Нобелевские лауреаты в иммунологии

Министерство здравоохранения и социального развития РФ

Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П.Павлова

кафедра философии и политологии

заведующий кафедрой профессор И.Б. Гардинар

РЕФЕРАТ

«Вклад нобелевских лауреатов в развитие иммунологии»

Аспирант: Мазинг А.В.

Специальность: Аллергология и иммунология (14.00.36)

Научный руководитель: д.м.н., проф. Тотолян А.А.

Санкт-Петербург

Оглавление

Введение

Глава 1. 1901 Эмиль Адольф Фон Беринг (1854-1917) 9

Глава 2. 1905 Роберт Кох (1843-1910)

Глава 3. 1908 Илья Ильич Мечников (1845-1916) и Пауль Эрлих (1854-1915)

Глава 4. 1913 Шарль Робер Рише (1850-1935)

Глава 5. 1919 Жюль Борде (1870-1961)

Глава 6. 1930 Карл Ландштейнер (1868-1943)

Глава 7. 1951 Макс Тэйлер (1899-1972)

Глава 8. 1957 Даниель Бове (1907)

Глава 9. 1960 Френк Макфалейн Бернет (1899-1985) и Питер Брайн Медавар (1915-1987)

Глава 10. 1972 Родни Р. Портер (1917-1985) и Джеральд М.Эдельман (1929)

Глава 11. 1977 Розалин Ялоу (1921)

Глава 12. 1980 Бару Бенацерраф (1920), Жан Доссе (1916) и Джорд Д. Снелл (1903)

Глава 13. 1984 Нильс К. Ерне (1911-1994), Георг Й. Келлер (1946-1995) и Сезар Мильштейн (1927-2002)

Глава 14. 1987 Сусуму Тонегава (1939)

Глава 15. 1996 Питер К. Догерти (1940) и Рольф М. Цинкернагель (1944)

Глава 16. 1997 Стенли Б. Прузинер (1942)

Заключение

Список литературы

Введение

О том, что человек не болеет некоторыми болезнями дважды, было известно с древних времен. Так, Фукидид, описывая чуму в Афинах, отметил, что те немногие, кто выжил, могли ухаживать за больными без риска повторного заражения. О том же сообщали сочинения арабского врача X века Разеса и «Канон врачебной науки», написанный Авиценной (Иби-Сина Абу Али 980-1037) в XI веке. В Средние века любой обладатель оспин без страха встречал очередную эпидемию этой смертельно опасной болезни, а все остальные заболевали почти поголовно («Любовь и оспа минуют лишь немногих»- поговорка тех лет). Механизмы такой индивидуальной невосприимчивости не были известны даже в общих чертах. Само слово иммунитет (лат. immunitas) употреблялось только в его юридическом значении «свобода от податей или судебной ответственности».

В 1798 году английский врач Эдуард Дженнер (1749-1823) прославился тем, что, заражая людей возбудителем легко переносимой коровьей оспы, избавлял их от риска заболеть смертельно опасной натуральной, то есть «человеческой», оспой. Таким образом, Дженнер первым (1798) показал возможность того, что позднее было названо созданием активного иммунитета. Сейчас мы знаем, что микроб, вводимый в организм человека, активирует его иммунную систему, и та вырабатывает защитные белки - антитела, связывающие микроорганизмы и способствующие их уничтожению. Разумеется, свое открытие Дженнер сделал на основании одной только наблюдательности: каких-либо данных или хотя бы догадок не только о механизмах иммунитета, но и о микроорганизмах как возбудителях заразных заболеваний тогда не существовало. Просто доярки часто болели коровьей оспой и практически никогда натуральной. Удача Дженнера состояла в том, что он нашел один из нечасто встречающихся случаев перекрестного иммунитета, когда одно заболевание вызывает невосприимчивость к другому. Именно поэтому открытие Дженнера не могло быть использовано для предупреждения многих других заразных болезней. Таким образом, Дженнер первым показал возможность того, что позднее было названо созданием активного иммунитета.

Следующий шаг к пониманию процессов иммунитета был сделан французом Луи Пастером, показавшим в 1880-е годы, что именно микроорганизмы являются причиной инфекционных заболеваний. Работая с возбудителем куриной холеры, он доказал принципиальную возможность создания активного искусственного иммунитета к возбудителям различных инфекционных заболеваний. Пастер заражал кур ослабленными микробами или микробами, взятыми из старых культур. Эти ослабленные патогенные микробы вызывали несмертельное заболевание, которое заканчивалось приобретением устойчивости к повторному заражению. Вскоре этот метод был применен для создания иммунитета и у человека. Правда, для объяснения феномена приобретенной невосприимчивости Пастер предложил наивную на сегодняшний взгляд теорию истощения: микроб, размножаясь в организме, полностью уничтожает запасы какого-либо вещества и в результате - погибает. Вскоре Теобальд Смит показал, что в качестве вакцины можно использовать убитые микроорганизмы.

Мечников и Эрлих разделили Нобелевскую премию 1908 года за открытие двух главных механизмов иммунитета: клеточного (фагоцитоз) и гуморального (антителообразование).

Благодаря работам Луи Пастера распространилось представление о микробах как возбудителях инфекционных болезней. Пастер создал первые методы экспериментального исследования иммунитета.

Мечников (Нобелевская премия 1908 года) предложил клеточную теорию иммунитета, основанную на представлении о фагоцитозе - способности некоторых белых клеток крови поглощать и переваривать бактерии и другие и чужеродные тела, проникшие в организм.

Фон Беринг (Нобелевская премия 1901 года) в 1890 году показал, что на введение некоторых токсинов (ядов) бактериального происхождения организм отвечает выработкой антитоксинов -- специальных белковых молекул, способных связывать токсины. Эрлих (Нобелевская премия 1908 года) положил представление о защитных молекулах в основу своей гуморальной теории иммунитета. Сами защитные молекулы Эрлих называл амбоцепторами. Борде (Нобелевская премия 1919 года) именовал их сенситизаторами, но в конце концов утвердилось название «антитело». Было показано, что гуморальный иммунитет специфичен, то есть антитела, выработанные против возбудителя одной болезни, не защищают от возникновения другой.

