Текст книги "Паразит – царь природы: Тайный мир самых опасных существ на Земле"

Toxoplasma добивается этого при помощи стратегии, противоположной стратегии Leishmania. Если лейшмания подталкивает иммунную систему к производству T-лимфоцитов, помогающих в производстве антител, то токсоплазма, напротив, высвобождает молекулы, сдвигающие чаши весов в пользу воспалительных T-лимфоцитов. T-лимфоциты размножаются в громадных количествах; макрофаги превращаются в убийц, они гоняются за паразитами-простейшими и разрывают их на части. Уцелеть в этой охоте могут только те особи токсоплазмы, что спят внутри плотных цист. Время от времени несколько паразитов вырываются из своих цист, чтобы добавить в кровь новую порцию своих молекул и тем самым, подобно вакцине, стимулировать иммунную систему. Макрофаги хозяина, насторожившись, вновь загоняют паразита в цисты. Таким образом, благодаря манипуляциям токсоплазмы, ее хозяин остается здоровым и может сопротивляться болезни, тогда как паразит спокойно сидит в своей цисте и терпеливо ждет попадания в землю обетованную – в организм какой-нибудь кошки.

Токсоплазма становится угрозой человеку лишь в том случае, если уютный мирок, созданный ею, по каким-то причинам рушится. К примеру, зародыш не имеет собственной иммунной системы. Его защищают только антитела матери, проникающие через плаценту. Но материнским T-лимфоцитам вход в кровеносную систему плода запрещен, поскольку они приняли бы зародыш за гигантского паразита и начали бы борьбу. Материнские антитела успешно справляются с вирусом гриппа или бактерией Escherichia coli, но не могут защитить от токсоплазмы. Для этого необходимы воспалительные T-лимфоциты, которые загнали бы паразита в цисты. В результате для женщины во время беременности заражение токсоплазмой очень опасно. Если паразит сумеет проникнуть через плаценту в плод, он начнет бешено размножаться. Он попытается включить иммунную систему, которая обуздала бы процесс, но внутри плода некому услышать его зов. Токсоплазма будет бесконтрольно размножаться, пока не вызовет обширное и часто фатальное поражение головного мозга.

В 1980-х гг. токсоплазма научилась убивать при случае еще один тип человека-хозяина – больных СПИДом. Вирус иммунодефицита человека – ВИЧ, причина СПИДа, – проникает в воспалительные T-лимфоциты и использует их для размножения, убивая при этом. Когда токсоплазма внутри больного СПИДом выходит из цисты и начинает делиться, она ожидает встретить мощный иммунный ответ и рассчитывает, что реакция организма заставит ее вновь спрятаться в укрытие. Но в организме больного почти не остается воспалительных T-лимфоцитов, и хозяин оказывается беззащитен перед паразитом, как младенец в утробе матери. Паразит начинает бешено размножаться, вызывая поражение мозга. У хозяина начинается расстройство сознания, и в некоторых случаях наступает смерть.

Более десяти лет врачи ничего не могли сделать, чтобы остановить буйство Toxoplasma среди больных СПИДом. Но в 1990-х гг. ученые создали лекарства, способные замедлять ВИЧ и, соответственно, сохранять T-лимфоциты в организме больного. Тем относительно немногим, кто может позволить себе эти лекарства, токсоплазма больше не угрожает: под действием армии здоровых T-лимфоцитов паразит с готовностью убирается в свое логово. Но миллионам больных, которые не могут приобрести эти дорогие лекарства, по-прежнему грозит безумие – результат деятельности этого упорного паразита.

* * *

Одноклеточному паразиту непросто уцелеть в схватке с иммунной системой, но малый размер по крайней мере дает ему преимущество. Он может спрятаться в карманах клеток или изгибах лимфатических протоков, чего нельзя сказать о животных-паразитах. Эти многоклеточные существа появляются на радарах иммунной системы, как громадные дирижабли. Они так же очевидны, как пересаженное легкое. Известно, что без постоянного приема иммунодепрессантов, которые держали бы иммунную систему человека в узде, пересаженное легкое непременно погибнет. А вот животные-паразиты, иногда достигающие пятнадцати метров в длину, умудряются жить внутри нас годами, ни в чем не нуждаясь и производя на свет сотни тысяч детенышей.

