Совсем недавно о урожденном, наследственном иммунитете знали только то, что он существует и обладает исключительной антимикробной силой. Но чем обусловлена его надежность? Это оставалось непонятным. В последние же годы ситуация изменилась. Тайны наследственного иммунитета больше не существует. Это открыло путь к использованию его в борьбе за здоровое долголетие, в производстве продовольствия. Не менее важным оказался и неожиданный вклад учения о наследственном иммунитете в молекулярную биологию — науку о самых сокровенных особенностях строения, функционирования и эволюции живой материи. Об этом стоит поговорить подробно.

Живая природа удивительно многообразна, и в этом, может быть, ее самая яркая черта. Известны миллионы биологических видов, и каждый из них самобытен по образу жизни, внешнему облику, внутреннему строению. Самобытность эта проявляется и в устройстве биомолекул — полинуклеотидов, белков, жиров, полисахаридов. Их в каждом организме тысячи разновидностей, и в этом тоже проявляется многообразие природы. Такая функциональная разнородность вполне понятна.

Но вместе с тем в организмах разных видов имеются биомолекулы, одинаковые по происхождению и по выполняемой работе, но различающиеся деталями своего строения. Например, два однотипных белка могут отличаться лишь последовательностью составляющих их аминокислот. К чему эта форма разнообразия и какой в ней смысл, оставалось неясным.

Не прояснилось это и тогда, когда многообразие живой природы стали исследовать в молекулярной биологии. В последние годы эта наука добилась больших успехов в изучении молекулярного строения живых существ. В частности, расшифрована структура многих полинуклеотидов и белков. И при этом открылось такое разнообразие биомолекул, какое раньше и представить было трудно. Стало ясно, что мы имеем дело не со случайными причудами природы, а с общебиологической закономерностью. Но с какой? И каким образом это явление возникло?

Согласно теории Ч. Дарвина развитие живой материи происходит при непременном участии трех биологических явлений - - изменчивости, наследственности и естественного отбора. Первые два действуют и среди биомолекул. Но как происходит среди них естественный отбор? При попытках найти ответ на этот вопрос выяснилось, что современная теория биологической эволюции объясняет все известные ей факты, но не эволюцию биомолекул.

Более 100 лет теория эволюции проверялась на примерах естественного отбора организмов, которые отличаются друг от друга формой тела или устройством и функциональными возможностями органов. Здесь все было очевидным. Например, кустарник лещины (фундук) имеет тем больше шансов возродиться в потомстве, чем прочнее оболочка его орехов. Птице с более крепким, чем у других, клювом легче прокормить себя и птенцов, сокрушая ореховую скорлупу. Рыба с более совершенной формой тела будет плавать более резво, чем другие, настигая добычу или, напротив, ускользая от хищника.

Но каким образом природа может различать организмы с неодинаковой структурой однотипных по функции биомолекул? Например, двл варианта строения белка коллагена, образующего жилы и костную ткань, отличаются лишь двумя (из сотен) аминокислотными мономерами, и эти различия не видны глазом, не сказываются ни на резвости бега, ни на прочности костяка. Как же различить?

Поиск ответа на этот вопрос породил две диаметрально противоположные точки зрения. Представители одной из них считают, что в природе нет «приборов», способных различать организмы по особенностям их молекулярного устройства, и поэтому эволюция биомолекул идет без участия естественного отбора.

Сторонники дарвинизма, естественно, не могут с этим согласиться. Ведь эволюционные преобразования биомолекул дают начало всем другим, более высоким уровням развития живой материи. Поэтому для дарвиниста невозможно себе представить, что, например, нуклеиновые кислоты и белки, являющиеся основой жизни, могут эволюционировать без связи с приспособляемостью к внешним воздействиям, т. е. без естественного отбора. Однако обнаружить природные силы, способные осуществлять отбор бко-молекул, дарвинистам удалось не сразу.

