Текст книги "Невероятный иммунитет. Как работает естественная защита вашего организма"

Впрочем, нет никаких сомнений, что эти открытия заслуживают громогласного чествования. Это решающее событие в нашем понимании человеческого тела привело не менее чем к тридцати тысячам научных статей, посвященных толл-подобным рецепторам в иммунной системе, то есть ко все более подробным исследованиям. Следующий шаг – обнаружить, какую разновидность микроба или вируса способен видеть тот или иной номерной рецептор. Тогда как TLR4 связывается с молекулой на внешней стенке бактерий (ЛПС), TLR5 и 10, как выяснилось, сцепляются с молекулами, обнаруженными в организмах паразитов, TLR3, 7 и 8 определяют некоторые разновидности вирусов и так далее. Шквал исследовательских работ, последовавший за тем открытием, показал и то, что толл-подобные рецепторы – всего лишь одна из разновидностей образ-распознающих рецепторов: существует множество других, с непроизносимыми названиями вроде «рецептор олигомеризации нуклеотидов», «лектиновые рецепторы типа С» и «RIG-1-подобные рецепторы» [86]86
    Кишечная палочка. – Примеч. перев.


[Закрыть].

Образ-распознающий рецептор не только способен опознавать свой тип микроба или вируса, но и размещаются эти рецепторы по-разному: они стратегически выгодно располагаются там, где тот или иной микроб или вирус может обнаружиться. Например, TLR4 находится на поверхности многих белых кровяных телец и там следит за всякими бактериями, в том числе за E. coli [87]87
    Lemaitre, B., An Essay on Science and Narcissism: How Do High-Ego Personalities Drive Research in Life Sciences? (Copy Media, 2016).


[Закрыть] и сальмонеллой. Другой образ-распознающий рецептор, RIG-1, находится внутри клеток и ждет красноречивых сигналов о вторжении вируса – допустим, гриппа. Рецептор, важный для распознания грибка, – Candida albicans, например, из-за которого возникает кандидоз полости рта, – торчит на поверхности иммунных клеток, лучше всего справляющихся с уничтожением грибка. Одной из групп ученых, выясняющих такие подробности, руководит Сидзуо Акира в Осакском университете в Японии – «человек немногих слов, но многих публикаций» [88]88
    Cyranoski, D., ‘Profile: Innate ability’, Nature 450, 475–477 (2007).


[Закрыть].

До всех этих открытий считалось, что иммунная система – защита «на скорую руку», подобно тому, как кожу, например, можно было бы считать простой преградой, защищающей тело от микробов. Но обнаружилось изобилие всевозможных образ-распознающих рецепторов, приспособленных засекать и различать микробов тех или иных видов и включать отклик, сообразный угрозе, и стало ясно, что врожденный иммунитет гораздо сложнее, чем мы думали. Врожденный иммунитет не просто улавливает присутствие микробов, а способен распознавать, микробы какого вида появились в организме, и соответствующе направлять иммунный ответ.

Из полутора миллионов известных биологических видов на Земле примерно 98 % – беспозвоночные, и они сопротивляются болезням, располагая лишь такой обороной. Их иммунная система применяет лишь те рецепторы, которые откликаются на характерные особенности микробов. У нас же это лишь один из способов, какими наше тело борется с недугами. Система (или подсистема), о которой идет речь, – врожденный иммунитет, – составляет первую линию обороны, мгновенный отклик на присутствие микробов [89]89
    Не очень понятно, почему, например, насекомым не нужна более сложная иммунная система, подобная нашей. Иногда это пытаются объяснить размерами организма и продолжительностью его жизни или же тем, что вместе с усложнением всех систем тела усложнялась и иммунная защита.


[Закрыть]. С оппортунистическими грибковыми инфекциями или бактериями, попадающими в порез или рану, наша иммунная система обычно разбирается быстро. А вот когда врожденный иммунный отклик неспособен полностью устранить инфекцию, важным становится иммунитет приобретенный – действие Т– и В-клеток, и они подключаются через несколько дней после того, как тело оказывается заражено. Подавление инфекций за два-три дня обычно сводится к тому, что образ-распознающие рецепторы засекают микробное вторжение и происходит соответствующий отклик. По оценкам – хотя рассчитать это довольно сложно, – около 95 % нашей защиты от микробов есть врожденный иммунитет [90]90
    Это предположение сделал Рольф Цинкернагель в своей речи на 64-м съезде нобелевских лауреатов в Линдау 1 июля 2014 года, о чем Жюль Офман вспоминает в интер– вью, записанном на том съезде. Запись интервью: http://www.dw.de/tomorrow-today-thescience-magazine-2014–07–07/e-17717966–9798.


[Закрыть]. Со времен первой прививки от оспы, которую 220 лет назад сделал Дженнер восьмилетнему мальчику, мы пытались понять устройство иммунитета, но вплоть до 1989 года человечество исследовало лишь часть – может, всего 5 % – того, что составляет нашу иммунную защиту.

Поначалу первопроходцы исследований врожденного иммунитета не думали о возможных медицинских применениях своих открытий, а лишь пытались разгадать тайну того, как иммунная система работает. Офман считает важным подчеркивать, что это исследование подогревается любопытством, и соглашается с подходом Луи Пастера: «Нет такого понятия – прикладная наука, есть приложения науки» [91]91
    Интервью с Жюлем Офманом, 7 апреля 2015 года.