Эти животные процветают, потому что освоили множество способов обмана нашей иммунной системы. Замечательным примером в этом отношении может служить ленточный червь Taenia solium. Прежде чем яйца этого паразита превратятся в человеческом теле в длинные живые ленты, они должны провести некоторое время в промежуточном хозяине, обычно в свинье. Свинья проглатывает яйца с пищей, и, когда яйца попадают в кишечник, из них выходят паразиты. При помощи энзимов они проделывают в стенке кишечника отверстие и протискиваются наружу. Добравшись до капилляра, они отправляются дальше и добираются с потоком крови до какой-нибудь мышцы или органа. Там они и устраиваются, вырастив для себя новые дома – перламутровые шарики. В этих цистах они способны годами ждать окончательного хозяина. Если бы паразиты проводили период ожидания только внутри свиней, мы, возможно, никогда бы не узнали, как они переживают встречу с иммунной системой. Но иногда яйца Taenia solium случайно попадают в организм человека. (К примеру, яйца могут попасть на руки человека, у которого в кишечнике обитает взрослая особь червя, а он, в свою очередь, может приготовить пищу для других людей.) Яйца ведут себя так, будто оказались в свинье; личинки точно так же выбираются из кишечника и находят себе дом где-нибудь в теле (часто внутри глаза или в мозгу). Затем они сооружают цисту и в зависимости от места, где устроились, оказываются безвредными или несут хозяину смерть. Если циста ленточного червя пережмет кровеносные сосуды, она может вызвать омертвение тканей; возникшее из-за нее воспаление мозга может привести к эпилептическим припадкам. Если личинка найдет себе более безопасное место, она может на много лет остаться незамеченной. Но, в отличие от токсоплазмы, которая по-настоящему засыпает в своей цисте, тения даже в домике остается активной. Через крохотные поры в оболочке цисты она всасывает углеводы и аминокислоты и растет.

Иммунная система хозяина замечает появление яиц ленточного червя и готовит антитела, однако к моменту, когда атака будет подготовлена, яйца уже исчезнут: личинка за это время успеет сбежать и выстроить для себя цисту. Иммунные клетки собираются вокруг цисты и окружают ее стеной из коллагена, но больше ничего сделать не могут. Циста, поглощая пищу, одновременно выбрасывает наружу молекулы нескольких разновидностей, каждая из которых оглушает иммунную систему. Комплемент пытается атаковать цисту, но червь выпускает химическое вещество, которое связывает молекулы комплемента, не дает им собраться в буравчик и просверлить в цисте отверстие. Иммунные клетки атакуют цисту высокоактивными молекулами, способными убивать живую ткань, но червь выпускает другой химикат, которые обезоруживает их. Подобно лейшмании, червь умеет каким-то образом глушить сигналы, которые в обычных обстоятельствах собрали бы в нужное место целую армию воспалительных T-лимфоцитов. Вместо этого он подталкивает иммунную систему к усиленному производству антител. Некоторые данные позволяют предположить причину, по которой они так стараются этого добиться. Когда антитела прикрепляются к цисте, червь втягивает их внутрь своего убежища и поедает. Иными словами, червь растет за счет бесплодных усилий иммунной системы его уничтожить.

И все же, как и токсоплазма, червь не хочет убивать своего промежуточного хозяина. Только когда циста начинает сдаваться, когда она не может больше ждать и надеяться на встречу с окончательным хозяином, она становится опасной. В этот момент червь уже не может производить химикаты для управления иммунной системой, и она начинает массовое производство воспалительных T-лимфоцитов, настроенных на червя; они должны повести в бой макрофаги и другие иммунные клетки. Мишень велика, и имунные клетки возбуждаются до предела. Начинается яростная схватка; ткани вокруг цисты распухают. Бывают случаи, когда давление в тканях возрастает настолько, что человек погибает. Но это не паразит убивает хозяина, а хозяин убивает себя сам.

Еще более подробными знаниями об иммунной системе человека обладают кровяные сосальщики – трематоды, путешественники, перебравшиеся из Африки в Австралию, мафусаилы, способные прожить с хозяином тридцать лет. Когда молодые трематоды впервые ввинчиваются в кожу и забираются внутрь организма, они сразу же привлекают к себе пристальное внимание иммунной системы. На первом этапе проникновения иммунным клеткам иногда удается справиться с трематодами – обычно это происходит в момент проникновения через кожу или когда трематода находится в легких. Но чуть позже червь, избавившись от прежней оболочки, обзаводится новой – да такой, что иммунная система не может с ней разобраться.

