Медицинская микробиология, иммунология и вирусология - Сергей Бабичев

Цитотоксическим фактором природных киллеров является особый белок, который по физико-химическим и иммунологическим свойствам напоминает белок перфорин из цитолитических гранул. Этот белок в присутствии ионов Ca2+ способен быстро полимеризоваться. Образующиеся субъединицы белка встраиваются в мембрану клетки, формируя в ней канал с малым диаметром. Через канал в клетку проникает вода, клетка разбухает и лизируется.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ К ГЛАВАМ 21 – 27

Таким образом, если естественная резистентность организма во многом определяется состоянием его различных анатомо-физиологических механизмов, перечисленных выше, то видовой иммунитет – функция высокоспециализированных иммунных систем. В результате хорошо координированного взаимодействия систем макрофагов, комплемента, интерферонов, главной системы гистосовместимости, Т-цитотоксических лимфоцитов и природных киллеров еще до приобретения специфического иммунитета обеспечивается своевременное распознавание и уничтожение всех генетически чужеродных веществ и существ (микроорганизмов и мутантных клеток), благодаря чему и сохраняется структурная и функциональная целостность организма. Вместе с тем иммунные системы служат основой для формирования приобретенного (специфического) иммунитета, и на их уровне видовой и приобретенный иммунитет стыкуются, образуя единую и наиболее эффективную систему самозащиты организма.

Глава 28

Основные биологические механизмы самозащиты генома клетки

Иммунитет существует не только на уровне целостного организма, но и на уровне клетки. Здесь он направлен на защиту самого ценного, что имеется в клетке, – ее генома и опосредуется самим геномом.

Одним из самых удивительных свойств генетической системы является ее способность к самозащите (иммунитету), реализуемая с помощью специальных биологических механизмов, обеспечивающих необходимую для существования и эволюции живой материи стабильность генетической информации и высокую надежность ее функционирования.

Действие этих механизмов проявляется как в особых реакциях, посредством которых осуществляется самоисправление различных нарушений в структуре ДНК (приводящих либо к извращению смысла генетической информации, либо к структурным повреждениям, имеющим летальные последствия), так и в реакциях, ведущих к исключению возможности функционирования в клетке чужеродного генома. В соответствии с этим, известные биологические механизмы самозащиты генома клетки можно разбить на следующие основные группы:

1) механизмы ревизии, позволяющие исключить из вновь синтезируемой ДНК ошибочно включенные нуклеотиды; благодаря этому механизму возможность включения ошибочного нуклеотида сводится к минимуму;

2) механизмы супрессии, или исправления нарушенного смысла генетического кода;

3) механизмы репараций, или самоисправлений структурных повреждений в ДНК;

4) механизмы модификации и ограничения (рестрикции), контролируемые хозяином;

5) механизмы подавления репродукции в клетке чужеродного генома;

6) механизмы подавления выражения информации чужеродного генома, интегрированного в геном клетки-хозяина.

Механизмы ревизии, или самокоррекции, осуществляются ДНК-полимеразой. Она способна устранять свои собственные ошибки, которые могут возникать в процессе репликации ДНК, обнаруживать и удалять неправильные пары и замещать их правильными. Благодаря такой саморевизии и самокоррекции обеспечивается необычайно высокая точность копирования при репликации ДНК. В среднем на каждые 1 · 109 комплементарных пар, образующихся при воспроизведении генома млекопитающего, состоящего из 3 · 109 пар оснований, происходит одна ошибка.

Супрессии, или супрессорные мутации, – это мутации, ведущие к восстановлению исходного фенотипа мутантной клетки. В основе супрессии лежат так называемые обратные мутации: восстановление исходного фенотипа происходит не в результате восстановления первоначального состояния самого мутантного гена, а вследствие дополнительных мутаций в том же или в других генах, которые и приводят к восстановлению исходного фенотипа.

