Шрифт
Source Sans Pro
Размер шрифта
18
Цвет фона
Издательство и автор благодарят проект «Биомолекула» за помощь в подготовке издания.
Научный редактор Аполлинария Боголюбова, канд. биол. наук
Редактор Анна Щелкунова
Иллюстрации Олега Добровольского
Художественное оформление и макет Андрея Бондаренко
Издатель П. Подкосов
Руководитель проекта А. Шувалова
Ассистент редакции М. Короченская
Корректоры Н. Витько, Е. Сметанникова
Компьютерная верстка А. Ларионов
Арт-директор Ю. Буга
Фото автора на обложке В. Богатов
Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.
Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.
© Кондратова М., 2022
© Добровольский О., иллюстрации, 2022
© Бондаренко А., художественное оформление, макет, 2022
© ООО «Альпина нон-фикшн», 2022
Предисловие. Очень страшное кино
Если поискать соответствие между науками и популярными жанрами кино, то иммунология – это, конечно, кино полицейское: с погонями, взрывами, перехватами злоумышленников и прочим весельем. Даже развитие иммунного ответа идет по голливудским сценарным лекалам: все начинается с того, что одинокий детектив увязывается за подозрительным незнакомцем, а заканчивается тем, что сотни полицейских блокируют квартал на земле и с воздуха и спецназ разносит логово злодеев. Замените патрульных на макрофагов, а спецназ на Т-киллеров, и общая схема иммунного ответа готова. Именно этот экшен и делает иммунологию такой увлекательной наукой для тех, кто ею занимается.
К сожалению, не могу сказать того же о тех, кто ее изучает. Большинство студентов биологических и медицинских вузов вспоминают курс иммунологии как кошмар: бесконечные списки клеточных маркеров, таблицы цитокинов, основные пути рекомбинации генов Т-клеточного рецептора… Огромный объем очень важной, но крайне плохо структурированной информации. Популярные книги по иммунологии читаются, конечно, легче, чем университетские учебники, но из них сложно составить общее представление о защитных силах нашего организма. Увлекательные, но разрозненные рассказы о научных поисках разных ученых плохо складываются в целостную картину иммунологической науки как таковой. На то есть объективные причины. Иммунологические истории, как мы увидим дальше, склонны множиться, петлять и причудливо пересекаться, подобно сюжетным линиям в романе романов, описанном Борхесом в новелле «Сад расходящихся тропок». Их не так-то просто уложить в линейную структуру традиционной книги, возможно, тут уместнее был бы гипертекст интернет-портала. Такие иммунологические порталы для специалистов и впрямь существуют, и они очень полезны, если нужно быстро получить справку по какому-то узкоспециальному вопросу, но совершенно не годятся для первого знакомства с предметом.
Чтобы написать книгу, доступную любому человеку, знакомому с биологией в объеме курса средней школы, и одновременно не слишком далеко уклониться от научной точности, мне была нужна путеводная нить… образ… прием… Метафора «полицейское кино» показалась идеальной отправной точкой. Мы будем анализировать иммунную систему в терминах триллера, детектива, боевика. Где-то сходство будет полным, где-то – более или менее притянутым за уши, но я надеюсь, что подобный образный ряд сохранит в вашем сознании общее представление об иммунитете даже после того, как вы забудете названия основных типов клеток и ключевых биомолекул. Любимые боевики всегда запоминаются лучше нелюбимых учебников.
В этом месте введения по традиции следовало бы начать объяснять читателю, чем именно важна и интересна наука, о которой я собираюсь рассказать. Я этого делать не стану. Последние два года (книга пишется в 2021-м) мы только и делаем, что говорим об иммунитете. Словосочетание «цитокиновый шторм», известное прежде не каждому специалисту, не сходит со страниц популярных изданий. Глянцевые журналы публикуют статьи о разнице между гуморальным и клеточным иммунитетом, а виртуальные споры сторонников и противников вакцинации переросли в уличные беспорядки. Эпидемия коронавирусной инфекции заставила думать и говорить об иммунитете даже тех, кто до сих пор не уверен, сколько букв «м» в этом слове. У меня нет цели побудить людей еще сильнее интересоваться этой темой. Сильнее – просто некуда. Сделать так, чтобы среди тех, кто говорит об иммунитете, стало хоть немного больше людей, которые понимают, о чем говорят, – вот единственная цель этого труда.
