Тайны вирусов

...тысячи лет идет эта тихая невидимая война человека и вирусов...

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта

ОПЛОДОТВОРЕНИЕ С ПОЗИЦИЙ ИММУНОЛОГИИ

Недавно было обнаружено, что иммунитет (или нечто похожее на него) помогает представителям мужского племени выбирать себе подруг среди "слабого пола". Речь идет об антигенах гистосовместимости.

Оказалось, что если самца, принадлежащего к определенной чистой линии мышей, оставить для спаривания с двумя самками - представительницами двух разных линий, го он предпочитает чаще всего ту, что относится к другому генотипу, чем сам. При последующих сериях скрещиваний он выбирает одну и ту же самку, независимо от линейной принадлежности.

Известно, что, "облюбовывая" подруг, мыши-самцы руководствуются обонятельным рефлексом. У них выделяются особые сильно пахнущие вещества - феромоны, способные действовать на самок на значительном отдалении и вызывать у тех течку. Сходные вещества образуются и у самок, причем они также могут влиять на расстоянии. Исследователи пришли к заключению, что обонятельное предпочтение при скрещивании определяется двумя сцепленными генами, регулирующими синтез строго определенных трансплантационных антигенов. При этом один ген контролирует образование соответствующего феромона у самок, а другой - образование рецепторов для данного сигнала у самцов.

Особый интерес вызывает то обстоятельство, что гены, контролирующие обонятельное предпочтение к самкам определенного генотипа, находятся возле той области Н-2 комплекса (главного комплекса гистосовместимости у мышей), в которой расположены гены иммунного ответа. Есть мнение: такой механизм способствует гетерозиготности генов в Н-2 области. А это представляет определенные преимущества для выживания плода.

Обнаружив это явление, иммунологи всерьез им заинтересовались и использовали новую методику: разные плечи L-образного лабиринта продували воздухом из клеток, в которых сидели мыши, относящиеся к одной и той же чистой линии, но отличающиеся друг от друга по единственному антигену гистосовместимости. Животных удалось выдрессировать так, что они стали проникать в лабиринт только через плечо, продуваемое воздухом со стороны, в которой находились мыши лишь одного генотипа,- иными словами, научились различать их по запаху. Недрессированные такой способностью не обладали.

Процесс оплодотворения у самцов и самок, отличающихся по сильным антигенам гистосовместимости, эффективен: потомство у межлинейных гибридов многочисленнее, чем при скрещивании особей, принадлежащих к одной и той же линии, к тому же они обладают большей жизнеспособностью и повышенной сопротивляемостью к различным инфекциям. В качестве курьеза приведем следующую цитату: "У бактерий обнаружены половые феромоны" (Nature, т. 275, 1978, № 5682, с. 692). У бактерий действительно существует половой процесс. Однако, насколько это известно автору, органы обоняния у их отсутствуют.

Иммунитет имеет существенное значение не только для плода, но и для формирования половых клеток, их прохождения по половым путям и самого процесса оплодотворения. И здесь природа подготовила для иммунологов очередные загадки.

Первый удивительный факт, с которым мы сталкиваемся, состоит в следующем: в период созревания мужские и женские клетки находятся в принципиально различных отношениях с собственной иммунной системой. Если яйцеклетки, по мнению большей части ученых, располагаются в пределах досягаемости клеток иммунной системы, то, как мы уже знаем, мужские половые клетки созревают "за семью печатями", в тайнике, который прочно отгорожен от иммунной системы биологическим барьером.

По современным представлениям яйцеклетки и сперматозоиды нельзя рассматривать как незрелые клетки. Они являются высокодифференцированными клеточными элементами, предназначенными для единственной функции - оплодотворения. Сперматозоиды, подобно клеткам нервной системы, не могут делиться, а яйцеклетки делятся только после оплодотворения или воздействия различных партеногенетических агентов (об этом речь пойдет далее). Половые клетки гаплоидны, то есть содержат половинный набор хромосом по сравнению с соматическими клетками (от лат. слова сома - тело).

