Тайны вирусов

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

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

НА МОЛЕКУЛЯРНОМ УРОВНЕ

И все же: можно ли считать, что инструктивные теории иммунитета полностью изжили себя и совершенно бесперспективны?

Такое заключение было бы опрометчивым. Правда, в настоящее время общепризнанна концепция, согласно которой все "команды", приводящие в конечном счете к биосинтезу белка, исходят из ДНК, содержащей всю генетическую информацию клетки. Предполагается, что внешние стимулы могут вызвать только мутации или рекомбинации -- обмен генетической информации, но не способны генерировать изменения, адекватные данному стимулу. Противоположная точка зрения, по мнению многих ученых, была бы данью ламаркизму, то есть "санкционировала" бы возможность наследования приобретенных признаков, что (согласно общепризнанному мнению) опровергнуто всем ходом развития биологической науки.

Но такой взгляд был бы справедлив только в том случае, если бы работа генетического аппарата соматических клеток не отличалась от работы аналогичного аппарата половых клеток. Однако этот вопрос пока не ясен. Не исключено, что адекватные внешнему воздействию изменения, невозможные в половых клетках, осуществимы в ДНК соматических клеток.

Основополагающие взгляды современной биологии нельзя рассматривать как догму. Они постоянно меняются. Так, сравнительно недавно была поколеблена сформулированная Криком и Уотсоном "центральная догма" молекулярной биологии, которая выражалась формулой: ДНК->РНК->белок. Это значило, во-первых, что все гены содержатся в молекуле ДНК; во-вторых, что переписывание, транскрипция генетической информации возможны только с молекулы ДНК на молекулу информационной РНК (и-РНК), на матрице которой формируется белок. Это свидетельствовало, в-третьих, о том, что обратный перенос генетической информации от белка к РНК и от РНК к ДНК невозможен.

Сейчас доказано, что поток генетической информации может протекать не только в одном направлении - от ДНК к РНК, но и в обратном, то есть имеет место не только прямая, но и обратная транскрипция (см. главу V). После этого открытия формулу пришлось переделать, и сейчас она выглядит следующим образом: ДНК<->РНК->белок. Иными словами, поток генетической информации в левой части этой формулы является не одно-, а двунаправленным. Это значит, что мы имеем здесь дело с обратной связью.

А как обстоит дело с правой половиной формулы: РНК- белок? Неужели здесь начисто исключена возможность обратной связи? Неужели сама мысль об обратном влиянии белка на РНК и далее на ДНК столь святотатственна, что ее следует рассматривать как лженаучную на том основании, что она способна оживить "труп ламаркизма"?

Думается, что эти опасения неосновательны. Если когда-либо будет доказано, что поток информации идет не только от нуклеиновых кислот к белку, но и от белка к нуклеиновым кислотам, то это вовсе не будет означать торжества ламаркизма! Ибо установление подобного рода обратной связи в соматических клетках отнюдь не свидетельствует о передаче приобретенных признаков по наследству на уровне организма!

В самом деле: сейчас уже не приходится сомневаться в том, что состояние сенсибилизации к аллергенам и вообще все проявления приобретенного иммунитета, в том числе выработка антител, могут передаваться между лимфоидными клетками или в результате клеточного деления, или путем выработки гуморальных веществ, способных переносить это свойство от одной клетки к другой. Но вместе с тем состояние приобретенного иммунитета (например, иммунитет к кори, сенсибилизация к лошадиному белку) не переносится в генетический аппарат половых клеток и тем самым не наследуется на "организменном" уровне. Это значит, что иммунологическая память может передаваться "по наследству" на уровне только соматических клеток, но не половых.

Однако даже и это мнение нельзя считать "истиной в последней инстанции", хотя его придерживается большинство иммунологов и биологов. В 1979 году молодой австралийский иммунолог Эдвард Стил опубликовал книгу, в которой высказал гипотезу о возможности переноса генетической информации из соматических клеток в половые. В этой книге он приводил некоторые факты, полученные другими учеными, свидетельствующие о возможности попадания иммунологической информации в зародышевую линию, и подкреплял свою гипотезу данными, полученными современной наукой при изучении некоторых эндогенных ретровирусов, которые могут встраиваться в генетический аппарат соматических клеток и в этом встроенном состояния передаваться по наследству (подробнее об этом говорится в главе V). Стил предполагает, что они способны переносить генетическую, в том числе иммунологическую, информацию из соматических клеток в половые.

