Начало >> Статьи >> Архивы >> Методологические уровни при изучении механизмов иммунитета

Методологические уровни при изучении механизмов иммунитета

А. Я. Фриденштейн
Институт эпидемиологии и микробиологии им. Η. Ф. Гамалеи АМН СССР

Явления иммунитета поддаются изучению на разных уровнях организации живых систем — организменном, клеточном, молекулярном. Для этого используются различные методологические подходы, не совпадающие по методам, объектам и, что главное, по системам понятий. Естественно-научную методологию не следует смешивать с методологией в философском смысле, которая от объектов, методов и конкретных научных понятий не зависит.
Нет сомнений, что изучать иммунитет следует на всех возможных уровнях, как это, действительно, и делается. Но есть проблемы, для разрешения которых определенный методологический подход оказывается наиболее эффективным. Примером может служить разработка иммунологических биопрепаратов. Выделение ДНК-овых матриц иммуноглобулинов, генно-инженерная технология и гибридомы сделали молекулярный подход приоритетным, когда речь идет о научно-технологических разработках в области иммунобиотехнологии. Такими разработками задачи современной иммунологии, разумеется, не исчерпываются, и фундаментальные проблемы сохраняют в ней ведущее значение. К ним относится, прежде всего, выяснение механизмов иммунитета и его биологической роли — вопросы, которым уделяли внимание большинство крупных иммунологов. Но только в последние десятилетия появились реальные возможности для успешного экспериментального анализа этой сложной и увлекательной проблемы.
Как случилось в свое время с другими естественными науками, иммунология достигла рубежа, когда для ее прогресса требуются фактические сведения о механизмах иммунитета, а не только гипотезы по этому поводу. Это касается и получения новых, практически значимых результатов, что всегда было конечной целью иммунологических исследований. На этом рубеже «... прежде всего должно из многообразного опыта извлекать открытие истинных причин аксиом; и должно искать светоносных, а не плодоносных истин. Правильно же открытые и установленные аксиомы вооружают практику не поверхностно, а глубоко и влекут за собой многочисленные ряды практических приложений» (Ф. Бэкон, «Новый Органон», 1620 г.). Ф. Бэкон предвидел и возникающую в этой связи дилемму: некоторые ученые « . . .с излишне торопливым и несвоевременным усердием отклоняются к практике, чтобы показать себя другим и придать большую цену тому, чем они заняты. Так они, подобно Аталанте, сходят с пути для того, чтобы поднять золотое яблоко, обрывая тем временем свой бег и упуская победу из рук». По мнению Бэкона, в науке приходится, поэтому, разделять функции: ее прикладные отрасли «... пользуются как бы процентами, пока не окажется возможным получить самый капитал», а теоретические разделы — «... не хватая по-детски золотые яблоки, но все возлагая на победу над природой в беге науки и не торопясь снять посев в зеленых всходах, ожидают своевременной жатвы».
Крупный государственный деятель XVII века Ф. Бэкон, который был «... истинным родоначальником ... опытных наук новейшего времени» (К. Маркс, Ф. Энгельс «Святое семейство», 1844), очевидно, не мог себе представить, что наука превратится в важнейший фактор жизни общества, а реализация «процентов» от научного поиска станет сложной научной задачей. В таких условиях фундаментальные разделы науки, нацеленные на научный поиск, не могут не участвовать в практической реализации уже полученных результатов. Тем не менее, как и предсказывал Бэкон, научный поиск остался главной целью фундаментальных разделов науки.