В первоначальном виде гуморальная теория иммунитета, как ее сформулировал Эрлих, предполагала существование изначально заложенного в клетках механизма, готового синтезировать антитела к любому антигену, как только он проникнет в организм (селекционная интерпретация). В 1930 годы Ландштейнер (Нобелевская премия 1930 года) установил, что антитела могут образовываться и в ответ на введение искусственных антигенов, не существующих в природе. Это факт нанес сильный удар по теории селекционной интерпретации, и большинство исследователей, в том числе Полинг (Нобелевская премия по химии 1954 года), стали исповедовать инструктивную интерпретацию, согласно которой механизм ответа изначально не заложен, но формируется после попадания антигена в организм.

Борде (Нобелевская премия 1919 года) первым показал, что переливание животному крови животного другого биологического вида приводит к гемагглютинации - склеиванию эритроцитов, и объяснил это работой антител. В 1901-1902 годах году Ладштейнер (Нобелевская премия 1930 года) и его сотрудники предложили относить кровь каждого человека к одной из четырех групп: А, В, АВ или 0. Эта классификация основана на том, что на поверхности эритроцитов большинства людей содержатся антигены (участки белковых молекул, способные активировать чужую иммунную систему) А и/или В, а в плазме крови изначально присутствуют готовые антитела к таким антигенам. Если перелить человеку кровь иной группы, чем его собственная, возможна встреча антител с соответствующими им антигенами и как результат - гемагглютинация, закупорка капилляров и нарушение кровотока, иногда смертельное.

Туберкулез (лат. tuberculum - бугорок) был известен человечеству очень давно. Однако различные его формы считались отдельными заболеваниями. Наиболее известны были чахотка - туберкулез легких и обыкновенная волчанка (lupus vulgaris) - туберкулез кожи, особенно - кожи лица. Если поражались одновременно кожа и шейные лимфатические узлы, болезнь называли - золотухой. Чахотку считали следствием плохого питания, возникновение волчанки объясняли недостатком пребывания на солнце (и то и другое отчасти соответствует истине). Состоятельным чахоточным больным рекомендовали жить на горных швейцарских курортах с их свежим воздухом и жирным молоком альпийских коров. Тем, кто не мог себе этого позволить, советовали чаще дышать «густым воздухом хлева». Лечение золотухи было более экзотичным: в Средние века люди верили, что в роду французских королей передается по наследству мистический дар лечить эту болезнь возложением рук на голову страждущего.

Понадобилась проницательность французского врача Р. Лаэннека, изобретателя стетоскопа, чтобы увидеть в столь различных поражениях проявления единой болезни - туберкулеза. Мысль о том, что туберкулез является инфекционным заболеванием, высказывал еще итальянский врач и анатом Д.Б. Морганьи.

Фридрих Леффлер (1852-1915) и Эмиль Ру (1853-1933) предположили, что не сам микроб-возбудитель, а выделяемый им токсин (яд) поражает организм человека. В 1888 году Ру и Александр Йереен (1863-1943) выделили этот растворимый токсин из надосадочной жидкости культуры дифтерийной палочки, Беринг (Нобелевская премия 1901 года) и Сибасабуро Китасато (1852-1931) продвинулись дальше, показав в 1890 году, что введение этого токсина вызывает в организме образование антитоксина (противоядия). Они также показали, что если эти антитоксины выделить из крови и ввести заболевшему человеку, то можно спасти его от смерти. Механизм возникновения невосприимчивости известен не был.

В 1880 году Рише присутствовал на эксперименте Пастера и видел, как тот вводил цыплятам ослабленные микробы холеры. В связи с этим Рише заинтересовала идея о том, что инфекционные заболевания могут быть связаны с выработкой токсина. В 1881 году Рише предположил, что французских овец, подверженных сибирской язве, можно предохранять от этой болезни путем переливания им крови алжирских овец, устойчивых к сибирской язве. Эту идею Рише проверил в 1888 году - изучая кровь зараженных животных.

В 1894 году немецкий бактериолог Рихард Пфейффер и русский микробиолог Василий Исаевич Исаев (1854-1911) вводили холерные вибрионы животным, обладающим иммунитетом к холере, и обнаружили гибель бактерий. Явление получило название бактериолиз. Бактериолиз также происходил, если интактным (не обладающим иммунитетом к холере) животным вводили взвесь холерного вибриона вместе с сывороткой иммунных животных. Повторить пот эффект in vitro не удавалось. Мечников считал, что причину бактериолиза следует искать в деятельности фагоцитов (клеток-«пожирателей» микробов).

Первые, не очень надежные, сообщения о черной рвоте болезни, напоминавшей желтую лихорадку, относятся к XV веку. Первая документально зарегистрированная ее эпидемия имела место в 1648 году в Мексике, куда, как полагают, ее завезли из Западной Африки работорговцы.

В ХVII-Х1Х столетиях эта болезнь особенно свирепствовала в Карибском бассейне, откуда периодически распространялась по морским путям Атлантики и, в конечном счете, захватила большие территории в континентальной Южной Америке и в Африке. История желтой лихорадки изобилует драматическими событиями.

Природа желтой лихорадки и способ ее передачи долгое время оставались не известными. Однако в 1881 году гаванский врач Карлос Хуан Финлей-и-Баррес отметил изобилие москитов в местах распространения болезни и даже послал в Испанскую королевскую академию трактат, в котором утверждал, что болезнь передается комарами. Несмотря на то, что это сообщение в 1884 году появилось на страницах "Scientific American", оно не привлекло к себе должного внимания.

Когда в 1898 году вспыхнула Испано-американская война, желтая лихорадка соде значительные трудности для армии США на Кубе. Из-за этого американские власти в 1900 году назначили Комиссию по изучению желтой лихорадки во главе с военным врачом Уолтером Ридом. В состав комиссии входили бактериолог Джеймс Кэррол и энтомолог Джесси У. Лейзер.

Комиссия обнаружила, что желтая лихорадка передается от человека к человеку через укусы комаров Aedes aegypti которые обитают вблизи человеческого жилья и размножаются в стоячей воде. Стало возможным бороться с лихорадкой, истребляя комаров и изолируя заболевших в местностях, где комаров не было. Аналогичные меры были предприняты на Юге США, в Мексике, зоне Панамского канала, Бразилии и других местах.

