Советская микробиология: на страже здоровья народа. История советской микробиологической науки в биографиях некоторых её представителей

Словом, Мечников открыл существование клеточного уровня иммунитета. Более того, он и его последователи были склонны считать этот уровень основным в иммунной защите организма, в отличие от Эрлиха и его школы, которые отдавали «пальму первенства» антителам, т.е. уровню гуморальному. Разница подходов между этими двумя школами ставила и вопрос о том, какой иммунитет более важен – врождённый (Мечников) или приобретённый (Эрлих).

Примечательно, что оба учёных в 1908 году получили за свои исследования в области микробиологии и иммунологии Нобелевскую премию. Другими словами, одновременное вручение премии двум оппонентам говорило о том, что научная общественность тогда ещё не определилась в отношении правоты одного из них. Во всяком случае, не определился Нобелевский комитет. И в дальнейшем «раскол» по вопросу «первенства» клеточного или гуморального, врождённого или приобретённого иммунитета не был в науке преодолён: если советская биология и медицина стояли на позициях Мечникова, то западная наука – на позициях Эрлиха. Конечно, подобное утверждение носит несколько упрощённый и обобщённый характер, но, в целом, оно верно.

Однако со времени Мечникова (умер в 1916 году) и Эрлиха (умер в 1915 году) процесс накопления знаний об иммунитете человека и животных не останавливался. Учёными было получено очень много данных об его устройстве и принципах функционирования. И эти данные, по сути, примирили две «противоборствующие» школы. Но обо всём по порядку.

Было, в частности, установлено, что лейкоциты (т.е. белые клетки крови) имеют не две разновидности (макрофаги и микрофаги), а три. Третья разновидность – лимфоциты (от латинского «лимфа» – влага, чистая вода и греческого «цитос» – вместилище, клетка).

Причём, макрофаги (другое их название – моноциты) составляют всего от 2 до 6% от общего количества лейкоцитов в организме, микрофаги (кстати, этот термин сейчас, в отличие от термина «макрофаг», который вполне современен, считают устаревшим; учёные предпочитают употреблять термин «гранулоциты») – от 60 до 70% (т.е. это самая большая группа лейкоцитов), лимфоциты –от 20 до 30%.

Но, несмотря на не самый большой «удельный вес» среди лейкоцитов, лимфоциты – важнейшие клетки иммунной системы, обеспечивающие как гуморальный иммунитет (в части его основного компонента, т.е. они вырабатывают антитела), так и клеточный иммунитет (контактное взаимодействие с патогенами). Также они регулируют деятельность клеток других типов, обеспечивающих иммунную защиту организма.

Кстати, надо иметь в виду, что хоть лимфоциты и являются клетками крови, но непосредственно в крови их всего около 2% от общего количества, остальные 98% находятся в различных тканях.

Огромная роль лимфоцитов в функционировании иммунитета человека и животных заставила учёных ткани иммунной системы назвать лимфоидными.

Лимфоидные ткани делятся на центральные и периферические.

Центральные – это тимус (вилочковая железа) и костный мозг (у птиц центральный орган – сумка (или бурса) Фабрициуса). В центральных органах происходит образование, созревание и, как говорят, «обучение» всех видов лейкоцитов. Под созреванием и «обучением» приходится понимать их дифференциацию по типам и функциям. Когда эта дифференциация происходит, клетки становятся иммунокомпетентными (это также современный научный термин), поступают в циркуляцию в кровь и лимфу и заселяют периферические органы иммунной системы.

Периферические органы – это селезёнка, лимфатические узлы, нёбные миндалины, аденоиды, аппендикс, пейеровы бляшки кишечника, групповые лимфатические фолликулы мочеполового и дыхательного трактов и др. К периферическим органам иммунной системы относят также кровь и лимфу. В этих органах непосредственно и осуществляются все реакции клеточного и гуморального иммунитета.

Лимфоциты образуются в костном мозгу из т.н. лимфоидной стволовой клетки. Они делятся на две основные большие субпопуляции: Т-лимфоциты и В-лимфоциты.

Т-лимфоциты отвечают, главным образом, за клеточный иммунный ответ, т.е. главная их задача – обеспечение клеточного уровня иммунитета.

