Питер Медавар - Наука о живом
Иммунный надзор. Телеология отторжения пересаженной ткани все еще остается непонятной, однако многие удовлетворяются тем, что считают его ценой, которую мы платим за обладание иммунной системой, которая способна с чрезвычайной тонкостью отличать свое от не своего.
Совершенно новый подход к этой проблеме возник из рассуждений Льюиса Томаса и Макфарлейпа Бернета: отторжение пересаженной ткани — это неприятный побочный результат существования в организме контрольной системы, очень точно настроенной на то, чтобы выявлять и уничтожать ненормальные варианты клеток тела. Незачем говорить, что иммунологическая теория противоопухолевой защиты придала идее существования иммунного надзора чрезвычайную важность.
К сожалению, все это не так просто: мыши-мутанты, известные под названием «голые», у которых клеточный иммунитет ослаблен настолько, что у них приживаются даже ткани, пересаженные от человека, далеко не так восприимчивы к новообразованиям, как следовало бы ожидать, исходя из теории иммунного надзора. То же относится и к мышам, у которых вскоре после рождения была удалена вилочковая железа, так что они едва ли были способны на клеточную иммунную реакцию. Однако предположение, что в противоопухолевом иммунитете и, вероятно, {137} в идее иммунного надзора что-то есть, поддерживается тем фактом, что мыши, у которых иммунные способности удалось развить гораздо выше среднего уровня (это было показано проведением независимых экспериментов), гораздо более устойчивы к росту аутохтонных опухолей, чем обычные мыши.
Бурный приток новых идей в области противоопухолевого иммунитета — это постоянный укор всем тем администраторам, которые утверждают, будто онкологические исследования нуждаются не столько в финансировании, сколько в идеях. Современные исследования рака, как и собственно иммунология, привлекают многих блестящих молодых ученых, чрезвычайно богатых идеями, но далеко не все из этих идей удается проверить — главным образом из-за недостатка фондов. Однако следует ясно понять, что панацея от рака никогда найдена не будет. Гораздо более вероятно, что каждая опухоль у каждого пациента представляет собой индивидуальную проблему, для которой лабораторные исследователи и клиницисты должны совместно находить индивидуальное решение.
Глава 15 Клетки и ткани
Клетку можно рассматривать с двух весьма различных точек зрения. С одной стороны, ее можно считать наименьшим подразделением организма, способным к автономному существованию, хотя «автономное» существование — это довольно-таки приблизительное описание того очень тщательно подогнанного окружения, которое необходимо обеспечить клетке, если мы хотим сохранить ее живой после удаления из организма. С другой стороны, клетку можно считать административным округом ядра. Когда сперматозоид и яйцеклетка соединяются, образуя оплодотворенное яйцо, или зиготу, из которой развивается всякий организм, размножающийся половым путем, их ядра сливаются и объединяют свою генетическую информацию. На ранних стадиях развития зигота последовательно делится на 2, 4, 8, 16, 32 клетки и т. д., хотя довольно скоро отдельные клетки начинают делиться неодновременно. Таким образом возникает многоклеточный организм, и совершенно все равно, будем ли мы говорить об организме, построенном из клеток, или представлять себе клетку как часть организма (в одних случаях больше подойдет первое определение, а в других — второе). Именно в ядре клетки содержится ДНК, а значит и генетическая информация — инструкции, определяющие характер протекающего в клетке синтеза и остальных форм ее физиологической деятельности. Ядро обычно расположено приблизительно в центре клетки и более или менее симметрично окружено внеядерной ее частью — цитоплазмой, которой принадлежат исполнительные функции. Рассматриваемое таким образом, соединение клеток в ткани обеспечивает контроль ядер над деятельностью тканей, а тем самым и над деятельностью всего организма. {139}
Клеточная теория утверждает, что все ткани являются клеточными либо по строению, либо — если они, как, например, кости, в значительной части состоят из неорганического строительного материала — по происхождению. Величайшим триумфом клеточной теории было признание того факта, что даже нервная система вопреки своему внешнему виду имеет клеточный характер. Составляющие ее клетки называются нейронами, и, как и следовало ожидать, учитывая их особую функцию — передавать нервные импульсы, — нейроны очень далеко ушли от той типичной шаровидной формы, которая обычно ассоциируется с клеткой. Наиболее похожая на клетку часть нейрона называется его телом или перикарионом, и в нем находится ядро. Передача нервного импульса обеспечивается чрезвычайно длинными цитоплазматическими отростками, которые образуют нервные волокна, или аксоны. Источник переносимой нейроном информации, определяющей все специфические процессы синтеза, тем не менее остается в ядре клетки, и поэтому возникает коварный вопрос*: каким же образом такой контроль осуществляется на расстоянии, достигающем у крупных животных нескольких метров? На самом деле тут происходит непрерывный отток или передача вещества от тела клетки по всей длине аксона. Если перерезать нервное волокно, то часть, отделенная от тела нейрона, просто умирает, а восстановление начинается с того конца, который остался соединенным с телом клетки. Это восстановление, собственно говоря, представляет собой продолжение процесса передачи клеточного вещества.