Причина, по которой новая оболочка червя оказывается идеальной защитой, проста: дело в том, что она частично состоит из кусочков хозяина. Как работает такая маскировка, можно увидеть при помощи несложного эксперимента. Когда паразитологи извлекают пару трематод из мыши и помещают их в обезьяну, ничего не происходит; трематоды остаются целыми и невредимыми и вскоре вновь начинают откладывать яйца. Но, если ученые предварительно введут обезьяне антигены из крови мыши, дело обернется совсем иначе. Вообще, инъекция работает как вакцина, настраивая иммунную систему обезьяны на распознавание и уничтожение антигенов мышиной крови. Если трематоды перенести из мыши в «привитую» таким образом обезьяну, ее иммунная система уничтожит паразитов. Другими словами, трематоды так похожи на прежнего хозяина-мышь, что иммунная система обезьяны воспринимает их как пересаженный от мыши орган.

Этот эксперимент привел к гибели паразитов, но одновременно продемонстрировал их блестящую маскировку. Ученые не до конца понимают, каким образом трематодам удается перенимать чужой вид, но похоже, что наружный слой их тела частично строится из молекул, покрывающих наши собственные клетки крови. Не исключено, что трематода, проплывая мимо эритроцитов или отбивая атаки лейкоцитов, умеет срывать молекулы с их поверхности и закреплять на своей. Таким образом, паразиты в глазах иммунной системы выглядят как красные тени в красной реке.

Протеины, которые трематода навешивает на себя, – не единственное, что она крадет у тела хозяина. Молекулы комплемента садятся на наши собственные клетки точно так же, как на паразитов, и если позволить им беспрепятственно делать свое дело – устанавливать маячки для макрофагов, то наша иммунная система начнет разрушать наше же тело. Чтобы избежать этого, наши клетки производят вещества (к примеру, стимулятор гемолиза, или сокращенно DAF), разрезающие молекулы комплемента на части. Трематоды тоже способны уничтожать молекулы комплемента, попавшие к ним на поверхность. Паразитологи выделили энзим, которым они пользуются, и оказалось, что это тоже DAF.

Неясно, крадет ли паразит его у клеток хозяина или сам обладает соответствующим геном. Возможно когда-то, в далеком прошлом, какой-то вирус проник в человека, подхватил ген, отвечающий за производство DAF, а затем перекинулся на трематоду, передав заодно краденую ДНК новому хозяину. В любом случае это вещество (DAF) позволяет кровавому сосальщику чувствовать себя в наших венах как дома.

В 1995 г. паразитологи, изучавшие трематоду на берегах озера Виктория, обнаружили парадоксальный факт. Ученые исследовали мужчин-кенийцев, которые зарабатывают на жизнь тем, что моют машины на берегах озера. Этим людям приходится работать на мелководье, и нередко они заражаются шистосомозом – болезнью, которую вызывают кровяные сосальщики. В этом районе также распространен СПИД, так что многие мойщики машин страдают одновременно и СПИДом, и шистосомозом. ВИЧ уничтожает воспалительные T-лимфоциты, воинственные клетки, задача которых вести макрофаги в бой против паразитов. Вымирание T-лимфоцитов приводит к нашествию незаметных прежде паразитов вроде токсоплазмы. А вот трематоды плохо уживаются с ВИЧ. Трематоды, хозяева которых больны СПИДом, откладывают значительно меньше яиц, чем те, чьи хозяева страдают только шистосомозом.

Причина парадокса африканских мойщиков в том, что трематоды используют иммунную систему хозяина, чтобы вывести из его организма свои яйца. Без реакции иммунной системы они не могут размножаться. Когда самка трематоды откладывает в стенке вены свои яйца, они начинают вырабатывать целый коктейль химических веществ, воздействующих на ближайшие макрофаги. Под действием химического «заклинания» этих яиц макрофаги вырабатывают сигнальные молекулы, важнейшая из которых называется фактором некроза опухоли-альфа (TNF-α). TNF-α особенно хорошо умеют вызывать воспаление – они расслабляют венозные стенки и привлекают к этому месту еще больше иммунных клеток. Иммунные клетки пытаются уничтожить яйца паразитов, выбрасывая яд, но плотная оболочка надежно защищает яйца. Все, что могут сделать иммунные клетки, – это окружить яйца плотной стеной и заключить их в коллагеновую капсулу.

