Оба этих ученых были настоящими универсалами, какие редко встречаются в современной науке, ставшей полем деятельности узких специалистов. Мечников много занимался инфекционными заболеваниями и теорией старения. В конце XIX века он основал в Одессе первую в Российской империи бактериологическую станцию для борьбы с инфекционными заболеваниями (здание на улице Льва Толстого сохранилось до наших дней). Эрлих помимо иммунологии занимался изучением злокачественных опухолей и способов лечения инфекционных заболеваний с помощью химических веществ. Именно в его лаборатории был изобретен сальварсан – первое эффективное лекарство против сифилиса, бывшего тогда страшной, неизлечимой болезнью. Однако в историю иммунологии Мечников и Эрлих вошли прежде всего как ученые, описавшие две стороны защитной системы нашего организма. Илья Мечников открыл фагоцитоз – важнейший из инструментов врожденного иммунного ответа, Пауль Эрлих заложил основы представлений о взаимодействии антигенов и антител, которые необходимы для реализации адаптивного иммунитета. О работах Эрлиха подробнее будет рассказано в главе, посвященной антителам, мы же пока остановимся на открытиях, сделанных нашим соотечественником.

Мечников начал свои исследования с детского вопроса: куда исчезают занозы? Каждому из нас случалось загнать под кожу острую щепку. Иногда ее удается вытащить, но частенько она так и остается под кожей. Это место болит несколько дней, а потом заноза словно растворяется и перестает беспокоить. Мечников решил в деталях изучить процесс избавления организма от инородного тела. Но как наблюдать за происходящим, если кожа не прозрачна? Ученый понимал, что защитные силы организма необходимо изучать непосредственно в живом объекте, мертвые ткани для этого не годятся. Он предположил, что подобные защитные механизмы существуют не только у человека, но и у других, более простых животных.

Первым объектом его исследования стали личинки морских звезд, похожие на крошечные стеклянные игрушки. Мечников осторожно втыкал в них шипы розы, а потом в микроскоп следил за тем, что происходит в ране. Уже через несколько минут после повреждения вокруг деревянного острия, словно привлеченные каким-то сигналом, начинали собираться подвижные клетки, похожие на амеб. Они облепляли кусочек дерева, и если он был не слишком большим, то спустя несколько часов от него не оставалось и следа – рана заживала. Так Мечников показал, что в организме животных есть клетки, пожирающие чужеродные частицы. Процесс захвата и переваривания таких частиц он назвал фагоцитозом (от греч. φαγεῖν – пожирать и κύτος – клетка), а сами клетки – фагоцитами.

Это открытие было интересным и важным само по себе, но Мечников предвидел, что значение его может далеко выходить за пределы «прикладного занозоведения». Как врача и ученого его беспокоила проблема инфекционных заболеваний. До открытия антибиотиков оставалось еще несколько десятилетий, и медицина пока мало чем могла помочь больным. За примерами можно было далеко не ходить: первая жена ученого умерла от туберкулеза совсем молодой женщиной. Мечников был в таком отчаянии, что пытался покончить с собой. К счастью для человечества, эта попытка не увенчалась успехом.

Инфекционные заболевания – туберкулез, холера, дифтерия – несли страдания и смерть. Однако Мечников-врач знал, что даже во время самых лютых эпидемий некоторые люди болели легко или не заболевали вовсе. Возможно, открытые им клетки-защитники способны уничтожать не только кусочки дерева, но и микробов? Но как это выяснить? Тут на помощь ученому пришел другой микроскопический обитатель наших водоемов – прозрачный рачок дафния. Он хорошо известен аквариумистам, которые часто разводят дафний на корм рыбам. Эти крохотные ракообразные часто страдают от грибковых инфекций – микозов. Прорастая внутри тела дафнии из спор, грибок убивает животное. Но обязателен ли подобный исход? Видимо, нет, иначе все дафнии давно вымерли бы. Мечников поставил виртуозный эксперимент: он заражал здоровых рачков спорами грибов, а затем под микроскопом наблюдал за тем, что происходит у них в теле. Ученый увидел, что, как и в случае с занозами, споры тут же оказывались атакованными клетками-фагоцитами. Дальнейший ход событий зависел от численности тех и других. Если спор было мало, то фагоциты расправлялись с ними, и дафнии не заболевали. Если же спор было слишком много, то фагоцитов оказывалось недостаточно, чтобы противостоять инфекции, споры прорастали, и рачок погибал. Так была впервые показана роль клеток врожденного иммунитета в защите многоклеточных организмов.