[Закрыть]. И действительно, существует множество примеров громадных прорывов в медицине, состоявшихся нечаянно. Едва ли не самый блистательный – рентгеновское излучение. Как сказал космолог Мартин Рис: «Тему исследования “как добиться прозрачности плоти” никто не стал бы финансировать, и даже если бы такое финансирование нашлось, исследование не привело бы к рентгеновскому излучению» [92]92
    Rees, M., Our Final Century? (William Heinemann, 2003).


[Закрыть]. Впрочем, вскоре стало ясно, что у исследований врожденного иммунитета все же есть значимые медицинские следствия, и самое важное оказалось связано с вакцинацией – с тем, с чего вообще все началось.

Остается невыясненным, как соли алюминия помогают действию вакцины, хотя с 1932 года их успешно применили к сотням миллионов людей [93]93
    Marrack, et al.


[Закрыть]. Однако разобрались, что адъюванты значимы, потому что включают врожденный иммунитет. Как следствие, вместо солей алюминия можно применять адъюванты, созданные специально для включения врожденного иммунного ответа, – применив молекулы, о которых известно, что именно с ними связываются образ-распознающие рецепторы. Вот так и получилось, что фармацевтические компании изменили свои взгляды на исследование вакцин: когда-то это была область с довольно невзрачными перспективами финансовой отдачи, теперь же она может оказаться доходной. Вдобавок к усилиям благотворителей вроде Фонда Билла и Мелинды Гейтс, финансировавших исследования новых адъювантов для малярийной вакцины, к примеру, такая перспективность сохраняет за врожденным иммунитетом место животрепещущей темы со времен первооткрывателей 1990-х. Один из первых успехов в медицине – молекула, похожая на ЛПС, которую в США в 2009 году одобрили для использования в вакцинах от вируса папилломы человека, из-за которого возникает рак шейки матки [94]94
    De Gregorio & Rappuoli.


[Закрыть]. (Не исключено – хотя это мои досужие измышления, – что Нобелевский комитет ждал прояснения пользы для медицины и только после этого присудил премию за внутренний иммунитет, но ценой ожидания, оказавшегося для Джейнуэя слишком долгим. Как ни крути, то, что для развития замыслов Джейнуэя до хоть какого-то их медицинского применения потребовалось целых двадцать лет, подчеркивает одну из причин, почему большинство исследований, движимых любопытством, финансируются из общественных источников, а не из коммерческих.)

Очень вероятны и другие медицинские применения. Бётлер и прочие считают, что в ближайшем будущем станет возможным помочь пациентам с аутоиммунными заболеваниями – новыми лекарствами, блокирующими действие толл-подобных рецепторов [95]95
    Нобелевская автобиография Бётлера.


[Закрыть]. Ингибиторы толл-подобных рецепторов могут помочь и устранению осложнений при трансплантациях, тоже возникающих из-за нежелательного иммунного отклика: иммунная система человека сопротивляется пересаженному органу [96]96
    Интервью с Люком О’Нейлом, 16 марта 2016 года.


[Закрыть]. Медицинские вмешательства с воздействием на врожденный иммунитет уже происходят, но новые открытия являют нам такие пространства, где можно применять новые лекарства – используя взаимосвязь врожденного и приобретенного иммунитетов. И вот на это мы обратим внимание далее.

Я как-то раз спросил Меджитова, не кажется ли ему, что у Джейнуэя была некая особая черта, определившая его мощный дар провидения – за столько лет до всех остальных [97]97
    Интервью с Русланом Меджитовым, 31 марта 2015 года.


[Закрыть]. Меджитов уверенно ответил, что у многих ученых есть какая-нибудь одна большая мысль, и они держатся ее всю свою жизнь в науке. Джейнуэй же, как все творческие люди, располагал множеством соображений, но самое главное – он никогда не боялся заблуждаться.

2. Клетка пожарной тревоги

Мозг человека сосредоточен на движениях или изменениях, и из-за какого-нибудь малейшего шевеления рядом с собой человек, бывает, вздрагивает. Подобные отклики развились в нас эволюционно: лучше несоразмерно отозваться на дуновение ветерка, чем проморгать настоящую угрозу. Мимолетный испуг, подумаешь. Однако иммунной системе приходится быть осмотрительнее. Ее мощь нельзя пускать в ход в порядке простой предосторожности. Чересчур рьяные иммунные клетки способны легко уничтожить здоровые клетки и ткани – как случается при аутоиммунных заболеваниях, например, при рассеянном склерозе или детском диабете, а также при септическом шоке.

Как Чарлз Джейнуэй, его современник, канадский иммунолог Ралф Стайнман ломал голову над тем, как зарождается иммунный отклик. Но у Стайнмана оказался несколько иной ход мыслей. Вопрос, ответ на который он считал важнейшим, был таков: как организм принимает решение об иммунном ответе сообразной осторожности? Таков был ключевой вопрос, поскольку, как считал Стайнман, если бы мы знали, как иммунная система решает, когда и как следует откликаться, мы бы поняли, как регулировать иммунитет и устранять неприятности, если он идет вразнос – как при аутоиммунных заболеваниях. Писатель Артур Кёстлер в своей книге «Акт творения» утверждал: «В истории открытий то и дело добираются до неожиданных гаваней, а также до гаваней желанных, но не тем судном» [98]98
    Koestler, A., The Act of Creation (Hutchinson, 1964).