Иммунные клетки создают эту капсулу (известную как гранулёма) в надежде избавиться от находящегося внутри чуждого объекта. К примеру, если в ваш палец вонзится заноза, клетки сформируют вокруг нее гранулёму, которая затем будет вынесена на поверхность кожи и удалена из тела. Это же происходит и с гранулёмой, сформированной в венозной стенке вокруг яйца трематоды. Гранулёма проходит сначала сквозь венозную стенку, затем сквозь стенку кишечника, что и нужно паразиту, поскольку яйцо должно покинуть тело хозяина и проклюнуться в воде. Другими словами, трематода использует лейкоциты в качестве носильщиков, которые должны пронести яйца сквозь непреодолимый барьер. Когда обе стенки пройдены, иммунные клетки в гранулёме растворяются под действием пищеварительных соков кишечника, но яйцо в плотной оболочке остается невредимым и со временем покидает тело естественным путем. Отсюда и парадокс мойщиков машин с озера Виктория: СПИД лишил их иммунных клеток, без которых трематоды не могут отправить своих детенышей в свет.

Это, конечно, элегантный, но не слишком эффективный способ размножения. Поток крови в венах, где живут трематоды, движется прочь от кишечника к печени. В результате кровь уносит с собой половину отложенных яиц прежде, чем они успевают погрузиться в ткань. Унесенные яйца заканчивают свой путь в печени; там же вокруг них образуются гранулёмы. Но в печени гранулёмы бесполезны для паразита; они могут только убить хозяина. Паразитологи подозревают, что кровяные сосальщики, ограничивая собственную численность, умеют таким образом контролировать вред, наносимый хозяину. Как и яйца, взрослые особи трематоды тоже заставляют тело хозяина производить молекулы TNF-α. Взрослым они не наносят особого вреда, но смертельно опасны для нежных молодых личинок, которые только что проникли в организм и не успели еще выстроить надежную защиту. В результате человек, являющийся носителем трематод, имеет гораздо меньше шансов заразиться новой их группой. Судя по всему, кровяные сосальщики помогают иммунной системе хозяина расправляться с опоздавшими особями своего вида, стараясь не допустить перенаселения.

Самое сильное впечатление производит не то, сколько людей калечат или убивают кровяные сосальщики, а то, что они в большинстве случаев умудряются жить в своих хозяевах припеваючи и причинять им при этом так мало неприятностей. Можно сказать, что они играют роль своего рода дорогостоящих защитников.

* * *

Только у позвоночных есть иммунная система, которую я до сих пор описывал, с вечно адаптирующимися B– и T-клетками. Беспозвоночные животные (все что угодно – от морских звезд до омаров и земляных червей, стрекоз и медуз) отделились от наших предков более 700 млн лет назад и успели изобрести собственные мощные защитные механизмы. В насекомых, к примеру, чужаки обволакиваются слоем клеток, источающих яды. Со временем эти клетки формируют вокруг паразита удушающий герметичный кокон. Естественно, паразиты, специализирующиеся на беспозвоночных, приспособились к такой иммунной системе, изобрели собственные уловки, не менее хитроумные, чем те, что применяют паразиты человека.

Пожалуй, лучше всего эта система изучена на примере паразитической осы Cotesia congregate. Эта небольшая оса размером с комара использует в качестве хозяина гусеницу бражника – толстую зеленую гусеницу с черными крючками на ножках и оранжевым шипом, который торчит из заднего ее конца, как рог. Ученые так тщательно исследовали эту пару хозяин – паразит потому, что гусеница бражника – очень серьезный вредитель, пожирающий и табак, и помидоры, и другие овощи. Она к тому же весьма велика, что позволяет ученым лучше понять, что происходит у нее внутри.

Атака котесии настолько стремительна, что вы вряд ли ее заметите. Оса приземляется на рогатую гусеницу, немного поднимается по ее боку и втыкает в будущего хозяина свой шприц-яйцеклад. Гусеница может поизвиваться немного, пытаясь избавиться от осы, но ее усилия бесполезны. Внутри гусеницы из осиных яиц вылупляются сигарообразные личинки. Они пьют кровь хозяйки и дышат через серебристые вздутия на заднем конце. Иммунная система гусеницы бражника весьма чувствительна, но осиная молодь без помех занимается своими делами. Однако бездействием иммунной системы хозяина личинки осы обязаны не себе: сами бы они не справились. Для этого им необходима помощь матери.

