Начало >> Статьи >> Архивы >> Тело и антитело

Первые шаги современной иммунологии - Тело и антитело

Оглавление
Тело и антитело
Предисловие
Определение науки о самости
Как важно знать, кто вы
Миксина и минога
Наши общие защитные механизмы
Механизм иммунной системы
Иммуноглобулины
Антитела
Лимфоциты
Реакция на антиген
На заре иммунологии
Рождение теории самости
Первые шаги современной иммунологии
Развитие науки
Значение иммунологии
Борьба против рака
Иммунология и воспроизводство
Промахи иммунитета
Аутоиммунитет
Неудачи иммунологии - простуда
Неудачи иммунологии - интерферон
Неудачи иммунологии - малярия
Будущее иммунологии
Иммунология и старение
Феномен усиления и толерантность
Рак, предупреждение беременности, пересадки

Глава 6
Первые шаги современной иммунологии
Ценность научной теории заключается не в ее приближении к абсолютной истине, которую мы никогда не познаем, а в стимулировании экспериментов, призванных ее опровергнуть или подтвердить,— экспериментов, которые сами по себе дают новые знания.
Ценность гипотез Макферлана Бэрнета об иммунологической толерантности состоит в том, что они побудили Питера Медавара заняться поиском экспериментального их доказательства. Ценность же исследований самого Медавара, проводившихся в Лондоне в начале 50-х годов, заключается не только в доказательстве теории толерантности, но и в воодушевлении, которое они вызвали у многих ученых, а также в том, что они внезапно сделали осуществимой идею пересадки органов.
И, однако, Медавара привела в эту область любопытная цепь случайностей. Медавар был прежде всего зоологом. Свои исследования он начал в училище патоанатомии в Оксфорде, в том самом учреждении, где много позже Гоуэнс занимался выяснением роли лимфоцитов. Во время войны Медавар работал над проблемой пересадки кожи от одного человека к другому — проблемой, имевшей в то время большое значение, так как немало пилотов получали тяжелые ожоги. По окончании войны, вернувшись в Оксфорд, Медавар имел самое смутное представление о дальнейшем направлении собственных исследований. В 1946 году Макферлан Бэрнет приглашал его в Мельбурн, но вместо этого, отработав два года профессором в Бирмингэмском университете, Медавар перешел на кафедру зоологии Лондонского университетского колледжа.
Как и Бэрнета, Медавара интересовали исследования на телятах-близнецах, проводившиеся в Висконсинском университете Оуэном. Продолжая собственные работы военного времени, он попытался пересаживать кожу между такими телятами и обнаружил, что, несмотря на совершенно очевидные генетические различия между двумя особями, они принимали кожные трансплантаты друг от друга. К тому времени успешные пересадки ограничивались трансплантациями между идентичными близнецами, когда обе особи развиваются из единственной оплодотворенной яйцеклетки и совершенно одинаковы как в генетическом, так и в антигенном отношениях. (Пересадки роговицы глаза, где нет кровоснабжения, а следовательно, нет ни циркулирующих лимфоцитов, ни антител, осуществлялись еще в 1852 году.) Но пересадки между телятами-близнецами, выполнявшиеся ассистентом Медавара, Рупертом Биллингэмом, ни к чему не привели. Тем временем в 1949 году стало известно о гипотезах Бэрнета относительно иммунологической толерантности.
Итак, развивая собственные исследования, а также позаимствовав ряд идей из опубликованных работ Оуэна и Лилли, который вслед за Оуэном занялся телятами, Медавар составил окончательную программу работ с целью проверки справедливости гипотезы Бэрнета. В 1951 году к Биллингэму присоединился Линдсей Брент, молодой студент-зоолог Бирмингэмского университета; таким образом, группа увеличилась до трех человек. Толерантности Брент посвятил свою дипломную работу (ныне он профессор иммунологии в Лондонской больнице Св. Марии; Биллингэм работает в США).
Медавар намеревался взять мышей высокоинбредных линий, ввести эмбрионам одной линии клетки от взрослых животных другой линии, а затем с помощью пересадок кожи проверить, удалось ли добиться толерантности по отношению ко второй линии. В основе этого экспериментального метода лежало техническое достижение, честь открытия которого принадлежит не Медавару: это выведение чрезвычайно чистых линий инбредных лабораторных мышей. Путем многократного спаривания братьев с сестрами и обратного скрещивания потомства с родителями оказалось возможным получить линии мышей, в которых каждая особь с генетической точки зрения практически полностью идентична любой другой особи. Все они как бы являются идентичными близнецами, иными словами, генетическая изменчивость, характернейшая черта полового размножения, настолько снижена, что каждое новое поколение почти так же похоже на своих родителей, как при клоновом, или вегетативном, размножении. По крайней мере в том, что касается антигенов на поверхности клеток животных, они, по- видимому, идентичны друг другу.
Группа Медавара использовала две чистые линии мышей: А (белые мыши) и СВА (серые мыши). Обе линии и по сей день используются в зоологических и генетических лабораториях, но Медавара интересовала не только живучесть этих животных, но и их чрезвычайно сильные взаимные реакции отторжения. Они прослеживались настолько отчетливо, что исследователи получали возможность измерять в днях время, необходимое для отторжения трансплантата, и тем самым обеспечить систему количественной оценки силы отторжения. Так, обычная мышь линии А отторгает кожный трансплантат СВА за десять-одиннадцать дней. Если же мышь А предварительно иммунизирована против линии СВА инъекциями клеток от животных этой линии, то отторжение трансплантатов идет гораздо быстрее и занимает всего пять-шесть дней. Эта реакция «второй попытки» — то же, что и иммунитет против инфекционного заболевания, который приобретается организмом, ранее перенесшим эту болезнь. (Возвращаясь к сделанной выше оговорке относительно полной генетической идентичности, заметим: много позже было обнаружено, что у самцов имеется крайне слабый антиген, отсутствующий у самок; это слабейший из всех антигенов, открытых к настоящему времени, но и он может вызвать отторжение 60 или 100 дней спустя.)
