Перевернутый ребенок
В истории иммунологии, как и в любой истории, существуют даты, которые отмечают принципиальные моменты ее развития. Они подобны вехам, указывающим начало нового пути, нового направления в науке.
Три основные даты определили три периода в истории иммунологии.
Первый начался в 1881 году — после открытий Пастера родилась научная иммунология как учение о невосприимчивости к инфекционным болезням.
В 1898 году ученики Мечникова бельгиец Борде и русский исследователь Чистович установили, что иммунологические закономерности распространяются не только на бактерии, но и на клетки или белки животного происхождения, которые также являются антигенами. С этого момента возникло и развивается второе направление — неинфекционная иммунология, в недрах которой зародилось учение о несовместимости тканей при пересадках.
1953 год ознаменовался открытием принципиально нового явления, обратного иммунитету. Этот антиконтра-иммунитет родил способ преодоления несовместимости тканей и дал возможность создать сфинксов XX века. О них-то я сейчас и собираюсь рассказать.
Все в свое время
В обиходе жизнь и развитие каждого человека и животного принято исчислять с момента рождения до смерти. В биологии индивидуальная жизнь и развитие исчисляются с момента зарождения. Иначе говоря, с момента слияния мужской и женской половых клеток, в результате которого возникает клетка, называемая зиготой. С нее и начинается жизнь и развитие нового организма, биологического индивидуума.
Первый период — до рождения — называется эмбриональным. Второй — постэмбриональным. Эмбрион развивается в результате деления зиготы на 2, потом на 4, 8, 16 и т.д. клеток. Клетки начинают дифференцироваться и размножаться с разной скоростью. Происходит закладка отдельных тканей и все большее и большее совершенствование зародыша. В процессе этого совершенствования до рождения и после него начинается и заканчивается формирование всех органов и развитие всех необходимых функций.
Возникновение органов и их функций происходит не вдруг, не сразу, а в определенные периоды эмбрионального или постэмбрионального развития.
У человека, например, печень формируется к 5-й неделе жизни эмбриона. Окостенение скелета начинается с 3-го месяца. Мышцы формируются на 4-м месяце внутриутробной жизни. Кровообращение за счет работы сердца начинается с конца 3-й недели. Снабжение кислородом за счет дыхания и работы собственных, а не материнских легких — лишь с момента рождения. Первые условные рефлексы возникают через 10—20 дней после рождения. Зубы появляются со второго полугодия жизни. Половое созревание происходит только к 14—18 годам.
Все в свое время!
Остается уточнить, когда приходит время солдат армии иммунитета, когда возникает у них способность вырабатывать свое главное целенаправленное оружие — антитела. Мельком было уже упомянуто об этом. Пришло время сказать поподробнее. Все в свое время.
Этот вопрос был решен экспериментально на мышах, крысах, кроликах, курах, утках, индюках и других животных. Эмбрионам во все этапы их развития вводили шприцем разные антигены — чужеродные сыворотки, клетки, микробные вакцины. Эти опыты особенно удобно производить на птицах: не нужно оперировать беременную самку. Достаточно проколоть скорлупу и оболочки яйца с развивающимся зародышем. Во всех опытах был получен однозначный результат: эмбрионы антител не производят.
Провели иммунизацию животных сразу после рождения, а птенцов сразу по выходе из яйца. Получили тот же результат: новорожденные животные антител не производят. И только на 3, 5 или 7-й день жизни (у разных животных по-разному), наконец, появляется способность вырабатывать антитела в ответ на чужие антигены. Только тогда иммунологическая система, наша защитная армия, мобилизуется. Только тогда клетки-солдаты становятся иммунологически компетентными.
Эмбрионы реагируют наоборот
Для точности представления об иммунологической инертности эмбрионов надо выяснить, не временное ли это явление. Может быть, через некоторый период постэмбрионального существования у них начнут вырабатываться антитела. А может быть, даже наоборот: прошлое знакомство с антигеном в конце концов окажется тем же обучением иммунологической армии, но с замедленной реакцией, с запоздалой выработкой антител.
Уточнили эти вопросы и… открыли новые важные закономерности. Теперь уже абсолютно точно: отсутствие антител после иммунизации эмбрионов нельзя объяснить замедленным их образованием. Даже если обследовать на протяжении всей жизни этих животных, антитела все равно не появляются.
Давно было известно и много лет все считали, что эмбрионы иммунологически инертны и совершенно не реагируют на антигены.
Так считали до 1953 года. Но появились на свет работы Милана Гашека и Питера Медавара. Мы уже знаем, что они работали независимо друг от друга. Более того, у них были различные теоретические предпосылки и руководящие идеи. Независимо друг от друга и по разным причинам они вместе со своими сотрудниками стали изучать реакцию животных на повторное введение антигена после иммунизации их во время эмбрионального периода развития. Они шли разными путями, но пришли к одному и тому же.
Два человека и следы
Гашек и Медавар, а вслед за ними и все иммунологи мира были ошеломлены полученными результатами. Обработанные в эмбриональное время животные не реагируют на данный антиген и во взрослом состоянии. Эмбрионы инертны! Так думали. Думали, что все известно. Оказалось, не так.
