлен и опознан, а затем обезврежен (приобретённый иммунитет).

Как работает иммунитет нашего организма?

Врождённая иммунная система обладает широким арсеналом для встречи и борьбы с вредными вирусами. Постараемся объяснить это "на пальцах":

• Фагоциты – например, макрофаги, которые "съедают" бактерии.
• Система комплемента – сложный комплекс из белковых молекул, которые умеют разрушать бактерии.
• Натуральные киллеры (NK-cell) – те самые лимфоциты, которые могу ввести в бактерию разрушающие ее вещества.
• Цитокины – сигнальные белковые модекулы, которые передают информацию о воспалении или инфекции в организме.
• Антигенпрезентующие клетки (APC) – эти клетки умеют "выставлять наружу" пептиды, которые являются частью вируса или бактерии. Иными словами, это дружинники, которые показывают полиции нарушителя! APC – это связующее звено между двумя иммунными подсистемами, о второй из которых ниже.

Адаптивная иммунная система работает медленнее и сложнее. Но так же слаженно и хорошо!

В самом начале те самые антигенпрезентующие клетки (АРС) отправляются с кусочком патогена в лимфоузлы, где им навстречу идут Т-лимфоциты. При встрече выясняется, что принесенный АРС образец не является здоровой и родной частью организма, а потому Т-лимфоциты переходят в состояние боевой готовности, превращаясь:

1. В Т-киллера , который способен уничтожить нездоровые клетки организма.
2. В Т-хелпера , который активирует B-лимфоциты . Вообще эти лифмоциты умеют производить более 100 миллионов видов антител, потому наш организм и может справиться с огромным количеством патогенов. Но вот если вирус мутировал, к примеру, и появился новый вид ОРВИ, то иммунная система уже не сможет быстро ничего с этим поделать. Почему? Потому что организм начнет всю работу заново, когда встретится с новым подвидом агрессора. Зато сказать спасибо за то, что мы не болеем одним гриппом дважды за сезон, надо именно В-лимфоцитам.

Активация В-лимфоцитов: часть клеток превращается в в плазматические клетки, способные к продукции антител, другие становятся клетками памяти. Скачать инфографику можно в конце статьи.

Что происходит, если организм сталкивается со знакомым патогеном?

За это тоже отвечают чудесные B-лимфоциты. Оказываются, они умеют вырабатывать не только антитела, но и превращаться в клетки памяти. Эти клетки несут на своего поверхности рецепторы, распознающие конкретный антиген, и живут они довольно долго, так что переживать не стоит.

Итак, представим, что в организм попал патоген, который уже атаковал организм. При прошлой встрече с вирусом необходимые антитела появились в достаточном количестве через две недели. Теперь же АРС показывает уже знакомый ей патоген клетке памяти, та волнуется, активируется и начинает производить антитела в ускоренном режиме – в 100 раз быстрее! В итоге уже через пару дней ваш организм готов к борьбе с захватчиком.

Зачем нужны прививки?

Причиной очень многих заболеваний являются болезнетворные микробы. Болезни, ими вызванные, могут захватить целые страны и области - подобные случаи, которых в истории человечества множество, называются эпидемиями.
Кто же доказал, что в корне заболевай лежат вредные микробы, а не проклятие, насланное врагами или колдунами (мы не шутим, подобное объяснение было самым популярным в Средние века)? Причастность микробов к заразным заболеваниям доказал француз Луи Пастер.

Именно этот ученый доказал, что специально зараженный ослабленными микробами человек в будущем уже серьезно не заболеет. Его антитела и лейкоциты справятся с бактериями с помощью выработанного иммунитета .

Пастер предложил не только эту бесконечно важную для медицины идею, но и разработал вакцины от различных болезней. Самым ярким примером будет вакцина против бешенства. Вирус бешенства, которым болеют многие животные, опасен и для человека, потому уколы от бешенства после укуса даже приятной на вид уличной собаки обязательны . Вирус бешенства поражает нервную систему и приводит к судорогам глотки и параличу дыхательных мышц или к прекращению сердечной деятельности.

Что происходит, когда человеку делают прививку?

Если человек здоров, ему вводят вакцину (ослабленному организму делать прививку нельзя, так как даже малое количество болезнетворных бактерий может спровоцировать болезнь). Вакцина содержит ослабленные микробы или их яды, которые, попадая в организм, вызывают иммунную реакцию. В итоге человек получает иммунитет от болезни, которую ему привили.