Сегодня мы точно знаем, что именно врожденный иммунитет является первичной защитной системой нашего организма. В том или ином виде он существует у всех многоклеточных животных. Система же приобретенного иммунитета появляется только у позвоночных и является своего рода эволюционной надстройкой над более древними защитными механизмами. Как мы увидим дальше, лимфоциты (Л-клетки) нуждаются в помощи миелоидных клеток и адаптивный иммунитет мало на что способен при повреждении врожденного.

Впрочем, в развитии науки присутствует своя логика, не обязательно совпадающая с логикой эволюционной. Так уж получилось, что на протяжении почти всего XX века открытия Мечникова оставались в тени открытий Эрлиха и его последователей, изучавших адаптивный, то есть приобретенный, иммунитет. Лишь в 2011 году, спустя более чем 100 лет, результаты исследований механизмов врожденного иммунитета вновь привлекли внимание Нобелевского комитета. (Для сравнения: к этому времени было вручено уже по меньшей мере десяток Нобелевских премий за открытия в области иммунитета приобретенного.)

Однако мы в этой книге будем следовать именно биологической, эволюционной логике. Мы начнем наш разговор об иммунитете с рассмотрения наиболее древних механизмов защиты и попытаемся понять, как именно клетки-фагоциты решают три главные иммунологические задачи: распознавание, взаимодействие, уничтожение.

Глава 4
СКАНДАЛЬНЫЙ НОБЕЛЬ

Никогда не скрывал, что академическая наука – клубок друзей и серпентарий единомышленников!

Из бурной дискуссии в интернете

Осень 2011 года в научном сообществе выдалась жаркой, даже можно сказать – скандальной. Едва только Нобелевский комитет объявил имена лауреатов по физиологии и медицине, как в кругах ученых-иммунологов началось настоящее брожение. Нет, важности самого открытия и заслуг Брюса Бётлера и Жюля Офмана^[2] никто не отрицал, но в дискуссиях постоянно упоминались имена других исследователей, внесших не менее важный вклад в изучение механизмов врожденного иммунитета. Чаще других называли Чарльза Джейнуэя и Руслана Меджитова. Дошло до того, что группа ученых опубликовала в престижнейшем научном журнале Nature статью о допущенной несправедливости. Голоса в защиту Джейнуэя и Меджитова подняли не какие-то озлобленные неудачники, а самые видные специалисты в области иммунологии. Одним из них был Джеймс Эллисон, который сам несколько лет спустя получил Нобелевскую премию за открытие нового типа иммунотерапии злокачественных опухолей (подробнее о его работе мы поговорим в главе, посвященной раку).

Нобелевский комитет, однако, своего решения не изменил, и Руслан Меджитов (Джейнуэй к тому времени уже умер) Нобелевскую премию так и не получил. Но он узнал, как высоко ценят его собратья-ученые и что они готовы сражаться за признание его заслуг – а это, возможно, даже важнее, чем премия. Такая солидарность в ревнивом мире академической науки встречается редко.

Так что же нового удалось узнать ученым за 100 лет, прошедших после открытия Мечникова, и кто из них на самом деле заслуживал Нобелевскую премию? Я постараюсь ответить на первый вопрос, а что до ответа на второй – решайте сами.

Как было сказано выше, в начале и середине XX века все внимание иммунологов было сосредоточенно на клетках приобретенного иммунитета – лимфоцитах. Но постепенно ученые стали догадываться, что адаптивный иммунный ответ совсем не так самодостаточен, как им казалось раньше. Более того, подавляющее количество многоклеточных животных (в том числе, например, такая многочисленная группа, как насекомые) не имеет его вовсе, однако при этом они как-то справляются с инфекциями. Врожденный иммунитет оказался важнее, чем о нем думали. Перед учеными со всей очевидностью встал один из ключевых вопросов иммунологии: каким образом клетки человека, синтезирующие максимум 20–30 тысяч белков, способны распознавать миллионы антигенов вирусов и бактерий?

