Что такое антитела? Как организм находит оружие для борьбы с вирусом? Почему прививки не всегда дают абсолютную защиту? Что такое коллективный иммунитет? Написали статью, в которой простым языком отвечаем на детские вопросы о недетской проблеме.
Коварство вирусов
Вирусы — самые маленькие существа на планете. Они состоят не из клеток, а из белковой оболочки и молекул ДНК или РНК, в которых хранится инструкция по сборке себе подобных. Поскольку у вируса нет своих механизмов размножения, ему приходится использовать ресурсы чужих клеток. Вирус напоминает карту памяти, на которой хранится инструкция по созданию таких же карт памяти. Если пронести эту флешку на фабрику электронных устройств и подключить к главному компьютеру, все системы завода мгновенно перестроятся на производство карт с вирусом.
Белковая оболочка вирусов помогает им преодолеть систему безопасности и пробиться внутрь наших клеток. Затем с вирусной молекулы РНК или ДНК клетка начинает производить белки, и так перестраивает свой обмен веществ в угоду паразиту.
Лечить вирусные заболевания лекарствами бесполезно — разнообразие паразитов слишком велико. Вся ответственность за победу над захватчиками лежит на нашем собственном иммунитете. Врачи могут только подавлять неприятные и опасные симптомы болезни, выигрывая для иммунитета время на борьбу.
Подвиг антител
Побеждать возбудителей болезней нам помогают антитела. Это огромные белковые молекулы, которые на одном из участков имеют форму, противоположную какому-нибудь фрагменту вируса — антигену. Антиген и антитело совпадают как ключ и замок, поэтому между ними могут возникнуть прочные связи. Когда молекула антитела как следует приклеилась к оболочке вируса, она может либо сама нарушить биохимические процессы захватчика и подавить его, либо стать маяком, по которому иммунные клетки-киллеры смогут произвести атаку.
Но почему мы болеем, раз нас защищают антитела? Причина в очень сложном механизме выработки этих гигантских молекул. В наших генах нет информации о том, какие антитела нам понадобятся в жизни. В клетках, называемых В-лимфоцитами, идет постоянный процесс подбора структуры, при котором абсолютно случайно синтезируются антитела всех возможных форм и размеров. Это выглядит так, как будто слесарь наугад изготавливает миллионы ключей, чтобы открыть один замок — но более эффективного механизма в организме нет.
Когда вирус попадает в организм, одно из случайно сделанных антител как-нибудь прикрепляется к захватчику. Другие клетки — Т-лимфоциты —замечают угрозу и с помощью специальных веществ отдают В-лимфоциту команду доводить самый удачный прототип антитела до рабочего образца. Снова начинается случайный перебор вариантов, при котором рано или поздно появляется идеальный рецепт антитела. Информация о нем записывается в генах клеток памяти, а B-лимфоцит размножается и масштабирует производство оружия против вируса.
Подытожим — наш иммунитет, как государство во время войны, работает над конструированием единственного из миллиардов вариантов оружия, способного победить врага. Беда в том, что даже при сверхурочной работе поиск нужного антитела занимает от нескольких суток. Все это время агрессивный вирус ломает оборону, и в некоторых случаях организм просто погибает, не успев решить задачу по подбору лекарства.
Что делает вакцина?
Вакцина — это ценнейшие разведданные об устройстве вируса, которые помогают В-лимфоцитам начать разработку оружия еще до того, как вражеская армия появится у ворот организма.
В состав вакцины входят безопасные макеты вируса или его составные части — “шипы”, “ножки”, обломки капсидов (оболочек). Когда эти фрагменты попадают в кровь, иммунная система запускает цикл поиска идеального антитела, хотя реальной угрозы клеткам нет. За несколько недель оружие оказывается изобретено, запускается массовое производство и кровь насыщается антителами, готовыми встретить противника.
Если вирус попадет в организм, когда в тканях много антител, его скорее всего разрушат до того, как он успеет нанести хоть какой-то вред. Если антител окажется недостаточно — ничего страшного. Рецепт оружия уже хранится в клетках памяти, и развертывание обороны займет не недели, а пару суток — болезнь пройдет в легкой и незаметной форме.