Оказалось, они отвечают на внедрение чужеродных тканевых антигенов. Но ответ этот по своему характеру противоположен реакции взрослых. Взрослые распознают чужое, расшифровывают его строение и вырабатывают против него оружие — антитела. Иммунологическая армия эмбриона иначе относится к этому чужому, терпит его, знакомится и больше не считает чужим. Поэтому повторное введение тех же (и только тех же!) антигенов после рождения животного не приводит к появлению в его крови антител. Вместо иммунитета развивается состояние неотвечаемости по отношению к тем антигенам, которые вводились эмбриону.
При введении куриным эмбрионам крови уток у цыплят возникает состояние неотвечаемости по отношению к антигенам этих уток. Иммунизация данных цыплят кровью или тканями других птиц или даже других уток дает обычный ответ — возникают антитела.
Привычка на всю жизнь
Итак, 1953 год для иммунологии ознаменовался открытием принципиально нового явления, обратного тому, которое было известно раньше. Известно было, что взрослый организм на внедрение чужеродных белков и клеток реагирует выработкой активного иммунитета, направленного на отторжение этого белка или клеток, на их выведение, разрушение. В 1953 году стало известно, что эмбрионы реагируют наоборот и после внедрения антигенов развивающийся из них организм теряет способность отвечать выработкой антител на данные антигены. Это состояние специфической неотвечаемости получило название приобретенной иммунологической толерантности.
Открытие это взбудоражило умы ученых. Оно поставило на повестку дня вопрос о возможности преодоления тканевой несовместимости, о возможности устранения принципа «индивидуальность превыше всего» и, следовательно, о возможности хирургической пересадки чужой кожи или целых органов. Действительно, если обработка эмбриона чужеродной тканью обеспечивает в последующем неотвечаемость по отношению к ней, то она должна приживать. Иммунологическая армия будет относиться к ней, как к своей, и отторжения или рассасывания не произойдет.
Вот почему состояние иммунологической толерантности интенсивно изучалось все последние годы и продолжает изучаться с не меньшим вниманием сейчас. Выступая с торжественной лекцией при получении Нобелевской премии, Питер Медавар начал свою речь с характеристики состояния иммунологической толерантности и конкретного примера:
«Иммунологическая толерантность может быть описана как состояние индифферентности или отсутствия реактивности по отношению к субстанциям, которые в нормальных условиях должны вызывать иммунологический ответ. Например, если жизнеспособные клетки от мышей линии СВА инъецировать взрослым мышам линии А, то клетки СВА будут разрушены благодаря иммунологическим процессам и мыши линии А, которым их вводили, будут в последующем постоянно разрушать любой трансплантат от животных той же линии со скоростью, которая типична для иммунологически вооруженных животных. Но если СВА клетки инъецированы эмбрионам или новорожденным мышам линии А, они приживают; больше того, мыши линии А, после того как они вырастут, будут постоянно воспринимать трансплантаты от доноров СВА так, как если бы это были их собственные».
Изучение иммунологической толерантности привело к установлению следующих принципиальных положений.
Введение эмбрионам микробных антигенов не вызывает состояния иммунологической толерантности, или выражено оно весьма слабо. Развившиеся из таких эмбрионов животные реагируют выработкой антител при введении данных микробов нормально или несколько слабее.
Введение тканевых антигенов от животных далеких видов (например, при введении кроличьему эмбриону препаратов тканей крысы, лошади, человека) наблюдается сходная картина. Толерантность выражается только в снижении, но не полном подавлении способности вырабатывать антитела.
Обработка эмбрионов тканевыми препаратами от животных близких видов (мышь — крыса, курица — индюшка и т. п.) дает более выраженные результаты. Развившиеся из таких эмбрионов животные могут совершенно не реагировать на введение им донорских тканей, и антитела будут отсутствовать. Но происходит это только при введении эмбриону весьма больших доз тканевых антигенов; при недостаточных дозах результат оказывается аналогичным предыдущему.
Введение тканевых антигенов от животных того же вида обеспечивает развитие абсолютной иммунологической толерантности даже при относительно небольших дозах. Так происходит при использовании животных одного вида, но разных пород или чистых линий. В примере Медавара были линии СВА и А, но могут быть СЗН, С57ВL и другие. Так происходит и при использовании беспородных животных одного вида. Возникающая толерантность, как и в предыдущих случаях, строго специфична — она распространяется только на антигены той линии, чью ткань вводили эмбрионам, или на антигены использованного нами конкретного беспородного донора. Толерантность, как и иммунитет, строго специфична.
Наконец, для получения организма с выраженной иммунологической толерантностью эмбрион надо обрабатывать живыми, способными к размножению клетками. Для этого пригодна, например, взвесь живых клеток костного мозга, лимфатических узлов, селезенки. Иммунологическую толерантность можно также создавать методом эмбрионального парабиоза, при котором сращенные эмбрионы обмениваются кровью, а вместе с ней и живыми, способными к размножению клетками. Только при этих условиях состояние иммунологической толерантности будет полным, сохранится и после рождения все последующее существование организма. При иных способах обработки эмбриона — например, кровяной сывороткой — разрушенными или убитыми клетками, толерантность у этого индивидуума будет неполной и временной. Она сохраняется до тех пор, пока в крови и тканях новорожденного животного присутствует введенный антиген.