Теоретическая иммунология выделилась в самостоятельный раздел только в последние десятилетия. За короткий срок в ней были достигнуты выдающиеся успехи, и она стала определять продвижение всего иммунологического фронта, во многом влияя и на развитие биологии в целом. Были открыты новые иммунологические феномены принципиальной важности: трансплантационный и антиопухолевый иммунитет, иммунологическая толерантность, аутоиммунитет, экспрессия эмбриоспецифических антигенов в опухолях, иммунологический контроль за пролиферацией и дифференцировкой нормальных клеток, генетическая рестрикция иммунного ответа; были найдены гены иммунореактивности, расшифрована первичная структура антител и обнаружена перестройка генов иммуноглобулинов в онтогенезе, идиотип—антиидиотипическая иммунологическая сеть, выделены естественные иммунорегуляторы, включая гормоны и лимфокины. Был достигнут значительный прогресс в понимании структуры и функций главного органа иммунитета — лимфоидной ткани: открыты Т- и В-клетки, их иммунологическая мозаичность, субпопуляции и миграции этих клеток, клеточные кооперации при иммунном ответе, определены пути дифференцировки и кинетика пролиферации предшественников иммунокомпетентных клеток, вскрыта роль клеточной селекции в определении популяционной структуры лимфоидной ткани. Кроме того, были разработаны высокочувствительные иммунохимические и иммуноморфологические методы, получившие широкое применение во многих областях теоретической биологии и практической медицины.
Из этого далеко не полного перечня видно, что в фундаментальных разделах иммунологии успешно используются разные методологические подходы. Может, однако, возникнуть вопрос, какой из этих подходов наиболее пригоден и важен при разработке главного из фундаментальных вопросов иммунологии — при расшифровке механизмов и биологической роли иммунитета. Теоретическая иммунология -наука сложная и дорогостоящая, на нее тратятся значительные интеллектуальные и материальные усилия, и определить заранее методологический подход, приоритетный для продвижения к ее основной цели, может показаться во многих отношениях заманчивым.
При переходе на каждый следующий методологический уровень достигается более детальное проникновение в суть изучаемых явлений. В то же время, из общих соображений и из опыта развития других естественных наук следует, что ни один методологический уровень не является окончательным. Это справедливо и для изучения иммунитета и поэтому реально, его механизмы приходится расшифровывать на заведомо промежуточных уровнях изучения и формулировать их в виде гипотез в понятиях соответствующих методологических уровней.
Расшифровать и сформулировать механизм, например, антителообразования значит определить иерархию его главных признаков, установить необходимые и достаточные условия для его осуществления, выяснить характер зависимости антителообразования от разнообразных факторов, воздействующих на иммунную систему, а также объяснить, чем такая зависимость обусловлена. Современные представления о механизмах антителообразования, открытые на организменном, клеточном и молекулярном уровнях его изучения и выраженные в понятиях этих уровней, в самой общей форме сводятся к следующему.

  1. В понятиях организменного уровня: образование сывороточных γ-глобулинов, специфически связывающихся с антигенами, осуществляется в периферических лимфоидных органах; индуцируемый антигенами синтез антител имеет характер ответной реакции, которая, достигнув максимума, постепенно затухает. Она происходит с большей интенсивностью при повторной иммунизации и для многих антигенов требует присутствия тимуса, хотя в нем самом антитела не образуются. Реакция антителообразования, как правило, индуцируется только на антигены, чужеродные для организма, причем степень иммуногенности чужеродных для организма антигенов генетически детерминирована. Главные особенности реакции антителообразования объясняются тем, что чужеродность антигенов определяется их отсутствием в организме на определенной стадии онтогенеза, характером исследования генов и иммунологической памятью, которая вырабатывается к антигенам в лимфоидной ткани и в ней же сохраняется.