Комиссия Рида впервые показала, что причиной заболевания человека желтой лихорадкой может быть вирус. Там, где имеется достаточно большое количество людей, не обладающих иммунитетом к этой болезни и обитают комары Aedes aegypti, один-единственный инфицированный человек может стать причиной эпидемии.

Казалось, что комиссия Рида полностью решила проблему желтой лихорадки, но уже в1911 году группа южноамериканских врачей доказала, что заразиться этой болезнью можно не только возле человеческого жилья, но также и в девственных джунглях. Возникла догадка, что эта форма болезни, которая получила известность как лихорадка джунглей, существует среди диких обезьян и может быть передана от них человеку. Поскольку обезьяны и комары Aedes aegypti часто обитают на вершинах деревьев, их нельзя истребить, поэтому в джунглях желтая лихорадка до сих пор остается постоянной угрозой. Однако прошло много времени прежде, чем это удалось доказать, и шесть врачей-исследователей из экспедиции Фонда Рокфеллера заплатили за это своими жизнями.

К середине 1940-х годов было уже известно, что хромосомы состоят из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и белков. Освальд Теодор Эйвери и другие в 1944 году покачали, что наследственные признаки бактерий могут быть переданы от одной клетки к другой путем переноса ДНК. В 1952 году Хергаи (Нобелевская премия 1969 года) и Марта Чейс доказали, что генетическим материалом бактериофага является ДНК.

Основываясь на существовавших данных Э. Чаргаффа о соотошении различных азотистых оснований в молекуле ДНК и на результатах ее рентгеноструктурного анализа, выполненного Р. Франклин и Уилкинсом (Нобелевская премия 1962 года), Уотсон и Крик (Нобелевская премия 1962 года) в 1953 году открыли структуру молекулы ДНК и создали ее трехмерную модель - знаменитую двойную спираль. Очоа и Корнберг (Нобелевская премия 1959 года) синтезировали ДНК in vitro.

Количество вариантов антител, которые способен выработать человеческий организм, оценивалось числом не менее 10 млн. Согласно правилу Бидла-Тейтема (Нобелевская премия 1058 года) «один ген-один белок) для кодирования структуры 10 млн. молекул требуется 10 млн. генов. Это многократно превышает возможности ДНК. (По современной оценке, у человека примерно 30 тыс. генов.)

Структура антител оставалась неизвестной пока Тиселиус (Нобелевская премия по химии за 1948 год) и Э. А. Кэбет не показали, что антитела являются г-глобулинами с огромной молекулярной массой, что и затрудняет их изучение. Чтобы облегчить задачу исследователей, требовалось найти способ расщепления больших молекул на точно определенные фрагменты, с которыми было бы легче работать.

Другая трудность заключалась в том, что работая с иммуноглобулинами исследователь вынужден иметь дело со смесью близких но структуре молекул. Выход подсказала работа Г. Кункеля, показавшего в 1950 году, что все клетки миеломы - злокачественной опухоли кроветворных органов происходят от одной-единственной клетки, и вырабатываемые ими иммуноглобулины - одинаковы (гомогенны).

На рубеже XIX и XX веков Каррель (Нобелевская премия 1912 года) добился выдающихся результатов в разработке техники сшивания сосудов и трансплантации, то есть пересадки, органов. После того, как большая часть чисто хирургических трудностей была разрешена, стало очевидным, что главная проблема заключается в другом: безупречно пересаженный орган сначала приживался, а через некоторое время - отторгался мощной реакцией иммунной системы. Причины отторжения были непонятны. Требовалось создать способы воздействия на иммунную систему, основанные на совершенно новых теоретических представлениях.

В 1927 году К. Бауэр обнаружил, что при пересадке кожного лоскута от одного монозиготного близнеца другому отторжения не происходит. Организм принимает трансплантат как собственную ткань. За этим последовало несколько успешных пересадок почек от близнеца близнецу. Так была доказана генетическая детерминированность реакции отторжения. В конце 1930-х годов в США было установлено, что процесс отторжения трансплантата управляется несколькими генами, но исследователи не сумели их идентифицировать. В 1937 году в Лондоне Питер Горер описал белок, участвующий в реакции отторжения.

В 1945 году Р.Д. Оуэн открыл явление химеризма, то есть возможность существования генетически неоднородных организмов: у телят-близнецов еще в утробе матери происходил обмен кровью, и чужие эритроциты потом длительно сохранялись в крови.

Берне и Медавар (Нобелевская премия 1960 года), экспериментируя с пересадками кожных лоскутов у телят и мелких лабораторных животных, установили, что способность организма отличать чужие антигены своих не является полностью наследуемой, и ее формирование иногда заканчивается уже после рождения. Таким образом, в течение внутриутробной жизни и иногда некоторое время после рождения индивид сохраняет способность принимать чужую ткань как свою -феномен иммунологической толерантности.

Бёрнет и Медавар (оба - Нобелевская премия 1960 года) установили, что в течение некоторого времени после рождения индивид сохраняет способность принимать чужую ткань как свою - феномен иммунологической толерантности. В конце 1950-х годов Бёрнет, Д. У. Толмэдж и Ледерберг (Нобелевская премия 1958 года), полностью отказавшись от инструктивной интерпретации, сформулировали клонально-селекционную теорию иммунитета, основу которой составляло представление об изначально существующих в организме клеточных клонах - группах клеток, способных продуцировать антитела на любой мыслимый антиген. Во время внутриутробного развития и в течение короткого времени после рождения клоны клеток, способные ответить на собственные антигены организма, элиминируются (подавляются), и таким образом, предупреждается разрушение иммунной системой тканей собственного организма. Оставшиеся клоны ожидают появления соответствующих «чужих» антигенов, и, когда это случается, активируются и синтезируют нужные антитела. В начале 1950-х годов Снелл (Нобелевская премия 1980 года) доказал существование у позвоночных главного комплекса гистосовместимости - системы генов, регулирующих ответ на пересадку чужеродной ткани. В 1954 году Доссе (Нобелевская премия 1980 года) обнаружил, что кровь пациентов, которым многократно производили переливание крови, содержит антитела против донорских лейкоцитов. Эти антитела агглютинировали (склеивали) лейкоциты большинства других людей, но не свои собственные. В конце 1950-х годов Доссе идентифицировал первый антиген гистосовместимости человека, а в 1965 году описал систему человеческих лейкоцитарных антигенов и соответствующие им HLA-гены. Вскоре было выявлено сходство систем МНС и HLA. Бенасерраф (Нобелевская премия 1980 года) показал, как эти гены регулируют не только ответ на пересадку чужеродной ткани, но и всю работу иммунной системы. Так, усилиями Снелла, Доссе и Бенасеррафа был раскрыт механизм, с помощью которого организм отличает свои здоровые клетки от чужих или своих, но переродившихся.

