Иммунитет – это способ защиты организма от генетически чужеродных веществ – антигенов экзогенного и эндогенного происхождения, направленный на поддержание и сохранение гомеостаза, структурной и функциональной целостности организма, биологической (антигенной)индивидуальности каждого организма и вида в целом.
Иммунитету человека посвящено много статей, научных работ, диссертаций. Множество ученых трудились над данной темой, выдвигая различные теории и проводя те или иные эксперименты. Так, большого резонанса набрала клонально-селекционная теория иммунитета, речь о которой пойдет в этой статье. Данная тема так же есть и в ЕГЭ по биологии, так что давай те посмотрим в чем суть данной теории.
Термины, которые нужно знать
Антигены — вещества, которые организм рассматривает как чужеродные и даёт на них иммунный ответ, с целью удалить эти вещества (обычно это белки или полисахариды на поверхности бактериальной клетки или вирусной частицы).
Антитела (иммуноглобулины, Ig)— это белки(защитные белки), которые вырабатываются иммунной системой в ответ на попавший чужеродный антиген . За выработку антител отвечают клетки — В-лимфоциты. Антитела после образования идут в плазму крови.
Антитело имеет Y-образную структуру, на двух концах молекулы располагаются два одинаковых сайта связывания антигенов, а третий конец бывает одного из нескольких видов, в зависимости от него антитела относят к тому или иному классу. В состав одного антитела в большинстве случаев входят две тяжелые и две легкие цепи.
На сайтах связывания образуется комплементарный комплекс (антиген-антитело) по принципу "ключ-замок".
Исторический очерк
Пауль Эрлих — в 1900 году впервые заговорил о селекционной теории. Он предположил, что в организме существуют клетки, на оболочке которых содержится большое количество различных молекул антител. Согласно его теории, данные клетки способны синтезировать любое из расположенных на поверхности антител. После связывания одного антитела с чужеродным антигеном, клетка начинает вырабатывать антитела такой же специфичности.
Спустя полвека Фрэнк Макфарлейн Бернет выдвинул клонально-селекционную теорию, предоставив более широкое и развернутое понятие данной теории. Причем, подтвердив ее правдивость экспериментально.
В чем суть теории?
Главная идея данной теории заключается в том, что в организме под воздействием тех или иных антигенов появляются так называемые клоны клеток.
-Каждый В-лимфоцит синтезирует антитела только одной специфичности (для одного антигена) (т.е. каждый лимфоцит несет на своей поверхности рецепторы только одной специфичности)
-Антитела и лимфоциты могут распознавать "свое" и "чужое" - это аутотолерантность.
-Если при созревании оказывается, что лимфоцит атакует "свои" молекулы, то он уничтожается путем апоптоза. Процесс - негативная селекция лимфоцитов. (паталогия - аутоиммунные заболевания, когда негативная селекция не справилась)
-При проникновении определенного антигена в организм происходит позитивная селекция лимфоцитов. Если у определенного В-лимфоцита антитела точно подходят к антигену, то Т-хелпер стимулирует деление этого В-лимфоцита, и так образуется множество клонов этого В-лимцофита и синтез конкретных антител усиливается.
Благодаря этому механизму клональной селекции антитела могут накапливаться в достаточно высокой концентрации, чтобы эффективно бороться с инфекцией.
Теперь давайте скажем проще для окончательного понимания:
В нашем организме есть В-лимфоциты, которые на своей поверхности синтезируют особые защитные белки (антитела или иммуноглобулины). Каждое антитело специфично и уникально, как дверной замок. Антигены тоже специфичны и связываются с антителами, если "ключик подходит замочку". Если это свершилось - образовался комплекс антиген-антитело, то специальные клетки - Т-хелперы - стимулируют деление именно этого В-лимфоцита, так как его антитела идеально подходят к данному виду антигена. Соответственно запускается процесс клональной селекции.
Лимфоциты, взаимодействующие с чужеродным элементом (антигеном), подвергаются нескольким этапам пролиферации (процесс роста и деления клетки). Также происходит масштабное клонирование плазматических клеток.
Часть клонов превратится в плазматические клетки (плазмоциты) - они будут продолжать вырабатывать эти же антитела (что и В-лимфоцит, от которого они произошли).
Часть клонов остается циркулировать в плазме крови в виде клеток-памяти для быстрого иммунного ответа.
Эти долгоживущие клетки при повторном столковении с тем же антигеном способны дать быстрый иммунный ответ. Благодаря им иммунитет к ветряной оспе, кори и другим заболеваниям у переболевших или вакцинированных людей сохраняется на всю жизнь.
Механизмы обеспечения разнообразия антител
Лимфоциты могут распознавать миллионы разнообразных антигенов. Значит, организм может производить миллионы соответствующих антител. Антитела - белки, первичная структура которых закодирована в генах. Геном человека включает всего около 20 тысяч генов. Как же тогда формируется такое разнообразие антител? Как оказалось, это связано с соматической рекомбинацией. Механизм этого процесса открыл в 1970-80-е гг. С. Тонегава. При созревании В-лимфоцита в генах легких и тяжелых цепей иммуноглобулинов происходит удаление некоторых и комбинация оставшихся генных сегментов (V, J, C). Это происходит случайным образом и приводит к огромному разнообразию структуры антиген-связывающего участка иммуноглобулинов.
Существуют и другие механизмы увеличения разнообразия антител, например, соматические гипермутации. При размножении В-лимфоцитов генные мутации в генах иммуноглобулинов происходят примерно в миллион раз чаще, чем в других участках ДНК. В основе соматических гипермутаций лежит реакция дезаминирования цитозина, при которой он превращается в урацил. Так как в составе ДНК урацила в норме нет, он удаляется из цепи, а образовавшуюся брешь заполняют ДНК-полимеразы, которые сами могут допускать ошибки. Такие многочисленные точечные мутации и приводят к формированию разнообразной структуры антиген-связывающего участка антител.