  2. В понятиях клеточного уровня: γ-глобулины секретируются одноклеточными белковыми железами — плазматическими клетками, которые имеют короткий жизненный цикл и постоянно обновляются за счет пролиферации и дифференцировки В-клеток. Эти процессы начинаются в костном мозге и завершаются в мякотных шнурах вторичных лимфоидных органов. Все потомки каждой В-клетки (клон) синтезируют антитела одной иммунологической специфичности; развитие клона стимулируется тем антигеном, который распознается рецепторами соответствующей клоногенной клетки (поверхностными Ig ее клеточной мембраны). Т-хелперы и Т-супрессоры, распознающие тимус—зависимые антигены и нелимфоидные клетки, презентирующие антигены, воздействуют на В-клетки при их размножении и дифференцировке. Часть этих клеточных взаимодействий генетически рестриктирована и требует совпадения кооперирующих клеток по генам главного комплекса гистосовместимости. Созревание Т-клеток, участвующих в антителообразовании, тимус-зависимо. Главные особенности процесса антителообразования объясняются, с одной стороны, тем, что при антител-индуцированном синтезе антител происходит селективное размножение прекоммитированных В-клеток, которые подвергаются воздействию нескольких типов Т-клеток, и эти воздействия могут опосредоваться веществами короткодистантного действия. С другой стороны, структура мозаики прекоммитированных В- и Т-клеток определяется генами и зависит от индивидуального иммунологического опыта, который приобрела популяция лимфоидных клеток. Этот опыт сводится к тому, что действие антигена приводит к длительно сохраняющимся изменениям мозаичной структуры этой клеточной популяции, что и является основой иммунологической памяти.
  3. В понятиях молекулярного уровня: два активных центра молекул иммуноглобулинов формируются совместно тяжелыми и легкими цепями. Основу строения антител и антигенсвязывающих  рецепторов лимфоидных клеток составляют группы гомологичных пептидов (домены). Взаиморасположение активных и эффективных центров молекулы иммуноглобулина устанавливается в результате конформационных изменений, происходящих после гликозилирования; гены иммуноглобулинов в индивидуальном геноме множественны и разнообразны и при онтогенетической дифференцировке В-клеток происходит претранскрипционная реорганизация этих генов. Многообразие антител определяется числом транскрибированных ДНК-вых матриц.

Претензии на то, что определенный методологический уровень имеет приоритетное значение для изучения механизмов иммунитета, чаще всего заявляются амбициозными представителями молекулярного направления. Их аргументация состоит в том, что действительное или, по крайней мере, наиболее полное понимание механизмов достигается в понятиях самого базисного из доступных методологических уровней. Впрочем, известно и противоположное мнение, а именно, что приоритетен самый интегральный уровень и поэтому механизмы, сформулированные на любом уровне, приобретают настоящий иммунологический смысл только будучи транскрибированными на организменный уровень. Эти разногласия, казалось бы, легко устранить, суммировав все звенья механизма антителообразования, независимо от методологического уровня, на котором они были открыты. Некоторые из звеньев окажутся при этом выраженными в понятиях нескольких уровней, что легко заметить, сравнив приведенные выше формулировки, и это, конечно, повышает их убедительность.
Однако в действительности выбор приоритетного методологического подхода заключается вовсе не в том, чтобы определить, в каких понятиях целесообразней формулировать механизм, например, антителообразования. Только когда этот механизм будет достаточно полно и правильно определен, подобный вопрос приобретает реальный смысл. Но нет никакой уверенности, что такой момент уже настал и что механизм антителообразования, а тем более, других феноменов иммунитета, расшифрован достаточно полно и правильно, даже если учесть результаты, полученные на любых уровнях изучения. Наоборот, не вызывает сомнений, что часть звеньев механизма антителообразования определена ошибочно, как это недавно выяснилось с презентацией антигенов макрофагами-фагоцитами, а другие звенья, доступные для открытия существующими методами и имеющие принципиальное значение, остаются еще неизвестными, как в этом можно было убедиться на примере претранскрипционной реаранжировки генов иммуноглобулинов. Поэтому главной задачей при расшифровке механизмов иммунитета остается поиск его недостающих звеньев — необнаруженных или истолкованных ошибочно.
