Льюис Уолперт - Чудесная жизнь клеток: как мы живем и почему мы умираем

• Название: Чудесная жизнь клеток: как мы живем и почему мы умираем
• Автор: Льюис Уолперт
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Научпоп
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-91678-145-8

Что мы знаем о жизни клеток, из которых состоим? Скорее мало, чем много. Льюис Уолперт восполнил этот пробел, рассказав о клетках доступным языком, — и получилась не просто книга, а руководство для понимания жизни человеческого тела. Как клетки зарождаются, размножаются, растут и приходят в упадок? Как они обороняются от бактерий и вирусов и как умирают? Как злокачественные клетки образуют опухоли? Какую роль во всем этом играют белки и как структуру белков кодируют ДНК? Как воспроизводятся стволовые клетки? Как, наконец, из одной-единственной клетки развивается человек? И главный вопрос, на который пока нет однозначного ответа, но зато есть гипотезы: как появилась первая клетка — и значит, как возникла жизнь? Мир клеток, о котором рассказывается в этой книге, невероятен.

Льюис Уолперт (р. 1929) — известный британский биолог, популяризатор науки, телеведущий, почетный профессор Лондонского университета.

Книга изготовлена в соответствии с Федеральным законом от 29 декабря 2010 г. № 436-ФЗ, ст. 1, п. 2, пп. 3. Возрастных ограничений нет

---

Существует два основных типа лимфоцитов. В-лимфоциты вырабатывают антитела — белки, способные распознавать чужеродные антигены, а затем помечать их особым химическим кодом, чтобы в дальнейшем они были уничтожены другими клетками. Т-лимфоциты защищают тело, убивая инфицированные клетки организма или же побуждая инфицированные клетки освободиться от инфекции. Кроме того, они помогают В-лимфоцитам вырабатывать антитела.

Истоки происхождения этих двух видов лимфоцитов заключаются в кроветворной системе организма, однако происходят они при этом из различных органов тела. Местом зарождения и В-лимфоцитов, и Т-лимфоцитов является костный мозг, однако затем Т-лимфоциты переходят в вилочковую железу, чтобы продолжить там свое развитие и «научиться» не нападать на себе подобных. Те лимфоциты, которым сделать это не удается, подвергаются уничтожению.

По внешним признакам В-лимфоциты и Т-лимфоциты различить невозможно — даже с помощью электронного микроскопа. Их свойства активизируются лишь тогда, когда они входят в соприкосновение с антигеном. Тогда В-лимфоциты выделяют антитела, которые дезактивируют токсины, выделенные бактериями. Когда же антитела связываются непосредственно с бактериями или вирусами, они помечают их, чтобы впоследствии их могли распознать и уничтожить макрофаги. Т-лимфоциты не только убивают зараженные инфекцией клетки, но и содействуют активизации В-лимфоцитов и макрофагов. Благодаря Т-лимфоцитам в организме сохраняется иммунная память о конкретных бактериях и вирусах, что и служит основой вакцинации.

Каждый В-лимфоцит вырабатывает лишь один тип антител. Молекула антитела внедряется в клеточную оболочку, где служит в качестве клеточного рецептора, позволяющего опознавать соответствующий антиген. Затем, когда антиген связывается с этим рецептором, в В-лимфоците начинают вырабатываться и в значительном количестве выделяться необходимые антитела.

Простейшие антитела представляют собой молекулы в форме буквы «Y». Антиген связывается в этом случае с двумя поднятыми вверх «руками». Обычно же антитела — это весьма сложные по структуре белки, имеющие дополнительные участки для связывания с антигенами. Базовая структура наиболее распространенного типа антител состоит из четырех коротких белковых цепочек — двух тяжелых и двух легких (последние легче за счет того, что располагают меньшим числом аминокислот). Концы этих цепочек сходятся вместе, образуя участки для связывания с антигенами. Именно последовательность аминокислот в участках для связывания с антигенами придает антителам неповторимость и разнообразие.

Установлено, что иммунная система способна вырабатывать многие триллионы различных молекул антител. Очевидно, что за выработку каждого отдельного типа антител не может отвечать отдельный ген, поскольку количество вариаций антител намного превышает общее количество генов в организме человека — их насчитывается около 30 тысяч. Вместо этого клетки изобрели весьма умный механизм, основанный на принципе соединения относительно небольшого количества генных сегментов в различных комбинациях, чтобы синтезировать белки антител. Например, комбинация так называемой «легкой цепочки» молекулы антитела определяется определенным участком одной из наших хромосом. В состав этого участка хромосомы входят наборы копий сегментов генов «V» и «J». Прежде чем может быть синтезировано антитело, один из отрезков сегмента гена «V», например отрезок V34, комбинируется с одним из отрезков сегмента гена «J», например J21, и создает последовательность цепочки ДНК, которая станет кодировать изменяемую часть легкой цепочки антитела. После того как эти изменения в структуре В-лимфоцита состоятся, ничего больше в нем меняться уже не будет — этот лимфоцит станет вырабатывать только антитела с отрезками сегментов V34 и J21, которые будут содержаться в легкой цепочке этих антител. В результате схожего процесса образуется и работающая генная матрица для синтеза «тяжелой цепочки» антитела.

