Книга История иммунной системы - Клеменс Арвай

для организмов других форм жизни. Протеины, которые требуются нам каждый день, производятся в процессе белкового биосинтеза. Этот процесс протекает, как мы помним, на протеиновых фабриках клеток, которые называ­ются рибосомами. Чертежи для строительства протеи­нов находятся в нашей ДНК. Там они копируются на мРНК и транспортируются к рибосомам. Вирусы тоже состоят из белков, но им не требуется собственное производство. Для этих целей они используют клетки организма-хозяина, в которые внедряют свои собственные «чертежи». Эта процедура нам тоже уже знакома.

Особую известность приобрел белковый шип коронавируса. Он служит для прикрепления к клетке, которую вирус намерен заразить. Таким шипами пользуются многие вирусы, в том числе возбудители гриппа и бактериофаги. Риновирусы, вызывающие простудные заболевания, имеют на своей поверхности схожие белковые выросты, похожие на пальцы[15]. Антитела, которые наш организм образует после перенесенной инфекции или вакцинации, — тоже протеины.

Строение и функции протеинов зависят от последовательности и формы соединения аминокислот, из которых они состоят. В качестве знакомых примеров можно назвать такие структурные протеины, как коллаген и эластин, придающие нашей коже прочность и эластичность. Пищеварительные энзимы, которые помогают усваивать пищу, также относятся к протеинам.

У растений не обнаружена адаптивная иммунная система, которая после контакта с возбудителями может быстро образовать белковые антитела. Насколько нам сегодня известно, растения не располагают специализированными защитными клетками, которые, подобно клеткам-пожирателям в колониях амеб, передвигаются по организму растений. Растительный иммунитет функционирует очень прямолинейно: иммунопротеины, распознающие болезнетворных пришельцев, располагаются в непосредственной близости к растительным клеткам, словно привратники. Обнаружив вирус или бактерию, они запускают цепь молекулярных механизмов, направленных против возбудителя. Эти защитные функции берут на себя также относительно простые — в сравнении со специальными защитными клетками человека или животных — иммунопротеины.

«Белки-детекторы» в растительных организмах называются резистентными белками, или просто R-белками. Многие растительные вирусы имеют геометрически правильную и симметричную форму, напоминающую кристаллы. R-белки реагируют на эти формы и на отдельные молекулы на поверхности возбудителей, например на бактериальные или вирусные белки. Они распознают уже упомянутые РАМР — типичные молекулярные структуры и паттерны патогена, облегчающие идентификацию[16].

Растительный вирус в форме кристалла

Учтите, что мы в данном случае имеем дело с защитными механизмами, сосредоточенными на конкретных клетках. Как уже было сказано, иммунопротеины располагаются вблизи клеток и запускают региональные механизмы защиты, состоящие из других протеинов, которые должны деактивировать возбудитель. Причина в том, что растения ведут оседлый образ жизни, то есть привязаны к месту произрастания. У них отсутствует кровеносная система, как у людей или животных. Конечно, у высших растений имеются сосуды, по которым транспортируются вода, сахар и питательные вещества, но в них отсутствуют клетки наподобие наших красных и белых кровяных телец, а это значит, что нет курсирующих по организму иммунных клеток. Иммунитет растений ориентируется на конкретные клетки, и этот механизм в ходе эволюции доведен до совершенства. Растительные иммунопротеины стоят на страже безопасности клетки, постоянно отслеживают все молекулярные процессы вокруг нее и целенаправленно реагируют на них. Если же установлено, что возбудитель все-таки проник в клетку и размножается, угрожая здоровью всего растения, протеины идут на крайнюю меру и убивают зараженную клетку[17]. Этим приемом владеет и наша иммунная система, как нам еще предстоит убедиться.