Клетки так сильно разнятся между собой, что попросту невозможно выбрать какую-либо из них в качестве типичной — с точки зрения как ее строения, так и функционирования. Однако можно не сомневаться, что перед умственным взором цитолога, если он хочет представить себе типичную клетку, возникает фибробласт. Фибробласты составляют целую группу клеток соединительной и скелетной ткани, включающую фибробласты соединительной ткани, остеобласты — костной и хондробласты — хрящевой. {140}
Вопреки только что высказанным оговоркам и на» мекам, что было бы нелепо считать фибробласты типичными клетками, они тем не менее составляют достаточно многочисленный класс, чтобы их свойства заслуживали описания. Живые и здоровые, они под обычным оптическим микроскопом почти не видны и, лишь заболев, начинают преломлять свет — тогда их уже легко различить. Однако под микроскопом, специально приспособленным для наблюдения живых клеток («фазово-контрастным»), хорошо видны темные эллипсовидные тела — их ядра, а если клетка прикреплена к какому-нибудь субстрату вроде стекла или слюды, можно увидеть, что края ее образуют нитевидные или плоские выросты, которые на редкость неудачно именуются псевдоподиями. Биология чрезвычайно богата такой до смешного пышной терминологией. Верхом нелепости является, пожалуй, термин «псевдонавицелла», используемый для описания репродуктивной формы, временно возникающей в жизненном цикле у ничем не примечательного паразита дождевого червя: термин этот тем более удивителен, что спутать обозначаемый им объект с лодочкой не смог бы даже зоолог, нуждающийся в помощи психиатра.
Викторианские зоологи, выдумывавшие такие нелепые термины, по-видимому, пытались что-то ими доказать — хотя бы самим себе: в ту эпоху, когда снобизм развился до крайностей, для нас почти непостижимых, термины эти должны были убедить тех, кто в противном случае мог бы посмотреть на них свысока, что зоологи — люди глубокие, знающие и их науку необразованным профанам понять не дано.
При помощи своих псевдоподий, а также благодаря активному изменению формы всей клетки фибробласты могут передвигаться по субстрату со скоростью до нескольких миллиметров в сутки. Другие клетки, в том числе большинство белых кровяных клеток и особенно лимфоциты, способны передвигаться со скоростью до нескольких миллиметров в час. Когда фибробласты делятся, как это делает большинство клеток (неспособность делиться — например, у нейронов, которые, по общему мнению, настолько специализированы, что стали конечными клетками, {141} или у не имеющих ядра эритроцитов — всегда требует какого-то особого объяснения), клеточное движение играет важную роль в расхождении дочерних клеток. Сами фибробласты не способны к фагоцитозу, т. е. они не могут активно захватывать и поглощать живые клетки вроде бактерий, но, как и многие другие клетки, они обладают довольно таинственной способностью втягивать мельчайшие частицы любой среды, в которой живут, — явление это называется пиноцитозом. В фазово-контрастный микроскоп можно увидеть еще один элемент их структуры — многочисленные мелкие, очень подвижные круглые или палочкообразные органоиды, митохондрии, в которых осуществляется внутриклеточное дыхание.