Существование носителей наследственности постулировал еще Мендель (18бб). В 1909 году датчанин Вильгельм Людвиг Иогансен назвал их генами, Морган (Нобелевская премия 1933 года) доказал, что гены упорядоченно расположены в хромах («как бусины на нитке»). Мак-Клинток (Нобелевская премия 1983 года) показала, что часть структурных элементов хромосомы способна перемешаться не только по самой хромосоме, но и к другой хромосоме. Роберте и Шара (Нобелевская премия 1993 года) установили, что ген может присутствовать в генетической материале в виде нескольких раздельных сегментов - экзонов.

То, что синтез белков управляется генами, предполагал еще в 1902 году А.Э. Гаррод. Билл и Тейтем (Нобелевская премия 3958 года) доказали, что структура каждого синтезируемого белка закодирована в одном из генов: «один ген один белок».

С конца 1960-х годов, когда большинство иммунологов отказалось от инструктивной интерпретации теории атитителообразования, вновь стало очевидным разительное несоответствие между числом необходимых вариантов антител и возможностями генетического аппарата хранить информацию об их структуре.

Антитела синтезируются В-лимфоцитами, которых у взрослого человека примерно 10¹². Поскольку каждый В-лимфоцит может производить свой тип антител, число возможных вариантов антител в одном организме теоретически ограничено только этим числом - триллион. Число антигенов, с которыми может встретиться организм, оценивалось в сотни миллионов, и уникальная природа каждого требовала синтеза «собственного» антитела, а для этого, в соответствии с правилом Бидла-Тейтема нужны сотни миллионов генов. Весь же человеческий геном, как тогда считали, содержит 70 тыс. генов (сейчас известно, что 30 тыс.).

Кроме того, несмотря на общую победу селекционной интерпретации теории антителообразования, многим исследователям все же трудно было до конца примириться с мыслью о том, что иммунная система заранее создает антитела, способные опознать и обезвредить сотни миллионов веществ, при том, что с большей частью этих веществ организм в течение всей своей жизни так и не встретится. Структура антител оставалась неизвестной, пока Тиселиус (Нобелевская премия по химии за 1948 год) и Л. Кэбет не показали, что антитела являются г-глобулинами, то есть белками с большой молекулярной массой. В 1962 году Эдельман и Портер (оба - Нобелевская премия 1972 года) установили, что молекула антитела состоит из четырех полипептидных цепей: двух длинных и двух коротких, все четыре вместе формируют Y-подобную симметричную молекулу. К. 1969 году сотрудники Одельмана полностью расшифровали первичную структуру молекулы иммуноглобулина (все 1300 аминокислотных остатков) и определили в ней домены, ответственные за различные функции антител.

В основании Y есть постоянная часть, последовательность аминокислот которой определяет принадлежность антитела к одному из следующих классов: M, D, G, A, или E. Соответственно были названы пять классов иммуноглобулинов: IgМ, IgD, IgG, IgA, и IgE. После связывания антитела с антигеном, например, вируса, молекула антитела меняется таким образом, что его постоянная часть (в стебле Y) начинает активизировать важные механизмы иммунной защиты. Среди них система комплемента, которая может непосредственно делать отверстия в бактериях и других микробах, а также притягивать лейкоциты -- макробактериофаги и гранулоциты - к полю сражения.

Короткие цепи бывают двух типов: к (каппа) и л (ламбда). Каждая молекула антитела, независимо от класса, содержит или две к- или две л-цепи. Во внешних частях коротких цепей (в ветвях Y) существуют значительные различия в последовательности аминокислот. В этой переменной части имеются три области, где различия очень велики. Эти области представляют собою стенки «кармана», способного связывать чужеродное вещество (антиген). Они более или менее приспособлены к форме конкретного антигена. Чем лучше соответствие, тем крепче захват антигена.

Работами членов гак называемой «фаговой группы» в 1940-1950 годы в США Дельбрюка и Лурия (оба Нобелевская премия 1969 года), было показано, что вирус навязывает клетке свой вариант генетической информации, заставляя ее синтезировать новые вирусы.

В 1902 году Арчибальд Э. Гаррод предположил, что некоторые дефекты ферментной системы передаются от родителей к потомкам. Освальд Теодор Эйвери и другие доказали, что носителем наследственсти является не белок, как думали прежде, а ДНК. Бидл и Тейтем (оба Нобелевская премия 1958 года) постулировали четкую зависимость структуры белка от генетической информации («один ген один белок»). Затем (1953) было раскрыто строение молекулы ДНК «двойная спираль Уотсона и Крика (оба Нобелевская премия 1962 года). Жакоб и Моно (оба - Нобелевская премия 1965 года) описали механизм транскрипции передачи информации от ДНК к иРНК для последующей передачи ее рибосомам, синтезирущим белок. Расшифровка триплетного кода Ниренбергом и Корана (оба - Ноблевская премия 1968 года) стала завершающим звеном в формировании того что можно назвать «центральной догмой биологии XX века»: структура белка опредляется информацией, хранимой и переносимой нуклеиновыми кислотами.

Заболевания животных, позднее отнесенные к классу прионных, известны более двух веков, аналогичные болезни человека с начала XX столетия. Так у людей был описана болезнь Крейцфельдта-Якоба (ВКЯ) - дегенеративное заболевание головного и спинного мозга, с поражением, в частности, мозжечка и базальных ядер, начинающееся обычно в старости и проявляющееся в нарастающей мышечной ригидности, нарушении речи и глотания, потере памяти, слабоумии и других психических расстройствах. В тканях мозга появлялись амилоидоподобные бляшки, содержащие палочкообразные белковые агрегаты. Было показано, что экстракт такого мозга содержит нечто, способное заразить человекообразных обезьян. В 1968 году инфекционный агент БКЯ был выделен у шимпанзе, позднее болезнь была привита кошке и хомяку. Временной интервал между заражением экспериментального животного и появлением симптомов обычно превышал один год.