[Закрыть]. Гаванью назначения Стайнмана, взявшегося разрешать эту важную загадку – как работает иммунная система, – стало монументальное научное открытие: новый тип клеток.

Родители Стайнмана хотели, чтобы он изучал религию и принял управление семейным делом – магазином, торговавшим всем подряд, от бытовых приборов до одежды, но Стайнман влюбился в на– уку [99]99
    Nussenzweig, M. C., & Mellman, I., ‘Ralph Steinman (1943–2011)’, Nature 478, 460 (2011).


[Закрыть]. В ту пору ученые лишь недавно выяснили, как выделять различные клетки крови или тканей. Открылся новый фронт науки: предстояло выяснить, как действует иммунная система, – смешать клетки в лабораторной посуде, в различных комбинациях, и изучить их поведение. Решив работать в этой области и вдохновившись циклом лекцией по «новой клеточной иммунологии», прочитанной во время его медицинской подготовки в Массачусетской больнице общего профиля в Бостоне, Стайнман в 1970 году подключился к исследованиям лаборатории Зэнвила Кона при Рокфеллеровском университете, Нью-Йорк; в исследованиях иммунных клеток у этой лаборатории уже была грандиозная репутация [100]100
    Steinman, R. M., ‘Dendritic cells: understanding immunogenicity’, European Journal of Immunology 37 Suppl 1, S53–60 (2007).


[Закрыть].

Первые пару лет Стайнман трудился в рамках тогдашней главной темы лаборатории – как иммунные клетки поглощают собой молекулы в своем непосредственном окружении [101]101
    Steinman, R. M., & Cohn, Z. A., ‘The interaction of soluble horseradish peroxidase with mouse peritoneal macrophages in vitro’, The Journal of Cell Biology 55, 186–204 (1972).


[Закрыть], – однако в 1972 году он обратил внимание на другой вопрос, и тот оказался необычайно благодатным: речь о загадке вспомогательных клеток. В те времена вспомогательная клетка оставалась скорее чистой идеей, нежели действительностью – ее придумали, чтобы как-то объяснить наблюдение, которое иначе никак не удавалось истолковать: если смешать выделенные иммунные клетки (в частности, Т– и В-) с чем-то, что способно вызвать иммунный ответ, ничего не происходит [102]102
    Mosier, D. E., ‘A requirement for two cell types for antibody formation in vitro’, Science 158, 1573–1575 (1967). Это первая статья, отчетливо показывающая необходимость для иммунного ответа так называемых вспомогательных клеток. Наблюдение состоялось в ходе исследования отклика иммунных клеток мыши на красные кровяные клетки овцы.


[Закрыть]. Предположительно, чтобы иммунные клетки откликались, необходимо что-то еще, но никто не понимал, что именно – и почему. «Вспомогательной клеткой» назвали это самое дополнительное нечто, чем бы оно ни оказалось.

Было известно, что иммунные реакции живее всего зарождаются в селезенке. Применив Т– и В-клетки селезенки, взятые у мыши, Стайнман обнаружил, как и многие до него, что спровоцировать иммунный ответ в чашке Петри ему не удается, если не добавить «вспомогательные» клетки, а на практике это означало добавить в чашку то, что успело налипнуть на стекло из взятого в селезенке. Стай– нман решил приглядеться к тому, что же все-таки на стекло налипло. В мешанине клеток, размазанной под линзой микроскопа, он обратил внимание на некоторые – из-за их силуэта: они походили на звездочки, были покрыты шипами. С многочисленными тонкими выпуклостями, торчавшими подобно ветвям дерева, эти клетки довольно сильно отличались от тех, что похожи на плюхи яичницы-глазуньи, какие рисуют в школьных учебниках. Более того, они отличались от всего, что Стайнману доводилось видеть до сих пор.

Хотя в то время ему это известно не было, кое-кто такие клетки уже, вообще-то, видел – на сто лет раньше, в 1868 году: немецкий биолог Пауль Лангерханс. Лангерхансу тогда был двадцать один год, и звездчатые клетки он увидел в пробе кожи. Счел их нервными – из-за их необычной формы, – и опубликовал статью с описанием этих клеток: «О нервах в человеческой коже»; в ту пору он еще был студентом [103]103
    Jolles, S., ‘Paul Langerhans’, Journal of Clinical Pathology 55, 243 (2002).


[Закрыть]. Стайнман разглядел, как эти странные клетки двигаются, и заметил, что они способны, говоря его словами, «принимать самые разнообразные ветвистые очертания и постоянно то выбрасывать, то втягивать многочисленные тонкие клеточные придатки» [104]104
    Steinman, R. M., & Cohn, Z. A., ‘Identification of a novel cell type in peripheral lymphoid organs of mice. I. Morphology, quantitation,tissue distribution’, The Journal of Experimental Medicine 137, 1142–1162 (1973).


[Закрыть]. Ни разу не доводилось ему наблюдать такое движение клеток. То ли никто раньше не замечал, как двигаются эти клетки, то ли замечал, но не обратил внимания. Не «эврика!», конечно: Стайнману было невдомек, ни что это за движение, ни что означает такая необычная форма клетки. То было, скорее, переживание «ух ты, ну и ну», однако чутье подсказало Стайнману, что клетки эти очень важны.