Образовавшись из лимфоидной стволовой клетки, Т-лимфоциты поступают в тимус, где происходит их созревание и образуются все их разновидности, отличающиеся друг от друга выполняемыми функциями:

– Т-хелперы (помощники, от английского слова «help» – помощь) – распознают внедрившийся патоген (антиген), стимулируют выработку антител (как – об этом ниже), активируют макрофаги (т.е. так или иначе участвуют как в гуморальном, так и в клеточном иммунном ответе).

– Т-киллеры (т.е. убийцы) или цитотоксичные Т-лимфоциты (ЦТЛ) – распознают патоген и уничтожают его без участия антител и комплемента посредством выделяемых ими ферментов-токсинов (лимфотоксинов) (т.е. это – «чистой воды» клеточный иммунитет).

– Т-индукторы – распознают патоген (антиген) и увеличивают активность иммунокомпетентных клеток (хелперов, киллеров, макрофагов), т.е. являются участниками и гуморального, и клеточного иммунных ответов.

– Т-супрессоры – в отличие от индукторов, снижают активность иммунокомпетентных клеток, регулируя, таким образом, интенсивность и гуморального, и клеточного иммунных ответов.

– Т-эффекторы ГЗТ (гиперчувствительности замедленного типа) – участвуют в аллергических реакциях замедленного (клеточного) типа, в отличие от ЦТЛ не обладают прямой токсичностью, а разрушают патогены опосредованно (через другие клетки).

– Т-клетки памяти – долго сохраняют «память» о патогене (антигене), при его повторном попадании в организм способствуют более быстрому и сильному иммунному ответу.

В-лимфоциты. Главная их задача – выработка антител, т.е. они обеспечивают главную составную часть гуморального иммунного ответа.

В отличие от Т-лимфоцитов, В-лимфоциты в тимус не мигрируют. Их созревание завершается в костном мозге.

Под влиянием антигенов они превращаются в плазматические клетки, которые и образуют антитела против этих антигенов.

Среди В-лимфоцитов существует разновидность – В-клетки памяти, которые, подобно Т-клеткам памяти, «запоминают» патоген, активизируя гуморальный иммунный ответ при его новом попадании в организм.

Но есть среди лимфоцитов, по крайней мере, ещё две (гораздо меньших по размеру) субпопуляции – это т.н. нулевые лимфоциты и т.н. NK-клетки (или натуральные киллеры).

Нулевые лимфоциты не проходят дифференциацию в органах иммунной системы. Можно сказать, что это незрелые формы лимфоцитов. Их расценивают как резервную популяцию недифференцированных лимфоцитов и считают, что они при необходимости способны превратиться в В- или Т-лимфоциты. В то же время нулевые лимфоциты обладают цитотоксичностью, т.е., и не будучи дифференцированными, способны «убивать» клетки-мишени. На их долю приходится 10 – 20% лимфоцитов крови. Если же вспомнить, что в крови циркулирует всего 2% лимфоцитов, то можно представить «скромные размеры» этой лимфоцитарной субпопуляции.

NK-клетки – это разновидность лимфоцитов, которая довольно сильно «смущает» учёных. Вот, например, какое высказывание можно прочесть в связи с существованием этих клеток: «Представления о Т-лимфоцитах и В-лимфоцитах устарели…Такое деление не учитывает множество клеток, не являющихся потомками ни Т-, ни В-ростка. Классическим примером для аргументации неточности этой классификации являются естественные киллеры (NK-клетки)…» (Википедия; статья «Костный мозг», стр. 2).

И, действительно, хоть NK-клетки и происходят от лимфоидных стволовых клеток костного мозга, но, как сказано в цитате выше, ни Т-, ни В-ростки их «предками» не являются. Своеобразие происхождения ведёт и к своеобразию строения. Если все лимфоциты – это мононуклеары (т.е. обладают несегментированным ядром) и агранулоциты (т.е. их цитоплазме не присуща зернистость – наличие в ней большого количества специфических гранул), то NK-клетки – мононуклеары, но при этом они являются гранулоцитами, т.е. зернистость их цитоплазме присуща. «Большие гранулярные лимфоциты» – такое определение им часто дают.