Подвижность фибробластов и их способность делиться делают их особенно подходящим объектом для культивирования ткани — метода, с помощью которого в клетках или фрагментах тканей поддерживается жизнь, так что они, будучи помещены в стеклянные сосуды или камеры, растут (если у них есть такая способность) в специальной питательной среде при температуре тела. Фибробласты вездесущи и так легко приспосабливаются к жизни in vitro, что часто растут в культуре ткани, когда выращивающий их ученый воображает, будто он выращивает что-нибудь совсем другое. Метод культуры ткани оказался великим благодеянием для экспериментальной биологии; кроме того, он имеет определенное отношение и; к проблеме старения (см. ниже) и сделал возможным развитие прикладной медицинской вирусологии, поскольку позволил размножать вирусы в количествах, необходимых для промышленного производства вакцин. Выращивание тканей не требует особенно сложных методик, а поскольку питательная среда, в которой растут клетки, чаще всего животного происхождения (сыворотка крови или тканевые экстракты), то получить ее нетрудно. Однако, чтобы добиться надежных и воспроизводимых результатов, необходимы большая тщательность и внимание к деталям: естественные враги всякой культуры — это бактериальная или грибковая инфекция, а среда, в которой растут ткани, прекрасно подходит для роста и бактерий, и грибов, так что совершенно обязательно строжайшее соблюдение асептики. Выращивание больших {142} количеств вируса необходимо для производства вакцин, а большое количество определенных видов клеток, например лимфоцитов, нужно для таких целей, как производство антилимфоцитарной сыворотки, и потому выращивание тканей превратилось из лабораторного эквивалента надомного труда в индустриальный процесс. В очень больших количествах клетки выращиваются как колонии однослойной культуры в жидкой среде в отличие от полужидких сред ранней поры этого метода, которые имели то преимущество, что облегчали микроскопическое изучение клеток. В лабораторных исследованиях метод культуры ткани используется теперь в основном для изучения биологии клетки в специальных точно определенных условиях, для чего клетка изымается из сферы всех влияний организма и помещается в среду, которая точно известна и полностью контролируется. В истории культуры ткани был, однако, и темный период, когда рост клеток in vitro представлялся таким удивительным, а его результаты — такими изящными, что различные культуры изучались ради них самих, более для приятного времяпрепровождения, чем в реальных аналитических целях. Не стимулировал использования культуры ткани в аналитических целях и тот факт, что применявшаяся тогда питательная среда поддерживалась в студнеобразном состоянии с помощью сгустков фибрина крови, а это разъединяло клетки и препятствовало тесному контакту между ними, который, как мы теперь знаем, необходим для многих процессов в тканевой культуре. В ранние дни применения этого метода считалось (на основании экспериментов, которые с тех пор давно уже признаны ошибочными), что культуры ткани «бессмертны», т. е. что, достигнув определенных размеров, такая культура делится на две или несколько частей и каждая из них становится началом новой культуры, а та вновь начинает расти и при необходимости вновь делится на две, так что линия клеток бесконечна. Однако работа Хайфлика, подтвержденная большинством лабораторий во всем мире, ясно показала, что культуры ткани обычных клеток не только не бессмертны, но, наоборот, имеют строго определенный срок жизни. Они живут всего некоторое число поколений клеток и затем умирают. Согласно {143} Хайфлику, продолжительность их жизни зависит от возраста организма, из которого клетки были взяты. Клетки, подвергшиеся злокачественному перерождению — в организме или вследствие вирусной инфекции непосредственно в культуре, — этому правилу не подчиняются: они, по-видимому, способны делиться бесконечно. Эксперименты, породившие представление о бессмертности культур ткани, были проведены под наблюдением французского патофизиолога Алексиса Карреля в нью-йоркском Рокфеллеровском институте, и считалось, что культура жила с 1912 по 1939 год, однако, если это и верно, причины столь долгой жизни до сих пор еще неясны. Одна из возможностей такова: пища, которую получали клетки, представляла собой неочищенный экстракт эмбриональной ткани и в изобилии содержала взвешенные клетки, а скромные прислужники жрецов, руководивших ритуалом выращивания, не приложили достаточных стараний, чтобы их оттуда удалить. Другая, менее вероятная возможность заключается в том, что культуры все же вымерли и их попросту начали выращивать заново из свежей ткани на том основании, что погибнуть они могли только в результате недосмотра, использования токсичной среды или еще какой-либо случайности.
