Валерий Чолаков - Нобелевские премии. Ученые и открытия
В 90-е годы прошлого столетия бесспорным лидером химического направления в иммунологии был Пауль Эрлих. Он первым установил существование латентного периода между инъекцией токсичных веществ и образованием антител, развил концепцию амбоцептора и комплемента — веществ, участвующих в «подготовке» микробов к уничтожению и в самом их уничтожении. Эрлих исследовал процесс передачи иммунитета через плаценту и материнское молоко, уточнившем самым различие между врожденным активным иммунитетом и активным, иммунитетом, приобретаемым организмом, а также пассивным иммунитетом, который вырабатывается в результате инъекции сыворотки. Эрлих, будучи медиком по образованию, имел мышление химика и неустанно искал пути к выявлению сущности антител. Он первым показал, что, они, вероятнее всего, являются глобулинами, т.е. белковыми молекулами шаровидного строения, присутствующими в сыворотке крови. Вершина достижений Эрлиха в иммунологии — так называемая теория «боковых цепей». Он выдвинул гипотезу, что клетка имеет рецепторы, которые улавливают инородные тела и модифицируются, приспосабливаясь к ним. Это вырабатывает у них способность немедленно распознавать врага. при повторной встрече. Гениальная догадка Эрлиха получила подтверждение десятилетия спустя, когда Родни Роберт Портер и Джералд. Эдельман определили молекулярное строение антител.
В 1908 г. Нобелевский комитет при Каролинском институте, как бы стремясь примирить двух давних оппонентов — И.И. Мечникова и П. Эрлиха, принял решение об одновременном присуждении им Нобелевской премии по физиологии и медицине в знак признания выдающихся заслуг в развитии иммунологии. Мечников привнес в эту науку клеточную теорию, а Эрлих приблизился, к раскрытию молекулярного механизма иммунной реакции. Но в момент награждения никто из них уже не занимался иммунологией.
Исследовав кишечную микрофлору, Мечников пришел к выводу, «что выделяемые ею токсины отравляют организм и ускоряют его старение. В связи с этим он рекомендовал потреблять больше кислого молока — эта диета одно время была весьма популярной.
Поняв ограниченные возможности сывороточной терапии, Эрлих вернулся к занятиям своей молодости — подбору красителей для окрашивания препаратов, предназначенных для исследований под микроскопов. Теперь он попытался модифицировать химические красители, с тем чтобы получить из них лекарственные средства. И действительно, создав свой, знаменитый сальварсан, он стал одним из основателей современной химиотерапии. Его кандидатура вторично выдвигалась на Нобелевскую премию.
Первые данные о деятельности иммунной системы организма были получены при изучении различных заболеваний. Прошли, однако, десятилетия, прежде чем стало ясно, что иммунные процессы — это универсальное биологическое явление, одна из фундаментальных особенностей живых организмов. В 40-е годы возник новый подход к изучению данного явления. Среди тех, кто внес значительный вклад в эти исследования, был Питер Брайан Медавар, английский зоолог и иммунолог, родившийся в Рио-де-Жанейро. В годы второй мировой войны этот ученый много занимался проблемой пересадки кожи. В 1947 г., будучи профессором зоологии Бирмингемского университета, Медавар продолжил свою работу, создав тест для определения зиготности телят-близнецов путем пересадки кожи. Так он познакомился с одним из исследований Ричарда Оуэна, осуществленным в 1945 г. В нем описывалось, как у эмбрионов телят-близнецов иногда соединяются кровеносные системы, что приводит к взаимному обмену клетками крови. У одного из новорожденных до 50% клеток крови могут быть от другого индивида, и, несмотря на это, организм не показывает реакции отторжения. Значение этого факта для иммунологии первым оценил Фрэнк Макфарлейн Бёрнет из Института медицинских исследований Уолтера и Элизы Холл в Мельбурне.
Австралийский иммунолог обратил внимание на то обстоятельство, что способность организма к иммунной реакции не наследуется, а развивается в первые недели жизни. Основываясь на этом факте, Бёрнет разработал, в 1949 г. общую теорию иммунитета. Согласно этой теории, главная задача иммунной системы заключается в распознании «своего» и «чужого» и борьбе с «чужим». Эта способность начинает развиваться в организме к концу внутриутробного периода, и, если в этот период в организм попадают инородные тела (как это было у телят-близнецов), то еще недоразвитая иммунная система организма принимает их за «своих».
