Начнем, разумеется, с мышей. Опыты показали, что у специально препарированных зверьков, чей кишечник теперь не содержал микробов, менялись вкусовые рецепторы, реагирующие на сладкую и жирную пищу.
Похоже, мы, люди, разделяем судьбу мышей. В других опытах обнаружилось, что многие микроорганизмы, населяющие наш пищеварительный тракт, например широко распространенная кишечная палочка (Escherichia coli), вырабатывают дофамин. Благодаря этому гормону мы испытываем чувство удовлетворения, когда питаемся чем-нибудь сладким.
Еще раз обратим внимание на блуждающий нерв. Это – главная коммуникация, связывающая мозг с желудком. Он соединяет 100 миллионов нервных клеток, содержащихся в нашей пищеварительной системе, с головным мозгом. Но нервные клетки пищеварительного тракта, как показал эксперимент, снабжены рецепторами, которые реагируют на присутствие определенных бактерий и продуктов их жизнедеятельности. Микроорганизмы, населяющие кишечник, могут воздействовать на блуждающий нерв и манипулировать нашим меню. Таким образом, этот нерв играет важную роль в закреплении наших гастрономических пристрастий.
Дальнейшие опыты покажут, какова подлинная власть наших жильцов-микробов над нами. Похоже, мы только начинаем понимать подлинное значение микробиома для нас самих, для нашего здоровья.
Вирусы против иммунной системы
Наше тело – это осажденная крепость, в которую со всех сторон устремляются враги – вирусы и бактерии. Стоит им проникнуть внутрь этой уязвимой твердыни, и там может начаться смута, страшное восстание – болезнь. Защищает организм очень надежная и эффективная «спецслужба» – иммунная система. Ее клетки, эти бесчисленные пограничники и часовые, полицейские и палачи, неусыпно следят за любыми микробами, что пытаются пробраться внутрь. В подчинении у нее находится, например, множество агентов с «лицензией на убийство» – Т-лимфоцитов. Эти клетки расправляются с любым, кто подозрителен, кто может нарушить покой в крепости, будь то мутировавшая клетка или вирус.
Вирусы, впрочем, так и стараются «облачиться в овечью шкуру» – спрятаться внутри клеток нашего тела, а затем нанести внезапный удар. Для борьбы с ними иммунная система отряжает специализированные клетки, которые, встретив вирус, нейтрализуют – поглощают его. Плененный вирус становится такой же ценной добычей, как секретная карта, похищенная из сейфа вражеского генштаба. Его отправляют в особый отдел клетки, где разделяют на небольшие фрагменты – пептиды. И подобно тому, как на любом вокзале, том же пропускном пункте огромного города-крепости, можно увидеть стенд с фотографиями людей («Их разыскивает милиция»), на поверхности клетки размещаются пептиды – образцы врагов, их «портреты». По ним клетки-убийцы иммунной системы будут разыскивать точно таких же вирусов, которые все-таки пробрались в наш организм. Но как им удается распознать вирусы, если те так хорошо маскируются?
Наш организм – это тоталитарная система. Все его клетки находятся под неусыпным контролем. В любой момент агенты иммунной системы могут «обыскать» их. Сами клетки всегда готовы к досмотру. Они постоянно помещают на свою поверхность фрагменты всех находящихся внутри их протеинов – так сказать, «держат свои карманы все время вывернутыми». Если клетки-убийцы замечают среди этих фрагментов какую-то частицу постороннего микроорганизма, поиском которого они заняты, то действуют без жалости и промедления. «Расстрел на месте без суда и следствия» – вот повседневная жизнь сообщества клеток, составляющих наше тело. Внутри нас идут нескончаемые расправы. Эта жестокая практика и сохраняет нам до поры до времени и здоровье, и жизнь.
Следует подчеркнуть, что точное понимание всех деталей презентации антигена – вещества, которое воспринимается организмом как чужеродное и вызывает немедленный иммунный ответ – очень важно для современной медицины. Ведь это позволит с помощью специально разработанных препаратов, содержащих, например, искусственные антитела, быстрее и надежнее выявлять проникших в организм коварных врагов – а это прежде всего вирусы.
Из фильмов о Джеймсе Бонде – агенте с «лицензией на убийство» – мы знаем, что злодеи горазды на выдумки. Вирусы не менее изобретательны, и, вздумай они соперничать с «Бондом, мистером Бондом», они при случае перехитрили бы и его. Ведь нашу иммунную систему, хоть она и выглядит безжалостной машиной, им иногда удается провести. И раз уж мы сравниваем организм с осажденной крепостью, то ее штурмуют не разрозненные лазутчики, а враги, спешащие сюда безостановочно, словно лучи света, от которых не закрыться ничем. Малейшая слабость иммунной системы, ее минутное невнимание, и враги, возбудители болезни, уже внутри. Может статься, что подавить их теперь будет так же трудно, как прекратить гражданскую войну.
