Книга История иммунной системы - Клеменс Арвай

Стрекающие состоят из двух слоев клеток. Внутренний слой — гастродермис — выстилает пищеварительную полость. Он содержит клетки, вырабатывающие пищеварительные энзимы (как и у нас). Кроме того, там имеются клетки, усваивающие переваренную пищу. Для этого используется уже знакомый нам процесс фагоцитоза: клетки обволакивают кусочки пищи со всех сторон, заключая их внутри себя. Тот же принцип используют амебы и фагоциты нашей иммунной системы для уничтожения возбудителей болезней.

Дополнительно в состав пищеварительной полости стрекающих входят так называемые цилии (реснички) — бахромчатые отростки, которые своими колебаниями создают поток жидкости, перемещающий кусочки пищи. Глядя на медузу, легко себе представить, как все эти процессы происходят внутри нее. Пищеварительная полость стрекающих — это не что иное, как прототип нашего желудочно-кишечного тракта. Желудок и кишечник человека — это лишь утолщения и сужения пищеварительной полости, которые облегчают усвоение пищи. Эта единая покрытая изнутри слизью полость, где осуществляется пищеварение, проходит ото рта до заднепроходного отверстия и открывается с обоих концов наружу. А вот то, что проникает сквозь стенки желудочно-кишечного тракта внутрь организма, подвергается строгому контролю со стороны клеток слизистой оболочки. Для многих такой взгляд на вещи может показаться непривычным, но с точки зрения биологии внутренняя поверхность желудочно-кишечного тракта фактически является наружной. Как это и было сотни миллионов лет назад у книдарий.

Наружный слой клеток у стрекающих называется эпидермисом. Это ранний прототип кожи. Он представляет собой внешнюю границу организма с окружающей средой. Виды, которые, подобно стрекающим, обитают в воде, в буквальном смысле омываются окружающей средой. Они подвергаются ее особенно интенсивным воздействиям. И тут мы подходим к чрезвычайно важному эволюционному аспекту, которые связан с центральным вопросом «почему?» в иммунологии. Он звучит так: почему стрекающие уже более 500 мил­лионов лет назад открыли первую комплексную клеточную иммунную систему в животном царстве? Ответ таков: они должны были научиться защищать себя от «чужого» в своем окружении. В противном случае они бы вымерли.

И действительно, эволюционная необходимость наличия эффективной иммунной системы вытекает из того факта, что у стрекающих впервые среди других животных форм появилось настоящее анатомическое строение. Правда, их тела были мягкими. У них не было ни внутреннего скелета, как у нас, ни внешнего, как у насекомых, сороконожек, пауков, раков, скорпионов и ракушек. Их эпидермис еще не обладал свойствами наружного защитного барьера, как у высших животных, включая и нас с вами. Клетки эпидермиса, которые находились в постоянном контакте с водой, подвергались непосредственному воздействию патогенов в виде бактерий, вирусов и других одноклеточных, из которых состоял микропланктон. Это обстоятельство привело к стремительному развитию иммунной системы стрекающих. Вдобавок некоторые представители этого типа имеют очень большую продолжительность жизни. Глубоководные кораллы могут достигать возраста 4 тысяч лет. Тот, кто хочет прожить так долго в воде, кишащей микробами, должен иметь хорошую защиту.

Биолог-эволюционист Томас Бош писал о стрекающих: «Как бы мы ни изучали нашу собственную врожденную иммунную систему и что бы мы ни надеялись узнать о ней, приходится констатировать, что книдарии уже опередили нас в этом»[23]. Неудивительно, что книдарии способны распознавать PAMP — молекулярные паттерны патогенов, уже знакомые нам по предыдущим главам. В конце концов, на это способны даже эволюционно гораздо более древние бактерии, цианобактерии, археи, амебы и другие одноклеточные организмы, а также водоросли.

