Чтение онлайн

Работа фон Беринга по созданию вакцины от дифтерии принесла ему в 1901 г. первую Нобелевскую премию в области физиологии и медицины. Вскоре это достижение привело других исследователей к решению следующего глобального вопроса, который витал в воздухе со времен Дженнера: живые, ослабленные и инактивированные, вакцины или антитоксины — как же они на самом деле работают?

Веха № 6

Срочное осмысление — и рождение иммунологии

Разумеется, за это время было выдвинуто множество гипотез о том, как работают вакцины. Например, Пастер и его последователи предложили теорию «истощения». Подразумевалось, что введенный микроб поглощает в организме «нечто», пока его запасы не иссякнут, после чего микроб погибает. Теория «пагубного препятствия» предполагала, что введенные микробы производят некие вещества, которые мешают их собственному развитию. Но обе теории опирались на одну и ту же ложную предпосылку, будто организм не играет в работе вакцины никакой роли и пассивно наблюдает со стороны за тем, как микробы сами роют себе яму. Обе теории были забыты с появлением новых данных и новых вакцин, а вскоре эпохальная работа двух ученых не только позволила по-новому осмыслить этот процесс, но и создала новое поле научной деятельности и принесла обоим в 1908 г. Нобелевскую премию.

Смена перспективы приводит к открытию иммунной системы

Истоки эпохального озарения русского микробиолога Ильи Мечникова восходят к 1882 г., когда он провел переломный эксперимент, в ходе которого отметил, что некоторые клетки обладают способностью мигрировать сквозь ткани в ответ на раздражение или повреждение. Более того, эти клетки способны окружать, поглощать и переваривать другие субстанции. Этот процесс Мечников назвал фагоцитозом, а клетки — фагоцитами (от греч. phagos «пожиратель» + cytos «клетка»). Изначально была выдвинута версия, что функция фагоцитоза — обеспечивать клетки питательными веществами. Однако Мечников заподозрил, что эти клетки не просто собрались на воскресный пикник. Его подозрение подтвердилось в ходе полемики с Робертом Кохом, который в 1876 г., наблюдая за сибирской язвой, интерпретировал увиденное как вторжение возбудителей болезни в белые кровяные тельца. Мечников взглянул на этот процесс иначе и предположил, что не бактерии сибирской язвы вторгаются в белые кровяные тельца, а наоборот, тельца окружают и поглощают бактерии. Мечников понял, что фагоцитоз — инструмент защиты, способ взять в плен и уничтожить захватчика. Проще говоря, он обнаружил краеугольный камень величайшей загадки организма — его иммунной системы, обеспечивающей защиту от заболеваний.

В 1887 г. Мечников классифицировал фагоциты на макрофаги и микрофаги и, что не менее важно, сформулировал основной принцип работы иммунной системы. Чтобы функционировать надлежащим образом, сталкиваясь с незнакомыми явлениями в организме, иммунная система задает очень простой, но в то же время исключительно важный вопрос: «свое» или «не свое»? Если «не свое» (а значит, впереди вирус натуральной оспы, бактерия сибирской язвы или дифтерийный токсин), иммунная система начинает атаку.

Новая теория раскрывает загадку иммунитета

Переломное открытие Пауля Эрлиха было, как и многие другие, связано с развитием техники, которое позволило миру увидеть то, что ранее было тайной. Для Эрлиха таким средством стали красители — химические составы для окрашивания клеток и тканей, позволившие обнаружить новые подробности их строения и функционирования. В 1878 г., когда Эрлиху было всего 24 года, с их помощью он смог описать несколько видов клеток иммунной системы, в том числе разные типы белых кровяных телец. В 1885 г. эти и другие находки подтолкнули Эрлиха к размышлениям над новой теорией питания клеток. Он предположил, что «боковые цепи» на внешней стороне клеток — сегодня мы называем их клеточными рецепторами — могут прикрепляться к определенным веществам и переносить их внутрь клетки.

Заинтересовавшись иммунологией, Эрлих задумался, может ли теория рецепторов объяснить принцип работы сывороток против дифтерии и столбняка. Как мы уже знаем, Беринг и Китасато обнаружили, что зараженное дифтерийными бактериями животное начинает вырабатывать антитоксин и его можно выделить и использовать в качестве защиты от болезни для других организмов. Выяснилось, что эти «антитоксины» на самом деле являются антителами — специфическими белками, которые производят клетки, чтобы найти и нейтрализовать дифтерийный токсин. В ходе новаторских опытов с антителами Эрлих размышлял о том, может ли теория рецепторов объяснить механизм действия антител. И вскоре он пришел к эпохальному озарению.