Этапы апоптоза клетки
У тех же вирусов есть разные хитрости, позволяющие им обмануть иммунную систему. С большим успехом это делают герпесвирусы. Они мешают «расклеивать объявление о розыске» – препятствуют тому, чтобы клетки, где они поселились, демонстрировали образцы всех протеинов, содержащихся внутри их. Иными словами, они нарушают бесперебойную поставку пептидов из глубины клетки на ее поверхность. Здоровая клетка абсолютно прозрачна для агентов иммунной системы. Клетка, зараженная герпесвирусом, – это клетка с «занавесочками», за которыми притаился вирус. Стратегия, применяемая герпесвирусами, для ученых все еще остается отчасти загадочной. Каким образом этим довольно примитивным вирусам удается отключить бесперебойно работавший механизм транспортировки пептидов?
Еще одно уязвимое место иммунной системы – опознание пептидов, доставленных на поверхность клетки. Для того чтобы узнать «чужака», надо помнить в лицо всех своих. Клетки, занятые опознанием, – Т-лимфоциты – проходят суровую школу подготовки в вилочковой железе. Все неудачники здесь выбраковываются. Право на жизнь получают лишь Т-лимфоциты, безошибочно узнающие своих. Всем остальным – один приговор. Клетки иммунной системы должны без ошибок и колебаний различать добро и зло – своих и чужих. Это – основа существования организма, то бишь естества, обособленного от всего остального мира.
Войны, ведущиеся в глубине нашего тела, так же беспощадны, как религиозные войны, ведомые в «теле» любой цивилизации. Лишь здоровым элементам, «истинно верным» своему организму может быть сохранена жизнь. Всё, что кажется нестойким или чужим, отвергается, изводится подчистую.
Однако даже истребление всех слабо подготовленных клеток, все равно не спасает иммунную систему от ошибок. К счастью, они бывают редки, но всё же бывают.
Вот потому мы и вправе задаться вопросом: «А нельзя ли помочь нашей иммунной системе в борьбе с теми же вирусами, создавая средствами генной инженерии искусственные антитела? Препараты на основе искусственных антител?»
Ведь важнейшую роль в поисках «врагов», проникающих в наш организм, играют антитела (иммуноглобулины) – сложные белки, которые связываются с антигенами. Любое антитело – словно луч фонарика, который рано или поздно высвечивает лицо врага.
Наш организм по случайному принципу производит миллиарды самых разных антител. Когда иммунная система обнаруживает какую-то бактерию или подозрительно изменившуюся клетку, к ней устремляются антитела. Если одно из них точно подойдет к заинтересовавшему их объекту, то иммунная система тут же получит сообщение об этом и начнет массовую выработку антител нужного типа.
Этот удивительный принцип на протяжении многих десятилетий увлекал исследователей, мечтавших приспособить его, например, для раннего выявления рака. В 1980-х годах исследователи из Калифорнийского университета Джон Мендельсон и Гордон Сато впервые предложили использовать антитела не только чтобы побуждать иммунную систему бороться с опухолью, но и чтобы блокировать какие-либо важные функции в раковых клетках.
Они должны воздействовать на «кнопки» в нашем организме, которые либо запускают быстрый рост опухоли, либо отключают иммунную систему, чтобы та вовремя не обнаружила мутировавшие клетки. Этими «кнопками» могут быть ферменты и рецепторы на поверхности клеток. Ученые конструируют к ним антитела так, чтобы те или не давали «кнопке» включаться, или, если она сработала и болезнь началась, переводили «кнопку» в обратное положение, подавляя недуг.
Первый подобный противораковый препарат появился в конце 1990-х годов. Так в вековечную борьбу между вирусами и иммунной системой вмешалась «третья сила». Мы стали создавать лекарства, которые действенно помогают клеткам иммунной системы в их тяжелейшей борьбе, и это – одно из важных направлений новейшей медицины.
Апоптоз – запрограммированная клеточная смерть
Еще в 1972 году ученые открыли, что есть клеточная смерть и есть клеточная смерть. Оказалось, наш организм намеренно заставляет множество клеток гибнуть. Их отмирание на первый взгляд сродни тому, что происходит осенью с деревьями. Еще недавно те были увенчаны зеленым куполом листвы. Но вот уже листья дружно меняют свой цвет, и один за другим срываются с ветвей, кружат в воздухе, устилают землю. Листья отмирают, как клетки в организме. Недаром феномен запрограммированной гибели клеток ученые назвали термином «апоптоз», что в переводе с греческого означает «листопад».
Однако лишь в начале 1990-х годов специалисты осознали, какие возможности для медицины открывает этот биологический процесс. Сегодня становится всё очевиднее, что апоптоз и деление клеток – это две стороны одного чистого листа, на котором предстоит начертать наше будущее. Пока оба этих механизма работают нормально, нам ничто не грозит. Когда они нарушаются, нас подстерегает болезнь.
Как же протекает апоптоз, эта массовая гибель клеток по команде, отдаваемой им организмом?
Большинство клеток – это узкие специалисты. Задачи, стоящие перед ними, очень разнятся. Разумеется, всем им присуща способность делиться. Но есть и еще одно свойство, которое объединяет все их: готовность погибнуть, если организм отдаст им такую команду. Наши клетки – словно солдаты, давшие присягу пойти на смерть, когда того потребует родина.