Хотя растения не обладают такими приобретенными иммунными функциями, как образование антител, нам известны из мира растений схожие, хотя и не идентичные функции. Биологи говорят об эволюционной конвергенции между иммунными системами большинства позвоночных животных, включая людей, и иммунными системами растений. Это значит, что между ними образовались совпадения или аналогии, хотя мы не происходим от растений, как и они от нас. Растительная ветвь развития очень рано отделилась от животной (а позднее человеческой). Тем не менее иммунной системе растений свойственна такая черта, как память, и ее можно совершенствовать в ходе контактов с возбудителями болезней.

Способность иммунной системы растений к обу­чению и запоминанию обусловлена более высокой активностью R-белков, которые распознают паттерны и структуры патогенов. R-белки постоянно адаптируются к новым вирусам или бактериям, с которыми им приходится сталкиваться. Аналогичным образом и патогены адаптируют свои стратегии уклонения, используемые для того, чтобы избежать действия защитных белков растения. В идеале между ними возникает равновесие.

Постоянно адаптируются к новой ситуации и энзимы, которые также задействуются в рамках иммунной реакции растений. Опыт, приобретенный методом проб и ошибок, сохраняется в ДНК и передается по наследству следующим поколениям растительных клеток. Все это создает в итоге такое качество растительной иммунной системы, как обучаемость. Этот процесс напоминает составление архива возбудителей в ДНК бактерий, который используется для борьбы очередных поколений против бактериофагов.

Биологи говорят о врожденной памяти иммунной системы растений[18]. Это свойство проявляет себя медленнее, чем наша приобретенная адаптивная иммунная система, которая в течение нескольких дней может освоить производство специфических антител против возбудителя. Именно поэтому иммунобиологическая память растений является не адаптивной, а врожденной.

Растительные вакцины

Лишь немногие люди знают, что существуют вакцины для растений, которые усиливают и поддерживают известные иммунные функции. Так, например, с использованием растительных биотехнологий разработаны РНК-вакцины против возбудителей болезней, которые предназначены для защиты важных продовольственных культур. Точнее говоря, эти вакцины созданы на базе миРНК. Вы еще помните этот продукт расщепления вирусной РНК, который возникает, когда вирусы пытаются использовать инфраструктуру клетки-хозяина, чтобы размножить собственный генетический материал на клеточной фабрике белков? В лабораторных условиях миРНК оптимизируется, чтобы можно было точнее нацелить белки-аргонавты атакованной клетки на вирусную РНК. После этого аргонавты обезвреживают генетический материал возбудителя[19]. Такие вакцины могут уже в самом скором времени найти применение в борьбе с различными возбудителями заболеваний растений, например с вирусом полосатчатости кукурузы, вирусом желтой пятнистости риса и различными мозаичными вирусами.

Другие вакцины основываются на нанобиотехнологиях. Они защищают виноград от вирусных заболеваний, которые способны причинить виноделам огромный экономический ущерб. Так, представители семейства неповирусов могут вызвать хлороз винограда. При этом повреждаются сосуды растений и разрушается хлорофилл, необходимый для фотосинтеза. Листья деформируются, желтеют и отмирают. Появление новых листьев весной запаздывает, их рост идет медленнее, а урожайность резко снижается. Поскольку речь идет о распространенном по всему миру заболевании виноградной лозы, прикладная наука усиленно занята оптимизацией вакцин, которые уже в скором времени могут оказаться в распоряжении виноделов.

Существуют не только вакцины для защиты растений, но и вакцины, добываемые из растений для защиты людей от инфекционных заболеваний. Многие не слышали о том, что к моменту выхода этой книги в апреле 2022 года растительная вакцина от COVID-19 уже проходит третий и последний этап клинических испытаний. Речь идет о вакцине, получившей название CoVLP, которая была разработана канадской фирмой Medicago совместно с британским фармацевтическим концерном GlaxoSmithKline.

Метод ее получения основывается на том, что генетическая информация вирусных антигенов против SARS-CoV-2 с помощью вирусов и бактерий внедряется в растения рода