Оса-мать вводит яйца в гусеницу в виде густой смеси, похожей на суп. Жизнь яиц и личинок полностью зависит от этого «супа»: если вынуть яйца, удалить с них жидкость и снова поместить в гусеницу, иммунная система хозяйки поднимет тревогу и очень скоро мумифицирует яйца. Паразит остается в живых благодаря плавающим в «супе» миллионам вирусов. Эти вирусы мало чем напоминают знакомые нам разновидности – к примеру, те, что вызывают простуду. Вирус простуды странствует от хозяина к хозяину, внедряется в клетки слизистой оболочки носа и горла и приказывает протеинам клетки производить новые копии вируса. Другие вирусы, такие как ВИЧ, заходят так далеко, что вклеивают собственные гены в ДНК клетки-хозяина и уже оттуда управляют производством собственных копий. Некоторые (очень немногие) заходят еще дальше: их хозяева рождаются уже со встроенной в их гены ДНК вируса и передают ее своему потомству.

Вирусы у ос-паразитов еще более необычны. Осы рождаются с вирусным генетическим кодом, рассредоточенным среди множества ее хромосом. У самцов инструкции остаются в разрозненном виде. Но, как только самка в куколке начинает принимать взрослую форму, вирус просыпается. В определенных клетках ее яичников куски генома вируса вырезаются из ДНК осы и сшиваются воедино, как главы разрозненной, но полной вирусной книги. Затем эти гены руководят созданием реальных вирусов – другими словами, цепочек ДНК в протеиновой оболочке, – которые начинают накапливаться внутри ядра клетки. Когда ядро наполняется до предела, клетка лопается, и миллионы вирусов начинают свободно плавать в яичниках осы.

Но оса из-за этого не заболевает. Напротив, она использует эти вирусы как оружие против гусеницы бражника. Когда она впрыскивает их вместе с яйцами в гусеницу, вирусы уже через несколько минут начинают проникать в клетки хозяина. Они захватывают ДНК хозяина и вынуждают его клетки производить чуждые протеины, нехарактерные для гусеницы бражника: эти новопроизведенные протеины наполняют полость тела гусеницы и разрушают ее иммунную систему. Клетки, вместо того чтобы нападать на паразитов, начинают склеиваться друг с другом, а затем просто лопаются. Хозяин остается таким же иммунологически беспомощным, как человек с ярко выраженным СПИДом (его тоже вызывает вирус, «взрывающий» иммунные клетки). Благодаря этим вирусам личинки осы могут вылупиться из яиц и начать расти без помех со стороны хозяина.

Но, в отличие от инфицированного ВИЧ человека, гусеница бражника через несколько дней оправляется от атаки вируса. К этому моменту личинка осы, судя по всему, способна сама, без помощи матери, держать под контролем иммунную систему хозяина. Возможно, они обманывают хозяина, так же как трематоды обманывают нас: пользуются для маскировки собственными протеинами насекомого или имитируют эти протеины.

Кажется странным, что вирус делает грязную работу за другой организм и даже уничтожает иммунную систему хозяина только для того, чтобы через несколько дней быть уничтоженным самому. Но не надо забывать, что внутри каждого яйца, которое выживает при помощи вируса, имеется инструкция по изготовлению новых вирусов. В то же время нам, возможно, не следует рассматривать вирус как отдельный организм с собственными эволюционными целями. Истина может оказаться еще более причудливой, потому что ДНК вируса напоминает некоторые из собственных генов осы. Может быть, это наследственное сходство: возможно, вирус происходит от фрагмента ДНК осы, который мутировал таким образом, что перестал участвовать в нормальном процессе копирования и хранения информации. И быть может, не совсем верно называть эти вирусы вирусами – может, просто оса придумала новый способ упаковки собственной ДНК. (Один ученый предложил называть процесс производства этих «вирусов» генетической секрецией.) Если дело обстоит именно так, получается, что паразитическая оса умудряется впрыскивать собственные гены в клетки другого животного, чтобы сделать их более удобным местом для проживания ос.

Может показаться, что эти осы – пришельцы с какой-то иной планеты, но на самом деле они демонстрируют главное свойство, характерное для всех паразитов Земли: паразит находит способ борьбы с иммунной системой, в точности соответствующий особенностям организма хозяина. Погибнет в результате хозяин или останется жив, зависит только от того, что выгоднее паразиту.