Успех был достигнут, когда совершенно неожиданно в дискуссию включились представители микробиологии и иммунологии, занимавшиеся сугубо практическими вопросами противодействия губительным инфекциям и опухолям. В последние годы эти науки соприкоснулись с фундаментальными, а именно молекулярными аспектами анатомии, физиологии и экологии. При этом в их распоряжении оказалась уникальная совокупность данных о молекулярном устройстве живых существ и о химических способах взаимодействия между ними. Это и послужило основой для неожиданного заявления, что организмы по молекулярным свойствам отбирают... вредоносные микробы.

Микроскопические паразиты производят отбор организмов на жизнеспособность по свойствам устойчивости к инфекциям, которые, как мы уже знаем, определяются особенностями молекулярного устройства. В свою очередь микробы и сами попадают под действие естественного отбора: распространение конституциональной устойчивости в пределах вида — жертвы отнимает у микробов источники пищи и среду обитания, вследствие чего численность паразитической популяции начинает уменьшаться. Но это лишь до тех пор, пока среди паразитов не появятся мутанты, молекулярное строение которых позволяет им преодолевать стойкость жертв. Поэтому через какое-то время микробный вид, уже в измененном молекулярном облике, вновь возвращается к интенсивному паразитическому образу жизни. И все начинается сначала.

Но ведь жертвами микроскопических паразитов являются все виды живой материи, а их миллионы. Поэтому такие эволюционные преобразования происходят во множестве экологических систем «микроб — жертва» и во все время их существования на Земле, Эти процессы и привели к существующему разнообразию биомолекул.

Заметим, что экологические взаимодействия посредством биомолекул возможны и в других вариантах. Так, с помощью особых молекул (феромонов) осуществляются многие внутривидовые и межвидовые взаимодействия между крупными организмами (например выслеживание жертвы по запаху). Здесь также необходимо химическое соответствие феромонов с их биомолекулярными мишенями. В процессе таких взаимодействий тоже, надо полагать, происходит естественный отбор по молекулярным свойствам и тем самым вносится определенный вклад в эволюцию биомолекул.

Однако биохимические взаимодействия в системах «микроб — жертва» имеют для молекулярной эволюции особо важное значение. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Во-первых, жизнь на Земле началась с появления микроскопических живых существ, и, стало быть, химико-экологические отношения между ними были зачинателями эволюционного процесса. Во-вторых, и до сих пор только в системах «микроб — жертва» все решающие события развертываются исключительно на молекулярном уровне. В-третьих, благодаря многочисленности и разнообразию таких систем во взаимодействия вовлекается беспрецедентное множество различных биомолекул, т. е. они охватывают практически все живое. В-четвертых, эти взаимодействия, являясь антагонистическими, создают условия для особо интенсивного отбора организмов по особенностям их молекулярного устройства. И, наконец, в-пятых, молекулярные микробные агенты остались в настоящее время единственными биотическими агентами, продолжающими процесс естественного отбора среди людей и, следовательно, биологическую эволюцию вида «гомо сапиенс». Действие остальных факторов человек сумел почти полностью нейтрализовать. Только от инфекционных болезней полной защиты пока нет.

Влиянию микробных факторов подвержены, как мы уже знаем, все виды живых существ. Но темпы их биологической эволюции различны. Почему же одни виды развиваются быстро, а другие (например, бактерии, акулы, крокодилы) практически не изменяют свой внешний облик на протяжении сотен миллионов лет?

Вид эволюционирует тем быстрее, чем интенсивнее отбор и чем большее число биомолекул вовлечено в этот процесс. Разные виды организмов отличаются друг от друга по интенсивности и по разнообразию своих взаимоотношений с царством патогенных микробов. Человек, например, освоивший все континенты, моря и океаны, вступил тем самым в эволюционно значимые взаимодействия если не со всеми, то с большинством существующих на Земле микробов. Наблюдения инфекционной заболеваемости прямо свидетельствуют о том, что конфронтации человечества с возбудителям» болезней во много раз разнообразнее и интенсивнее, чем у любых, других животных. Поэтому и эволюция человека происходила так- же интенсивнее, чем у других животных, и затрагивала более разнообразные молекулярные структуры. И совершалось это благодаря формированию врожденного, конституционального иммунитета. Разгадка сущности врожденного иммунитета была достигнута на основе достижений молекулярной биологии. Открыв механизм естественного отбора по деталям биомолекулярного устройства, иммунология внесла, в свою очередь, крупный вклад в науку о молекулярных основах строения, функционирования и эволюции живой материи. И тем самым сторицей возвратила ей свои долги. Но союз фундаментальной и прикладной наук на этом не распался. Самые главные открытия — впереди.