Гайдузек (Нобелевская премия 1976 года) исследовал куру - описанную только в середине 1950-х годов загадочную болезнь, поражавшую исключительно аборигенов, живших в условиях неолита на плоскогорьях острова Новая Гвинея. При выполнении ритуала, сородичи съедали тело умершего. При этом чаще заболевали: женщины и дети: по-видимому, во время кулинарной обработки тела они имели доступ к наиболее питательной его части - головному мозгу. Через несколько месяцев кто-то из них начинал беспричинно смеяться... В 1959 году аборигенов убедили отказаться от этого обычая, и очаг куру исчез.

Была известна также сходная по проявлениям болезнь овец скрапи. Впервые ее наблюдали в Исландии в XVIII веке. Болезнь передавалась также экстрактами мозга животных.

Итак, инфекционный характер целого класса нейродегенеративных заболеваний животных и человека был доказан. Поскольку возбудитель не задерживался бактериальными фильтрами, естественно было отнести его к классу вирусов. Очень длительный латентный период и медленное развитие заболевания подсказали идею особых «медленных вирусов». Настоящие проблемы начались, когда выяснилось, что возбудителей не убивают ни формалин, ни ультрафиолетовое облучение. К факторам, вызывающим денатурацию и расщепление белков, эти агенты, наоборот, оказались чувствительны. Математик Дж.С. Гриффит предложил смелую гипотезу: агент вообще не содержит никакого генетического - материала, он лишь измененная форма клеточного белка. Воспроизведение его свойств происходит путем аутокатазиза. Именно эту гипотезу и подтвердило позднее открытие Прузинера.

Глава 1. 1901 Эмиль Адольф Фон Беринг (1854-1917)

Формулировка нобелевского комитета:

«за работы по серотерапии, и, прежде всего, за ее использование в борьбе против дифтерии, которыми он открыл новое направление в области медицинских знаний и тем самым дал в руки врача победоносное оружие против болезни и смерти».

В 1890 году Беринг и его ассистент японец Сибасабуро Китасато ослабляли культуру возбудителей дифтерии добавлением к ней небольших количеств трихлорида йода и вводили ее животным. Потом этим же животным вводили чуть более активную культуру и так далее, пока, наконец, не добивались невосприимчивости и к живым микробам.

Беринг сделал вывод о том, что «иммунитет вызывается метаболическими продуктами, выделяемыми дифтерийными бациллами в культуру». На то, что бацилла дифтерии не сама по себе поражает организм, а делает это, выделяя какие-то ядовитые вещества - токсины, указывали и результаты вскрытия трупов умерших от дифтерии. Болезнь поражала не только инфицированные ткани, но и всю сердечно-сосудистую систему.

Беринг указывал, что когда исследуешь трупы животных, умерших от дифтерии, находишь большое количество транссудата (то есть жидкости, выпота) в плевральной полости. Этот транссудат не содержит дифтерийных бацилл, но ядовит для морских свинок. Те немногие морские свинки, которые выжили после введения им 10-15 мл транссудата, переносили без вреда инъекции возбудителя, которые убивали здоровых животных за 3-4 дня.

Беринг занялся получением более концентрированных растворов дифтерийного токсина, совершенствовал методику выращивания культуры микробов и с помощью фильтрации получал все более сильнодействующие препараты: уже 1 мл жидкости хватало для того, чтобы вызвать у морских свинок заболевание, симптомы которого не исчезали и за 3-4 недели. Предварительно иммунизированные животные без видимого вреда переносили введение даже 3-5 мл жидкости.

Вначале Беринг сравнивал полученный им иммунитет с «привыканием», подобным тому, которое происходит у алкоголиков, морфинистов и людей, получающих препараты мышьяка. Однако такому объяснению противоречил факт видовой невосприимчивости мышей и крыс к возбудителю дифтерии. (Объяснить этот феномен удалось только в XX веке.) Пока же Беринг был поражен тем, что мыши без видимых последствий переносят дозы токсина, смертельные для более крупных морских свинок.

Беринг высказал идею, что в плазме крови крыс должно содержаться вещество, обезвреживающее токсин. Предполагалось, что такого вещества (антитоксина) нет в крови животных, чувствительных к дифтерии. Чтобы проверить это, Беринг ввел токсин крысам и через 3 ч их кровь инъецировал в брюшную полость морских свинок. Симптомов отравления не было. Беринг изменил схему опыта; теперь токсин вводился животным, чувствительным к дифтерии, и через 3 ч их кровь - морским свинкам. Наступало отравление, хотя несмертельное.

Уже в рождественскую ночь следующего 1891 года дифтерийный анатоксин был апробирован на человеке. Его применение позволило снизить смертность от дифтерии в среднем с 35 до 5 %, а при поражениях гортани -- с 95 до 15 %. Спасение жизней тысяч детей принесло Берингу быструю славу. В том же 1890 году с помощью схожей методики была создана сыворотка против столбнячного токсина, и во время Первой мировой войны она стала спасением для многих раненых [1].

В 1893 году в США на основе работ Беринга были созданы методы диагностики для определения периода необходимой изоляции больных дифтерией. В 1913 году американский педиатр Бела Шик описал внутрикожное введение токсина - тест на индивидуальную невосприимчивость человека к дифтерии (реакция Шика). Тогда же Беринг предложил введение смеси токсина и антитоксина для выработки у детей активного иммунитета, и это оказалось наиболее действенным средством защиты (пассивный иммунитет, возникающий после введения одного только антитоксина, недолговечен). В 1924 году токсин-антитоксиновая смесь была заменена на токсин, обработанный формалином (его назвали анатоксином). Так Беринг создал новую отрасль медицины - серотерапию.

Глава 2. 1905 Роберт Кох (1843-1910)

Формулировка нобелевского комитета: «за его исследования и открытия в области туберкулеза».

В 1882 году Роберт Кох сообщил Берлинскому обществу врачей, что он открыл возбудитель туберкулеза, который он называл бациллой, его современники - палочкой Коха.