Научное открытие, сделанное вот так, благодаря взгляду на клетки под микроскопом, не происходит запросто, как это могло бы показаться. Двое гарвардских психологов, Кристофер Чэбрис и Дэниэл Саймонз, предложили добровольцам посмотреть видеозапись, в которой шесть бейсболистов – трое в белых футболках, трое в черных – перебрасывают друг другу мяч, и так продемонстрировали, почему такие открытия даются трудно. Чэбрис и Саймонз попросили зрителей посчитать, сколько раз мяч перешел из рук в руки между игроками в белых футболках, – а эта задача требует от наблюдающих некоторой сосредоточенности [105]105
    Simons, D. J., & Chabris, C. F., ‘Gorillas in our midst: sustained inattentional blindness for dynamic events’, Perception 28, 1059–1074 (1999).


[Закрыть]. На середине записи, которую вы и сами можете посмотреть онлайн [106]106
    Видеозапись, задействованную в эксперименте с незримой гориллой, можно посмотреть здесь: http://www.theinvisiblegorilla.com/gorilla_experiment.html.


[Закрыть], в кадре появляется женщина в костюме гориллы, встает среди игроков, колотит себя по груди, глядя в камеру, и уходит из кадра. По окончании просмотра зрителей спросили, заметили ли они что-нибудь необычное. Вопреки тому, что приборы, следившие за движениями глаз, показали, что все зрители смотрели на гориллу соизмеримо долго, заметила ее лишь половина участников эксперимента. Эта «слепота восприятия» оказалась даже хуже, когда эксперимент поставили на группе экспертов-радиологов, которых попросили изучить снимки легких, сделанные на компьютерном томографе, и поискать новообразования – они на снимках выглядят как ярко-белые круги. На некоторых снимках имелись изображения гориллы – в сорок восемь раз более крупные, чем узелки, которые экспертам было поручено высматривать – и этому же их в свое время обучили; 83 % радиологов не заметили гориллу, хотя смотрели прямо на нее [107]107
    Drew, T., Võ, M. L., & Wolfe, J. M., ‘The invisible gorilla strikes again: sustained inattentional blindness in expert observers’, Psychological Science 24, 1848–1853 (2013).


[Закрыть].

Эти эксперименты подчеркивают важную истину: мы видим в первую очередь мозгами, а не глазами. Мозг человека фильтрует и толкует все, что засекают органы чувств, и поэтому мы зачастую видим лишь то, что выискиваем, и не замечаем неожиданного – даже если оно бросается в глаза, как горилла, что бродит среди людей, играющих с баскетбольным мячом. Чтобы даже просто увидеть эти новые клетки, Стайнману пришлось преодолеть такую человеческую особенность. Возможно, сыграло на руку то, что Стайнман взялся смотреть в микроскоп без всякого отчетливого желания изучить вспомогательные клетки: он просто решил поглядеть – и эксперимент с незримой гориллой подсказывает, что легче заметить нечто новое, если не высматривать ничего прицельно. В затемненной комнате между исследователем, вперяющимся в окуляр микроскопа, и кусочком живой природы почти ничего не стоит. В таком одиночестве – и при сосредоточенном восприятии – мы, вероятно, делаемся более открытыми новому.

Однако слепота восприятия – не единственная и даже не самая мощная преграда, какая могла встать у него на пути, окажись Стайнман в меньшей мере ученым, чем был. Всевозможные толкования увиденного могли привести к тому, что Стайнман попросту отмахнулся бы от замеченного. Знаменит случай с Галилеем, когда в ноябре 1609 года он глянул на Луну в свежеизобретенный телескоп и увидел светлые и темные пятна на лунной поверхности: Галилей осознал, что Луна – не гладкая, как прежде считалось, а покрыта горами и глубокими долинами; английский же астроном Уильям Лоуэр, глядевший на Луну в телескоп всего на несколько недель раньше, лишь заметил, что поверхность Луны похожа на пирог с патокой, недавно испеченный его поваром [108]108
    Snyder, L. J., Eye of the Beholder: Johannes Vermeer, Antoni van Leeuwenhoek, and the Reinvention of Seeing (W. W. Norton, 2015).


[Закрыть]. Стайнман мог бы решить, что клетки причудливых очертаний, которые он заметил, – варианты уже известных, или же это странно нездоровые клетки – вероятно, поврежденные в ходе их выделения из живой ткани. Необычные движения клеток можно было отнести на счет того, что все дело в стекле, к которому они прилипли. (Понадобилось примерно три десятилетия, чтобы техника позволила наблюдать за движениями этих клеток в живом организме животного [109]109
    Lindquist, R. L., et al., ‘Visualizing dendritic cell networks in vivo’, Nature Immunology 5, 1243–1250 (2004).


[Закрыть].) Как сказал ученый Альберт Сент-Дьердьи, открывший витамин С, штука в том, чтобы «увидеть то, на что смотрели все остальные, но при этом подумать о том, что не пришло в голову никому другому» [110]110
    Происхождение цитаты неясно. Альберт Сент-Дьердьи поместил эту строчку в свою книгу «Биоэнергетика», 1957 года, но взял ее в кавычки, тем самым показывая, что позаимствовал ее у кого-то еще. Он получил Нобелевскую премию в области физиологии и медицины в 1937 году.