Товары для укрепления иммунитета.

Врожденные свойства антимикробной защищенности людей, мудрые ошибки

Каким же образом возникают в природе различия между организмами по их способности противостоять заразным микробам? Ответ нам известен — это зависит от индивидуальных и видовых особенностей молекулярной конституции. Но почему разные виды и даже разные особи одного и того же вида имеют неодинаковое молекулярное устройство? Современная наука имеет ответ и на этот вопрос благодаря новейшим достижениям молекулярной генетики (раздела молекулярной биологии), изучающей биохимические основы наследования свойств в процессе самовоспроизведения в потомстве, свойственного всем живым существам.

Регулярное самовозрождение в потомстве - основа существования всех форм живой материи, от самых простых (вироидов) до наиболее сложных (высших позвоночных и человека). Сущностью этого процесса является прежде всего самовоспроизведение главнейших молекул любого живого организма — его специфических полинуклеотидов.

У всех живых существ макромолекулы полинуклеотидов построены по единому типу. Но у разных организмов они имеют большие или меньшие отличия от типовой схемы. Самобытная структура каждой полинуклеотидной молекулы образует специфическую программу воспроизведения как ее самой, так и всех других вспомогательных частей соответствующего организма. Естественно, эта важнейшая молекула не проста по своему устройству, она состоит из множества разных химических «деталей», скомпонованных друг с другом в весьма замысловатых сочетаниях. Самовоспроизведение такой сложной структуры не обходится без ошибок, тех или иных погрешностей, следствием которых являются структурные и соответственно функциональные изменения молекулы полинуклеотида, а также кодируемых им программ биосинтеза других частей организма -  молекулярных, клеточных, тканевых. Этими ошибками и обусловлены так называемые мутации — присущие всему живому свойства изменчивости. Мутации встречаются не столь уж часто: в каждом поколении любого вида из 10000 организмов как минимум один имеет хотя бы одно мутантно измененное свойство. Далеко не все мутации положительны. Наоборот, многие из мутантных изменений уродуют организм, делая его слабо жизнеспособным. Однако другие мутации оказываются спасительными.

Пример тому -  особенности молекулярного устройства организма, делающие его устойчивым к заразным микробам. Уничтожая всех сородичей данного мутанта, микробы в таких случаях не в состоянии поразить его самого и соответственно всех его потомков, наследующих данную положительную мутацию, поскольку она обусловлена упомянутыми ошибочно возникшими, но оказавшимися спасительными особенностями структуры их основной структуры -  полинуклеотида. Так, в ходе противоборства с микробами осуществляется естественный отбор конституционально иммунных организмов. В конечном итоге при неизбежно постоянном натиске соответствующих микробов мутантные организмы и их потомки образуют то стойкое большинство популяций которое продолжает жизнь данного биологического вида, обреченного, казалось бы, судя по первым массовым потерям, на неизбежную гибель. Приведем примеры.

Европейские переселенцы когда-то привезли в Австралию домашних кроликов. Условия жизни для них оказались очень благоприятными: на этом континенте ведь не было ни лисиц, ни волков, ни пернатых хищников, ни других естественных врагов. Одичав, эти грызуны вскоре расплодились настолько, что заселили почти всю территорию континента. В 40-х годах XX века их численность достигла 800 млн. особей. Они съели на пастбищах всю траву, так что нечем было кормить домашний скот. Поэтому правительство Австралии приняло решение уничтожить кроликов с помощью биологических, самых эффективных средств, а именно искусственно заразить их вирусами миксоматоза, то есть создать среди них эпидемию очень опасной болезни для животных данного вида.