Своеобразие проявляется и в выполнении ими своих функций. Казалось бы, их функции схожи с Т-киллерами: они не способны на фагоцитоз, но убивают патогены посредством токсичных для последних ферментов. Однако разница в выполнении этой задачи, способе выполнения всё же имеется. Начнём с того, что NK-клетки, в отличие от Т-лимфоцитов, не проходят «подготовку», т.е. дифференциацию функций, в тимусе. В кровь они выходят напрямую из костного мозга, а затем мигрируют в ткани. Таким образом, весьма сложным комплексом с «индивидуальным набором» функций, который представляют из себя Т-лимфоциты, NK-клетки не являются. И хотя исследования последних лет показали, что определённые субпопуляции есть и у натуральных киллеров, но, тем не менее, о такой «дифференциации задач», как у Т-лимфоцитов, речи и близко не идёт (во всяком случае, пока) [1; 2 – 4].

Подобно Т-лимфоцитам, NK-клетки имеют значительное количество рецепторов, но рецепторы эти характеризуются гораздо меньшим разнообразием, другими словами – они не столь антиген-специфичны. А посему и «врага», т.е. патоген, NK-клетки находят не так, как это делают Т-киллеры: если последние сами распознают антиген, то первые привлекаются в очаг патологии и активируются в большей степени веществами (цитокинами и хемокинами), секретируемыми другими клетками врождённого иммунитета, в первую очередь гранулоцитами, или вирус-инфицированными клетками других тканей в очаге инфекции (т.е. речь идёт об интерферонах).

Нет среди NK-клеток и клеток памяти (в отличие от Т- и В-лимфоцитов). Хотя нельзя не отметить, что в последние годы в мышиных моделях у натуральных киллеров обнаружены некоторые признаки иммунологической памяти, а именно наличие популяции патрулирующих NK-клеток в лимфоидных и нелимфоидных органах и более быстрый их ответ (чем обычный ответ NK-клеток) на повторное появление антигена, что как раз и говорит о существовании функции памяти. Но данный вопрос требует дальнейшего уточнения.

В целом же, можно уверенно констатировать, что NK-клетки оказывают неспецифическое цитотоксичное действие на широкий спектр патогенов (опухолевые клетки, клетки, повреждённые вирусами, бактериями, простейшими). Другими словами, они представляют собой один из факторов клеточного врождённого иммунитета.

Количество NK-клеток (от общего количества лимфоцитов) невелико. Скажем, в крови их содержание составляет всего от 5 до 10% (напомним, что в крови содержится всего 2% лимфоцитов). В лимфоидных органах (лимфатических узлах, селезёнке, миндалинах) их и того меньше. Зато довольно много в печени и эндометрии матки.

Гранулоциты. Своё название эти лейкоциты получили вследствие наличия в их цитоплазме значительного количества специфических гранул.

Размеры гранулоцитов – 6 – 8 микрон в диаметре.

Сразу скажем о том, почему название «микрофаги» фактически попало в разряд устаревших. Дело в том, что, с одной стороны, не все родственные по своему происхождению и строению лейкоциты-гранулоциты, к которым относятся и микрофаги, обладают функцией фагоцитоза. С другой стороны, лейкоциты-гранулоциты, выполняющие функцию фагоцитоза, относятся не к одному подвиду (подгруппе, субпопуляции) гранулоцитов. При такой ситуации употребление наименования «микрофаги», действительно, может только вносить путаницу. И если уж его и использовать, то только в историческом смысле, т.е. как термин, который когда-то употреблялся в биологической и медицинской науке.

Вырабатываются гранулоциты миелоидной стволовой костного мозга, т.е. той, от которой после ряда трансформаций происходят и тромбоциты, и эритроциты, и моноциты-макрофаги. Т.е. гранулоциты хоть и лейкоциты, но «отдалённые родственники» лимфоцитов и гораздо ближе «по степени родства» к другим лейкоцитам – макрофагам.

Ядро гранулоцитов поделено на отдельные сегменты. Поэтому их ещё иногда называют полинуклеарными (т.е. многоядерными) лейкоцитами, хотя ядро у них всё-таки одно.

