Разгадан сценарий древнейшего иммунитета

Нобелевская премия 2011 года по физиологии и медицине присуждена за исследования по иммунологии.

В понедельник, 3 октября, Нобелевский комитет объявил имена лауреатов самой престижной научной премии в области физиологии и медицины. Награды удостоились трое ученых, занимающихся исследованием систем врожденного и приобретенного иммунитета, благодаря которым живые организмы выживают в мире, полном опасных бактерий, вирусов и других патогенов. Вскоре после объявления решения комитета выяснилось, что один из ученых скончался 30 сентября, а премия не присуждается посмертно.

Все живые существа, начиная от бактерий и заканчивая людьми, обитают в условиях очень жесткой конкуренции - соседи по планете норовят в любой момент поживиться чужой едой или занять чужое место обитания. Иногда недружелюбно настроенные виды пытаются сделать и то и другое и поселиться прямо в теле зазевавшейся жертвы. Если бы у менее нахальных животных и растений не было механизмов защиты от таких квартирантов, то окружающий мир, в лучшем случае, состоял бы из одноклеточных существ.

Но обитающие на Земле виды умеют сопротивляться тем, кто покушается на их организмы - за обнаружение и обезвреживание попадающих внутрь тела патогенов отвечает иммунная система. Вплоть до начала XX столетия ученые совершенно не понимали, как именно организм распознает и уничтожает болезнетворные агенты и при этом не атакует собственные клетки. К середине века картина стала проясняться, а к 2000-м годам исследователи совместными усилиями практически полностью "щелкнули" основные закономерности и технические частности функционирования иммунитета (хотя некоторые глобальные принципы неясны до сих пор).

Иммунитет подразделяется на врожденный и приобретенный. Первый тип эволюционно намного более древний, он присутствует у всех животных и растений, а у некоторых групп организмов - например, насекомых - является основным. Приобретенный иммунитет появился только у позвоночных и, в отличие от врожденного, он отличается высокой специфичностью ответа - против разных типов инфекционных агентов используются строго специфичные типы "оружия". Система врожденного иммунитета "мочит" все патогены без разбора по одному сценарию.

Будущий лауреат Нобелевской премии Жюль Хоффман (Jules Hoffmann) в середине 90-х годов работал с дрозофилами - очень популярными у биологов модельными организмами. Так как у насекомых отсутствует приобретенный иммунитет, плодовые мушки - это практически идеальный объект для исследования "чистых" принципов функционирования врожденного иммунитета. Хоффман и его коллеги получали линии мух-мутантов, у некоторых из которых не работал ген Toll - на тот момент было известно, что этот ген очень важен для нормального развития эмбрионов. Ученый инфицировал дрозофил с "выключенным" геном различными бактериями и грибами, и неожиданно оказалось, что насекомые-мутанты погибают, хотя обычно для мух заражение этими патогенами не смертельно. Второй лауреат медицинской Нобелевки 2011 года занимался изучением иного аспекта работы иммунной системы - Брюса Бётлера (Bruce A. Beutler) интересовало, как именно иммунная система узнает опасные для организма бактерии. Ученый показал, что реакцию вызывают определенные молекулы сложного строения, расположенные на поверхности бактериальных клеток - эти молекулы, представляющие собой "сшитые" вместе молекулы сахара и липида, называются липополисахаридами (LPS). В 1998 году Бётлер и его коллеги выяснили, что мыши, не реагирующие на LPS (их иммунитет "не видит" эти молекулы и, соответственно, не начинает бороться с несущими их бактериями), имеют мутацию в гене, родственном гену Toll у мух.

Кодируемый этим геном белок получил название TLR (Toll-like receptor - толл-подобный рецептор) и, как оказалось, он и является рецептором, узнающим бактериальные LPS. При присоединении липополисахаридов к TLR запускается цепочка реакций, стимулирующая реакцию воспаления - один из ключевых процессов, необходимых для уничтожения патогенов (хотя чрезмерно интенсивное воспаление представляет опасность для самого организма - об этом знает каждый, кто страдает от аллергии). Работы Хоффмана и Бётлера показали, что система врожденного иммунитета у позвоночных и беспозвоночных принципиально не отличается.

Ральф Стейнман (Ralph M. Steinman), которого Нобелевский комитет также счел достойным получить премию, исследовал взаимодействие систем врожденного и приобретенного иммунитета. Еще в 1973 году ученый обнаружил новый тип клеток иммунной системы - так называемые дендритные клетки. Стейнман предположил, что они каким-то образом активируют Т-лимфоциты - очень важные участники иммунного ответа, которые, в частности, необходимы для распознавания болезнетворных агентов и самого существования иммунной "памяти" организма. Ученый провел серию экспериментов с клеточными культурами, в которых показал, что после встречи с патогеном дендритные клетки начинают стимулировать Т-лимфоциты и побуждать их к активным действиям против инфекционных агентов. В более поздних работах было выяснено, что дендритные клетки как бы "показывают" Т-лимфоцитам их врагов - они захватывают из окружающей среды фрагменты бактерий и выносят их на свою поверхность так, что Т-клетки могут "пощупать" представленные кусочки и определить, опасны ли они.

Работы Хоффмана, Бётлера и Стейнмана в совокупности с исследованиями других ученых позволили понять, как работает иммунная система, и с учетом этого знания разработать более эффективные стратегии вакцинации. Кроме того, медики приблизились к пониманию природы аутоиммунных заболеваний и научились ослаблять их интенсивность.

P.S. Через несколько часов после объявления имен лауреатов стало известно, что Ральф Стейнман скончался 30 сентября. Он умер в возрасте 68 лет от рака поджелудочной железы. Так как Нобелевская премия не вручается посмертно (исключение делается лишь в том случае, если лауреат умирает в промежутке между объявлением о решении Нобелевского комитета и собственно вручением награды), то, скорее всего, на торжественной церемонии награждения 10 декабря премия в размере 10 миллионов шведских крон (около 1,4 миллиона долларов) будет поделена между двумя оставшимися лауреатами. Сразу после появления новости о смерти Стейнмана некоторые СМИ иронизировали, что ученого убило то самое заболевание, которое он изучал, но эта информация является ошибочной, так как рак напрямую не связан с нарушениями в работе иммунной системы.

4 октября Нобелевский комитет официально заявил, что Стейман остается Нобелевским лауреатом, вопреки своей кончине.