Проверка гипотез достигается испытанием их прогностических возможностей. Для гипотез о механизмах иммунитета речь может идти о предсказании того, как будет протекать иммунологический процесс в различных ситуациях, экспериментальных и естественных. Гораздо сложнее заранее оценить метод поиска еще не выясненных механизмов иммунитета. В этой связи и возникает вопрос: можно или нельзя заранее определить, какой методологический подход обеспечивает наиболее успешный поиск. Вполне возможно, что в ближайшие годы больше всего новых фактов будет получено на молекулярном уровне изучения иммунитета, уже потому, что это сравнительно новый подход, который еще не успели применить ко многим известным иммунологическим явлениям. Но далеко не всякий результат дает сведения, нужные для расшифровки неизвестных звеньев иммунологических механизмов. Наиболее ценными для этого чаще всего оказываются неожиданные данные, не укладывающиеся в устоявшиеся представления, и нельзя заранее предсказать, ни в каком направлении, ни каким методом их искать.
Достаточно напомнить два сравнительно недавних примера — открытие естественных киллеров и клеточных лигандов для рецепторов микроорганизмов. Оба открытия были неожиданными и далеко не сразу привлекли к себе внимание как перспективные объекты для изучения механизмов иммунитета. Теперь же многим кажется, что они имеют отношение к его важным механизмам.
Сам характер научного поиска, в отличие от научной разработки, заставляет сомневаться в возможности предсказать, в каком направлении и каким методом лучше его проводить. Разумеется, часто известно, где и как легче искать, но до тех пор, пока поиск реально не проведен, можно лишь предполагать, но нельзя знать, найдется ли в таком месте то, что ищешь. Эта характерная черта научного поиска стала очевидной уже на заре современного естествознания. «Люди обычно судят о новых вещах по примеру старых, следуя своему воображению, которое предубеждено и запятнано ими. Например, если бы кто-нибудь до изобретения огнестрельного оружия описал эту вещь по тому, как оно действует, и сказал бы: «Сделано изобретение, посредством которого можно с далекого расстояния сотрясать и разрушать стены и укрепления . . . », то люди, конечно, стали бы делать много разных догадок об увеличении сил метательных снарядов и орудий посредством грузов и колес и стенобитных средств этого рода. Но едва ли чьему-либо воображению и мысли представился бы столь внезапно и быстро распространяющийся и взрывающийся огненный шар, ибо человек не видал вблизи примеров этого рода, кроме, может быть, землетрясения и молнии, а эти явления были бы тотчас исключены людьми, как чудо природы, коему человек подражать не может. Точно также, если бы кто-либо ранее изобретения мореходной иглы, сказал, что изобретен прибор, посредством которого можно точно определить и указать страны света и кардинальные точки неба, то люди, тотчас подстрекаемые воображением, устремились бы к разнообразным предположениям об изготовлении более совершенных астрономических приборов. Изобретение же такого предмета, движение которого сходится с небесным, хотя он сам не из числа небесных тел, который состоит из ... металла, считалось бы совершенно невозможным. Ибо эти открытия . . . настолько отличны и удалены от всего познанного ранее, что никакое предшествующее знание не могло к ним привести» (Ф. Бэкон, 1620).
Непредсказуемость путей научного поиска, в частности, в иммунологии, не исчезла и теперь. Поучителен в этой связи разбор путей, которые привели к значительным открытиям, проведенный недавно Хамфри, который сам является крупным иммунологам (J. Hamprey, 1984 г.). О собственных работах он с подкупающей искренностью пишет, что нельзя утверждать, что все эксперименты, проведенные им, основывались на гипотезах, оказавшихся неправильными. Но верно то, что большинство его работ, которые дали новые или интересные результаты, основывались на неожиданных или случайных данных. То же самое, по его компетентному свидетельству, относится ко многим важным открытиям, сделанным другими современными иммунологами. Вот некоторые из примеров, которые он приводит.