Гранулоциты попадают в кровь из костного мозга, т.е. через тимус они не проходят. При этом в костном мозге остаётся значительный резерв гранулоцитов, который периодически, по мере необходимости, выбрасывается в кровь. Причина подобного «резервирования» и «переброски подкреплений» в том, что гранулоциты-микрофаги в результате борьбы с патогеном погибают, и, следовательно, их запас в крови необходимо постоянно пополнять.

Гранулоциты отвечают за защиту организма от бактерий (в наибольшей степени), вирусов, грибков и паразитов. Кроме того, они способны фагоцитировать и мёртвые клетки организма, тем самым очищая его. Итогом борьбы и гибели гранулоцитов-микрофагов является образование гноя.

Таким образом, гранулоциты обеспечивают клеточный иммунный ответ.

Гранулоциты делятся на несколько разновидностей:

– Нейтрофилы (65 – 70% от общего количества гранулоцитов). В их гранулах содержится большое количество антибиотических белков (лизоцим, липопероксидаза и ряд других). Именно эти белки-антибиотики и обеспечивают фагоцитоз поглощённого нейтрофилом патогена.

– Эозинфилы. Также способны фагоцитировать и уничтожать различные микробы. Но их главная функция – борьба с проникшими в организм паразитами (гельминтами). Эозинфилы «узнают» гельминтов, «стыкуются» с ними и выделяют в зону контакта белки-перфорины, которые, встраиваясь в клеточные оболочки гельминта, делают их пористыми. Внутрь клеток гельминта устремляется вода, и он погибает от осмотического шока.

– Базофилы. Делятся на собственно базофилы, циркулирующие в крови, и тучные клетки, находящиеся в различных тканях. Главная их задача – выработка веществ, стимулирующих т.н. анафилаксию, т.е. повышенную чувствительность организма к повторному внедрению в организм патогена. Функцией фагоцитоза они не обладают вообще.

Таким образом, И.И. Мечников мог называть микрофагами два вида гранулоцитов – нейтрофилы и эозинфилы.

В некоторых современных работах можно прочесть, что И.И. Мечников открыл «явление фагоцитоза – захвата и уничтожения» микробов и других чужеродных организму биологических частиц «специальными клетками – макрофагами и нейтрофилами» [47; 3]. Если к утверждению об открытии великим русским учёным клеток-макрофагов нет никаких «претензий», то утверждение об открытии им нейтрофилов выглядит весьма сомнительно. Дело в том, что оно явно «модернизирует» исторический факт: И.И. Мечников ни о каких нейтрофилах понятия не имел (ни названия такого не употреблял, ни о подразделении гранулоцитов на разные группы не знал – это было выяснено значительно позже). Сверх того, ведь, как мы говорили, фагоцитоз присущ не только нейтрофилам (это их основная функция), но и эозинфилам (это не основная их функция, но её они тоже выполняют). Следовательно, Илья Ильич мог наблюдать фагоцитоз, осуществляемый не только нейтрофилами, но и эозинфилами, и под введённый им термин «микрофаги» могли попадать и те, и другие. Поэтому нам представляется более правильно не впадать в «осовременивание» истории научных открытий, а быть историчными и попросту точными (это как общий принцип) и говорить в данном конкретном случае об открытии И.И. Мечниковым фагоцитоза, осуществляемого макрофагами и микрофагами.

Макрофаги (моноциты). Сохранившие официально своё название со времён Мечникова фагоциты.

Сразу отметим следующий нюанс. Понятия «моноцит» и «макрофаг» – не полные синонимы. Да, всякий макрофаг – моноцит. Но не всякий моноцит – макрофаг. Строго говоря, моноциты – это клетки-предшественники макрофагов, их непосредственные «прародители». Но об этом немного ниже.

Моноциты – агранулоциты и мононуклеары. Т.е. их цитоплазма не содержит гранул-зёрен, и ядро у них – несегментированное. Этими особенностями своего строения моноциты близки к большинству лимфоцитов, являющихся именно агранулоцитами (за исключением NK-клеток), и всем без исключения лимфоцитам, являющимся мононуклеарами.