[Закрыть].

Помогла Стайнману и его рабочая обстановка. Глава лаборатории Зэнвил Кон всегда очень поддерживал своего коллегу. У «Рокфеллер Юниверсити Пресс» был свое научное издание, «Джорнел оф Экспериментал Медисин», и, вероятно, оказалось кстати, что Стайнман мог опубликовать свои первые открытия в таком престижном родственном журнале. Однако самое главное заключалось в том, кто работал в лаборатории этажом выше. На пятом этаже здания, как писал сам Стайнман, находилось, «вероятно, самое крупное скопление специалистов по биологии клетки из всех, что когда-либо трудились вместе, бок о бок», а среди них – Джордж Паладе [111]111
    Steinman, R. M., ‘Endocytosis and the discovery of dendritic cells’ in Moberg, C. L. (ed.), Entering an Unseen World (Rockefeller University Press, 2012).


[Закрыть].

Гюнтер Блобель, еще один нобелевский лауреат, говорил о Паладе, что это самый влиятельный специалист по клеточной биологии [112]112
    Pollack, A., ‘George Palade, Nobel Winner for Work Inspiring Modern Cell Biology, Dies at 95’, New York Times, 9 октября 2008 года.


[Закрыть]; именно Паладе разработал метод, благодаря которому ученые получили возможность рассматривать клетки под электронным микроскопом – это прибор, в котором применяется не обычный свет, а поток электронов, и с его помощью можно увеличивать предметы в тысячи раз лучше, чем обычным микроскопом. Более того, первые фотоснимки клеток, сделанные электронным микроскопом, были опубликованы в 1945 году исследовательской группой Кита Портера, Альбера Клода и Эрнста Фуллэма – там же, в Рокфеллеровском университете [113]113
    Porter, K. R., Claude, A., & Fullam, E. F., ‘A Study of Tissue Culture Cells by Electron Microscopy: Methods and Preliminary Observations’, The Journal of Experimental Medicine 81, 233–246 (1945).


[Закрыть]. Паладе подключился к этой группе и применил электронный микроскоп в исследовании митохондрий – внутренних отделов клетки, где происходят химические реакции, производящие энергию для нужд клетки. Паладе затем открыл, например, где клетки производят белковые молекулы, что исключительно важно для нашего понимания процессов, лежащих в основе большинства процессов биотехнологической промышленности – производства инсулина и тому подобного. Эти открытия состоялись благодаря микроскопу и оказались революционными – как замечает историк и ученый Кароль Моберг: «На рубеже ХХ века… анатомы, гистологи, патологоанатомы и биохимики нередко спорили о подлинности существования компонентов клетки. Многие считали клетку просто кульком с ферментами, залитыми бесформенной протоплазмой, без всякого порядка» [114]114
    Moberg, C. L., Entering an Unseen World: A Founding Laboratory and Origins of Modern Cell Biology 1910–1974 (Rockefeller University Press, 2012).


[Закрыть]. Рокфеллеровский университет, тогда все еще некрупное заведение, прославился на весь мир как источник нашего современного понимания того, что происходит внутри клетки.

Стайнман применил микроскопы Паладе и с их помощью вгляделся внутрь шипастых клеток. Самое главное: он перестал сомневаться, что эти клетки действительно отличаются от иммунных клеток других разновидностей. В них оказалось, например, гораздо больше цитоплазмы – густой жидкости, заполняющей пространство клетки вокруг ядра, – чем в других клетках. Убедившись, что это новые клетки, Стайнман задумался, как бы их назвать. Придумывать новое научное название – редкая привилегия. Стайнман решил присвоить им имя «клодиациты» – в честь своей супруги Клодии, без чьей любви и поддержки, как часто говорил сам ученый, он таких исследовательских успехов не добился бы [115]115
    Steinman, R. M., ‘Dendritic cells: from the fabric of immunology’, Clinical and Investigative Medicine 27, 231–236 (2004).


[Закрыть]. (Клодия, хоть и преуспевала в торговле недвижимости, большую часть времени посвящала их

со Стайнманом сыну и дочерям-двойняшкам, сам же Стайнман дома бывал редко [116]116
    Дэн Вуг взял у детей Стайнмана интервью для статьи «Воспоминания о Ралфе Стайнмане», опубликованной 26 октября 2011 года в блоге: http://06880danwoog.com/2011/10/26/remembering-ralph-steinman/.


[Закрыть].) В конце концов Стайнман остановился на названии «дендритные клетки» – от греческого слова «дендрон», что означает «дерево», – поскольку самая яркая отличительная черта этих клеток была именно в многочисленных отростках, похожих на древесные ветви, торчащих из основного клеточного тела.

Хотя дендритные клетки есть в теле повсюду – в крови, в коже и едва ли не во всех внутренних органах, – их везде довольно немного. И вот к чему свелся следующий шаг в трудах Стайнмана, которым он посвятил сорок лет: выяснить, каковы задачи таких клеток, а для этого попытаться выделить их, чтобы подробно изучить. Задача оказалась непростая – потребовалось пять лет, чтобы выработать действенную процедуру, и в этом, опять-таки, ключевую роль сыграли люди, трудившиеся на верхних этажах.