Изначально в рамках своей теории боковых цепей Эрлих предположил, что клетка обладает большим количеством разнообразных внешних рецепторов, каждый из которых прикрепляется к определенному питательному веществу. Позже он развил эту мысль и предположил, что вредоносные субстанции — бактерии и вирусы — могут имитировать питательные вещества и также прикрепляться к специфическим рецепторам. То, что происходит дальше, согласно гипотезе Эрлиха, объясняет, как клетки вырабатывают антитела против чуждого микроорганизма. Когда вредоносная субстанция прикрепляется к нужному рецептору, клетка получает возможность определить ее ключевые характеристики и начинает вырабатывать большое количество новых рецепторов, идентичных тому, который прикреплен к захватчику. Затем эти рецепторы отделяются от клетки и становятся антителами — высокоспецифическими белками, способными отыскивать вредоносные субстанции, прикрепляться и деактивировать их.

Теория Эрлиха наконец объяснила, как специфические чужеродные вещества, попав в организм, распознаются клетками и провоцируют их на выработку специфических антител, которые преследуют и уничтожают захватчика. Красота этой теории в том, что она объясняет, как организм производит антитела против конкретных болезней и вырабатываются ли они в ответ на предшествующее заболевание, вариоляцию или вакцинацию.

Разумеется, кое в чем Эрлих ошибался. Например, позже выяснилось, что не все клетки способны прикрепляться к захватчикам и вырабатывать антитела. Эту важную задачу выполняет только одна разновидность белых кровяных телец — В-лимфоциты. Более того, потребуется еще не одно десятилетие исследований, чтобы изучить все сложные роли В-клеток и множества других клеток и субстанций иммунной системы.

А сегодня дополняющие друг друга переломные открытия Мечникова и Эрлиха считаются двумя краеугольными камнями иммунологии и дают долгожданный ответ на вопрос о принципе работы вакцин.

Вакцины в XX и XXI веках: золотой век и далее

В конце XIX века появление новых вакцин стало настоящим прорывом в медицине. В этот период были не только изобретены вакцины от многих человеческих болезней (оспы, бешенства, брюшного тифа, холеры и чумы), но и сформулированы основополагающие концепции вакцинологии. Можно сказать, практически все открытия в этой области, совершенные в ХХ веке, были лишь доработкой основных постулатов, заложенных в конце XIX века.

Но вакцинология далеко продвинулась и в начале ХХ века. Были найдены вакцины от туберкулеза (1921), желтой лихорадки (1935), коклюша (1926), гриппа (1936), сыпного тифа (1938), а также получены дифтерийный (1923) и столбнячный (1927) анатоксины. В 1931 г. американский патофизиолог Эрнест Гудпасчер предложил новый метод культирования вирусов в куриных эмбрионах, что дало более дешевый и безопасный способ производства вакцин.

Прогресс продолжался. После Второй мировой войны наступил так называемый золотой век вакцинации. В 1949 г. Джон Эндерс и его коллеги из Бостонской детской больницы разработали технику выращивания вирусов в человеческих клетках вне организма живого носителя. Их усилия привели не только к созданию вакцины против полиомиелита, но и к взрыву прогрессивных исследований и открытий, которые продолжаются до сих пор. Кроме оральных и инъекционных вакцин от полиомиелита, после Второй мировой войны были также разработаны вакцины против кори, краснухи, эпидемического паротита, японского и клещевого энцефалитов, болезни Лайма, гепатитов А и В, ротавирусной и менингококковой инфекций, а также усовершенствованы вакцины против сыпного и брюшного тифа, бешенства, холеры, сибирской язвы и натуральной оспы.

Список новых вакцин поражает воображение, а беглый взгляд на их классификацию дает интересные сведения о том, как происходит их производство и применение сегодня. Как нетрудно догадаться, в наши дни никто уже не смазывает царапины на руке гноем с вымени больной коровы.

В самом широком смысле вакцины можно разделить на две категории: живые и инактивированные. Как мы уже знаем, живые, или ослабленные вакцины создают путем модификации микроба — возбудителя болезни: он становится безвредным, но при этом сохраняет способность стимулировать иммунный ответ организма. К этой категории относятся вирусные и бактериальные вакцины, хотя большинство живых вакцин в наши дни содержит ослабленные вирусы. Сегодня к числу ослабленных вирусных относятся вакцины против кори, эпидемического паротита, краснухи, опоясывающего лишая, ротавируса и ветряной оспы.