Но как эта система работает? Представьте, что вы гуляете в лесу прекрасным летним днем, поднялись на деревянный мост через ручей и вдруг наступили на ржавый гвоздь. Первая линия защиты иммунной системы – кожа – испытала повреждение. Оказавшиеся поблизости бактерии не упускают возможности попасть в ваше тело через открытую рану. Там, в теплой и влажной среде, они размножаются и пока не привлекают к себе внимания. Сигнал тревоги еще не сработал. Но когда бактерий становится слишком много, они начинают атаковать. Иммунная система приходит в действие и старается остановить их как можно скорее.
Клетки-часовые, которые называются макрофагами, первыми вступают в схватку. Эти клетки патрулируют и защищают каждый уголок тела. В большинстве случаев макрофаги в состоянии самостоятельно подавить атаку, поглощая и переваривая неприятеля (убивая патогены). Кроме того, они призывают на помощь прямо на поле боя другие клетки иммунной системы из кровеносных сосудов и молекулы, способные бороться с инфекциями. Этот процесс мы называем воспалением, он характеризуется покраснением, отечностью, раздражением, болью и в некоторых случаях – повышением температуры. Вся иммунная армия наносит скоординированный удар по инородным объектам, стабилизирует состояние тела и препятствует развитию заболевания. Однако защитная система срабатывает не только при травме на прогулке. Иммунная система постоянно находится на одной волне с окружающей обстановкой как при телесных повреждениях, так и без них. Она подстраивает интенсивность воспалительного процесса в зависимости от объема внешней угрозы и от вероятности успешного уничтожения «вражеских захватчиков».
Так как микробы являются ключевым компонентом внешнего воздействия, они очень тесно связаны с иммунной системой и ее функциями. Первое взаимодействие иммунной системы с микробами происходит в самом начале жизни – в момент вашего рождения. Вагинальные и фекальные микробы матери, с которыми ребенок взаимодействует в момент появления на свет, дают старт работе иммунной системы, а в первые несколько месяцев контактов с микробиомом матери происходит формирование иммунитета. В это время закладывается основа, определяющая вероятность того, будет ли человек в последующие годы страдать от аллергии, астмы или экземы. Микробы и иммунная система постоянно ведут напряженную борьбу в течение всей жизни человека. Как же нам удается одновременно препятствовать попаданию микробных патогенов в организм и уживаться с триллионами безвредных и даже полезных микроорганизмов в кишечнике, ротовой полости и на коже? В этой главе мы узнаем, как тело умудряется поддерживать баланс и какое воздействие микробы оказывают на иммунную систему – полезное и разрушительное.
Беседа об иммунной системе состоит из множества понятий. Здесь мы вывели несколько наиболее часто употребляемых терминов, встречающихся в этой главе.
• Антитела – защитные белки, также называемые иммуноглобулинами, которые производит иммунная система в ответ на появление инородных субстанций, например патогенных микробов (антигенов). Антитела прицепляются к антигенам, чтобы вывести их из организма.
• Антиген – любое вещество, генетически не родственное организму, которое стимулирует иммунный ответ. Антигены бывают самыми разными, от цветочной пыльцы до инфекционных микробов. За антигенами охотятся антитела.
• В-клетки – также известны как В-лимфоциты – тип белых кровяных телец. Они помогают адаптивной (приобретенной. – Прим. науч. ред) иммунной системе, связываясь с определенным антигеном, против которого они в дальнейшем вырабатывают антитела.
• Цитокины – эти маленькие белки играют весьма значительную роль в передаче сигналов клеток при воспалительном процессе. Они обеспечивают межклеточную коммуникацию в иммунных реакциях и стимулируют движение клеток в зону воспаления, инфекции или травмы.
• IgA – иммуноглобулин А – это важнейший класс антител в иммунной функции слизистых оболочек. Эти специализированные антитела избирательно «отлавливают» и убивают микробов-захватчиков.
• Иммунная клетка – общее название для белых кровяных клеток, формирующих иммунную систему, в том числе лимфоцитов (Т-клетки, В-клетки), нейтрофилов (эти клетки одними из первых устремляются к очагу инфекции) и моноцитов/макрофагов.
• Лимфоцит – тип белых кровяных клеток, которые реагируют на появление инородных элементов в организме. Некоторые лимфоциты работают сами по себе, а другие координируют усилия с другими клетками.
• Макрофаги – тип крупных иммунных клеток, которые отвечают за поглощение и разрушение микробов-захватчиков (а также всех других генетически чужеродных организму веществ. – Прим. науч. ред.). Они одними из первых достигают области заражения.
• Патогены – любые биологические агенты, которые вызывают заболевания, к ним относятся бактерии, вирусы и грибы.
• Т-клетки – также известны как Т-лимфоциты. Они играют главную роль в выборе специфического иммунного ответа на антигены.
• Цитотоксические Т-клетки разрушают клетки, зараженные вирусом, и клетки опухоли.
• Регуляторные Т-клетки (Т-супрессоры) контролируют иммунные реакции.
