Антитела
Учебник 53 года издания прекрасно иллюстрирует то, какой загадкой было образование антител для иммунологов того времени. В нем описывается огромное количество информации о феноменологии антител, но не приводится ни одной теории, которая бы даже теоретически могла объяснить всю эту информацию. Было известно, что антитела образуются в ответ на чужеродные белки в течение нескольких недель после инъекции. Было известно, что против каждого белка образуется множество разных антител, распознающих разные его части. Было также показано, что иногда разные антитела распознают одну и ту же часть белка. Известно было и то, что антитела могут быть чрезвычайно специфичными, по разному реагируя с белками, отличающимися всего по одной-двум аминокислотам.
Получалось, что в организме должны существовать механизмы, позволяющие создавать колоссальное, совершенно невообразимое, разнообразие антител, а также должны существовать механизмы, которые среди этого разнообразия отбирали бы нужные антитела и запускали их массовое производство. "Охотник за микробами" Пол Эрлих в начале 20 века сделал совершенно верную догадку, что механизмы запуска производства антител должны идти по принципу "естественного отбора" - среди существующего разнообразия антител при инфекции отбираются те, которые могут связываться с чужеродным агентом. Но эта теория требовала постоянного существования в организме колоссального разнообразия антител, что делало ее невероятной. Невозможно было представить себе, что в организме постоянно присутствуют все антитела которые когда-либо могут понадобиться организму, для них просто не хватило бы места. Поэтому, когда стали появляться оценки разнообразия антител, на теорию эту забили.
Чуть позже Линусом Полингом была предложена альтернативная теория, которая во многом была интересной, хотя и имела очень мало общего с действительностью. Он предположил, что антитела являются очень гибкими белками и что существуют механизмы, которые при синтезе антител направляют их сворачивание, используя чужеродные белки, как матрицу. В результате синтезированное антитело является "отпечатком" чужеродного белка и может с ним связываться. У теории этой не было никаких экспериментальных подтверждений, более того - она была неспособна правдоподобно объяснить такие вещи как, например, ускоренный ответ на вторичную инфекцию. Однако в 50-х годах это была наиболее распространенная теория и именно ее описывают в учебнике (указывая на ее очевидные недостатки).
Буквально через несколько лет после выхода этого учебника, Бёрнет и другие авторитетные иммунологи предложили, что если уж придерживаться неполной теории, то лучше выбрать раннюю эрлиховскую теорию "естественного отбора", потому что у нее есть хоть какие-то экспериментальные подтверждения. Они оставили в стороне вопрос о том, откуда берется разнообразие антител и как оно умещается в организме, но предположили, что каждая клетка синтезирует один вид антитела и именно клетка активируется в ответ на чужеродный белок и начинает синтезировать антитела и размножаться (Эрлих предполагал, что на каждой клетке существует большое количество разных антител и размножаются сами антитела).
В 1958 году Ледерберг и Носсаль поставили элегантный эксперимент, который должен был опровергнуть идею о том, что одна клетка синтезирует только один вид антител. Они иммунизировали крыс двумя разными бактериями в смеси 1:1. Потом использовали новейшие клеточные технологии для того, чтобы выделить плазма-клетки, помыть их и рассадить по одной в капельках жидкости. После нескольких часов в этих капельках было достаточно антител для того, чтобы сделать тест на агглютинацию каждой из бактерий. Результат - ни одна из капелек не содержала антитела к обеим бактериям, всегда либо к одной либо к другой!
Таким образом было установлено, что клетка может является единицей специфичности антитела, что в теории объясняло очень многое, в том числе феномен иммунологической памяти. Но тем сложнее стал вопрос о том, откуда берется все это разнообразие антител и где оно хранится. За последующие 15-20 лет была предложена и протестирована дюжина самых разных гипотез, которые в конце концов сконцентрировались вокруг идеи о том, что гены могут собираться из кусочков, и потом еще избирательно мутировать. Тут интересно отметить статью опубликованную в Nature в 1966 году Бреннером и Милстейном. Сейчас подобную статью фиг опубликуешь. Подобно статье Уотсона и Крика, авторы в ней не представляют никаких новых данных, а просто предлагают гипотезу о том, как может происходить направленное мутирование участков ДНК:
Как позже оказалось, авторы угадали практически все главные моменты процесса.
Но красоту и элегантность "созревания антитела" не предугадал никто, хотя о существовании герминативных центров (Germinal Centers), где как оказалось этот процесс проходит, было известно еще с 1885 года, когда Флеминг предположил, что в них происходит образование лимфы (это не так). Каждый из этих центров - это фабрика по мини-эволюции, где эволюционные процессы физически разнесены на две специализированные зоны. В первой части B-клетки проходят процесс мутирования генов антител. Затем они переходят во вторую зону, где идет "естественный отбор" - клетки с антителами, которые хорошо связываются с чужеродным белком, выживают, а если антитело получилось неудачное, то они погибают. Выжившие клетки опять идут в зону мутирования и так несколько раз, чтобы постепенно оптимизировать связывание антитела с патогеном. Принципы эволюции к середине 50-х были отлично известны, но кто мог предположить, что процессы отвечающие за формирование имммунитета будут настолько похожи? Разве что Эрлих.