Чем же объяснить тот факт, что мужские половые железы - семенники имеют биологический барьер, препятствующий прохождению в них клеток из крови, тогда как женские половые железы лишены такого заграждения? Не исключено, что это связано с наличием плотной оболочки, окружающей не весь яичник, а каждую яйцеклетку, которую можно рассматривать как своеобразный "уловитель", пропускающий только сперматозоиды, но не лимфоциты. Возможно, одна из причин заключается в том, что количество сперматозоидов, вырабатываемых в семенниках млекопитающих, значительно больше числа яйцеклеток, продуцируемых в яичнике. Во время одного полового акта у млекопитающих выделяется несколько десятков миллионов зрелых сперматозоидов, а в течение всей половой жизни - не менее 500 миллиардов. Между тем в яичнике в продолжение месяца образуется лишь одна зрелая яйцеклетка, а в продолжение всего периода - от первой менструации до климакса - выделяется только 300-350 яиц. Вполне возможно, что для одного зрелого яйца, образующегося в течение 4 недель, достаточным барьером является собственная плотная оболочка, тогда как для охраны от иммунной системы многомиллионного семейства сперматозоидов требуется барьер посолидней и на значительно большем протяжении.

Естественно, что они являются потенциально чужеродными для собственной иммунной системы.

Известно, что в большинстве случаев образование биологических барьеров происходит еще у эмбрионов. Что же касается половых клеток, то они образуются у человека через 10-15 лет после рождения, то есть через несколько лет после созревания собственной иммунной системы. Поэтому к ним не вырабатывается иммунологическая толерантность. И если бы не было барьера между кровью и тканью у мужчин, их половые клетки были бы уничтожены собственной иммунной системой сразу же после образования: вступил бы в свои права иммунологический надзор - как он срабатывает против опухолевых клеток (к тому же сперматозоиды еще более чужеродны для собственной иммунной системы, чем эти клетки, возникшие в данном организме). Что же касается женских половых клеток, то их чужеродность для своей иммунной системы пока четко не доказана.

Можно думать, что биологический "смысл" формирования у сперматозоидов столь сильных аутоантигенов при отсутствии их у яйцеклетки связан с особенностями процесса оплодотворения. По-видимому, он требует взаимодействия клеток, характеризующихся сильными антигенными различиями. Выше уже отмечалось, что "различие между самцами и самками по сильным антигенам гистосовместимости приводит к большей эффективности процесса оплодотворения (потомство у межлинейных гибридов более многочисленно, чем при скрещивании особей, относящихся к одной и той же чистой линии), а также к повышению жизнеспособности гибридов и их более высокой сопротивляемости к различным инфекциям". По-видимому, для акта оплодотворения необходимо, чтобы сперматозоиды были для яйцеклетки значительно чужероднее, чем это свойственно различным аллоантигенам. Однако степень ее не должна быть чрезмерной: скажем, конь может оплодотворить лошадь, в крайнем случае - осла (в результате чего, однако, рождается бесплодный мул), но не корову.

То, что сперматозоиды "чужие" для собственной иммунной системы, доказывается экспериментально. У самца (например, у морской свинки) удаляют яичко, приготовляют из него взвесь клеток и вводят под кожу оперированного самца. Через некоторое время у реципиента развивается воспаление второго яичка, и оно прекращает вырабатывать сперматозоиды. Следовательно, введенные клетки вызывают образование каких-то факторов, проникающих в оставшееся яичко и разрушающих зародышевый эпителий.

Могут ли резко чужеродные для самки сперматозоиды привести к образованию у нее антител? Вопрос этот имеет не только теоретическое, но и сугубо практическое значение - ответив на него, ученые подойдут к решению проблемы бесплодия - причины трагедии не одной семьи, не одной женщины...

По мнению многих исследователей, бесплодие связано с тем, что иммунная система женщин вырабатывает антитела, способные реагировать со сперматозоидами. Ведь в них содержатся изоантигены групп крови системы АВО, а в секрете шейки матки - антитела, относящиеся к этой же системе.

Представляется важным обнаружить антитела, реагирующие с содержащимися в сперматозоидах трансплантационными антигенами. Косвенное доказательство такой возможности - описанный выше опыт воспроизведения у животных бесплодия. Установлено, что антитела, способные обездвиживать сперматозоиды, появляются в слизи женского полового тракта. Однако еще не ясно, могут ли они убить сперматозоиды.

