Иммунная система состоит из тысячи лимфоцитных клонов. Теория иммунитета

— Что такое клон и обязательно ли он вреден?

— Может быть, и больше.

Кажется, уже все привыкли, что мужество ученого питается его верой в свою идею. Мужество ученого — это беззаветное отстаивание своей идеи, это костер, на который он готов взойти за нее. Но есть и другое мужество: признать, что ты не прав, что твоя теория неверна, что она устарела, что ее нельзя отстаивать. Мужество поражения. Впрочем, это не совсем то слово. Мужество объективности. Объективности в оценке собственных идей. Объективности в экспериментах, поставленных «за» и «против» себя, в мнениях других ученых. Мужество сказать: «Я был не прав».

Мы уже встречались на страницах этой книги с примерами мужества, неминуемо идущего в ногу с объективностью. На заре иммунитета, когда создавались первые его теории, во времена великой иммунологической дискуссии, ученые-соперники опровергали друг друга и самих себя и открыто признавали свои ошибки. Они проявляли мужество, они шли вперед.

Собственно, в лагере ученых это не выдающееся явление, это норма. Совсем недавно академик Яков Борисович Зельдович выступил против своей же теории вселенной и выдвинул весьма отличную точку зрения. Ученые не имеют права быть последователями кронинского героя Броуди, который говорил, что он не меняет свои мнения, ибо не считает себя в данный момент умнее, чем был раньше.

Ученый, если он убеждается, что был не прав, говорит: «Я был не прав». И доказывает своими делами.

...Фрэнк Бернет, директор Института медицинских исследований в Мельбурне и доктор философии Лондонского университета, автор самой популярной и наиболее правдоподобной теории иммунитета, готовил доклад.

Его теория, которая наилучшим, образом объясняла многие неизвестные стороны иммунитета, на основании которой было предсказано существование ранее неизвестного феномена, и предсказание сбылось, его теория, просуществовавшая с 1949 года, около, восьми лет, больше не выдерживала, натиска экспериментальных данных. Многие факты оставались необъяснимыми, некоторые стороны теории базировались на предпосылках, опровергнутых современной генетикой.

Распад теории

Бернет в будущем лауреат Нобелевской премии, готовил доклад, опровергающий его собственную теорию. Теорию, поддерживаемую многими исследователями, приводящими новые и новые доказательства ее правоты. И вот он, ее создатель, намерен выступить против, показать ее самые слабые стороны, ибо кто же знает их лучше, чем он сам!

Ему вспомнилось первое знакомство с иммунологией. В то время он был студентом Мельбурнского университета, и с тех пор прошло более 40 лет. Бернет стал одним из крупнейших иммунологов мира, а его теория, объясняющая иммунитет, — одной из самых признанных. И эта теория его больше не устраивает.

Что не удовлетворяло ученого в его собственной теории? В теории, которая предусматривала как будто бы все. Она не объясняла самого основного; как организм узнает чужеродного пришельца, как он отличает чужое от своего. Не объясняла, что происходит при развитии толерантности, когда организм перестает узнавать чужие антигены. Проблема распознавания «своего» и «чужого» — вот центральная проблема иммунологии, и она-то как раз осталась в тени. Ни одна теория не пыталась объяснить, каким образом иммунологическая армия распознает чужеродные клетки, ткани или белки. Его теория тоже не отвечала на этот вопрос.

Решение выступить против собственной теории возникло давно. Но нельзя просто выступить против. Надо работать, надо найти и выдвинуть что-то новое, более совершенное. Теперь это уже можно сделать. Гипотеза механизма распознавания «своего» и «чужого» построена. Все прочие стороны иммунитета объясняются при этом еще лучше, чем прежде.

Через две недели Бернет вылетит в Лондон. На суд мировой науки будет предложена принципиально новая теория иммунитета. История мировой науки получит еще один образец мужества объективности.

Бернет не только опровергнет свою старую теорию, но и покажет наиболее уязвимые места своей новой теории и пути ее экспериментальной проверки или опровержения. И даже если теория окажется неправильной, она заставит ученых проводить новые исследования. Важно, чтобы она вынудила ученых поставить такие эксперименты, которые могут опровергнуть ее, если она не права.