Дж. Миллер изучал лейкозы мышей AKR и в связи с тем, что у них часто поражается тимус, проводил тимэктомию, чтобы выяснить, как это отражается на развитии лейкоза. Производя тимэктомию в раннем возрасте, он неожиданно обнаружил, что неонатальная тимэктомия вызывает синдром малорослости и гибель мышей от инфекций; к лейкозам это не имело никакого отношения. Продолжая исследовать этот феномен, Миллер установил, что у малорослых мышей приживаются аллогенные трансплантаты и снижен индуцированный синтез антител к Н-антигену сальмонелл, а при введении сингенных тимоцитов эти дефекты устраняются. Так была открыта роль тимуса в иммунитете, т. е. сделан один из самых значительных шагов вперед в современной иммунологии. Миллеру крупно повезло: если бы в качестве антигена он использовал не Н, а О-антиген, который, как потом выяснилось, относится к тимус-независимым, неизвестно, смог ли бы он придти к правильным выводам.
X. Кламан пытался вызвать образование антителопродуцирующих клеток из тимоцитов, которые в действительности предшественниками клеток не являются, и с этой целью вводил смертельно облученным мышам тимоциты вместе с эритроцитами в качестве антигена. Чтобы предотвратить гибель реципиентов, он одновременно лечил их костным мозгом. Эксперимент заключался в определении количества гемолитических клеток в селезенках реципиентов. Оказалось, что их количество превышает сумму гемолитических клеток, индуцируемых при раздельном введении тимоцитов и костного мозга. Отсюда был сделан правильный вывод, что при образовании антител осуществляется кооперация Т- и В-клеток, и тем начата новая важная глава в иммунологии.
П. Новелл занимался хромосомным анализом лейкозных клеток, выращивая их в культурах. Для выделения лейкозных клеток он осаждал эритроциты крови фитогемагглютиничном. При эксплуатации обнаружилось, что, помимо лейкозных клеток, размножаются и мононуклеары крови. Так был открыт первый лимфоцитарный лектин-митоген, что было тем более неожиданным, что Новелл был не первым, кто использовал ФГА для осаждения эритроцитов при выделении лейкоцитов для культивирования.
Ц. Мильштейн пытался выяснить, не имеют ли культивируемые ин витро миеломы необычно высокий уровень мутирования, который отражался бы на структуре продуцируемых ими иммуноглобулинов. Этого найдено не было, и он решил проверить не происходит ли «перемешивание» константных и вариабельных участков в иммуноглобулинах, секретируемых гибридными клетками мышиной и крысиной миелом. Предполагаемого «перемешивания» также не было обнаружено. Но в ходе работы понадобилась клеточная линия, которая продуцировала бы иммуноглобулин со специфичностью антитела к определенному антигену и, вместе с тем, само поддерживалась бы в культуре.
Среди испробованных миелом такой линии не нашлось и Мильштеин вместе с Дж. Коллером попробовал ее создать путем гибридизации селезеночных клеток мыши, иммунизированной эритроцитами барана с мышиной миэломой РЗ. Попытка увенчалась полным успехом, а это и было созданием гибридомной техники.
Количество таких примеров можно значительно увеличить. Имея на то серьезные основания, Хамфри относит к ним удостоенное Нобелевской премии открытие -австралийского антигена В. Блюмбергом, а также генетического контроля иммунного ответа М. Села и X. Макдэвидом. Все они не были, разумеется, случайными открытиями, несмотря на то, что были непредсказуемыми и имели элемент случайности. Для того, чтобы их сделать, помимо таланта и высокого профессионализма, нужно было уметь по достоинству оценить, а не отмахнуться от непонятных результатов, иметь «нюх» на такие результаты и готовность быть ими простимулированным. Отсюда, в частности, следует, что только исследователь, сам проводящий опыты, а не делающий это через посредников, может заметить и не утерять ценные неожиданные результаты. Главный же вывод состоит в том, что путь и методология успешного научного поиска заранее неопределимы.
Претензии на точное знание того, какое направление и какая методология научного поиска являются самыми правильными или даже единственно правильными, высказывались неоднократно, хотя никогда не оправдывались. Примерами служат алхимия, каббала или лысенковское направление в биологии. При всем разнообразии, эти попытки имели общую черту: они носили характер экзотерического, т. е. внутреннего априорного знания. Экзотерическое знание отличается тем, что оно возникает до и независимо от опыта, не нуждается в опытной проверке и сохраняется безотносительно к ее результатам. Следует подчеркнуть, что экзотерическое знание принципиально отличается от убежденности ученого в перспективности избранного им пути.