В 1980 году в трудах Национальной Академии наук США Стил совместно с видным канадским иммунологом Р. Горчинским опубликовали статью, в которой доказывали возможность переноса приобретенной иммунологической толерантности к аллотрансплантатам кожи по наследству. В 1981 году эти же авторы поместили в научном журнале "Нейчур" второй материал, который дополнял полученные ранее результаты.

Эти работы вызвали переполох среди иммунологов. Ведь если бы результаты подтвердились, то это означало бы возрождение концепции Ламарка о возможности наследования приобретенных свойств. Немедленно начались проверочные эксперименты. Однако ни в лаборатории Медавара, ни в большинстве других лабораторий, пытавшихся воспроизвести эти опыты, пока не удалось доказать воспроизводимость данных Стила и Горчинского.

Неясность в подобного рода теоретических вопросах может принести недобрую службу генетике. Надо всячески стимулировать работы, пытающиеся установить возможность и механизм обратной связи между белками и нуклеиновыми кислотами, сознавая то, что первыми начали понимать эмбриологи: великое достижение современной биологии - открытие генетического кода - означает на деле только открытие генетического кода биосинтеза белковой молекулы - и не более того!

Вот что пишет по этому поводу известный советский эмбриолог Б. П. Токин: "...открыт генетический код не развития организма, а генетический код синтеза белковой молекулы!"

И далее: "С эмбриологической точки зрения синтез белков - это лишь биохимическая предпосылка для осуществления некоторых процессов. П. Вейсс, говоря о принятом рассуждении, что хотя в конце концов белки в форме энзимов служат ключом для синтеза всех других небелковых соединений, справедливо замечает, что этот ответ не решает вопроса, так как такой синтез приводив к образованию только беспорядочного комплекса соединений вместо точно координированной аппаратуры для "химического производства", каковой является клетка".

Действительно, мы не знаем генетического кода, который определял бы пространственное распределение различных веществ в клетке, взаимосвязи между клетками, а также между клетками и межклеточным веществом. Но подобные взаимодействия, несомненно, существуют! И было бы странно, если бы они не включали обратную связь между белками и нуклеиновыми кислотами. Такую возможность начинают сознавать и крупные генетики. Так, Н. П. Дубинин еще в 1973 году писал, что "существование и авторепродукция генетических молекул ДНК, появление и функционирование информационных молекул РНК невозможны без взаимодействия с комплексом белковых молекул (ферментов), в свое время синтезированных при программирующем влиянии со стороны генов".

Весьма конструктивной представляется центральная догма молекулярной биологии в переложении Б. П. Токина. Эта схема не только утверждает, но и предполагает:

Догма молекулярной биологии в переложении Б. П. Токина.

Догма молекулярной биологии в переложении Б. П. Токина (схема).

В ней стрелками со сплошной линией обозначены пути переноса генетической информации, которые в настоящее время можно считать строгообоснованными. Стрелки пунктиром - это предполагаемые, но пока недоказанные способы передачи этой информации.

Высказывается предположение, что аминокислотные остатки полипептидного антигена способны присоединять к себе соответствующие транспортные РНК: на них может формироваться матрица информационной РНК, на которой образуется в результате обратной транскрипции фрагмент ДНК, встраивающийся в хромосому и кодирующий там синтез антитела, специфичного для данного антитела.

Если инструктивная роль антигена будет доказана, то это наиболее вероятно в отношении Т-лимфоцитов, так как некоторые ученые предполагают, что рецепторы Т-клеток не предсуществуют на их мембранах до контакта с антигеном, а формируются в процессе этого контакта из предсуществующих субъединиц.

Понимание процессов иммунитета, изучение их на клеточном и молекулярном уровне имеет большое значение не только для прогресса иммунологии. Оно способствует также развитию различных областей биологии и медицины. Исследование теоретических проблем учения об иммунитете привело к постановке вопросов, важных для прогресса молекулярной биологии, молекулярной генетики. Оно позволяет выяснить тончайшие механизмы взаимодействия организма с внешней средой не только на клеточном, но и на молекулярном уровне.