На седьмом этаже группа под управлением Кристиана де Дюва вскрывала клетки при помощи мыльных растворов и других препаратов и так выделяла клеточные составляющие для дальнейшего анализа. Разделить компоненты клетки удавалось, применяя центрифугу – прибор, вращающий предметы (в данном случае – пробирки со взломанными клетками), как это происходит в стиральной машине, только гораздо быстрее, на сотнях оборотов в секунду [117]117
    Альбер Клод к тому времени уже разработал ключевой процесс применения центрифуги для разделения клеточных составляющих. Первые эксперименты Клода состоялись в 1937 году, а к 1941-му он получил четыре грубые фракции клетки. Клод удостоился Нобелевской премии в области физиологии и медицины в 1974 году, вместе с Паладе и де Дювом. Шведский ученый Теодор Сведберг разработал научное использование центрифугирования еще раньше и показал, что этот метод можно применять для разделения различных белковых молекул. Сведбергу за его работу присудили Нобелевскую премию в 1926 году – по химии.


[Закрыть]. Этот метод действен, потому что различные компоненты клетки имеют разную плотность, и более плотные части клетки скапливаются под действием центробежной силы ближе ко дну пробирки, тогда как компоненты полегче собираются («оседают») ближе к верху. Далее довольно просто откачать фрагменты клеток и изучать их раздельно. Таким способом группа де Дюва смогла выявить удивительный мир органелл – буквально «маленьких органов» – внутри клетки. Ядро – крупнейшая клеточная органелла, его довольно легко увидеть, однако де Дюва обнаружил, что внутренность клетки заполнена множеством других малюсеньких составляющих – крошечных мешочков, заключенных в мембраны, изолирующие различные реакции и процессы. «Я много перевидал всякого в живой клетке, но с помощью центрифуги, нежели микроскопа», – говорил де Дюва, принимая Нобелевскую премию вместе с Паладе в 1974 году [118]118
    De Duve, C., ‘Exploring cells with a centrifuge’ (нобелевская лекция 1974 года). Онлайн-версия: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1974/duve-lecture.pdf.


[Закрыть].

Стайнман позаимствовал методы у де Дюве и приспособил центрифугу, чтобы отделять друг от друга разные клетки, а не их компоненты. Клетки с разной плотностью запросто отделялись за несколько минут вращения центрифуги – красные кровяные тельца очень отличаются от иммунных клеток, например, и их таким способом устранить легко. Однако, чтобы отделить дендритные клетки от всех остальных иммунных, даже с похожей плотностью, Стайнману пришлось разработать особый метод. По сути, путем проб и ошибок, он не один год пытался понять, как этого добиться. В конце концов разработанный процесс состоял из нескольких этапов. На первой стадии очистки иммунные клетки (включая и дендритные) поднимались к верхней части пробирки, прокрученной в центрифуге, а клетки помельче и поплотнее опускались на дно. Далее иммунные клетки откачивались из пробирки, и их оставляли на стекле на час. Поскольку клетки по-разному «прилипают» к стек– лу в зависимости от того, какие белковые молекулы покрывают их поверхность, некоторые клетки, в том числе и дендритные, за этот час приставали к стеклу, а остальные можно было смыть. За ночь оставшиеся клетки сами отлипали от стекла, и Стайнман мог подвергать их реакции, которая скучивает иммунные клетки, отличные от дендритных, вокруг красных кровяных телец. Затем следовал второй раунд центрифугирования, и благодаря ему красные кровяные тельца отделялись, забирая с собой прочие иммунные клетки; так оставались лишь дендритные.

Замысловатость этой процедуры и то, что она требовала знания специфических нюансов, – в той же мере, в какой не сразу учишься ездить на велосипеде, лишь прочитав о том, как это делается, – вероятно, в конечном счете помогли Стайнману: дендритные клетки были целиком и полностью в его власти, без явных внешних соперников в этой области знания, по крайней мере лет на десять [119]119
    Nussenzweig, M. C., ‘Ralph Steinman and the discovery of dendritic cells’ (нобелевская лекция 2011 года). Онлайн-версия: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2011/steinman_lecture.pdf.


[Закрыть]. Впрочем, была и другая причина, почему ученые не рвались изучать дендритные клетки: многие не считали, что это новая разновидность. Большинство ученых думало, что Стайнман выделил подвид клетки, которую уже открыл – в 1882 году – украинский зоолог Илья Мечников; за это открытие он удостоился в 1908 году Нобелевской премии [120]120
    Gordon, S., ‘Elie Metchnikoff: father of natural immunity’, European Journal of Immunology 38, 3257–3264 (2008).


[Закрыть].

Темпераментный, однако повсеместно признанный творческий гений Мечников рассуждал, что «болезнь – не прерогатива человека», животные тоже болеют, а потому было бы познавательно понаблюдать, что происходит в животных при столкно-вении с угрозой [121]121
    Metchnikoff, I., ‘Nobel Lecture 1908’ в: Nobel Lectures in Physiology or Medicine 1901–1921 (Elsevier, 1967).