В ряде случаев такая убежденность оказывается полезной. Она основывается на компетентной оценке ситуации, на личностных особенностях ученого, его интуиции и поэтому не поддается полному логическому обоснованию. Степень уверенности может быть различной, но при всех условиях она остается лишь уверенностью, но не знанием, пока не будет доказана ее правота. От ученого нельзя ожидать равнодушия и всеядности, когда речь идет о выборе направления исследований. Но для него обязательна терпимость и понимание, что возможен не только им избранный, но и иные пути научного поиска, другими словами, что его путь — не единственно правильный, а один из возможных, но который представляется ему наиболее перспективным и привлекательным.

Такая убежденность не есть знание в научном смысле, а лишь готовность и желание подвергнуть опытной проверке свое предположение, после чего оно может стать знанием.
Вера в возможность экзотерического знания избавляет от научной терпимости и создает мессианские иллюзии: может быть, психологическая потребность в подобных иллюзиях играет роль стимула при трансформации убежденности в априорное знание правильности избранного пути. Впрочем, претензии на обладание экзотерическим знанием бывают соблазнительными главным образом из конъюнктурных соображений, которые чаще всего и оказываются решающими. Так или иначе, трансформация убежденности в экзотерическое знание не проходит даром. Известны печальные случаи, когда ученые расплачивались за нее утерей исследовательского чутья, критичности к собственным и терпимости к чужим результатам, и делали дорогостоящие попытки администрировать в науке.
Претензии на знание единственно правильного методологического подхода для поисков механизмов иммунитета, как это ни кажется странным на первый взгляд, также имеют отчетливые черты экзотерического знания. И в данном случае знание, якобы, имеется еще до того, как поиск привел к гели, а, значит, раньше, чем правильность этого знания прошла опытную проверку. Таким образом, речь идет об априорном, не основанном на опыте и от опытной проверки независящем, т. е. об экзотерическом знании.
В целом, если отказаться от возможности априорного знания, несовместимого с наукой в ее современном понимании, то на вопрос о возможности заранее определить, какой из методологических подходов пригоден, а какой не годится для расшифровки механизмов иммунитета, должен быть дан отрицательный ответ. Он отнюдь не является обескураживающим. Наоборот, такой ответ предполагает необходимость использовать параллельные пути научного поиска в иммунологии, что полностью оправдывало себя до сих пор. Качество иммунологических исследований, их результативность и значение для расшифровки механизмов иммунитета определялись при этом весомостью, убедительностью и нетривиальностью результатов, а не тем, па каком методологическом уровне их получали. Между тем, в рецензиях и отчетах иногда, как на достижение, указывается, что работа проведена, например, на молекулярном уровне. Но это может служить комплиментом скорее тем, кто разрешил потратить средства на дорогостоящее оборудование, однако влиять на оценку работы сам по себе ее методологический уровень не может.

Из всего сказанного, разумеется, не следует, что проводя работу в рамках любого из методологических подходов, можно игнорировать данные, полученные на других уровнях изучения иммунитета. Особенно важно знать и учитывать результаты, достигнутые в молекулярной биологии иммунитета, замечательные по своему значению и определенности. Успешность исследования во многих случаях сильно повышается, если в нем используются возможности не одного, а нескольких методологических подходов, т. е. когда поиск проводится на методологических стыках, а не ограничивается параллельными исследованиями, выполняемыми разными методами. Планировать и проводить работу на методологических стыках трудно, главным образом, потому, что она требует интегральных представлений о механизмах иммунитета. Их выработке как раз и мешает инерция, связанная с представлениями о приоритетных методологиях научного поиска (ошибочность которых обсуждалась выше), а не только вынужденное методологическое размежевание в современной иммунологии.

 
« Меланома кожи   Методы исследования и манипуляции в клинической медицине »