Как и предполагал Эрлих еще в 1891 году, бласты начинают секретировать рецепторы в кровоток. Рецепторы, отделившиеся от мембраны В-клеток и свободно плавающие в крови, “превращаются” в антитела[88]. И когда антитело связывается с мишенью, оно вызывает каскадное действие белков, отравляющих микробную клетку, а также привлекает макрофаги для ее поглощения (фагоцитоза). Спустя десятилетия исследователи показали, что некоторые из этих активированных В-клеток не исчезают бесследно. Они сохраняются в теле в виде клеток памяти. Как писал Томас, “новый кластер [стимулированных антигеном клеток] – это память, не больше и не меньше”. Когда острая инфекция спадает и микробы выводятся из организма, некоторые из этих В-клеток успокаиваются, но не исчезают (как вьюрки в пещерке). И когда тело встречается с тем же антигеном снова, В-клетки памяти вновь активируются. Они просыпаются и начинают быстро делиться и созревать, превращаясь в производящие антитела плазматические клетки, раскодируя сохранившуюся в них иммунную память. Таким образом, иммунная память сосредоточена не в белках, как предполагал Эрлих. Она сосредоточена в В-клетках, которые уже были активированы раньше и помнят о предыдущих встречах с антигеном.
Как же В-клетка приобретает свое уникальное антитело? Вьюрки Дарвина обзавелись характерными клювами из-за мутаций, возникших в сперматозоидах и яйцеклетках и изменивших морфологию клювов. Эти мутации произошли в зародышевых линиях клеток: они присутствуют в ДНК всех клеток вьюрка и передаются от одного поколения к следующему. Следовательно, вьюрки с крупными клювами произведут потомство с крупными клювами, и так далее.
В серии замечательных экспериментов, выполненных в 1980-е годы, японский иммунолог Судзуми Тонегава[89] показал, что В-клетки тоже приобретают уникальные антитела в результате мутаций, но этот строго регулируемый тип мутаций происходит в них самих, а не в сперматозоидах или яйцеклетках14. Перегруппировка генов, ответственных за производство В-клетками антител, происходит за счет перемешивания и перетасовки генетических модулей, подобно комбинированию разных деталей одежды. Это очень упрощенная, но важная аналогия. К примеру, одно антитело может состоять из трех сменных генетических модулей – классический пиджак, желтые брюки и черный берет, тогда как другое использует иное сочетание модулей – темный плащ с синими брюками и остроносыми ботинками. Каждая В-клетка обладает богатым “гардеробом” генетических модулей; представьте себе пятьдесят рубашек, тридцать шляп, двенадцать пар ботинок и так далее. Чтобы созреть, В-клетке нужно просто открыть “шкаф”, выбрать несколько уникальных вариаций генетических модулей и смешать их для производства антитела.
Каждое такое перемешивание генов – тоже мутация, но это строго регулируемая, программируемая мутация в В-клетках. За генетические перестройки в В-клетках отвечает специальный аппарат, и в результате каждое антитело обладает уникальной конформационной идентичностью, а следовательно, уникальным сродством к конкретному антигену и способностью его связывать и удерживать. Наличие специфического рецептора на поверхности зрелой В-клетки обеспечивается ее генетическим строением. Когда антиген связывается с рецептором, В-клетка активируется. Она перестает экспонировать рецептор на поверхности и начинает секретировать его (в виде антитела) в кровоток. В В-клетках происходят и другие мутации, направленные на улучшение связывания антител с антигенами[90]. В конечном итоге В-клетка созревает и превращается в клетку, единственная задача которой заключается в производстве антител, и для облегчения этого процесса меняются даже ее структура и метаболизм. Она становится клеткой, предназначенной для производства антител, – плазматической клеткой. Некоторые плазматические клетки тоже становятся долгожителями и хранят память об инфекции.
Новые знания о В-клетках, плазматических клетках и антителах отразились на медицине неожиданным образом. Мы уже обсудили, какую роль в действии вакцины играет система врожденного иммунитета, в том числе макрофаги и моноциты. Однако итоговое действие вакцины связано с системой приобретенного иммунитета: именно В-клетки производят антитела, и именно антитела обычно отвечают за долгосрочный иммунитет (Т-клетки тоже участвуют в этом процессе). Макрофаг или моноцит может доносить фрагменты расщепленного микроба или призывать В-клетки к месту попадания инфекции, но именно В-клетки связываются с фрагментами микробной клетки. Клетка с рецептором, связавшимся с микробом, активируется, претерпевает клональную экспансию и начинает секретировать антитела в кровоток. В конечном итоге В-клетка изменяет свое внутреннее строение и становится частью аппарата В-клеточной памяти, сохраняя информацию о первом заражении.
Однако открытие антител не только позволило установить механизм действия вакцин, но и возродило к жизни мечту Пауля Эрлиха о “волшебной пуле”: если бы удалось каким-то образом заставить антитела атаковать раковые клетки или клетки патогенных микробов, было бы создано естественное лекарство против враждебных клеток. Это был бы совсем новый препарат – “лекарство на заказ”, призванное атаковать и уничтожать конкретную мишень.