[Закрыть]. Мечников изучил, помимо многих других биологических видов, личинки морской звезды, которые, что важно, достаточно прозрачны, чтобы рассматривать их под микроскопом вживую. В своей частной лаборатории на Сицилии он наблюдал, что происходит с личинками морской звезды, если уколоть их острой щепочкой. (По легенде, ученый протыкал их шипом розы.) Увиденное Мечниковым породило целое новое направление в знании об иммунитете: некоторые клетки личинки двинулись к ранке.

Вероятно, отчасти потому, что из курса патологии он недавно узнал, что иногда внутри белых кровяных телец обнаруживаются микробы, Мечников подумал, что клетки должны двигаться к месту поражения прицельно для того, чтобы обволочь – или съесть – болезнетворных микробов, которые могут попасть в рану [122]122
    Vikhanski, L., Immunity: How Elie Metchnikoff Changed the Course of Modern Medicine (Chicago Review Press, 2016).


[Закрыть]. «Меня осенило, – говорил Мечников, согласно биографии, которую его супруга опубликовала после его смерти, – что подобные клетки, возможно, служат защитой организму против внешних вторжений… Я так воодушевился, что принялся расхаживать туда и сюда по комнате и даже вышел на берег, чтобы собраться с мыслями» [123]123
    Metchnikoff, O., Life of Ilie Metchnikoff (пер. с фр.) (Houghton Mifflin Company, 1921).


[Закрыть]. Не с точки зрения пострадавшего организма размышлял Мечников – он осознал, что болезнь или во всяком случае некоторые разновидности недугов есть битва двух биологических видов, битва, выражаясь его словами, между «микробом снаружи и подвижными клетками самого организма» [124]124
    Metchnikoff (1967).


[Закрыть]. Он обнаружил, иначе говоря, что у некоторых клеток есть особая задача – защищать организм от болезни, и эти клетки – иммунные. 23 августа 1883 года он публично заявил, что «животные обезоруживают бактерии, поедая и переваривая их» [125]125
    Vikhanski.


[Закрыть]. Позднее Мечников с помощью коллег назвал открытые им клетки фагоцитами, а их работу по перевариванию вредоносных микроорганизмов – фагоцитозом, от греческих слов, означающих «процесс поедания клетки» [126]126
    Там же.


[Закрыть]. Клетки, лучше прочих способные поглощать микробов, получили название макрофагов – «больших едоков».

Вообще-то, ученые сообщили об этом процессе на несколько лет раньше, но на их работу в истории иммунологии почти не обратили внимания [127]127
    Ambrose, C. T., ‘The Osler slide, a demonstration of phagocytosis from 1876 Reports of phagocytosis before Metchnikoff ’s 1880 paper’, Cellular Immunology 240, 1–4 (2006).


[Закрыть]. Мечников, тем не менее, во всех подробностях развил мысль, как именно иммунные клетки способны обволакивать микробов: он сравнивал клетки разных биологических видов, из разных органов, при различных температурах и применял разнообразные окрашивающие средства – и наблюдал, что происходит с различными типами бактерий. Он изучил даже воздействие наркотиков. И смиренно признавался, что такое взаимодействие иммунных клеток с микробами обнаружил не первым. Первенство Мечникова в этом исследовании заслуженно, в основном, не потому, что он взял и открыл иммунные клетки, наблюдая личинки морской звезды, проколотые розовым шипом, а потому что он заметил отклик этих организмов и сформулировал соображение о том, что именно происходит, и затем настойчиво пытался разобраться в этом процессе досконально.

Так же и со Стайнманом: он не определил дендритные клетки, когда впервые увидел их под микроскопом. Тот миг стал лишь началом пути – и ученые отнеслись к заявкам Стайнмана, мягко говоря, скептически [128]128
    Paul, W. E., ‘Bridging innate and adaptive immunity’, Cell 147, 1212–1215 (2011).


[Закрыть]. Один студент Стайнмана вспоминает отношение к разговорам Стайнмана о дендритных клетках на некоем международном съезде как попросту «оскорбительное» [129]129
    Tirrell, M., Langreth, R., & Flinn, R., ‘Nobel laureate treating own cancer dies before award announced’, Bloomberg Business (4 октября 2011 года). Онлайн-версия: http://www.bloomberg.com/news/articles/2011–10–03/nobel-laureate-ralph-steinmandies-3-days-before-prize-announced.


[Закрыть]. Большинство ученых решили, что клетки, которые Стайнман выделил, – макрофаги, поскольку макрофаги, как уже было известно, тоже липнут к стеклу и их больше, чем дендритных клеток. Чтобы убедить научное сообщество, Стайнману пришлось не только предъявить доказательства, но и немало полетать самолетом. Авиа– сообщение в то время сделалось дешевле, и ученые уже не могли полагаться на одни лишь публикации, чтобы их работу заметили: если нужно было предложить и обсудить свои соображения с другими, все важнее становились личные поездки на встречи. В результате семья Стайнманов частенько выбирала место отпуска с привязкой к иммунологическим конференциям [130]130
    Интервью Гая Рэза с Эдамом Стайнманом, сыном Ралфа, эфир на Национальном публичном радио, 3 октября 2011 года. Онлайн-версия: http://www.npr.org/2011/10/03/141019170/son-of-nobel-winnerremembers-his-father.


[Закрыть].