Для адаптивного иммунитета ответ на этот вопрос был уже известен: распознавание множества вариантов чужеродных молекул связано с генетически обусловленными перестройками в антигенраспознающих рецепторах Т- и В-клеток. Высокая вариабельность генов этих рецепторов и хитроумные перестройки генного локуса позволяют лимфоцитам синтезировать миллионы разнообразных рецепторов, способных распознавать миллионы чужеродных белков. Ничего похожего в клетках врожденного иммунитета не наблюдается, да и созревание миелоидных клеток идет совсем по другому пути, чем созревание лимфоцитов. А между тем рецепторы клеток врожденного иммунитета, как и любые белки, должны быть закодированы генетически. Но как закодировать распознавание миллионов разных микроорганизмов, которые еще и постоянно изменяются? На это нашего генома просто не хватит!

Между тем фагоциты определенно реагировали на присутствие чужеродных молекул. Так, было известно, что некоторые компоненты микробов, например липополисахарид (ЛПС) из клеточной стенки грамотрицательных бактерий, активируют макрофаги, индуцируя секрецию воспалительных цитокинов, и стимулируют деление В-клеток. Но как?

Эта проблема не давала покоя иммунологу Чарльзу Джейнуэю. В 1989 году он опубликовал статью, в которой раскритиковал современную науку за то, что она направляет все внимание на частности, уклоняясь от действительно фундаментальных вопросов, и предложил собственную теорию врожденного иммунного ответа. Согласно теории Джейнуэя, клетки врожденного иммунитета реагируют на общие сигналы о присутствии чужого – он назвал их образами или паттернами патогенности. В этом их отличие от клеток адаптивного иммунитета, нацеленных на распознавание всего одного или нескольких очень похожих антигенов.

Что имеется в виду? Покинем ненадолго сложный микромир и попытаемся понять идею Дженуэя, используя бытовую аналогию. Предположим, вы выстраиваете систему безопасности вокруг дома, стоящего в густом лесу. Из леса могут прийти волки и медведи, и вы хотите, чтобы система отпугивала их громкими звуками и световыми вспышками. При этом вам совершенно не хочется просыпаться всякий раз, когда в огород проберется мышь или заяц. Стало быть, систему нужно правильно настроить, и тут возможны два подхода. Можно, установив множество скрытых камер, научить систему распознавать конкретных животных и реагировать только в том случае, если в поле зрения камеры появится волк или медведь. Так реагирует адаптивная система, распознавая конкретные молекулы антигенов. Но можно поступить иначе и настроить систему так, чтобы она срабатывала на любой объект размером больше зайца. Второй подход гораздо легче реализовать, хотя у него есть свои издержки: время от времени система будет пугать безобидных косуль или соседа, который решил заглянуть к вам на огонек. Именно так – приблизительно – работает врожденный иммунитет.

Возьмем уже упоминавшийся выше ЛПС. В человеческом организме данная молекула не синтезируется, зато ее производит огромное количество бактерий. Если клетка врожденного иммунитета может распознавать это вещество, то она способна распознать множество болезнетворных бактерий. Ей нет необходимости иметь миллионы рецепторов для миллионов разных молекул, которые могут синтезировать все эти бактерии. Достаточно одного-единственного – распознающего ключевую для всех этих микроорганизмов молекулу. Вот такие молекулы, по мысли Джейнуэя, и были теми самыми образами патогенности, которые распознавались клетками врожденного иммунитета. А поскольку каждый такой образ характерен сразу для целой группы патогенов (в случае с ЛПС это все грамотрицательные бактерии^[3]), то в конечном счете и рецепторов к ним требуется не так уж много. Не миллионы, а всего лишь десятки.

Коллеги приняли гипотезу Джейнуэя благожелательно, но без восторга. Генетическая инженерия и молекулярная биология в то время делали еще только первые шаги, возможности их были ограниченны. Как найти потенциальные рецепторы к паттернам патогенности среди тысяч белков, которые присутствуют на поверхности иммунных клеток? Ответа на этот вопрос у Джейнуэя не было, и несколько лет его гипотеза оставалась лишь смелой, но ничем не подтвержденной догадкой.