• Т-хелперы помогают другим белым кровяным клеткам осуществлять иммунные процессы. К ним относятся Т-хелперы 17 (Th17) и подмножество провоспалительных Т-хелперов.
Если микробы тревожат нашу иммунную систему, то, может быть, без них мы смогли бы вести безмятежное, стерильное существование? Хотя такая жизнь возможна (с некоторыми оговорками), но ее никак нельзя назвать идеальной, в чем мы убедились на примере эксперимента с Дэвидом Веттером, который родился в Техасе в 1971 году. Еще до рождения врачи обнаружили у Дэвида тяжелый комбинированный иммунодефицит (ТКИД) – наследственное заболевание, которое значительно повреждает иммунную систему. Пациенты с ТКИД умирают в раннем возрасте, потому что они чрезвычайно восприимчивы к инфекциям. Столкновение с обычными безвредными микробами становится для них смертельным.
Родители Веттера и врачи, к сожалению, знали, чего ожидать, потому что старший брат Дэвида с врожденным ТКИД умер в семимесячном возрасте. Единственный способ спасти Дэвиду жизнь заключался в том, чтобы с момента рождения содержать его в стерильной среде и надеяться на появление донора на трансплантацию костного мозга, которая поможет восстановить его иммунную систему (множество иммунных клеток появляются из костного мозга). Дэвида извлекли путем кесарева сечения, чтобы на него не попали микробы, и сразу же поместили в стерильный кокон, разработанный специально под его нужды. Пластиковая стерильная среда стала его домом на 12 лет.
Дэвид несколько раз выходил во внешний мир в транспортной камере – семь раз, если точнее, – облаченный в скафандр, предоставленный агентством NASA. Наконец, он дождался пересадки костного мозга от своей младшей сестры, которая родилась без ТКИД, но умер через несколько месяцев после операции, заразившись неизвестным вирусом, обитавшим в костном мозге его сестры. История Дэвида подчеркивает, насколько важна иммунная система для выживания во внешнем мире.
Хотя Дэвид был единственным человеком, участвовавшим в таком эксперименте, ученые ставили подобные опыты над мышами с 1950-х годов. Они выводили стерильных мышей, которые оставались защищенными от микробов с момента рождения и на всю жизнь. После множества экспериментов при участии стерильных мышей и мышей на антибактериальной терапии ученые установили, что микробы жизненно необходимы для нормального развития иммунной системы. В ходе экспериментов в кишечнике была обнаружена специализированная иммунная ткань, которая получила название кишечно-ассоциированная лимфоидная ткань (КАЛТ). КАЛТ – это первая линия обороны кишечника. У стерильных животных КАЛТ как часть иммунной системы развита очень плохо, у них в стенках кишечника содержится меньше полезных иммунных клеток, брыжеечные лимфоузлы (откуда появляются иммунные клетки) остаются у них слаборазвитыми и немногочисленными. Даже эпителиальные клетки кишечника – клетки, из которых состоят стенки кишечника и которые формируют кишечный барьер, – обладают меньшим количеством рецепторов, которые распознают микробные продукты. У стерильных животных меньше антител и иммунных клеток. Из этого следует, что микробиота необходима для нормального развития и функционирования иммунной системы.
Мы только начинаем понимать, какие микробы необходимы для осуществления определенных функций иммунной системы. Во многих случаях это может быть не конкретный микроб, а присутствие типичных общих поверхностных молекул (особенно ЛПС и пептидогликана), которые запускают развитие иммунной системы в раннем возрасте. В особо амбициозном и дорогостоящем эксперименте исследователи колонизировали отдельных стерильных мышей 53 различными видами микробов, которых обычно обнаруживают в кишечнике человека. Они выяснили, что каждый из этих видов по-разному влияет на развитие и активность иммунной системы. Чтобы пронаблюдать различные преобразования и комбинации в нормальном микробиоме (в котором содержится не менее нескольких сотен самых разных видов микроорганизмов), нужно описать их отдельные воздействия, а это очень трудно сделать. Однако, как мы вскоре увидим, в настоящее время идентифицированы определенные микробы, которые воздействуют на ключевые клетки иммунной системы, включая регуляторные T-клетки (Tregs) и Т-клетки Th17. Понимание важной роли, которую играют микробы в контроле над иммунной системой, поможет нам лучше справляться с многочисленными иммунными заболеваниями, которые стали весьма распространенными в современном мире, в том числе аллергия, астма, аутоиммунные и воспалительные заболевания.
Миф. От воздуха в самолете можно заболеть.
Факт. Переработанный воздух в кабине самолета проходит очистку высококачественными фильтрами и не является прямым источником простудных заболеваний. Заразиться можно только от других пассажиров, которые кашляют, чихают и даже просто разговаривают рядом с вами, если они заражены. Вы можете подцепить заразу от человека в паре метров от себя, если капельки жидкости с вирусом попадут в воздух. Утомление, которое некоторые из нас испытывают во время путешествий, подавляет нормальную работу иммунной системы: его может давать джетлаг, ранние вылеты и невозможность погрузиться в сон на узком сиденье. Во время перелета чаще мойте руки с мылом и старайтесь подольше спать, чтобы поддержать свою иммунную систему.