P.S: Кстати, вот тут отличный ресурс по истории иммунологии: http://aai.org/JI/pillars/Pillars-TOC.html
Получалось, что в организме должны существовать механизмы, позволяющие создавать колоссальное, совершенно невообразимое, разнообразие антител, а также должны существовать механизмы, которые среди этого разнообразия отбирали бы нужные антитела и запускали их массовое производство. "Охотник за микробами" Пол Эрлих в начале 20 века сделал совершенно верную догадку, что механизмы запуска производства антител должны идти по принципу "естественного отбора" - среди существующего разнообразия антител при инфекции отбираются те, которые могут связываться с чужеродным агентом. Но эта теория требовала постоянного существования в организме колоссального разнообразия антител, что делало ее невероятной. Невозможно было представить себе, что в организме постоянно присутствуют все антитела которые когда-либо могут понадобиться организму, для них просто не хватило бы места. Поэтому, когда стали появляться оценки разнообразия антител, на теорию эту забили.
Чуть позже Линусом Полингом была предложена альтернативная теория, которая во многом была интересной, хотя и имела очень мало общего с действительностью. Он предположил, что антитела являются очень гибкими белками и что существуют механизмы, которые при синтезе антител направляют их сворачивание, используя чужеродные белки, как матрицу. В результате синтезированное антитело является "отпечатком" чужеродного белка и может с ним связываться. У теории этой не было никаких экспериментальных подтверждений, более того - она была неспособна правдоподобно объяснить такие вещи как, например, ускоренный ответ на вторичную инфекцию. Однако в 50-х годах это была наиболее распространенная теория и именно ее описывают в учебнике (указывая на ее очевидные недостатки).
Буквально через несколько лет после выхода этого учебника, Бёрнет и другие авторитетные иммунологи предложили, что если уж придерживаться неполной теории, то лучше выбрать раннюю эрлиховскую теорию "естественного отбора", потому что у нее есть хоть какие-то экспериментальные подтверждения. Они оставили в стороне вопрос о том, откуда берется разнообразие антител и как оно умещается в организме, но предположили, что каждая клетка синтезирует один вид антитела и именно клетка активируется в ответ на чужеродный белок и начинает синтезировать антитела и размножаться (Эрлих предполагал, что на каждой клетке существует большое количество разных антител и размножаются сами антитела).
В 1958 году Ледерберг и Носсаль поставили элегантный эксперимент, который должен был опровергнуть идею о том, что одна клетка синтезирует только один вид антител. Они иммунизировали крыс двумя разными бактериями в смеси 1:1. Потом использовали новейшие клеточные технологии для того, чтобы выделить плазма-клетки, помыть их и рассадить по одной в капельках жидкости. После нескольких часов в этих капельках было достаточно антител для того, чтобы сделать тест на агглютинацию каждой из бактерий. Результат - ни одна из капелек не содержала антитела к обеим бактериям, всегда либо к одной либо к другой!
Таким образом было установлено, что клетка может является единицей специфичности антитела, что в теории объясняло очень многое, в том числе феномен иммунологической памяти. Но тем сложнее стал вопрос о том, откуда берется все это разнообразие антител и где оно хранится. За последующие 15-20 лет была предложена и протестирована дюжина самых разных гипотез, которые в конце концов сконцентрировались вокруг идеи о том, что гены могут собираться из кусочков, и потом еще избирательно мутировать. Тут интересно отметить статью опубликованную в Nature в 1966 году Бреннером и Милстейном. Сейчас подобную статью фиг опубликуешь. Подобно статье Уотсона и Крика, авторы в ней не представляют никаких новых данных, а просто предлагают гипотезу о том, как может происходить направленное мутирование участков ДНК:
Как позже оказалось, авторы угадали практически все главные моменты процесса.
Но красоту и элегантность "созревания антитела" не предугадал никто, хотя о существовании герминативных центров (Germinal Centers), где как оказалось этот процесс проходит, было известно еще с 1885 года, когда Флеминг предположил, что в них происходит образование лимфы (это не так). Каждый из этих центров - это фабрика по мини-эволюции, где эволюционные процессы физически разнесены на две специализированные зоны. В первой части B-клетки проходят процесс мутирования генов антител. Затем они переходят во вторую зону, где идет "естественный отбор" - клетки с антителами, которые хорошо связываются с чужеродным белком, выживают, а если антитело получилось неудачное, то они погибают. Выжившие клетки опять идут в зону мутирования и так несколько раз, чтобы постепенно оптимизировать связывание антитела с патогеном. Принципы эволюции к середине 50-х были отлично известны, но кто мог предположить, что процессы отвечающие за формирование имммунитета будут настолько похожи? Разве что Эрлих.
P.S: Кстати, вот тут отличный ресурс по истории иммунологии: http://aai.org/JI/pillars/Pillars-TOC.html