Прививки и виды иммунитета

• Иммунитет, имеющийся или самовозникающий у человека, называют естественным.
• Иммунитет, полученный путём использования медицинских средств, называют искусственным.

Создание искусственного иммунитета нашло широкое распространение во всём мире и только. Отказ от прививок в нашей стране, к сожалению, законен, но подобное поведение - нерационально, абсолютно ненаучно и опасно!

Темы для докладов и проектной деятельности по биологии. Раздел «Иммунитет»

Хотите узнать больше о проектной деятельности в школе? Тогда воспользуйтесь нашей рубрикой "Проектная деятельность в школе": ищите ее наших социальных сетях!

Проникшие в организм чужеродные антигены (бактерии, вирусы, трансплантационные антигены) провоцируют образование строго специфических антител или формируют соответствующий клон лимфоцитов (см. ). В основе столь очевидной феноменологии лежат сложные, открытые лишь в последние 15-20 лет процессы. Трудность их расшифровки состояла главным образом в необходимости понять, за счет каких конкретных механизмов соблюдается строгая специфичность иммунного ответа.

ИММУНОГЛОБУЛИНЫ (АНТИТЕЛА)

У млекопитающих, включая человека, известны пять классов иммуноглобулинов: IgM, IgG, IgA, IgD и IgE. Каждый класс обладает своими структурными и биологическими свойствами (табл. 1).
Иммуноглобулиновая молекула имеет участок (V-область), который взаимодействует с антигеном, и участок (С-область), связанный с физиологической активностью. Подобные особенности определяют функциональный дуализм иммуноглобулинов. Так, например, IgM и IgG могут обладать одной и той же специфичностью, но при этом физиологические возможности у них разные (см. табл. 1). Кроме того, отличающиеся по специфичности молекулы одного и того же класса (одна для антигена А, другая для антигена В) характеризуются общими физиологическими свойствами.

Таблица 1. Основные физико-химические и биологические характеристики иммуноглобулинов человека

Свойство	IgM	IgG	IgA	IgD	IgE
Обозначение: H-цепи	m	g	a	d	e
Обозначение: L-цепи	k или l	k или l	k или l	k или l	k или l
Молекулярная формула	(m 2 k 2) 5	(g 2 k 2)	(a 2 k 2)	(d 2 k 2)	(e 2 k 2)
Количество доменов H-цепи	5	4	4	4	5
Молекулярная масса (кД)	900	160	170	185	185
Содержание углеводов, %	11,8	2,9	7,5	1,3	1,2
Концентрация в сыворотке, мг/мл	0,9	13,1	1,6	0,12	0,33
Наличие J-цепи	+	-	+	-	-
Фиксация комплемента	+	+	-	-	-
Транспорт через плаценту	-	+	-	-	-
Адгезия на:
- макрофагах	-	+	-	-	-
- лимфоцитах	-	+	-	-	+
- нейтрофилах		+	+	-	-
- моноцитах	-	+	-	-	-
- тучных клетках	-	+	-	-	+

Иммуноглобулины всех классов построены по общему плану. Это можно проиллюстрировать на примере молекулярной организации IgG (рис. 1). Он имеет две тяжелые полипептидные (Н) цепи с молекулярной массой около 50 000 дальтон и две легкие (L) цепи с молекулярной массой около 23 000 дальтон, которые объединены в четырехцепочечную молекулу посредством ковалентных дисульфидных связей (-s-s-). Каждая цепь содержит вариабельную область (V L и V H для L- и H-цепей соответственно), от которых зависит специфичность иммуноглобулинов как антител, и константную (С), разделяющуюся на гомологичные участки: С Н 1, С Н 2, С Н 3. L-цепь имеет один константный участок. Каждый участок представляет собой домен (замкнутую, складчатую, глобулярную структуру), имеющий внутрицепьевую -s-s- связь. Из всех иммуноглобулинов наиболее сложно организован IgM. Если IgG представляет собой одну субъединицу, то IgM включает пять таких субъединиц, каждая из которых объединена с соседними дисульфидными связями (-s-s-) и J-цепью.