Перепробовав множество методик, Кох выбрал для выявления микобактерий в тканях окрашивание их метиленовым синим при температуре +40°С. После нескольких дополнительных манипуляций клетки микроорганизма приобретали коричневую окраску, а микобактерии - «прекрасно голубую». Более того, все исследованные Кохом возбудители других инфекционных заболеваний, кроме возбудителя проказы, тоже окрашивались в коричневый цвет. Кох показал наличие микобактерий в легких больного туберкулезом, в кишке, костях, почках, лимфатических узлах и коже.

Кох исследовал не только ткани больных туберкулезом людей, но и животных, спонтанно заразившихся и искусственно зараженных, и во всех случаях он обнаружил одного и того же возбудителя - микобактерию туберкулеза. Кох поставил перед собой задачу: выделить микобактерии из тканей, размножить их в культуре и, введя здоровому животному, вызвать у него типичную картину, туберкулеза. Кох разработал плотную питательную среду для культивирования микобактерии. Ее получали из сыворотки или цельной крови животных, подвергнутой термической обработке (+58°С в течение 1 ч на протяжении шести последовательных дней, затем +65°С в течение нескольких часов). Частицу пораженной туберкулезом ткани с помощью прокаленной на огне платиновой петли переносили на поверхность среды и помещали чашку со средой в термостат для выращивания при температуре 37-38°С. В результате из отдельных возбудителей возникали колонии, содержавшие только микобактерии туберкулеза (чистая культура). Частицы выращенной культуры вводили животным подкожно, внутривенно, внутрибрюшинно или в переднюю камеру глаза и в каждом случае получали типичную картину туберкулеза.

Доклад, сделанный Кохом на Берлинском физиологическом обществе 24 марта 1882 года, занимает лишь две печатных страницы и все же содержит доказательства открытия микобактерии туберкулеза и описание ее главных характеристик. В нем изложена методика окрашивания микобактерии в тканях и ее постоянное присутствие в туберкулезном процессе, упомянута методика создания чистых культур и дана информация о типичных и положительных результатах прививания микобактерии животным. Было также подчеркнуто, что возбудитель может передаваться с мокротой больного.

В 1890 году Кох объявил о выделении вещества, с помощью которого можно было контролировать рост микобактерии туберкулеза in vitro (в пробирке) и in vivo (в организме больного) [1]. Это был туберкулин - глицериновый экстракт чистой культуры микобактерии туберкулеза. Для лечения туберкулеза он оказался непригоден, зато был ценен, как диагностическое средство: его внутрикожное введение вызывало иммунную реакцию: в месте введения проявлялась воспалительная реакция, по величине которой можно было судить о наличии или отсутствии микобактерии в организме. Это позволило выявлять скрытые формы туберкулеза.

Кроме достижений в понимании природы туберкулеза, Кох еще и определил стратегию дальнейших исследований: бороться с заразными болезнями можно, только определив специфического возбудителя каждой из них.

Эрлих (Нобелевская премия 1908 года) и Ф. Циль усовершенствовали методики окраски тканей, что позволило ускорить диагностику туберкулеза. Прежние понятия «верхушечная пневмония» и «верхушечный катар» исчезли из медицинской литературы. Появилась возможность пробовать предлагаемые против туберкулеза лекарства сначала in vitro и только после этого in vivo. Работы Коха по туберкулину послужили отправной точкой для создания Берингом (Нобелевская премия 1901 года) антидифтерийной сыворотки.

Кох основал лабораторную бактериологию, создав методы выращивания чистых культур. Он сформулировал действующие до сих пор критерии для определения связи между конкретным микроорганизмом и инфекционной болезнью (постулаты Коха).

Глава 3. 1908 Илья Ильич Мечников (1845-1916) и Пауль Эрлих (1854-1915)

Формулировка нобелевского комитета: «в знак признания работ по иммунитету» И.И. Мечников.

В начале 1880-х годов Мечников в Мессине, Италия, отправив семью смотреть цирковое представление, спокойно рассматривал под микроскопом прозрачную личинку морской звезды. Он увидел, как подвижные клетки окружают инородную частицу, попавшую в тело личинки. Явление поглощения наблюдали и до Мечникова, но было принято считать, что это - просто подготовка к транспорту частиц кровью. Неожиданно у Мечникова возникло предположение: а что если это - механизм не транспорта, а защиты? Мечников тотчас же ввел в тело личинки кусочки шипов мандаринового дерева, которое он приготовил вместо новогодней елки для своих детей. Подвижные клетки вновь окружили чужеродные тела и поглотили их.

Если подвижные клетки личинки, думал он, защищают организм, они должны поглощать и бактерии. И это предположение подтвердилось. Мечников прежде не раз наблюдал, как белые клетки крови - лейкоциты, так же собираются вокруг проникшей в организм инородной частицы, формируя очаг воспаления. Кроме того, после многих лет работы в области сравнительной эмбриологии он знал, что эти подвижные клетки в теле личинки и лейкоциты человека происходят из одного зародышевого листка - мезодермы. Получалось, что у всех организмов обладающих кровью или ее предшественником - гемолимфой, есть единый механизм зашиты - поглощение инородных частиц клетками крови. Так был открыт фундаментальный механизм, с помощью которого организм защищает себя от проникновения в него чужеродных веществ и микробов. По предложению профессора Клауса из Вены, которому Мечников рассказал о своем открытии, клетки-защитники были названы фагоцитами (от греч. phagein - пожирать и kytos - клетка), а само явление - фагоцитозом. Механизм фагоцитоза был подтвержден в организме человека и высших животных. Лейкоциты человека окружают проникшие в организм микробы и, подобно амебам, образуют выпячивания, охватывают со всех сторон инородную частицу и переваривают ее.