В ряде экспериментов показано, что иммунизация животных антигенами сперматозоидов снижает оплодотворяющую способность спермы и на время вызывает стерильность самок.

Сперматозоиды сохраняют жизнеспособность и функциональную активность в половых путях женщины в течение 3-8 суток. Чтобы уничтожить попавшие туда десятки миллионов сперматозоидов, необходимо длительное воздействие высокоактивных антител. Следовательно, полное бесплодие может быть достигнуто только при полном умерщвлении абсолютно всех сперматозоидов.

Эти факторы имеют большое значение для разработки методов профилактики и лечения этого заболевания.

В развивающихся странах, где чрезмерный прирост населения нежелателен, иммунологические методы пытаются использовать в качестве биологического противозачаточного средства - проблема поставлена сейчас в качестве важной задачи Всемирной Организации Здравоохранения.

В этой связи большой практический интерес имеет вопрос о последствиях стерилизации, которая осуществляется в ряде слаборазвитых стран у миллионов мужчин,- у них рассекают и перевязывают главный семявыводящий проток. Важно знать, не оказывает ли это вмешательство вредного воздействия на организм, в частности, не может ли при этом развиться аутоиммунное воспаление яичек. Опасение оправданное - ведь после вазэктомии -так называется операция- в семенном протоке накапливается большое количество сперматозоидов. Они проникают через биологический барьер в окружающие ткани и вызывают в 50% случаев образование антител против собственных сперматозоидов и некоторых других клеточных элементов яичек, причем в семенных канальцах образуются комплексы антиген - антитело. К тому же у нескольких видов лабораторных животных, в том числе у обезьян, вазэктомия приводит к аутоиммунному заболеванию семенника. Поэтому считать, что у человека эта операция совершенно безопасна, вряд ли можно.

В процессе оплодотворения участвуют механизмы, весьма сходные с иммунологическими. Оно невозможно без наличия на поверхности яйцеклетки особого вещества - фертилизина. Химический состав и молекулярный вес его у разных видов животных отличен. В свою очередь, оплодотворяющая способность сперматозоидов зависит от присутствия в поверхностных слоях их цитоплазмы кислых белков. Некоторые ученые считают систему фертилизин - антифертилизин адекватной системе антиген - антитело. Эта аналогия, однако, недостаточно оправданна и не подтверждена экспериментальными данными.

Сперматозоид-избранник (один из нескольких десятков миллионов) выделяет особое вещество, растворяющее оболочку яйца, и проникает в образовавшуюся брешь, которая тут Же зарастает.

Это удивительно напоминает процесс внедрения в бактериальную клетку вирусов бактерий - бактериофагов. Большая часть их по форме напоминает сперматозоид: тонкий хвостик и головка, состоящая преимущественно из ДНК. К бактериальной клетке присоединяется множество частиц фага, причем каждая из них прикрепляется своей хвостовой частью. Затем хвост одного из фагов разволокняется, выделяя вещества, растворяющие оболочку бактерий. Головка сокращается и выталкивает ДНК в бактериальную клетку. Белковый же футляр остается на ее поверхности. Так же как оплодотворенная яйцеклетка, бактериальная клетка после проникновения в нее фага приобретает иммунитет к внедрению других частиц того же вируса.

При внедрении в бактерию вирулентного фага в ней нарождаются сотни таких частиц. Они разрушают бактерию и выходят наружу - типичный пример размножения, связанного с оплодотворением. В отличие от вирулентных так называемые умеренные фаги не нарушают целостности бактериальной клетки, а их ДНК встраивается в хромосому бактерии, у которой в результате возникает иммунитет к повторному заражению таким же фагом.

Термин "иммунитет" в приложении к этому феномену приобрел права гражданства. Однако следует подчеркнуть, что иммунитет бактерий к фагам резко отличается от аналогичного процесса у высокоорганизованных существ, имеющих специальную иммунную систему. Приобретенный иммунитет у позвоночных в обычных условиях не наследуется, а у бактерий - по отношению к фагу - он передается.

Мы видим, что иммунологические - или близкие к ним - закономерности играют важную роль как в формировании гамет, так и в "проследовании" сперматозоидов к женской половой клетке и даже - в какой-то мере - в самом процессе оплодотворения.