Какие бывают вакцины
Исторически вакцины можно разделить на три основных класса: живые возбудители малоопасных штаммов, убитые вакцины и синтетические субъединицы.
Первой вакциной в истории стала культура малоопасной для человека коровьей оспы, которую британский ученый Эдвард Дженнер вводил людям для защиты от смертельной натуральной оспы. Этот метод был изобретен в 1796 году и позволил спасти миллионы людей от гибели. Живые вакцины до сих пор считаются самыми эффективными, а биотехнологи ХХ века научились выводить штаммы гриппа, бешенства, паротита, оспы, жёлтой лихорадки, кори, полиомиелита со стойко закреплённой безвредностью.
Вторыми появились убитые вакцины. Знаменитый биолог Луи Пастер в 1885 году начал бороться с бешенством, но обнаружил, что безопасных аналогов этой болезни нет. Тогда он стал культивировать вирус в мозгу зараженных кроликов, а затем выделять экстракт возбудителя и сушить его до тех пор, пока вещество не становилось безопасным. Возможно, это была самая рискованная научная работа в истории медицины, ведь ученый работал с больными кроликами и бешеными собаками, которые могли укусить его при малейшей неосторожности.
Субъединичные вакцины появились последними и стали достижением биотехнологов 20-го века. Ученые поняли, что для выработки антител не нужны целые макеты вирусов — достаточно отдельных кусочков, которые можно даже получить искусственно. Субъединичные вакцины наименее рискованны с точки зрения побочных эффектов.
Коллективный иммунитет
Во время пандемий всем очень хочется знать, заболевают люди после прививки или нет. Но вы уже наверняка поняли, насколько сложна борьба с вирусами и сколько всего может пойти не так. Наука не дает однозначных ответов на многие вопросы — вместо этого ученые оперируют вероятностями.
Для простоты представим, что в обществе гуляет вирус, который передается от больного к здоровому с вероятностью 100% (Р=1), а заболевают им 50% контактировавших (Р=0,5). Без прививки при встрече с зараженным вы заболеете с вероятностью 1х0,5=0,5 — 50%. Это большой риск.
Теперь представим, что вакцина снижает вероятность заболеть до 10%, а вероятность передать вирус — тоже до 10%. Тогда если вы после вакцинации встретитесь с вакцинированным носителем инфекции, вероятность заболеть будет равна 0,1х0,1=0,01, или 1%. Риск снизится в 50 раз, хотя кажется, что препарат не дает гарантированной защиты.
Чем больше членов общества имеют иммунитет, тем меньше будет риск подхватить болезнь. Сама вероятность встретить распространителя инфекции на улице будет падать с каждым днем, пока ее и вовсе нельзя будет считать нулевой. Это называется коллективный иммунитет.
Именно благодаря свойству умножения вероятностей и коллективному иммунитету, человечество полностью истребило натуральную оспу — образцы вирусов можно найти только в двух лабораториях России и США. То же самое произошло с полиомиелитом — еще в начале 20-го века американцы годами не выпускали детей гулять по улицам в сезон заболеваемости. Сейчас возбудителей этой болезни можно найти только в странах, куда не поставляются вакцины — Афганистане и Пакистане. Подробнее о побежденных вирусах читайте в нашем материале.
Итог
Мы превратили рассказ об иммунитете в сказку о войне добра со злом и объяснили природу устойчивости к болезням на пальцах, но на самом деле все гораздо сложнее. Ученые изучают тысячи веществ и химических реакций, возникающих при борьбе с вирусами, и публикуют об этом тысячи научных статей. Специалисты также рассматривают опасность самих вакцин, опираясь на большие данные и статистические исследования. В борьбе за наше здоровье участвуют миллионы специалистов — доверяйте им и принимайте решения о своем здоровье с опорой на научную информацию.
____________
Полезные советы родителям, ответы на сложные детские вопросы, развивающие подборки книг, фильмов и приложений, профориентация и интервью с экспертами — все это в нашем телеграм канале Sciencely.
Подписывайтесь по ссылке → https://t.me/+9vA7KUHJNH8xNmIy
Возраст — 5+ лет