Созданием таких терапевтических антител занимался аргентинский ученый Сезар Милыптейн, работавший в Кембридже. Впервые Милыптейн прибыл в Кембриджский университет еще студентом для изучения химии белков бактериальных клеток. Лаборатория состояла всего из одной комнаты. Для измерения кислотности растворов Мильштейну нужен был pH-метр, а у знаменитого специалиста по химии белков Фредерика Сенгера, работавшего в соседнем помещении, имелся лишь один такой инструмент в углу отдела биохимии. За случайными беседами и попеременной работой на pH-метре эти двое подружились. В 1958 году Сенгер был удостоен Нобелевской премии за установление структуры белка – фундаментальное достижение молекулярной биологии. В 1980 году он получил вторую Нобелевскую премию за открытие способа секвенирования ДНК.
В 1961 году Милыптейн вернулся в Аргентину, в Институт Мальбрана, где возглавил факультет молекулярной биологии. Однако этот переезд, вызванный горячим желанием вернуться на родину, вскоре обернулся кошмаром. Аргентину захватила волна острого сектантского национализма. Буквально через год после возвращения Милыптейна в Буэнос-Айрес, 29 марта 1962 года, в стране произошел очередной кровавый политический переворот, четвертый по счету в Аргентине, за которым последовали еще два.
В стране воцарился хаос. Евреев выгоняли из университетов. Некоторые сотрудники факультета Милыптейна были уволены, коммунистов расстреляли, а гражданских лиц, особенно евреев, бросили за решетку. Милыптейн – с еврейскими фамилией и происхождением, а также с либеральными взглядами – жил в страхе ареста и обвинения в распространении коммунистических идей. Воспользовавшись своими многочисленными связями, Сенгер устроил нелегальный вывоз Милыптейна из Аргентины и вернул того в Кембридж. Их общий pH-метр, перенесенный на верхний этаж лаборатории, оказался настоящим талисманом – неожиданным билетом назад в Англию для Милыптейна.
Вернувшись в Кембридж, Милыптейн переключился с изучения бактериальных белков на изучение антител. Его восхищала их специфичность, и он стал размышлять над превращением В-клеток в “волшебную пулю”. Нельзя ли взять плазматическую клетку, способную производить одно конкретное антитело, и превратить ее в фабрику по производству антител? Нельзя ли сделать из антител новое лекарство?
Трудность заключалась в том, что плазматические клетки не бессмертны. Они растут несколько дней, потом живут еще какое-то время, но в итоге ослабевают и умирают. Милыптейн в сотрудничестве с немецким клеточным биологом Жоржем Кёлером нашел блестящее и совершенно неожиданное решение: используя вирус, склеивающий клетки между собой, ученые соединили В-клетку с раковой клеткой. Меня по-прежнему поражает эта идея. Как им пришло в голову использовать “нежить”, чтобы реанимировать умирающего? Результатом их работы стала одна из самых удивительных клеток из известных науке. Плазматическая клетка сохранила способность производить антитела, а раковая клетка обеспечила ей бессмертие. Ученые назвали эту необычную клетку гибридомой: “гибрид”, понятное дело, от слова “гибрид”, а “ома” – окончание слова “карцинома”. Такая бессмертная плазматическая клетка может постоянно секретировать какой-то один вид антител. Антитела от клеток одного типа (иными словами, клонов) называют моноклональными антителами.
Статья Милыптейна и Кёлера была опубликована в 1975 году в журнале Nature15. За несколько недель до ее публикации Национальная корпорация развития исследований Великобритании (NRDC) заинтересовалась возможностью широкого коммерческого применения подобных антител: они могли стать основой новых, чрезвычайно специфичных лекарственных препаратов. Однако затем NRDC решила не патентовать метод или материалы исследования. В письменном заявлении было сказано, что “трудно определить какую-либо ближайшую практическую пользу”. Вероятно, из-за этого поверхностного суждения о применимости моноклональных антител NRDC и Кембриджский университет за несколько десятилетий лишились прибыли в миллиарды долларов.
Практическая польза этого открытия очевидна. Моноклональные антитела (сокращенно МоАЬ) можно использовать для обнаружения или маркировки клеток. Но самым важным, прибыльным и известным их применением стало использование в медицине: на их основе удается создавать широчайший спектр новых лекарств[91].
Обычно действие лекарства основано на его связывании с мишенью (как заметил Пауль Эрлих, наподобие ключа и замка) с последующим подавлением (или иногда активацией) функции этой мишени. Например, аспирин связывается с циклооксигеназой – ферментом, участвующим в процессах свертывания крови и воспаления. Следуя той же логике, антитела, предназначенные для связывания других белков, тоже можно превратить в лекарства. Может ли антитело взаимодействовать с белком на поверхности раковой клетки и запускать каскад событий, которые ее уничтожат? Или распознавать белок чрезмерно активной иммунной клетки, вызывающей ревматоидный артрит, и уничтожать ее?