Репарация ДНК основана на том, что генетическая информация в ДНК продублирована двумя копиями – по одной копии в каждой из двух цепей молекулы ДНК. Благодаря этому случайное повреждение в одной из цепей может быть удалено репарационными ферментами, и данный участок цепи заново синтезирован в своем нормальном виде за счет информации, которая содержится в неповрежденной цепи. Процессы репарации осуществляются с помощью особых наборов ферментов: ДНКполимераз, ДНК-лигаз или ДНК-гликозилаз.

Кроме явлений саморепликации, репарации и процессов, с помощью которых устраняются различные нарушения в структуре самого генома или исправляются нарушения информации, для его самозащиты клетка использует и другие биологические механизмы, направленные главным образом на исключение возможности конкурентного функционирования проникающего в него чужеродного генома. С помощью этих механизмов осуществляется либо избирательное разрушение чужеродного генома и таким образом исключается возможность его интеграции в геном клеткихозяина, либо предотвращается его репродукция в клетке, либо подавляется выражение содержащейся в нем информации, даже если он интегрировался в геном клетки-хозяина. К таким механизмам относятся, в частности, механизмы ограничения и модификации и система интерферонов.

Механизмы модификации и ограничения, контролируемые клеткой-хозяином, описаны у различных видов бактерий. Они связаны с активностью двух взаимодополняющих ферментных систем, одна из которых осуществляет специфическую модификацию «своей» ДНК (благодаря чему она и распознается ферментами ограничения как «своя» ДНК), а другая – система ограничения (рестрикции) – разрушает неприемлемую ДНК, если она не прошла соответствующей модификации, т. е. является «чужой» и должна быть разрушена.

О существовании в клетке специальных биологических систем, подавляющих репродукцию чужеродного генома, свидетельствует наличие белков-интерферонов. Хотя прямых доказательств существования систем, подавляющих выражение информации чужеродного генома, интегрированного в геном клетки-хозяина, еще не представлено, однако существует целый ряд косвенных данных, которые делают такое предположение весьма правдоподобным. Поскольку состояние лизогении (внедрение фагового генома в хромосому бактериальной клетки) или вирогении (внедрение вирусного генома в геном животной клетки) далеко не всегда проявляется фенотипически (вирус иммунодефицита человека может находиться в неактивном состоянии в течение ряда месяцев или лет), то правомерно предположить, что выражение чужеродной генетической информации каким-то образом временно или постоянно блокируется. Вместе с тем лизогения создает прочный иммунитет против суперинфекции данным фагом, т. е. обеспечивает специфический иммунитет против него. Таким же образом привнесенная в бактериальную клетку плазмида обеспечивает ей защиту против повторного заражения данной плазмидой. Так у бактерий возникает своеобразный иммунитет против чужеродных геномов.

Глава 29

Приобретенный иммунитет. Антигены

Приобретенный иммунитет отличается от видового следующими особенностями. Во-первых, он не передается по наследству. По наследству передается лишь информация об органе иммунитета, а сам иммунитет формируется в процессе индивидуальной жизни в результате взаимодействия с соответствующими возбудителями или их антигенами.

Во-вторых, приобретенный иммунитет является строго специфическим, т. е. всегда направлен против конкретного возбудителя или антигена. Один и тот же организм в течение своей жизни может приобретать невосприимчивость ко многим болезням, но в каждом случае формирование иммунитета связано с появлением специфических эффекторов против данного возбудителя.

Иммунологическая функция, как и всякая другая функция организма, связана с деятельностью определенной специализированной системы клеток и тканей. Органом иммунитета является лимфоидная система. Особенность ее состоит в том, что она существует не в виде единого дискретного анатомического образования, а расселена по всему телу, чтобы во всех его участках осуществлять свою защитную функцию. Кроме того, иммунной системе присущи еще две особенности:

1) ее клетки постоянно рециркулируют через лимфу и кровоток по всему организму, осуществляя иммунологический надзор;

2) она обладает способностью отвечать уникальными реакциями на попадание в организм антигена.