Как было сказано выше, основная сложность в рассказе об иммунной системе состоит в ее нелинейности. Описание механизмов функционирования дыхательной системы легко ложится в линейное повествование: вдох – газообмен в легких – насыщение гемоглобина кислородом – транспортировка кислорода с током артериальной крови – газообмен в тканях – обратная транспортировка углекислого газа с током венозной крови в легкие – выдох. Описать иммунные реакции столь же строго и последовательно не получится. По ходу повествования нам придется повторяться, забегать вперед и возвращаться назад. Так что штампы из плохих детективных романов: «как мы узнаем дальше» и «не будем забегать вперед» – будут нашими спутниками на протяжении всей книги. Мы начнем с простой – схематичной – картинки и постепенно будем наполнять ее деталями и нюансами. Начнем с правил, но часто будем вспоминать, что биология – наука исключений.
Полицейский боевик – жанровое кино, для него характерен определенный набор персонажей: хороший коп, друг хорошего копа, сволочь-начальник, полицейский-предатель и так далее – всего позиций 10–12. Однако, используя этот довольно ограниченный список героев, сценаристы и режиссеры каждый год снимают десятки новых фильмов, почти не повторяясь. Мы увидим, что сходным образом поступает и наш организм, используя один и тот же ограниченный набор иммунных клеток в различных вариантах иммунного ответа.
В первой части книги мы познакомимся с главными героями и антигероями нашего полицейского кино, а во второй рассмотрим, насколько разные сценарии иммунного ответа способны разыгрывать эти персонажи в зависимости от задач, стоящих перед организмом.
Мотор… Камера… Начали!
ЧАСТЬ 1. «ГЕРОИ» И «ЗЛОДЕИ»
Глава 1. ИММУННАЯ СИСТЕМА – ВЕЗДЕ И НИГДЕ
Теплые ромовые бабы извлечь из форм, остудить и окунуть в сироп минут на 5–10, затем выложить на решетку и дать ему стечь.
Даже самый динамичный фильм требует введения: пока идут основные титры, зритель может не только открыть коробку с попкорном, но и понять, кто главный герой, где он находится и в чем его проблема. Так и мы, прежде чем начать углубляться в детали сюжета, совершим небольшой обзор иммунной системы «с высоты птичьего полета». У всякой науки, и у иммунологии тоже, есть свой язык, не всегда понятный непосвященным. Нам придется с ним познакомиться, если мы хотим разобраться с тем, как устроена защитная система нашего организма.
В основе представлений о человеческом организме лежат понятия «орган» и «система органов». Даже весьма далекий от биологии человек знает о существовании пищеварительной и дыхательной систем и может назвать основные органы: сердце, легкие, желудок, головной мозг и другие. Органы состоят из тканей, а ткани из клеток, но популярная физиология так глубоко обычно не копает. На клеточном уровне работу нашего организма изучают, как правило, специалисты – медики и биологи. Однако нам, для того чтобы понять природу иммунитета, придется говорить об отдельных клетках и даже молекулах.
Эта необходимость порождает проблему: как соблюсти баланс между точностью и понятностью? Научно-популярные книги рассчитаны на широкий круг читателей: от любознательных школьников до докторов наук, от людей, едва помнящих школьный курс биологии, до тех, кто посвятил десятки лет изучению науки о живом. Подробный рассказ о том, как устроена живая клетка и чем ДНК отличается от РНК, будет неинтересен последним, а отказавшись от такого разъяснения, мы оставим в недоумении первых. В этой книге я попыталась найти баланс между такими крайностями. Вся базовая биология, лежащая в основе иммунологии, вынесена в приложение, которое идет после основного текста. Если по ходу чтения книги вы обнаружите, что забыли, как устроена клетка, чем митоз отличается от мейоза, а лиганды от рецепторов и что такое третичная структура белка, – вы всегда можете обратиться к этому вспомогательному разделу (или даже начать чтение книги с него). Что до основного текста, который начинается буквально со следующего абзаца, то в нем мы сразу возьмем быка за рога, как нас к тому обязывает выбранный жанр. Принято? Поехали!