Пауль Эрлих

Начав с работы с дифтерийным токсином в Институте инфекционных болезней. Эрлих создал теорию гуморального иммунитета (по его терминологии - теорию боковых цепей). Согласно ей, микробы или токсины содержат в себе структурные единицы - антигены, которые вызывают в организме образование аптител - особых белков класса глобулинов. Антитела обладают стереоспецифичностью, то есть конформацией, позволяющей им связывать только те антигены, в ответ на проникновение которых они возникли. Так Эрлих подчинил взаимодействие аптиген-антитело законам стереохимии. Вначале антитела существуют в виде особых химических групп (боковых цепей) на поверхности клеток (фиксированные рецепторы), затем часть их отделяется от поверхности клетки и начинает циркулировать с кровью (свободно перерешающиеся рецепторы). Встречаясь с микробами или токсинами, антитела связываются с ними, обездвиживают их и предупреждают их действие на организм. Эрлих показал, что отравляющее действие токсина и его способность связываться с антитоксином - это разные функции и на них можно воздействовать раздельно. Повысить концентрацию антител можно было повторными введениями антигена - так Эрлих решил беспокоившую Беринга проблему получения высокоэффективных сывороток. Эрлих ввел различие между пассивным иммунитетом (введение готовых антител) и активным иммунитетом (введение антигенов для стимуляции собственного антителообразования). Исследуя растительный яд рицин, Эрлих показал, что антитела появляются не сразу после введения в кровь антигена. Он первым изучал передачу части иммунных свойств от матери к плоду через плаценту и к младенцу - с молоком.

Открытие Мечникова далеко не сразу получило признание ученого сообщества. Его поддерживали главным образом его же ученики и мало кто из посторонних. Намного большей популярностью пользовалась теория иммунитета, предложенная Эрлихом. Между Мечниковым и Эрлихом возникла долгая и упорная дискуссия в печати об «истинной теории иммунитета». Наиболее сильный удар по позициям Мечникова нанесла весть об открытии Берингом и Китасато в: 1890 году гуморальной (то есть обусловленной антителами) природы иммунитета к дифтерии. Борде (Нобелевская премия 1919 года), ученик Мечникова, невольно повредил учителю, описав лизис (разрушение и растворение) бактерий и эритроцитов антителами и неким термолабильным (нестойким к высоким температурам) фактором, содержащимся в крови. Эрлих и Моргенрот продолжили изучение этого фактора и назвали его комплементом (лат. complementum - дополнение, добавление). Фагоцитоз Мечникова здесь вроде бы был непричем. Казалось, идея «гуморализма» окончательно победила.

Мечников ответил простым опытом: возбудители сибирской язвы, помещенные в маленький бумажный мешочек, свободно пропускавший растворимые антитела и не пропускавший клетки-фагоциты, сохраняли свою вирулентность (способность вызывать заражение). Мечников изложил свои взгляды в вышедшей в 1901 году книге «Иммунитет к инфекционным болезням», но скептиков и она не убедила.

Долгая полемика между Мечниковым и Эрлихом не принесла победы ни одному из них. В начале XX века Альмрот Эдвард Райт (1861-1947) и С. Р. Дуглас в бактериологическом отделении лондонской больницы Св. Марии отрыли существование антител, облегчающих фагоцитоз, которым Райт - большой ценитель классической словесности - дал название опсонинов (греч. opsoniazo - снабжать пищей).

Накал страстей и интерес широкой публики к спору были так велики, что Бернард Шоу посвятил этой теме пьесу «Врач на распутье», где герои рассуждают о фагоцитах и опсонинах. Открытие Райта и Дугласа позволило, наконец, свести взгляды обеих школ в единую теорию иммунитета. Фагоцитоз получил название клеточного, а антителообразование - гуморального иммунитета. Мечников и Эрлих разделили в 1908 году Нобелевскую премию [2].

Признание научным сообществом теории фагоцитоза опосредованно привлекло внимание к той области науки, из которой эта теория вышла, - к эволюционной эмбриологии, одним из создателей которой по праву является Илья Ильич Мечников.

Глава 4. 1913 Шарль Робер Рише (1850-1935)

Формулировка нобелевского комитета:

«…за открытие того, что повторное введение в организм животного и человека чужеродных белков и некоторых других веществ приводит к повышению чувствительности к ним, и что при повторном контакте с тем же веществом может возникнуть анафилактический шок - тяжелая реакция всего организма, часто ведущая к смерти. Таким образом, было показано, что защитные иммунные механизмы могут вызывать болезнь».

Рише скромно утверждал, что его открытие было результатом не глубокого осмысления, но «простого наблюдения, почти случайного». «У меня нет другой заслуги, кроме той, что я не отказался увидеть факты, которые сами предстали передо мною совершенно очевидным образом, - говорил он в своей Нобелевской лекции. - В экваториальных морях можно встретить кишечнополостных животных, называемых Physalia, известных также как «португальский кораблик». Эти животные в принципе состоят из мешка, наполненного воздухом, что позволяет им плавать подобно кожаному меху. С этим мешком соединена полость, украшенная очень длинными филаментами, в воде висящими вниз. Эти филаменты, иногда в 2-3 м длиной, вооружены маленькими выростами, которые прилипают, как присоски, к встречаемым ими предметам. А во внутренней части этих бесчисленных присосок есть маленькое острое жало, которое вонзается в прикоснувшееся к ним чужеродное тело так, что контакт с филаментами физалии равноценен множественным инъекциям яда.»

Далее Рише рассказывал, как он, путешествуя по Средиземному морю на яхте Альбера, князя Монако, получил от него и двоих общих друзей Жоржа Ришара и Поля Портье совет: изучить яд физалии. Этот яд хорошо растворялся в глицерине и введение такого раствора вызывало симптомы отравления ядом физалии. Вернувшись в Париж, и не имея возможности работать с физалиями, Рише переключился на исследование актиний (Actiniae), которых было в избытке, так как они обитают в водах европейских побережий.

Экстракт щупалец актинии тоже оказался токсичным. Рише и Портье попытались определить токсическую дозу. Это было трудным делом, так как яд действовал медленно, и надо было ждать 3-4 дня, чтобы определить, была ли доза смертельной. Требовались 1 кг глицерина и 1 кг щупалец, чтобы получить (после фильтрования) жидкость, вызывающую смерть лабораторного животного в дозе 0,1 мл на 1 кг живого веса.

Что будет, если некто примет умеренную дозу яда и через несколько дней, восстановив свои силы полностью, вновь примет ту же дозу того же яда? - Такой вопрос задал себе Рише и предположил два возможных ответа. Первый и самый простой: ничто не изменится в организме и яд вызовет тот же эффект. Второй: произойдет некоторое привыкание, организм станет менее чувствительным или нечувствительным вовсе. Оба варианта развития событий были известны задолго до работ Рише. А потом случилось совершенно непредвиденное: у собаки, получившей ранее несмертельную инъекцию яда, после получения во второй раз чрезвычайно низкой дозы (5 мкл), немедленно проявились признаки острого отравления: рвота, кровавый понос, резкое нарушение сердечного ритма, потеря сознания, удушье и смерть. Так Рише впервые обнаружил существование третьего варианта развития событий - повышение чувствительности организма к яду. Для обозначения этого явления он в 1902 году предложил термин анафилаксия (от греч. ana - усиление действия и phylaxis - защита).