Эксперименты, поставленные с целью проверки клонально-селекционной теории иммунитета, показали, что иммунная система действительно состоит из клонов лимфоцитов, каждый из которых характеризуется наличием на их поверхности строго определенных рецепторов. Правда, пока это положение можно считать доказанным только для Б-лимфоцитов: их рецепторы имеют строение иммуноглобулинов и обращены наружу своими активными центрами и вариабельными участками, к которым и присоединяется детерминантная группа антигена.

Бернет предполагает, что основной причиной колоссального многообразия рецепторов клеток иммунной системы являются мутации, возникающие в лимфоцитах в течение жизни индивидуума, главным образом во время эмбрионального развития, когда лимфоциты делятся наиболее интенсивно и когда возможность изменения генов, ответственных за синтез иммуноглобулинов, наиболее вероятна. Это предположение Бернета нельзя, однако, считать строго доказанным. Не меньше сторонников имеют представители теории так называемой зародышевой линии. Они считают, что разнообразие клонов лимфоцитов развивается не во время жизни индивидуума, а в процессе эволюции и передается по наследству.

В сущности, эксперименты, поставленные с целью подтвердить или опровергнуть клонально-селекционную теорию иммунитета, доказали плодотворность изучения дарвинского принципа отбора на клеточном уровне и позволяют говорить о возможности подобной селекции и на молекулярном уровне. Фактором селекции в обоих случаях является антиген.

Итак, на современном этапе развития иммунологии победу одержали сторонники селективных теорий иммунитета. Однако в последние годы все большее внимание иммунологов стало привлекать новое направление в развитии иммунологии, не связанное с борьбой между сторонниками инструктивных и селективных теорий. Речь идет о теории "иммунологической сети". Суть ее была изложена в III главе. В ней говорилось о том, что взаимодействия типа антитело-антиантитело (идиотип-антиидиотип) выявлены на уровне рецепторов различных клеток иммунной системы и являются законом ее работы. Можно сказать, что сейчас основной движущей силой развития теоретической иммунологии стали исследования, пытающиеся углубить наши представления об иммунологической сети.

В сущности, "сетевая" концепция иммунитета не противоречит клонально-селекционной теории: в процессе взаимодействия типа идиотип-антиидиотип постоянно происходит селекция тех или иных клонов клеток иммунной системы в нормальных физиологических условиях. Эти исследования помогают понять механизм созревания Т- и В-лимфоцитов, особенности и механизм взаимодействия между разными клонами клеток иммунной системы. Они же дали возможность обнаружить новые важные факты. Так, например, было установлено существование в нормальной иммунной системе неиммунизированных животных не только естественных киллерных клеток (см. раздел об иммунологическом надзоре), но также "естественных хелперных клеток", способных вызвать созревание Б-лимфоцитов и выработку ими иммуноглобулинов. Высказывается предположение, что этот процесс включает взаимодействие типа идиотип-антиидиотип и селекцию тех клонов естественных хелперов, которые способны реагировать с рецепторами Б-клеток данной специфичности.

Изучение этих клеток позволяет подойти с новых позиций к пониманию проблемы так называемых естественных антител, то есть антител к различным микроорганизмам или другим антигенам, содержащимся в незначительных количествах в организмах нормальных неиммунизированных индивидуумов.

Оказалось, что внутривенное введение панограммовых количеств определенного моноклонального антитела приводит к повышенной выработке сходных антител в нормальной иммунной системе. Поскольку такие ничтожные количества антител содержатся среди естественных иммуноглобулинов, данный механизм может существовать длительно, что позволяет объяснить причины возникновения и сохранения естественных антител. Процесс этот находится под контролем естественных хелперных клеток, причем эти реакции являются идиотипическими.

Высказывается предположение, что взаимодействие типа идиотип-антиидиотип играет роль в эволюции иммунной системы и является движущей силой ее индивидуального развития...

О гипотезах, столкновениях мнений можно было бы рассказать многое. Но во всех этих поисках важно главное - теоретические исследования в иммунологии позволяют делать предсказания, важные для практики медицины.

"Гипотезы - это леса,- писал Гете,- которые возводят перед зданием, и сносят, когда оно готово; они необходимы для работника; он не должен только принимать их за здание".