Вначале исследователи применяли следующий метод: вскрывали брюшную полость беременной мыши и добирались до матки, которая у мышей прозрачна.
Через стенку матки 15—18-дневным эмбрионам линии А вводили дозы клеток от взрослых животных линии СВА; всю операцию, разумеется, повторяли, вводя клетки от взрослых мышей А эмбрионам СВА. Два- три дня спустя потомство появлялось на свет (у мышей беременность длится 20 дней). Когда мышатам исполнялось пять-шесть недель, они получали кожные трансплантаты от взрослых мышей той линии, чьи клетки вводились им до рождения. Одновременно проводились контрольные опыты на обычных мышах.
Биллингэм и Медавар производили пересадки в 1951 году. Предварительно в коже животного-реципиента тщательно подготавливалось ложе, затем точно по его размеру вырезался кусочек кожи у донора. После пересадки на это место накладывали тонкий пластырь и оставляли его на девять дней. На десятый день пластырь снимали: оставалось наблюдать за развитием трансплантата. При обычной реакции отторжения пересаженный участок кожи должен воспаляться и шелушиться. На принятие трансплантата указывает отрастание на нем шерстки, то есть очевидным признаком толерантности являются пятна белой шерсти у серых мышей или серой шерсти — у белых.
Медавар и его коллеги работали в совершенно иных условиях, чем Бэрнет. Еще до того, как им были выдвинуты теории толерантности и селекции клонов, Бэрнет пользовался всемирным признанием, которое пришло к нему благодаря исследованиям вирусов и бактериофагов. Он был директором современного научно-исследовательского института. Трое ученых из Университетского колледжа в Лондоне располагали всего лишь двумя крошечными лабораторными комнатами в ветхом здании. Им приходилось работать в тесноте и без удобств. Кроме того, Медавар вынужден был постоянно испрашивать дополнительные средства на приобретение оборудования, в частности ультрацентрифуг, а также на содержание довольно дорогостоящих колоний мышей. Пересадки кожи и инъекции эмбрионам сопряжены с многочисленными и весьма искусными хирургическими операциями.
К началу 1951 года полугодовая работа почти не дала результатов. Ученые не знали, какие именно клетки следует вводить эмбрионам и в каком количестве. Много выводков погибло. Порой исследователи впадали в уныние и спрашивали себя, существует ли вообще такое явление, как искусственная толерантность. Но даже скудные результаты ободряли, и на протяжении девяти месяцев 1952 года Медавар, Биллингэм и Брент трудились поистине в поте лица, изменяя то одну часть своего метода, то другую. Брюшную полость беременной мыши уже не вскрывали; по мере того как рос опыт, а вместе с ним и хирургическое мастерство, они научились просто делать на коже надрез. После этого они вводили клетки взрослого животного, вызывающие толерантность, через стенки живота и матки одновременно. Это было не столь эффективно, но явно лучше переносилось животными, и мыши гибли реже.
К концу 1952 года ученые систематически получали обнадеживающие результаты. Возбуждение их нарастало. Под пучками белой шерсти у серых мышей определенно скрывалось какое-то явление, неизменно воспроизводившееся с помощью их метода. Это явление им предстояло проанализировать и решить, что же в самом деле происходит.
Первый вопрос, который следовало задать, был иммунологическим: специфично ли это явление? (Вероятно, ученые потеряли бы всякий интерес к работе, окажись оно неспецифичным.) Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи брали животных с самыми большими и лучше всего прижившимися кожными трансплантатами, покрытыми шерстью, и пересаживали им кожу от третьей чистой линии инбредных мышей. Они брали, скажем, мышь СВА, которая в результате инъекции до рождения стала толерантной к антигенам линии А; ярко выделявшийся участок шерсти отмечал место, где прижился кожный трансплантат от линии А. На другую сторону грудной клетки подопытной мыши пересаживали кусочек кожи от третьей линии мышей, в данном случае от так называемой линии AU. Все кожные трансплантаты AU отторгались точно за такое же время, какое требуется организму обычной мыши для отторжения трансплантата от любой другой линии. Таким образом, удалось установить, что вызванная учеными толерантность была специфичной по отношению к антигенам мышей линии А. Повторные эксперименты показали, что и мыши А становились специфически толерантными к антигенам СВА. Следовательно, толерантность иммунологически специфична. Этот вывод имел жизненно важное значение для бесчисленного множества дальнейших исследований.
Второй вопрос, который предстояло выяснить, заключался в следующем: была ли искусственно наведенная толерантность общим дефектом всей системы образования антител у подвергшейся воздействию мыши или же объяснялась только неспособностью к специфической иммунной реакции? Для этого исследователи разделили выбранных наугад мышей СВА на две группы. Одной группе ввели клетки от мышей А, иммунизировав ее таким образом против антигенов этой линии. У обеих групп взяли клетки лимфатических желез и ввели их другим мышам СВА, у которых предварительно была наведена толерантность к клеткам линии А и нормально прижились кожные трансплантаты от мышей А. Все ранее толерантные мыши отторгли кожные трансплантаты, причем животные, получившие пресенсибилизированные клетки, отторгли трансплантаты быстрее, чем животные, получившие клетки от мышей, никогда не встречавшихся с антигенами линии А. Так было доказано, что толерантность является дефектом способности только к специфической иммунной реакции.