Размах вариабельности иммуноглобулинов очень велик и не встречается ни у одного из изученных к настоящему времени белков. Так, V-домены тяжелой цепи одного класса отличаются друг от друга по 10-50 аминокислотным остаткам. Перед иммунологами со времен П. Эрлиха всегда стоял вопрос: с какими конкретно биологическими процессами связана столь широкая изменчивость (а следовательно, и специфичность) иммуноглобулинов? Почему один участок иммуноглобулиновой молекулы крайне лабилен и меняется от белка к белку, а другой столь стабилен? В 1959 году известный австралийский ученый М. Бернет связал изменчивость иммуноглобулинов с процессом соматических мутаций в генах, контролирующих синтез этих белков. В основе такого построения лежал известный факт высокой пролиферативной активности лимфоцитов - обладателей работающих иммуноглобулиновых генов. В результате постоянного деления лимфоидных клеток, связанного с удвоением генов, происходит ошибка считывания информации с одного иммуноглобулинового гена на другой (ошибка в репликации ДНК).
В 1965 году американские исследователи У. Дрейер и Дж. Беннет выдвинули гипотезу, согласно которой за образование специфических иммуноглобулинов ответственны два гена: один - за синтез V-области, другой - за синтез С-области. Гипотеза "два гена - одна полипептидная цепь" выглядела еретичной, поскольку в то время существовало твердое убеждение, что один ген обеспечивает синтез только одного белка. Тем не менее смелое предположение американцев нашло в настоящее время полное подтверждение (с некоторыми дополнениями). Оказалось, что клетка имеет значительный набор V-генов (более 500 для V-области тяжелой цепи и более 100 для V-области легкой цепи) и только по одному гену для каждого класса, подкласса или типа. В процессе созревания лимфоцита происходит рекомбинация генетического материала так, что один из сотен V-генов образует единый информационный комплекс с С-геном в виде созревшей матричной РНК. Этот процесс рекомбинации, собственно, и лежит в основе вариабельности (а следовательно, и специфичности) антител.

КЛЕТКИ, ТКАНИ И ОРГАНЫ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ

Ни И. Мечников, ни П. Эрлих не знали, какие клетки производят антитела. Предположение И. Мечникова о том, что ими могут быть фагоциты, оказалось ошибочным. Только в 1948 году шведская исследовательница Фагреус, анализируя клеточный состав селезенки иммунизированных кроликов, пришла к заключению, что антителопродуцентами являются плазмоциты - потомки лимфоцитов. Позднее иммунологи разных стран: Кунс, Носсал, Ерне, Нордин (1950-1963 годы), разработав методы определения антител непосредственно в клетке, окончательно подтвердили заключение шведской исследовательницы.

В результате пионерских исследований Миллера (1962 год) по удалению тимуса у новорожденных мышей и одновременного изучения роли сумки Фабрициуса у птиц (лимфоидного органа в клоаке) и костного мозга у млекопитающих стало понятным значение этих органов в формировании иммунного ответа. Клетки, прошедшие определенные этапы развития в тимусе, ответственны в основном за обеспечение клеточного типа реагирования (отторжение трансплантата, разрушение трансформированных вирусом клеток, уничтожение опухолевых клеток) и регуляцию иммуногенеза. В то же время клетки костного мозга и сумки Фабрициуса являются источниками В-лимфоцитов - предшественников антителопродуцентов. Так, постепенно от первых экспериментальных фактов по мере накопления материала иммунологи подошли к пониманию того, что иммунный ответ осуществляется двумя системами - Т- и В-системами - иммунитета. Первая обеспечивает клеточную форму защиты, вторая - гуморальную.

Каждая из систем имеет свой центральный орган, характерные клетки, специфические эффекторные и регуляторные молекулы. В состав Т-системы входят тимус как центральный орган системы, различные субпопуляции Т-лимфоцитов (Т-киллеры / супрессоры, Т-хелперы / индукторы), антигенраспознающие рецепторы клеточной поверхности (ТКР - Т-клеточные рецепторы) и группа регуляторных молекул. В-система состоит из костного мозга, В-лимфоцитов и их потомков - плазмоцитов, различных классов иммуноглобулинов в качестве эффекторных молекул (антител).