Повторяя в разных вариантах этот опыт, Рише и Портье выяснили три главных факта, касающихся анафилаксии: (1) животное, прежде получавшее яд, намного более чувствительно к нему при повторном введении, чем контрольное (интактное) животное; (2) повторная инъекция вызывает быстрое и полное угнетение нервной системы, симптомы которого совершенно отличны от имевших место после первого введения; (3) состояние анафилаксии вырабатывается за 3-4 недели (инкубационный период). Таким образом, то, что ранее считалось странным курьезом, Рише превратил в принцип общебиологического значения. Он также увидел, что анафилаксия не является простым усилением первоначальных симптомов, но имеет свои собственные признаки.

После того, как основные факты, касающиеся анафилаксии, были твердо установлены, другие ученые расширили поле исследований. В 1903 году французский физиолог Николя Морис Артюс в Лозанне показал, что если кролику вводить сыворотку крови, то первая инъекция является анафилактогенной, то есть через три недели кролик становится чрезвычайно чувствительным ко второй инъекции сыворотки. Он наблюдал в месте введения локальное воспаление, которое с тех пор называется реакцией Артюса. Так понимание анафилаксии было расширено от реакции на белок-токсин до всех белков, в том числе и тех, которые при первом введении токсичными не были.

В 1905 году американцы Розенау и Андерсон сообщили, что после того, как анафилаксия была выработана инъекциями молока, сыворотки крови, яичного белка или мясного экстракта, она при повторном введении проявлялась даже при столь малых дозах как 10 нл раствора. Они также установили специфичность этой реакции и показали, что из всех лабораторных животных наиболее чувствительна к анафилаксии морская свинка.

В 1907 году Рише провел эксперимент с целью выяснения патогенеза (механизма развития) анафилаксии: он ввел кровь животного, у которого уже была выработана анафилаксия, интактному животному и наблюдал развитие у него анафилаксии. Из этого следовало, что анафилактический токсин - вещество, содержащееся в крови [1].

Рише также разработал диагностические тесты для выявления повышенной чувствительности к различным веществам.

Значение открытия Рише для биологии и медицины огромно. Он первым показал, что защитные иммунные механизмы могут вызывать развитие болезни, притом смертельной. Например, анафилактический шок иногда возникал после введения противодифтерийной сыворотки, разработанной Берингом. Иногда причиной шока было введение лошадиной сыворотки для иммунизации против столбнячного токсина, и даже укусы пчел или инъекция пенициллина.

Ученик Мечникова Александр Михайлович Безредка (1870-1940) разработал метод десенситизации (лат. de - снижение и sensitivus - чувствительный) или десенсибилизации (лат. de и sensibitis - чувствительный) - профилактики анафилактического шока путем введения сверхмалых и постепенно повышающихся доз сыворотки.

Глава 5. 1919 Жюль Борде (1870-1961)

Формулировка нобелевского комитета: «за открытия, касающиеся иммунитета».

В 1895 году Борде сумел осуществить реакцию бактериолиза в пробирке. Сыворотка животных, перенесших холеру, вызывала бактериолиз холерного вибриона (возбудителя холеры). Из этого Борде сделал вывод, что иммунитет переболевших животных обусловлен присутствием в их крови двух веществ, из которых одно термостабильно (не теряет активности при нагревании), другое, наоборот, термолабильно (инактивируется нагреванием). Борде назвал первое «сенситизатором» (лат. sensitivus - чувствительный), второе «алексином» (от греч. alexo - защищать). Позднее по предложению Эрлиха сенситизатор называли «амбоцептором», сейчас его название - антитело. Алексин по предложению того же Эрлиха и Моргенрота превратился в комплемент (лат. соmрlеmеntum - дополнение), под этим названием он известен и сейчас. Нагреванием сывороток интактных и иммунизированных животных и введением их в различных сочетаниях другим животным, а также многочисленными опытами in vitro Борде установил, что комплемент содержится в сыворотке крови всех животных - иммунизированных и интактных, а антитела, наоборот, появляются только при иммунизации (через некоторое время после введения их в организм). Он также показал, что гемагглютинация и гемолиз (склеивание и разрушение эритроцитов при переливании крови) происходят по тому же механизму, что и бактериолиз [1].

Борде предложил метод определения антигенов. Суть его состоит в том, что введением известного антигена в кровь лабораторного животного вызывают образование в его организме антител. Затем сыворотку крови этого иммунизированного животного смешивают in vitro с кровью или другой исследуемой жидкостью тела, Если появляются характерные признаки реакции «антиген-антитело», например, преципитация (выпадение в осадок), делают вывод о присутствии в исследуемой жидкости данного антигена.

В 1900-е годы Борде разрабатывал и совершенствовал методы определения антигенов. Его многолетним помощником был муж сестры бактериолог Октав Жангу. В 1902 году Жангу продемонстрировал связывание комплемента с антителами, выработанными в ответ на инъекции молока.

Борде и Жангу разработали также непрямой тест гемагглютинации, в котором эритроциты используются в качество переносчиков чужеродного антигена, а затем агглютинируются соответствующими антителами и комплементом. Новые методы позволили Борде и Жангу идентифицировать палочку коклюша, которая в честь авторов получила название бактерии Борде - Жангу, или Bordetella pertussis. Продолжая исследования коклюша, Борде в 1910 году обнаружил антигенную вариабельность бактерий. Это явление имеет важное значение для медицины, так как некоторые патогенные микробы, меняя свою антигенную структуру, приобретают устойчивость к вакцинам.

Борде впервые указал на роль ионов кальция и фермента тромбина в свертывании крови. По окончании Первой мировой войны Борде занялся проблемой взаимодействия между бактериями и поражающими их вирусами - бактериофагами. Он впервые показал наследование бактериальными клетками лизогении - способности вызывать разрушение клеток. Изучение бактериофагов и лизогении стало ключом к великим открытиям генетики в середине XX века.