Этот эксперимент частично ответил и на другие вопросы. Изменяется ли трансплантат в связи с самим фактом его пребывания в другом организме? Изменяются ли антигены прижившегося трансплантата настолько, чтобы этим можно было объяснить толерантность? Дальнейшие опыты окончательно опровергли такую возможность. Вторичная пересадка кожи толерантным животным показала, что они по-прежнему толерантны. Затем сотрудники Медавара взяли здоровые трансплантаты и передали их обычным животным из линии как доноров, так и реципиентов: первые принимали кожу своей собственной линии, вторые отторгали трансплантаты, успешно жившие на их генетических копиях, у которых была вызвана толерантность. Итак, толерантность объяснялась не изменениями в трансплантате.
Наконец, полученные результаты были подтверждены работами на зародышах цыплят; тем самым было доказано, что данное явление не ограничивается мышами. Исследования на куриных эмбрионах стимулировались работами чешского иммунолога Гашека. На одиннадцатый день инкубации (за девять дней до ее окончания) два эмбриона соединяли таким образом, что их кровоток становился смешанным. Благополучно вылупилось несколько пар цыплят, которые, подобно телятам-близнецам, были «химерами», то есть в кровотоке каждого из них имелись клетки красной крови от обеих особей. Позже были проведены успешные пересадки кожи между этими парами цыплят.
Впервые сообщение о существовании искусственно наведенной иммунологической толерантности появилось в 1953 году в ведущем английском научном журнале Nature. Полное описание работы, подтвердившей предсказания Бэрнета (1949), появилось три года спустя в журнале Royal Society Philosophical Transactions.
До этого, в 1955 году, Биллингэм и Брент установили, что период, в течение которого можно навести толерантность, не ограничивается стадией эмбрионального развития и у мышей захватывает по меньшей мере около суток после рождения. Иными словами, развитие системы самораспознавания и способности вступать в схватку со всем инородным не завершается к моменту рождения. У человека, возможно, проходит несколько месяцев после рождения, прежде чем эта система полностью вступает в строй. С точки зрения техники эксперимента открытие Биллингэма и Брента значительно упростило дело, ибо теперь можно было не проводить зондирования беременной мыши, не вводить клетки вслепую невидимым эмбрионам в матке, а создавать толерантность инъекцией клеток в вены новорожденных мышат в первые сутки их жизни.
В известном смысле доказательство существования иммунологической толерантности и возможности ее искусственного наведения оказало наибольшее влияние на творческое воображение иммунологов. Оно придало всей науке новый смысл: организм не только защищается от чужеродных бактерий, гораздо точнее сказать, что особь, хотя бы и мышь, защищается против материала от другой особи. А сам метод, с помощью которого можно было пробить брешь в защитных механизмах,— если угодно, метод обмана — заключайся в том, чтобы «убедить» особь, что другая специфическая особь — «своя», причем все прочие особи по-прежнему правильно распознавались бы ею как «чужие». И хотя не было открыто ничего похожего на «индивидуальную метку» (да и существует ли она вообще в природе?), весь процесс в целом представляет собой какую-то дифференциацию между «своим» и «несвоим». Более того, стало ясно, что этот механизм дифференциации полностью начинает действовать лишь на определенной стадии развития особи: система поддается количественной оценке и проверке.
По-видимому, лишь случайность — то обстоятельство, что Медавар и раньше занимался проблемами пересадки кожи,— побудила его использовать именно этот метод для выяснения вопроса о том, существует ли иммунологическая толерантность. Но эта случайность оказалась счастливой, так как позволила английским исследователям избежать ошибки Бэрнета: избранная ими техника предполагала постоянное присутствие инородных антигенов в системе реципиента — присутствие, крайне важное для сохранения толерантности. Но едва ли можно сомневаться, что такого рода открытие, не сделай его Медавар, все равно было бы сделано некоторое время спустя другим ученым.
Доказательством толерантности с помощью шкалы времени, в течение которого живут кожные трансплантаты, служит трансплантационная хирургия. Новое направление, которое приняла иммунология с появлением теорий Бэрнета, молчаливо предполагало возможность пересадки органов как обычного и повседневного метода лечения. Однако пересадки органов стали одной из главных целей новой иммунологии, в частности именно потому, что ее экспериментальной основой послужили трансплантации. Такое развитие событий тем более любопытно, что пока мы предпочитаем убеждать организм больного принять трансплантат от другого индивида отнюдь не с помощью искусственно наводимой толерантности: мы добиваемся этого, подавляя производство специфических антител уже после того, как специфические чужеродные элементы распознаны (подробнее см. гл. 8).
В 1966 году в интервью по английскому радио Медавар, удостоенный в 1960 году (совместно с Бэрнетом) Нобелевской премии, подвел итог этой своей деятельности:

Я полагаю, что на самом деле Нобелевскую премию мне дали за то, что я разработал биологическую теорию пересадки тканей и поставил ее на прочную экспериментальную основу. В частности, была открыта принципиальная возможность преодолеть барьер, который обычно не допускает пересадок тканей между различными индивидами. Это иммунологический барьер, и в то время, когда мы только приступали к работе, было еще далеко не ясно, удастся ли вообще его сокрушить и станут ли когда-либо возможными пересадки тканей от одного человека к другому. Мы доказали, что это возможно, — и действительно, теперь их делают, пользуясь самыми различными методами, а не только тем, который мы первоначально указали.

В своей автобиографии Бэрнет рассказывает о частых встречах с Медаваром в 50-х годах, которые нередко происходили в неофициальной обстановке. Как заманчиво представить себе этих двух собеседников: невысокого, худощавого, натянутого, как струна, Бэрнета, в котором дух шотландских предков-пресви- териан сочетается с австралийской национальной гордостью, и длинного, уравновешенного, изысканного Медавара, сына арабского купца из Ливана, уроженца Бразилии, который считает своими предками финикийских морских торговцев, а образование получил в английской государственной школе и в Оксфордском университете.
В 1968 году в Пенсильванском университете (Филадельфия) Медавар прочитал цикл лекций, опубликованных позднее под названием «Индукция и интуиция в научном мышлении». В них он утверждал, что на протяжении последнего столетия было принято считать, что научное мышление индуктивно, а ученый идет от частного к общему: собирает факты, выводит из них какой-либо общий закон, на его основе делает предсказания о дальнейших фактах, а затем доказывает закон экспериментальной проверкой предсказаний.

