Туберкулёз — проблема всего человечества. В начале XXI века заболевание вместе с малярией признали одной из самых опасных и распространенных инфекций на нашей планете. И даже Нобелевские премии, врученные за открытие возбудителей соответственно Роберту Коху и Рональду Россу, еще в самом начале прошлого века вовсе не означали победу над этими инфекциями.
Проблема туберкулеза в том, что он с самого начала стал болезнью не только инфекционной, а социальной по целому ряду причин. Это и городская плотность населения, и недостаточно хорошее питание потенциальных больных, но главное — ослабленные сырым и холодным воздухом естественные защитные барьеры.
Более того, Mycobacterium tuberculosis уже давно научилась эти барьеры преодолевать: тысячи фагоцитов, приходящие в очаг инфекции для борьбы с ней, гибнут, выедаемые изнутри палочкой Коха. Однако это лишь полбеды: микобактериям удается держать в неведении всю остальную иммунную систему, не давая ей запустить полноценную реакцию.
Они не дают фагоцитам выдать организму «ориентировку» на нарушителя иммунного барьера, даже посмертно.
представляет собой важную особенность клеточного звена врождённого иммунитета, которую осуществляют клетки, называемые фагоцитами, которые «заглатывают» чужеродные микроорганизмы или частицы. Фагоциты обычно циркулируют по организму в поисках чужеродных материалов, но могут быть призваны в определенное место при помощи цитокинов. После поглощения чужеродного микроорганизма фагоцитом он оказывается в ловушке внутриклеточного пузырька, который называется фагосомой. Фагосома сливается с другим пузырьком – лизосомой, в результате чего формируется фаголизосома. Микроорганизм погибает под воздействием пищеварительных ферментов, либо в результате дыхательного взрыва, при котором в фаголизосому высвобождаются свободные радикалы.
Фагоцитоз эволюционировал из способа получения захвата питательных веществ, но эта роль у фагоцитов была расширена, став защитным механизмом, направленным на разрушение патогенных возбудителей. Фагоцитоз, вероятно, представляет собой наиболее старую форму защиты макроорганизма, поскольку фагоциты обнаруживаются как у позвоночных, так и у беспозвоночных животных.
К фагоцитам относятся такие клетки, как мононуклеарные фагоциты (в частности – моноциты и макрофаги), дендритные клетки и нейтрофилы. Фагоциты способны связывать микроорганизмы и антигены на своей поверхности, а затем поглощать и уничтожать их. Эта функция основана на простых механизмах распознавания, позволяющих связывать самые разнообразные микробные продукты, и относится к проявлениям врождённого иммунитета. С появлением специфического иммунного ответа мононуклеарные фагоциты играют важную роль в его механизмах путём представления антигенов T-лимфоцитам. Для эффективного уничтожения микробов фагоцитам требуется активация.
Нейтрофилы и макрофаги представляют собой фагоциты, которые путешествуют по организму в поисках проникших сквозь первичные барьеры чужеродных микроорганизмов. Нейтрофилы обычно обнаруживаются в крови и представляют собой наиболее многочисленную группу фагоцитов, обычно представляющую около 50%-60% общего количества циркулирующих лейкоцитов. Во время острой фазы воспаления, в частности, в результате бактериальной инфекции, нейтрофилы мигрируют к очагу воспаления. Этот процесс называется хемотаксисом. Они обычно являются первыми клетками, реагирующими на очаг инфекции. Макрофаги представляют собой клетки многоцелевого назначения, обитающие в тканях и производящие широкий спектр биохимических факторов, включая ферменты, белки системы комплемента и регуляторные факторы. Кроме того, макрофаги выполняют роль уборщиков, избавляя организм от «изношенных» клеток и другого мусора, а также роль антиген-презентирующих клеток, активирующих звенья приобретённого иммунитета.
Дендритные клетки представляют собой фагоциты в тканях, которые соприкасаются с внешней средой, то есть расположены они, главным образом, в коже, носу, лёгких, желудке и кишечнике. Они названы так, поскольку напоминают дендриты нейронов наличием многочисленных отростков, однако дендритные клетки никоим образом не связаны с нервной системой. Дендритные клетки служат связующим звеном между врождённым и приобретённым иммунитетом, поскольку они представляют антиген T-клеткам, одному из ключевых типов клеток приобретённого иммунитета.
В случае с M.tuberculosis и еще шестью видами микобактерий, вызывающих у человека туберкулез, начало классической схемы фагоцитоза остается неизменным. А вот дальнейшей судьбе наших защитников не позавидуешь: пузырек, содержащий бактерию, вместо того чтобы слиться с другим «пищеварительным» пузырьком, отправляется в свободное плавание по цитоплазме фагоцита. Через некоторое время вся клетка оказывается заполненной многочисленными микобактериями.
Под Mycobacterium tuberculosis подразумевают комплекс из 7 близкородственных видов микобактерий (M. tuberculosis, M. canettii, M. africanum, M. bovis, M. microti, M. pinnipedii и M. caprae,) способных вызывать туберкулёз у человека и животных, который также называется микобактерии туберкулёзного комплекса. Эти бактерии имееют высокую степень родства порядка 99,9% и идентичны по последовательностям 16S рРНК (16S rRNA). Наиболее изученной микобактерией из этого комплекса является Mycobacterium tuberculosis
Микобактерии первично инфицируют макрофаги хозяина, развивая особые стратегии выживания и размножения в этих высокоспециализированных клетках. Используя способность макрофагов образовывать специализированные органеллы-фагосомы, микобактерии приспособили эти органеллы для своей жизнедеятельности при этом получая несомненные преимущества необходимые для избегания действия защитных хозяйских механизмов таких как: антитела и система комплемента. При помощи маннозного, а также рецепторов системы комплемента (CR1, CR3 и CR4) микобактерии связываются с мембраной макрофага и фагоцитируются внутрь клетки. Внутри фагосомы, микобактерии производят её ремоделинг таким образом, что это нарушают процесс её созревания и дальнейшее слияние с лизосомой, для образования фаголизосомы.