Какие кардинальные достижения биологии сделали уязвимой предыдущую теорию? Чего нельзя не учитывать при создании новой? Прежде всего того, что поток информации в любой клетке идет от гена к белку. Иначе говоря, материальным носителем информации, то есть «планов», по которым клетка живет и строит свои белки, являются гены в ядре клетки. Химическая структура гена — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Она служит матрицей, по которой с великой точностью строится специфическая для данного гена рибонуклеиновая кислота (РНК). По рибонуклеиновым матрицам строятся специфические белки. Вот весь путь: ДНК — РНК - белок.

Современная генетика и биохимия доказали, что строение белка определяется строением РНК, а оно, в свою очередь, определяется специфической структурой соответствующего участка ДНК. Чтобы клетка начала синтезировать новый белок, есть только один путь — изменить структуру ДНК. И это действительно случается. Именно случается, поскольку изменения ДНК случайны и, как правило, не соответствуют воздействующим в этот момент влияниям внешней среды.

Это не значит, что изменения в ДНК нельзя вызвать внешними влияниями. Можно, но не адекватно им. Под влиянием одного и того же воздействия могут возникать самые разнообразные изменения в ДНК (мутации), и, наоборот, под влиянием различных воздействий могут возникнуть одинаковые мутации.

А между тем чужеродный антиген заставляет клетки вырабатывать белки-антитела соответственно своему влиянию. Антитело — это молекула специализированного белка иммуноглобулина, адекватного антигену. Раньше считали, что антиген, проникая в клетку, сам становится матрицей для синтеза иммуноглобулинов. Генетика и биохимия доказали, что этого не может быть. Белок подчиняется только одной матрице — своей РНК. Возникла мысль, что антиген изменяет РНК. Тоже нет, она подчиняется только одной матрице — своей ДНК. А на ДНК чужеродный белок-антиген направленно повлиять не может. Это закон.

Новая теория не должна противоречить истинам современной генетики. Новая теория Бернета заимствует основную идею из учения об эволюции, учения о развитии и совершенствовании жизни на Земле.

Эволюционное учение объясняет совершенствование форм живых организмов постоянно идущим естественным отбором, селекцией. Внешние условия жизни из десятков и сотен тысяч различных особей отбирают наиболее приспособленных. Наиболее пригнанные организмы, естественно, обладают преимуществами, большими шансами выжить, оставить потомство.

Но откуда берутся эти тысячи различающихся особей, из которых идет отбор? Кто или что служит поставщиком форм для селекции? Таким поставщиком являются мутации. Случайные разнонаправленные изменения генов, о которых уже говорилось.

Мутации происходят как будто бы не часто, в среднем одна мутация на миллион особей. Но генов очень много. В каждом организме содержится по меньшей мере несколько миллионов генов, контролирующих несколько миллионов соответствующих им признаков. В итоге получается, что в любом достаточно большом сообществе организмов одного вида, или, как говорят, в любой популяции, всегда есть разные варианты организмов, различающихся по тем или иным признакам.

Раз возникнув, мутации передаются из поколения в поколение, так что в итоге в каждой популяции накапливается огромное количество различных вариантов мутировавших генов и соответственно различные варианты контролируемых данными генами признаков.

В каждой популяции любых организмов накапливаются тысячи так или иначе различающихся между собой особей, форм для селекции.

Представьте себе луг. На нем растут сотни тысяч цветов. Мутации привели к тому, что форма чашечек у разных цветов различна. Обозначим условно главенствующие формы как А, Б, В, Г.

Над лугом постоянно летают насекомые, очень мелкие мушки, которые могут залезть в любую чашечку и на своих крыльях перенести пыльцу в любой другой цветок. Опыление происходит у всех, и каждый цветок имеет равные шансы оставить семена, оставить потомство. Так происходит из года в год. На лугу цветут все цветы — А, Б, В, Г.

Теперь представьте себе, что наш луг заселили и заняли преимущественное положение другие насекомые, гораздо более крупные. Настолько крупные, что они могут забраться за нектаром только в чашечку формы Б. Цветок с такой чашечкой сразу получает преимущества перед другими. Теперь опыляются главным образом цветки Б, они чаще, чем все другие, оставляют потомство. Работает селекция. Через пару-тройку поколений большинство цветов на нашем гипотетическом лугу будет иметь чашечки формы Б.

То, что я рассказал, конечно, весьма упрощенная схема. Но без этого было бы трудно объяснить теорию Бернета.

Иммуноглобулины вырабатываются клетками лимфоидной ткани. Их очень много. Популяция (то есть все количество, весь народ) лимфоидных клеток в человеческом организме измеряется числом 10¹². Это не миллионы и даже не миллиарды. Это сотни миллиардов! Представляете, какое количество мутантных, различающихся между собой вариантов клеток среди такой большой популяции.