Эксперименты, которые проводила группа Стайнмана в начале 1980-х, были необходимы для того, чтобы убедить научное сообщество: дендритные клетки – самостоятельная разновидность. Учащийся в лаборатории Стайнмана по имени Мишель Нуссенцвайг сравнил отклик Т-клеток в присутствии других иммунных клеток и обнаружил исключительную способность дендритных клеток инициировать ответ Т-клеток. Иными словами, работа Нуссенцвайга предоставила мощное доказательство того, что дендритные клетки и есть те самые загадочные вспомогательные [131]131
    Nussenzweig, M. C., & Steinman, R. M., ‘Contribution of dendritic cells to stimulation of the murine syngeneic mixed leukocyte reaction’, The Journal of Experimental Medicine 151, 1196–1212 (1980); Nussenzweig, M. C., Steinman, R. M., Gutchinov, B., & Cohn, Z. A., ‘Dendritic cells are accessory cells for the development of anti-trinitrophenyl cytotoxic T lymphocytes’, The Journal of Experimental Medicine 152, 1070–1084 (1980).


[Закрыть]. Развивались приборы, накапливались знания, различные типы иммунных клеток изучать стало проще; были разработаны реагенты, позволяющие подкрашивать дендритные клетки и так выделять их среди прочих [132]132
    Nussenzweig, M. C., Steinman, R. M., Witmer, M. D., & Gutchinov, B., ‘A monoclonal antibody specific for mouse dendritic cells’, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 79, 161–165 (1982).


[Закрыть], и лаборатория Стайнмана смогла доказать, что дендритные клетки действительно способны стимулировать иммунный ответ по меньшей мере в сто раз лучше, чем макрофаги или клетки любых других разновидностей [133]133
    Van Voorhis, W. C., et al., ‘Relative efficacy of human monocytes and dendritic cells as accessory cells for T cell replication’, The Journal of Experimental Medicine 158, 174–191 (1983); Steinman, R. M., Gutchinov, B., Witmer, M. D., & Nussenzweig, M. C., ‘Dendritic cells are the principal stimulators of the pri– mary mixed leukocyte reaction in mice’, The Journal of Experimental Medicine 157, 613–627 (1983). В экспериментах, о которых сообщается в этих статьях 1983 года, Стайнман изучал различные иммунные отклики, в том числе и ответ, возникающий при смешении клеток крови разных людей. Такой отклик возможен при пересадке костного мозга, если определенные гены недостаточно хорошо подходят друг другу. Силу иммунного ответа, то есть насколько мощно организм реагирует, можно отследить несколькими способами – например, проверяя, насколько охотно иммунные клетки размножаются и как быстро растет их количество. Группа Стайнмана показала, что дендритные клетки вызывают подобный иммунный отклик по крайней мере в сто-триста раз мощнее, чем любая другая иммунная клетка.


[Закрыть]. В 1982 году еще один студент из этой лаборатории, Уэзли ван Вурис, обнаружил дендритные клетки человека – все первые изыскания проводились на клетках мышей – и показал, что и они наделены мощной способностью вызывать иммунный ответ [134]134
    Van Voorhis, W. C., Hair, L. S., Steinman, R. M., & Kaplan, G., ‘Human dendritic cells. Enrichment and characterization from peripheral blood’, The Journal of Experimental Medicine 155, 1172–1187 (1982).


[Закрыть].

Даже после того, как Стайнман и его коллеги убедили большинство ученых, что действительно открыли клетку новой разновидности, годы усилий не слишком-то продвинули Стайнмана к отчетливому ответу на его исходный вопрос: как тело решает произвести иммунный ответ с сообразной осторожностью? Стайнман обнаружил, что дендритные клетки способны инициировать иммунный отклик, но не понимал, почему, как и что именно это означало для работы иммунной системы в целом. Путь к настоящему пониманию функции дендритных клеток открылся, лишь когда Стайнман и его команда выяснили, что способность дендритных клеток запускать иммунный ответ изменчива.

Важную роль в этом открытии сыграл дерматолог по имени Герольд Шулер, присоединившийся к группе в 1984 году [135]135
    Steinman (2004). Как и многие другие ученые, воспитанные в лаборатории у Ралфа Стайнмана, Герольд Шулер построил и свою самостоятельную карьеру в науке. Он возглавил отделение в Университетской клинике Эрлангена, Германия, и внес большой и разносторонний вклад в исследование медицинского применения дендритных клеток.


[Закрыть]. Другие ученые в команде Стайнмана разобрались, что дендритные клетки, выделенные из кожи, куда менее способны вызывать иммунный ответ, чем дендритные клетки, выделенные из селезенки, однако никто не понимал, ни почему это так, ни какое это имеет значение для работы дендритных клеток в организме в целом. Шулер же выяснил, что, когда дендритные клетки только что извлекли из кожи, они действительно довольно слабо вызывали иммунный отклик, однако если те же клетки подержать в лабораторных условиях два-три дня, они набирали силу [136]136
    Schuler, G., & Steinman, R. M., ‘Murine epidermal Langerhans cells mature into potent immunostimulatory dendritic cells in vitro’, The Journal of Experimental Medicine 161, 526–546 (1985).


[Закрыть]. Это означало, что дендритные клетки существуют не в одном-единственном состоянии – у них их два, «вкл.» и «выкл.». Процесс, при котором они переходят в состояние «вкл.», Стайнман назвал созреванием, и вот так были определены два состояния дендритной клетки, названные зрелым и незрелым.