Основное развитие стрекающих в начале палеозой­ского периода пришлось на ранний кембрий. Этот период истории Земли известен взрывным ростом числа форм жизни и резким увеличением видового раз­но­образия. Благодаря своим новаторским иммунобиологическим достижениям стрекающие изначально оказались в цент­ре этого процесса расцвета жизни. У них была еще одна биологическая особенность, которая ставила перед их иммунной системой гораздо более обширные задачи, чем у более древних с эволюционной точки зрения существ. Дело в том, что многие виды книдарий живут колониями. Колонии образуются путем почкования и слияния отдельных частей в единый организм. Это особенно хорошо заметно на примере кораллов. Все кораллы колонии генетически идентичны. При соприкосновении двух различных колоний в зоне контакта активизируются книдоциты — специальные клетки, которые проверяют, являются ли соседи «своими» или «чужими». Слияние происходит только со «своими», то есть с генетически идентичными кораллами. Если же оказывается, что речь идет об отличной с генетической точки зрения колонии, то она отвергается. Генетически разные книдарии могут жить рядом друг с другом, и коралловый риф совсем не обязательно является генетически единым, однако слияние в общий организм происходит только между генетическими клонами.

Умение отличать генетически идентичных партнеров для слияния от других представителей своего вида, которые ввиду наследственных различий отвергаются, находит свое отражение и в иммунной системе. Это не говорит о каком-то «расизме» среди обитателей моря. Генетическая идентичность партнеров необходима для поддержания определенных жизненных процессов в едином растущем суперорганизме. Попытки объединения с генетически разнородными кораллами означали бы смерть всего организма. Поэтому сосуществование различных стрекающих возможно, а слияние нет. Чтобы понять, почему книдарии стали первопроходцами в эволюционном развитии иммунной системы, необходимо помнить, что их образ жизни, размножение путем почкования и особенности роста предполагают постоянное «ощупывание» окружающей среды с целью разграничения «своего» и «чужого».

При встрече с «чужим» клетки стрекающих могут выбрать между пассивным и агрессивным отрицанием. При пассивном отрицании просто не осуществляется процесс слияния, потому что отсутствует генетическая совместимость. Агрессивное отторжение имеет место, когда «чужое» идентифицируется как угроза, будь то конкуренция за место обитания и пищу или попытки паразитирования.

Так, у стрекающих развились на поверхности клеток рецепторные белки, которые особенно эффективно умеют отличать друзей от врагов. Это являлось необходимым, потому что книдарии были со всех сторон окружены микроорганизмами, одна часть которых представляла собой патогены, а другая могла приносить пользу. Стрекающие живут в симбиозе с водорослями и так называемыми зооксантеллами. Это одноклеточные организмы, которые обитают как на наружной поверхности книдарий, так и в их пищеварительных полостях. У них налажен активный обмен пищей с орга­низмом-хозяином. Поскольку зооксантеллы способны осуществлять фотосинтез, они снабжают своих партнеров сахаром и другими углеводами, например крахмалом. Эти вещества служат стрекающим источниками энергии для переваривания пищи и метаболизма. Зооксантеллы забирают у стрекающих лишнюю двуокись углерода для фотосинтеза и используют их тело (например, коралловый риф) для защиты.

Поскольку эти микробы могут жить внутри пищеварительных полостей книдарий, их можно рассматривать как эндосимбионтов, каковыми являются и микробы в нашем кишечнике. Таким образом, стрекающие не просто «изобрели» внутренние органы животных, но и стали первопроходцами в области сотрудничества с микроорганизмами, которые стали выполнять определенные функции в этих органах. Тем важнее становится иммунологическая задача, суть которой в том, чтобы отличать полезные микробы от вредных. Эту функцию берут на себя так называемые рецепторные белки. Против возбудителей болезней используются особые защитные субстанции, в частности пептиды, которые носят название дефензинов[24].

Если говорить об антимикробных средствах стрекающих, то следует отметить, что особенно хорошо изучено такое вещество, как псевдоптеросин из группы терпенов, точнее говоря, дитерпенов. В медицине человека оно используется как противовоспалительное и обезболивающее средство. Из организмов стрекающих выделен также гликозид элеутеробин, который способствует регенерации клеток и демонстрирует антиканцерогенные свойства. Проводятся исследования по его использованию в лечении рака. На стадии доклинических испытаний находится и саркодиктин. Это вещество обнаружено в кораллах[25]. Нам уже известны сотни антибиотиков, полученных из организмов стрекающих. Обнаруженный