Сам Медавар высказывается в пользу так называемой «гипотетико-дедуктивной системы» объяснения действительного хода событий в науке, характеризуя ее так:

Наука приводится в поступательное движение не логикой. Научное рассуждение есть исследовательский диалог, в котором всегда различимы два голоса, два потока мысли — воображение и критика; они чередуются и взаимодействуют. Когда говорит воображение, мы составляем мнение, становимся на ту или иную точку зрения, высказываем обоснованную догадку, пытаясь объяснить рассматриваемое явление. Творческий акт есть формирование гипотезы... Процесс, в ходе которого мы выдвигаем гипотезу, не алогичен, но и не логичен, то есть его логика — внешняя. Но, составив себе мнение, мы можем подвергнуть его критике, обычно путем эксперимента; это — внутренний процесс, прибегающий к логике, ибо он представляет собой эмпирическую проверку логических следствий нашего предположения... Если наши предсказания сбываются, мы вправе до некоторой степени довериться гипотезе. Если нет, значит, мы где-то ошиблись, может быть, настолько серьезно, что от гипотезы вообще следует отказаться .

Далее, по мнению Медавара, именно рискованная, дерзкая гипотеза, которая так легко может оказаться неверной (вспомним, как Бэрнет опубликовал свою теорию клонов в сравнительно малоизвестном австралийском журнале), внушает нам особое доверие, когда выдерживает критическую проверку опытом. Заимствуя из своей научной практики наглядную иллюстрацию (это одновременно немаловажный эпизод в истории иммунологии). Медавар рассказывает о том, как он и его сотрудники проглядели очевиднейшую реакцию «трансплантат против хозяина», которая присутствовала в их ранних опытах. Хотя факты буквально бросались в глаза, они оставили их без внимания, ибо эти факты «не входили в наше представление о том, что может быть истинным, или, иначе говоря, из-за ошибочного убеждения, что они не могут быть истинными».
История иммунологии будет давать все новые иллюстрации к такому представлению о природе научного прогресса. Однако это представление разделяется далеко не всеми, в частности в США. Вот что, например, пишет Бэрнет в своей автобиографии по поводу теории селекции клонов:

Я уже говорил, что считаю своим важнейшим вкладом в науку концепцию селекции клонов применительно к иммунологической теории. Но, думаю, не ошибусь, если скажу, что большинство американских иммунологов придерживается той точки зрения, что, хотя современный подход к иммунологии включает практически все положения, выдвинутые мною в 1957—1959 годах, мои теоретические воззрения как таковые почти не имели отношения к развитию иммунологии. По их мнению, ее современное состояние является просто результатом накопления экспериментальных данных, а моя теория не оказала на него существенного влияния. Я очень сочувствую этой точке зрения, но по весьма естественным человеческим причинам должен сказать, что вся философия клоновой селекции среди соматических клеток организма была новой в самой своей основе, что она очень важна для осмысления болезней человека и что многие иммунологи и патоанатомы по сей день не могут в ней разобраться 1 .

Подводя итоги, Бэрнет вновь возвращается к этой теме:

В медицинской науке я часто давал поводы для споров, и, как вы, возможно, уловили между строк, многим солидным ученым в то или иное время казалось, что я поступаюсь главным требованием к ученому: не идти дальше того, что можно установить экспериментально. Вероятно, будет правильнее сказать, что отчеты о новых экспериментальных работах — неподходящее место для умозрительных рассуждений. Я слишком часто нарушал это правило, причем с возрастом грешил этим все больше 2 .

Однако «грешник» явно не раскаялся.
В связи со всем этим представляют огромный интерес высказывания одного из самых выдающихся иммунологов США, профессора Роберта Гуда.
В 1969 году на конференции по опухолям у беспозвоночных Гуд представил доклад (ныне опубликованный Национальным онкологическим институтом в виде отдельной монографии), который заканчивался следующими словами:

Наша позиция в высшей степени умозрительна. Тем не менее из нее вытекает множество рабочих гипотез, не лишенных научной ценности хотя бы потому, что их можно опровергнуть. Вот первая попавшаяся: злокачественные опухоли у беспозвоночных не возникают вообще или возникают очень редко. Именно эту гипотезу нам хотелось бы вынести на суд симпозиума. Будет просто великолепно, если он опровергнет нас и докажет, что злокачественные опухоли у беспозвоночных так же часты и разнообразны, как у позвоночных1 .

Насколько известно, эта гипотеза пока никем не опровергнута.

1           Burnet М., Changing Patterns, London, 1968, р. 201.

2           Там же, стр. 245,



 
« Субклинические гипотиреоидные состояния и их оценка   Тениаты - ленточные гельминты »