ИММУННЫЙ ОТВЕТ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КЛЕТОК

В результате проникновения антигена в организм и его концентрации в лимфоидной ткани развиваются события, приводящие к накоплению в крови специфических к данному антигену антител. При первичном ответе процесс накопления антител характеризуется тремя этапами: латентной фазой - интервалом времени между проникновением антигена в организм и появлением первых выявляемых антител в сыворотке; фазой роста - быстрым увеличением количества антител в сыворотке до максимально возможных величин и заключительной фазой снижения - затухания ответа вплоть до практически полного исчезновения антител.
В зависимости от структурных особенностей и дозы антигена, способа его проникновения в организм, индивидуальных и видовых особенностей самого организма продолжительность различных фаз варьирует. Так, латентная фаза для бактерифага f 174 (очень сильного иммуногена) составляет приблизительно 20 ч, для чужеродных эритроцитов - около 3 дней, для белковых антигенов - 5-7 дней. Время достижения максимума антител также варьирует: для чужеродных эритроцитов это время составляет 4-5 дней, для белковых антигенов - 9-14 дней. При повторной иммунизации антитела накапливаются в сыворотке крови значительно быстрее и в большем количестве за счет образовавшихся клеток памяти от первичной иммунизации. Первая встреча с антигеном характеризуется более ранней продукцией антител IgM-класса; IgG-антитела появляются позднее. Повторный контакт с тем же антигеном приводит к преимущественному накоплению антител IgG.

Вопрос о том, за счет каких клеточных механизмов развивается гуморальный иммунный ответ, получил решение в середине 60-70-х годов. Стало очевидным, что В-клетка - предшественница антителопродуцирующего плазмацита - не может реализовать свой потенциал до тех пор, пока не получит помощь со стороны одной из субпопуляций Т-лимфоцитов - Т-хелперов (Т-помощников). Стимулом к разработке проблемы клеточной кооперации стали достаточно простые, но удивительно наглядные опыты американских исследователей Клэмана и сотрудников, проведенные в 1966 году. Было показано, что полноценное образование антител требует по крайней мере двух типов клеток: В- и Т-лимфоцитов. Введение облученным мышам, лишенным собственных иммунологически активных лимфоцитов, только клеток костного мозга (источника В-клеток) или только клеток тимуса (источника Т-клеток) не обеспечивает развития иммунного ответа к модельному антигену (эритроцитам барана). В то же время одновременная инъекция этих клеток приводит к ярко выраженной продукции антител.

Эти первые опыты явились стимулом к более широким исследованиям. В результате стали известны основные участники, включающиеся в процесс антителопродукции. Их три: В-клетки, Т-клетки и макрофаги. Функция каждого типа клеток в гуморальном ответе предопределена. В упрощенной, но не единственной форме клеточные отношения выглядят следующим образом. Проникший в организм антиген (например, бактериальный или вирусный) захватывается макрофагом. После внутриклеточной переработки фрагменты антигена выводятся на клеточную поверхность в иммуногенной, доступной для В- и Т-клеток форме. В-клетки распознают антиген на поверхности макрофага с помощью своих антигенраспознающих рецепторов (поверхностных IgM) и тем самым подготавливают себя к продукции антител. Одна из субпопуляций Т-клеток - Т-хелперы (Т-помощники) также распознают этот антиген и становятся способными к оказанию помощи В-клеткам для полноценного развития последних в антителопродуценты (рис. 3).

Кооперация необходима и при формировании клеточного иммунного ответа. Так, например, при развитии ответа к трансплантату в ближайшем к месту трансплантации лимфатическом узле наблюдаются следующие формы межклеточных отношений: взаимодействие предшественника Т-киллеров с Т-хелперами, предшественника Т-киллеров с Т-хелперами и макрофагами, В-лимфоцита с макрофагами и Т-хелперами и др. .

Выяснение молекулярных механизмов взаимодействия шло по двум направлениям. Первое из них - это изучение группы веществ, принимающих участие в клеточной кооперации. Второе связано с анализом клеточных поверхностных структур (в основном антигенраспознающих рецепторов), обеспечивающих специфическое распознавание и контактное взаимодействие. В результате разносторонних усилий за последние 10-15 лет изучены интимные механизмы межклеточных отношений.

Молекулярные факторы взаимодействия - цитокины, секретируемые вступившими в кооперативные отношения клетками, необходимы для полноценного функционального созревания как эффекторных, так и регуляторных клеток. Всего описано около 20 таких цитокинов. Для некоторых из них получены генно-инженерные аналоги. Разрабатываются вопросы их клинического применения.