Сразу же после начала эпидемии численность кроликов уменьшилась более чем в 10 раз. Однако оставшиеся в живых кролики вскоре дали приплод, так что пришлось снова применить против них те же самые вирусы, но эффект оказался уже намного меньшим. При заражении вирусами третьего поколения кроликов результат был совсем ничтожным. Потомство кроликов, выживших при двух первых эпидемиях, было уже абсолютно невосприимчиво к вирусам миксоматоза.

Такая же ситуация возникла, когда в Африку из Америки впервые были случайно занесены заразные грибки — паразиты кукурузы. Они очень скоро распространились по всему континенту, производя колоссальные опустошения на кукурузных плантациях. Вместо прежде обильных нив земледельцы с ужасом видели массу чахнущих и погибающих растений, среди которых встречались лишь одиночные организмы, не тронутые болезнью. Кто-то собирал эти немногочисленные початки, чтобы утолить голод. Но счастливым по-настоящему оказался тот, кто сберег эти зернышки для будущего посева, так как выросшие из них растения тоже не поддавались болезни. Стойкость к заразным грибкам являлась их наследственным свойством, которое передавалось и последующим поколениям, благодаря чему возник новый сорт кукурузы, не подверженный опасным микробам. Именно способом неосознанной селекции испокон веков возникали сорта растений и породы животных, иммунные к наиболее опасным и губительным заразным болезням.

Таким же образом формировались и врожденные свойства антимикробной защищенности людей, причем у них этот процесс проходил намного интенсивнее, чем у животных, поскольку столкновения людей с патогенными микробами происходили намного чаще, чем у организмов других видов. Как мы уже знаем, свыше 500 видов различных болезнетворных микробов угрожают человечеству только в настоящее время. А сколько их было в прошлом? Точного ответа мы дать не можем, но несомненно больше, чем у любого из животных видов. И в этом нет ничего удивительного: человечество имеет очень широкий круг контактов с населяющими Землю живыми существами, в том числе и с микробами. Ведь в отличие от животных человек уже давно освоил все континенты, моря и океаны, вступив во взаимодействие практически со всеми живущими на Земле микроскопическими паразитами. Эти контакты очень нередко приводили к ожесточенному противоборству.

Еще относительно недавно, в XVIII и даже в XIX веке, инфекционные заболевания были главной причиной преждевременной смерти людей. Свыше 40% людей умирали от этих болезней в раннем детском возрасте, не дожив до 5 лет. Продолжали жить, оставляя потомство, только те, кто был надежно защищен от губительного действия микробов.

Вскоре после первой мировой войны около 20 млн. человек (1% тогдашнего населения планеты) погибли от драматически знаменитой эпидемии, вызванной испанской разновидностью вирусов гриппа. В 1952 г. только малярией были поражены 250 млн. человек, то есть 6,3% населения земного шара. А всего на нашей планете ежегодно тем или иным инфекционным заболеваниям подвергается свыше 1 млрд. человек. В США из числа обращающихся за медицинской помощью 20% составляют инфекционные больные. Велик еще натиск болезнетворных микробов на человечество даже в наше время.

И хотя в прошлом ситуации были намного более жестокими, приходится признать, что и сейчас паразитические микробы, как это видно из вышеприведенных данных, продолжают испытывать каждого из нас на жизнеспособность, связанную со свойствами молекулярного устройства наших тел, создающими врожденный иммунитет. Тем самым микробный паразитизм и стимулируемый им конституциональный, врожденный иммунитет выполняют решающие функции в системе факторов естественного отбора, направляющих процессы биологической эволюции, которыми создано существующее многообразие живых форм, в том числе и самого человека. Этот процесс продолжается, и он не остановится до тех пор, пока существуют микробы, способные вторгаться в другие организмы и кормиться продуктами чужого биосинтеза.

Товары для укрепления иммунитета.