Различаются и формулы молекул иммуноглобулинов, синтезируемых разными клетками. И даже если мутировавший ген встречается только один на миллион, то и тогда в популяции из 10¹² лимфоидных клеток должно быть 10⁶, то есть миллион клеток, отличающихся друг от друга формой вырабатываемых молекул иммуноглобулина. Среди миллиона вариантов молекул иммуноглобулинов есть самые разнообразные. И какой бы антиген мы ни взяли, для него найдется подходящая, как ключ к замку, молекула. Каждая форма клеток вместе с потомками составляет семью, и называется она клоном. Таким образом, вся лимфоидная ткань состоит из клеточных клонов. Она от рождения, так сказать, неоднородна. Клонирована с самого начала.

Давайте снова вспомним наш луг. Только на нем теперь не цветы. Луг — это популяция лимфоидных клеток. Вместо цветов — клетки, вырабатывающие иммуноглобулины. Различаются они не по форме чашечек, а по форме вырабатываемых глобулинов. Обозначим их теми же буквами: А, Б. В, Г.

Предположим, в организм проник антиген б. Ему нет необходимости вмешиваться в неприкосновенный для клетки поток генетической информации ДНК — РНК — белок. Молекулы антигена б циркулируют по организму и встречаются с клетками, которые по своей генетической природе вырабатывают адекватные данному антигену иммуноглобулины. Антиген б соединяется с такой клеткой и становится для нее раздражителем. Вследствие этого она начинает ускоренно размножаться, чтобы вырабатывать много соответствующих этому антигену глобулинов-антител, которые в дальнейшем соединяются и нейтрализуют его.

При каждом делении из исходной клетки возникают две, из этих двух — еще по две и т. д. Клеток клона Б становится много. И если тот же антиген попадает повторно, антитела вырабатываются быстрее и в большем количестве, чем в первый раз.

Таким образом, антиген явился фактором отбора, фактором селекции данного клона клеток. Вот почему теория Бернета получила название клонально-селекционной теории иммунитета или теории селекции клонов.

В соответствии с этой теорией иммунная система распознает чужие клетки и белки потому, что она содержит лимфоидные клоны против любых чужеродных пришельцев. Клонов против собственных клеток и. белков нет. Они не могут накопиться, потому что возникновение и накопление клонов происходят в эмбриональный период развития, когда лимфоидная система еще слаба.

Как только вследствие мутации появляется клетка, способная в будущем, реагировать против нормальных антигенов «своего» тела, она, так сказать, идет на сближение и пытается начать бой. Но... мала еще, не созрела, не может ответить размножением и гибнет: клон не накапливается. Родившийся организм, таким образом, лишен клонов клеток против собственных антигенов.- Следовательно, дело не в том, что лимфоидная ткань каким-то образом умеет распознавать «свое», а в ней просто нет клеток, которые могли бы вырабатывать антитела против собственных антигенов тела.

Некоторые считают, что они есть, но молчат. Молчат потому, что тимус, центральный орган иммунитета, вырабатывает специальные клетки, запрещающие всем лимфоцитам работать против «своего». Эти лимфоциты получили название Т-супрессоры, то есть тимические подавители.

Теория Бернета родила тысячи экспериментов и идей по проверке, подтверждению и опровержению. Эта работы вскрыли новые важные факты и закономерности в иммунологии. Теория совершенствовалась, и совершенствуется. Идея клонированности подтвердилась полностью, механизмы работы клеток уточняются. Изучается, какие болезненные расстройства приводят к появлению и накоплению «запрещенных» клонов, агрессивных против нормальных клеток тела. Появляются данные, свидетельствующие в пользу того, что аутоиммунные болезни развиваются не вследствие появления запрещенных клонов, а вследствие исчезновения клонов-супрессоров.

Бернет, критически анализируя слабые стороны теории, всегда подчеркивает, что положительный эффект теории еще и в том, чтобы вызвать поток исследований, подтверждающих или опровергающих ее. Рассуждениям Бернета созвучны слова известного биолога Джона Лилли:

«Если же окажется, что я кругом не прав, я буду утешаться сознанием, что в истинно научных исследованиях ни один опыт нельзя считать напрасным: даже при экспериментальном опровержении какой-либо теории выявляются новые и ценные данные».

—