За защиту нашего организма от вторжения нежелательных «гостей» отвечают клетки иммунной системы – лейкоциты. Многообразие видов и функций этих клеток обеспечивает разнообразие и гибкость иммунного ответа. Границы между органами очевидны. Домохозяйка, разделывающая кролика или курицу, легко отличит печенку от легких, почки от желудка, но нет такого места в организме, про которое можно было бы сказать: здесь находится иммунитет. Иммунная система «пропитывает» все наше тело подобно тому, как сироп пропитывает ромовую бабу. Лейкоциты присутствуют везде: в коже, стенках кишечника, легких. Они путешествуют с током крови, но имеют и собственную транспортную сеть – лимфатические сосуды.
Можно сказать, что иммунная система диффузна и как бы растворена во всех других системах органов и тканях. Это логично, ведь ее основная задача – защита организма. Беда всегда приходит откуда не ждали, и иммунные клетки подобны бдительным патрульным из голливудских фильмов, которые по сто раз на дню проезжают по одной и той же тихой улице, чтобы на сто первый засечь на ней злоумышленника, взламывающего дверь ювелирного магазина.
Что же в таком случае представляют собой органы иммунной системы, которые мы смутно помним по картинкам в школьном учебнике? Если говорить образно, то это роддома, школы и университеты иммунных клеток. Представьте себе «Полицейскую академию», в которую новобранцев зачисляют буквально с рождения. Сначала все они отправляются в общие полицейские ясли, где с веселым гуканьем грызут погремушки, похожие на разноцветные наручники. Потом идут в садик, позже – в школу: «ботаники» отправляются в класс криминалистики, а физически развитые готовятся стать бойцами спецназа… Я думаю, вы сами можете продолжить эту метафору.
Защита организма – непростая задача, и прежде, чем иммунные клетки начнут выполнять свои функции, они должны созреть в специальных условиях. Деятельность органов иммунной системы очень важна, но лишена той драмы и азарта, которые присущи клеточному иммунитету. По этой причине мы не будем уделять им большого внимания в дальнейшем, но в этой главе скажем, пожалуй, несколько слов. В конце концов, и в полицейской истории между взрывами и погонями находится несколько минут, чтобы рассказать о детстве и юности главного героя. Так что поговорим немного и мы о детстве и юности лейкоцитов, прежде чем полностью погрузиться в их взрослую и профессиональную жизнь.
Главным органом иммунной системы у человека является костный мозг. Именно в нем из клеток-предшественников формируются клетки иммунной системы. Костный мозг также главный орган кроветворения: основные клетки крови – эритроциты, благодаря которым она имеет красный цвет, – приходятся клеткам иммунитета кем-то вроде троюродных племянников. Лейкоциты бесцветны. Эту разницу легко увидеть даже в самый простой микроскоп, и именно она легла в основу первой классификации клеток крови: их разделили на красные и белые кровяные тельца. Костный мозг выполняет много важных функций. Он не только служит роддомом и яслями для новорожденных иммунных клеток, но также дает пристанище лимфоцитам-ветеранам – так называемым клеткам памяти, которые обеспечивают повторный иммунный ответ.
Другим важным органом иммунной системы является тимус – академия для Т-лимфоцитов. О его роли мы подробнее поговорим в главе, посвященной созреванию этого типа клеток. Костный мозг и тимус ввиду их важности для формирования иммунитета называют первичными органами иммунной системы; все остальные, о которых речь пойдет ниже, являются вторичными органами.
Важную роль в поддержании иммунитета играют селезенка и аппендикс. Да-да, тот самый червеобразный отросток, воспаление которого называется аппендицитом. Еще 30 лет назад он считался бесполезным рудиментом и именно в качестве такового описывался в школьных учебниках. В 1950-е годы в США аппендикс даже профилактически удаляли новорожденным, чтобы избежать проблем во взрослом возрасте. К счастью, эту практику быстро прекратили, ведь после его удаления у детей нарушалось пищеварение, они медленнее росли и чаще болели. Эта история показывает, как опасно торопиться с выводами, объявляя что-то в организме неважным или бесполезным.
Однако основными вторичными органами иммунной системы и главным местом работы многих разновидностей иммунных клеток являются лимфатические узлы. Вместе с соединяющими их лимфатическими сосудами они формируют вторую транспортную систему (первая – кровеносная), по которой иммунные клетки могут быстро перемещаться в самые разные точки нашего организма. На этих путях и развилках мы еще не раз окажемся, ведь какой же экшен без старой доброй погони?