Однако это оставалось всего лишь хорошей теорией, пока Медавар со своими сотрудниками не дал ей экспериментального подтверждения. Вначале исследователи производили пересадку кожи у телят, а затем ставили эксперименты на мышах. Последние были особенно удобны, ибо позволяли работать с так называемыми чистыми линиями, т.е. животными, которые длительное время скрещивались между собой, поэтому были генетически почти идентичными. Решающие эксперименты были осуществлены в 1951—1953 гг. Питером Медаваром, Руппертом Биллингемом и Лесли Брентом. Они подтвердили идеи Бёрнета о постепенном развитии иммунной системы и возможности приобретения организмом иммунотолерантности (терпимости к инородным телам) на ранних этапах его развития. В то же самое время Милан Гашек в Праге пришел к подобным выводам, работая с цыплятами, но он исходил из иных теоретических посылок.
Эти исследования в конце 40-х — начале 50-х годов дали толчок теоретическим обобщениям в иммунологии, благодаря чему эта наука приблизилась к разгадке молекулярных основ иммунитета. В знак признания этих успехов эксперты Каролинского института приняли в 1960 г. решение присудить Нобелевскую премию по физиологии и медицине Бёрнету и Медавару за открытие явления приобретенной иммунотолерантности.
В то время были уже достигнуты решающие успехи в исследовании природы молекул, ответственных за иммунные реакции. Еще в конце прошлого века удалось установить, что при иммунных реакциях происходит связывание какого-то вещества из кровяной сыворотки с антигеном, попавшим извне. Позднее выяснилось, что антитела — это белковые вещества. Но лишь в 1959 г. два исследователя нашли способ расщепления молекул антител на фрагменты, удобные для исследования. Это были Родни Портер из Национального института медицинских исследований в Лондоне и Джералд Эдельман. из Рокфеллеровского института медицинских исследований в Нью-Йорке. Работая параллельно, они определили структуру антител — иммуноглобулинов.
Некоторые из аминокислот, входящих в состав полипептидных цепей, содержат серу. Между атомами серы, находящимися в соседних цепях, могут образовываться так называемые дисульфидные мостики, связывающие цепи. Эдельман разрушал эти мостики специальными редуцирующими агентами, расщепляя таким образом белковые молекулы на иммуноглобулинные фрагменты. Портер достиг того же результатам помощью фермента папаина и показал наличие в антителе трех участков. Два из них (одинаковые по своей химической природе) способны взаимодействовать с антигеном. Третий выполняет иные биологические функции, характерные для молекулы антитела в целом; оказалось, что этот участок одинаков во всех антителах. Так выяснилась важная особенность иммуноглобулинов: наличие фрагментов, общих для молекул всех антител, и фрагментов, определяющих специфичность данного антитела. Результаты Портера хорошо согласовывались с выводами Эдельмана о наличии в молекуле иммуноглобулина тяжёлых и лёгких пептидных цепей.
Основываясь на этих данных, Портер предложил в 1962 г. схему строения молекулы антител; согласно его схеме, молекула иммуноглобулина состоит из четырех цепей. Две из них — «тяжелые», содержащие много аминокислот. Эти цепи связаны между собой дисульфидными мостиками, и такими же мостиками к ним прикреплены две «легкие» цепи. Впоследствии эта схема получила убедительное подтверждение. В лаборатории Эдельмана было доказано, что даже у самых низших позвоночных (миног и акул) молекулы антител построены по такому же принципу.
Удивительная способность иммуноглобулинов к модификации, существенно затруднила исследования на раннем этапе. Выход нашел Эдельман, показав, что при некоторых заболеваниях образуются гомогенные иммуноглобулины. В 1965 г. в его лаборатории было начато» исследование структуры пептидных цепей этих антител, завершившееся через четыре года полным успехом: были расшифрована структура молекулы одного из иммуноглобулинов. Подтвердилось предположение о том, что пептидные цепи молекул этих белков состоят из двух частей: изменяющейся, которая участвует в иммунной реакции, и постоянной, характерной для антител данного вида. Результаты Эдельмана, полученные при исследовании антител больных людей, были подтверждены Портером на нормальных иммуноглобулинах.
Портер внес значительный вклад в изучение структуры активного центра антител, показав, что антиген соединяется как с тяжелой, так и с лёгкой пептидной цепью. Эдельман уточнил представлений о третичной структуре активного центра антител, установив, что пептидные цепи состоят из компактных глобул и напоминают нитку бус. Эта схема была подтверждена многими экспериментами.