Крайне интересным оказался вопрос о способах распознавания антигена Т- и В-клетками. Если распознавание антигена В-клетками осуществляется в прямом однозначном взаимодействии антигена с поверхностным иммуноглобулиновым рецептором, представляющим собой мономерную форму IgM (sIgM), то распознавание чужеродного антигена Т-клетками усложнено вступлением в этот процесс антигенов гистосовместимости.

Давно установлено, что антигены гистосовместимости являются главными виновниками развития иммунной реакции отторжения трансплантированных органов или тканей. Известны два класса таких антигенов: антигены I и антигены II. Их отличают не только структурные особенности, но и функциональное предназначение. Основное из них - представление чужеродного антигена в иммуногенной форме. Захваченный фагоцитирующей клеткой чужеродный антиген после внутриклеточной переработки экспрессируется на клеточной поверхности в комплексе с антигенами гистосовместимости. Если комплекс включает антигены I класса, то он распознается цитотоксическими Т-лимфоцитами (Т-киллерами), если же в комплекс входят антигены II класса, то в реакцию распознавания вступают Т-хелперы. Иначе в отличие от антигенраспознающих рецепторов В-клеток аналогичные рецепторы Т-клеток осуществляют двойное распознавание - чужеродного антигена и собственного антигена гистосовместимости.

Возникает вопрос: где и как формируется способность Т-киллеров и Т-хелперов к распознаванию своих собственных антигенов? В самое последнее время установлено, что этим местом является тимус. Мигрирующие из костного мозга в тимус незрелые предшественники Т-клеток после некоторого времени пребывания в нем начинают экспрессировать Т-клеточные, антигенраспознающие рецепторы самой разнообразной специфичности. Однако подавляющее большинство попавших в тимус клеток гибнет в самом органе, так и не выйдя в циркуляцию. Остаются жизнеспособными только те тимоциты, чьи антигенраспознающие рецепторы оказались способными взаимодействовать с антигенами гистосовместимости, обильно представленными на эпителиальных и фагоцитирующих клетках тимуса. При распознавании антигенов I класса развитие тимоцитов направлено в сторону формирования Т-киллеров, приобретающих маркер дифференцировки CD8. Распознавание антигенов II класса обеспечивает становление Т-хелперов с соответствующим маркером CD4. Таким образом, в определении судьбы тимоцитов антигены гистосовместимости выступают и как факторы селекции, определяя становление клонов Т-клеток, способных распознавать собственные антигены, и как факторы дифференцировки, от которых зависит формирование функционально самостоятельных субпопуляций. Упрощенная картина внутритимусной дифференцировки и способов взаимодействия Т-клеток с антигенным комплексом представлена на рис. 4.

Таким образом, иммунный ответ - это комплексный процесс, включающий переработку и представление антигена в иммуногенной форме на поверхности фагоцитирующих клеток, распознавание сформированного иммуногена Т- и В-клетками посредством их антигенраспознающих рецепторов, взаимодействие различных типов клеток, вступивных в иммунное реагирование, внутриклеточный синтез и секреция антител и переключение продукции одного класса иммуноглобулинов (IgM) на другой (IgG, IgA). Как результат перечисленных событий - нейтрализация и уничтожение чужеродного антигена. Эта цепочка иммунологических процессов вскрыта в последние несколько лет.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы рассказали об основном, но отнюдь не единственном в процессе иммунного реагирования. За скобками изложения остались проблема повышения сродства антител к антигену по мере развития иммунного ответа, данные по организации генов иммуноглобулинов и Т-клеточных рецепторов, явления толерантности и повышенной реактивности. Полезные сведения читатель может почерпнуть из статьи Г.И. Абелева .

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Иммунология / Под ред. Н. Пола. М.: Мир, 1987.
2. Ройт А. Основы иммунологии. М.: Мир, 1991.
3. Галактионов В.Г. Графические модели в иммунологии. М.: Медицина, 1986.
4. Абелев Г.И. Основы иммунитета // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. N 5.
* * *
Вадим Геллиевич Галактионов, доктор биологических наук, профессор, сотрудник Института биологии развития РАН им. Н.К. Кольцова. Область научных интересов - генетика и эволюция иммунитета. Автор более 120 статей и трех монографий.