Процесс комбинирования сегментов генных участков происходит в каждом развивающемся лимфоците. Эти комбинации способны привести к образованию гигантского разнообразия вариаций антител, исчисляемого миллиардами.

Комбинация молекул в разном порядке с целью придания получающимся образованиям различных функций является крайне важным и мощным инструментом в арсенале клеток.

Лимфоциты постоянно циркулируют в крови, но лишь некоторые из них столкнутся с конкретным антигеном и опознают его. Когда В-лимфоцит встречает антиген, который связывается с его антителом, то он начинает делиться и образует большое количество одинаковых клеток, предназначенных для производства и выделения в кровь этого конкретного антитела. Некоторые из этих клеток сохраняются в организме на протяжении длительного времени, так что если соответствующий антиген объявится вновь, то его сразу встретят готовые к борьбе лимфоциты. Этот механизм лежит в основе принципов вакцинации: иммунная система запоминает взаимодействие с антигеном, определяющим конкретный вредоносный микроорганизм — такой, как, например, вирус гриппа, — и если этот вирус вновь пойдет в атаку, организму будет чем ответить.

В число клеток, которые выявляют проникшие в организм антигены, входят макрофаги, В-лимфоциты и дендритные клетки иммунной системы, исполняющие эту функцию наиболее действенно. Недоразвившиеся дендритные клетки располагаются во всех разделах тканей человеческого организма. Когда они сталкиваются с вторгшейся в организм бактерией, они поглощают либо ее саму, либо продукты ее жизнедеятельности и затем находят и активируют Т-лимфоциты, чтобы те завершили работу по уничтожению инородного микроорганизма. При этом необходимо отметить, что для бактерий и вирусов, которые прячутся в атакуемых Т-лимфоцитами инфицированных клетках, антитела, производимые В-лимфоцитами, не страшны — их защищает оболочка клеток. То есть вся надежда тут на Т-лимфоциты. И в целом они со своей задачей справляются, вынуждая инфицированные клетки совершить самоубийство — апоптоз.

Рядом с Т-лимфоцитами действуют особые клетки, Т-помощники, которые сами бактерии и вирусы не убивают, но способствуют активизации как Т-лимфоцитов, так и макрофагов, побуждая их утилизировать остатки инородных тел, уничтоженных лимфоцитами.

Т-помощники являются объектами нападений вируса иммунодефицита. В вирусе иммунодефицита всего девять генов — ничтожное количество по сравнению с тем множеством проблем, которые этот вирус порождает. Главная же из них — это синдром иммунодефицита, при котором иммунная система начинает давать сбои, позволяя действовать в организме угрожающим жизни инфекциям. Когда вирус иммунодефицита проникает в клетку, он заставляет ее сделать ДНК-копию своих генов, которые затем помещаются среди генов клетки-хозяйки. Если этот вирус проникает в клетку Т-помощника, он доводит ее до истощения и неминуемой гибели. Когда же число Т-помощников в организме становится меньше определенного критического уровня, теряется иммунитет, и организм раскрывается инфекциям и раку. Создать вакцину против этого вируса, которым заражено до одного процента населения планеты, пока не удается.

11. Как рак поражает организм

Как злокачественные клетки образуют опухоли

Мы представляем собой сообщество клеток, которые удивительным образом взаимодействуют для того, чтобы мы оставались живы и здоровы. Но вот «является» рак и нарушает все принципы сотрудничества в этом счастливом семействе клеток. Раковые клетки стремятся овладеть всем организмом и совершенно не заботятся о соседних клетках, которые приводят к гибели. Рак — это, собственно говоря, развитие вторгшихся в организм злокачественных клеток, которые борются со здоровыми клетками за пространство и ресурсы. И даже одна-единственная клетка из миллиардов клеток нашего организма, ставшая злокачественной, способна породить рак.

Рак возникает при изменении генетической конституции клетки. Из-за этого клетка становится неуправляемой и начинает неконтролируемо расти и делиться, образуя в конце концов целое скопление себе подобных клеток — опухоль. Опухоль может быть доброкачественной и не оказывать негативного воздействия на соседние клетки. Однако даже небольшая опухоль в мозгу способна привести к смерти человека из-за ее воздействия на нервные ткани, приводящего к тому, что нервные клетки теряют способность нормально функционировать; подобные явления могут происходить и в других органах. По мере роста и увеличения опухоли она блокирует воздухопроводящие пути и кровеносные сосуды. Образовавшаяся в кишечнике опухоль может вызвать кровотечение. Рост раковых клеток имеет целый спектр последствий, и в любом случае опухоли наносят серьезный ущерб организму.