В отличие от нормальной фагосомы, микобактериальная имеет значительные различия в составе мембран и внутреннего содержимого их. Микобактерии арестовывают созревании фагосомы на ранней стадии, не позволяя ей в дальнейшем слиться с лизосомой для образования фаголизосомы, в которой происходит лизис клеток микроорганизмов. Поэтому эта фагосома имеет маркеры раннего этапа созревания такие как rab5, coronin-1, кроме того существует активное взаимодействии между ранними эндосомами и микобактериальной фагосомой, обеспечивая микобактерии питательными веществами.
Хайнц Ремольд и его массачусетские коллеги-иммунологи не удовлетворились таким объяснением могущества палочки Коха и занялись поисками у неё и других уникальных способностей.
Дело в том, что вышеописанные свойства не объясняют хронического и затяжного течения туберкулеза. Ведь рано или поздно антигены микобактерии должны распознать и запустить производство антител со всеми вытекающими для палочки Коха последствиями. Однако происходит это, как правило, с большим опозданием, когда у лимфоцитов уже недостаточно ресурсов для массового уничтожения расплодившихся бактерий. Если дело происходит в легких, то не способная уничтожить инфекцию иммунная система «заключает» её в непроницаемую кальциевую оболочку.
Именно эти капсулы — так называемые очаги Гона — и высматривают врачи на ежегодной флюорографии.
Авторам публикации в Nature Immunology удалось найти еще одну составляющую успеха неуловимых микобактерий:
они выбирают для пораженных фагоцитов такой тип гибели, который оставляет в неведении остальную иммунную систему.
(от греческого «опадание листьев») – явление программируемой клеточной смерти, сопровождаемой набором характерных цитологических признаков (маркёров апоптоза) и молекулярных процессов.
Апоптоз – форма гибели клетки, проявляющаяся в уменьшении ее размера, конденсации и фрагментации хроматина, уплотнении наружной и цитоплазматических мембран без выхода содержимого клетки в окружающую среду. Несмотря на то, что обычно более принципиальным является аспект программированности и активный характер гибели, чем сопутствующие ей морфологические изменения, чаще используется термин «апоптоз», вероятно, из-за его краткости.
Термин введён 1972 году Керром с соавторами для обозначения формы гибели клеток, прототипом которой является гибель тимоцитов под действием глюкокортикоидов. Эта форма клеточной смерти была отождествлена с ранее описанной программированной гибелью клеток: разница в обозначениях отражает способы идентификации гибели — морфологический в первом и биохимический во втором случае. Несмотря на критику, это отождествление, допускающее использование двух терминов как равнозначных, сохраняется до настоящего времени.
С 1990-х годов апоптоз активно изучается, поскольку выяснилось, что нарушения апоптоза приводят к различным болезням. Так, недостаток апоптоза приводит к раку и другим опухолям; избыток апоптоза приводит к потере клеток, например при нейродегенеративных процессах.
Апоптоз наступает, в частности, если клетка заражена вирусом или слишком сильно повреждена агрессивными химическими агентами или ионизирующим излучением (например, рентгеновскими лучами). Решение об апоптозе клетки может принять она сама, соседние клетки или имунные клетки. Если клетка не в состоянии произвести апоптоз из-за мутации или заражения вирусом, она может начать делиться бесконтрольно, что приводит к опухоли. Так, человеческий папилломавирус использует свой ген Е6, чтобы разрушить белок p53, критически важный для апоптоза. В результате этот вирус приводит к развитию рака шейки матки, то есть является онковирусом.
В дальнейшем, встретив клетку с чужеродным белком, Т-клетки и B-клетки подают ей сигнал на совершение апоптоза.
Апоптоз играет важную роль в поддержании гомеостаза. Ежедневно у здорового человека возникает от 50 до 70 миллиардов новых клеток, и такое же количество их гибнет, в основном за счёт апоптоза. За год обновляется столько клеток, что их общий вес равен весу тела.
В отличие от некроза, при котором клетка раздувается и лопается, выбрасывая своё содержимое (потенциально вредное) в межклеточное пространство, при апоптозе клетка сжимается и часто делится на части. В результате остатки клетки могут быть поглощены (путём фагоцитоза) соседними клетками или макрофагами.
Апоптоз играет важную роль в развитии эмбрионов и морфогенезе животных и растений. Так, например, разделение пальцев у эмбриона требует, чтобы клетки, находящиеся между пальцами, погибли.
С фагоцитами, пораженными микобактериями, этого не происходит.
Они нарушают один из важных этапов апоптоза — сшивание друг с другом молекул аннексина-1 с образованием активной молекулы. И в культуре in vitro, и в организмах подопытных мышей бактерии, поглощенные макрофагами, умудрялись нарушить работу внутриклеточного сшивающего фермента.
У этого открытия есть важное практическое следствие. Антибиотикотерапия в случае с туберкулезом не очень эффективна, и постоянно возникают новые резистентные штаммы. Поэтому, советуют авторы работы, стоит подумать о создании целого нового класса препаратов, которые не будут пытаться заменить иммунную систему, а просто помогут ей распознать возбудителя.
