История науки об Иммунитете

Первые институты. Первые журналы. Первая ассоциация иммунологов. Группы крови. Резус-фактор.

Первыми институтами, где работали первые иммунологи были институты микробиологии (Институт Пастера в Париже, Институт Коха в Берлине и др.). Первым специализированным иммунологическим институтом стал Институт Пауля Эрлиха во Франкфурте. Со времен первой мировой войны заинтере­сованные медики стали собирать международные конгрессы по медицине и гигиене. Первые научные журналы, публикующие статьи по нашему предмету, — это Annales de I'lnstitut Pasteur во Франции, Zeitschrift fur Immunitatsforschung с 1908 г. в Германии, American Journal of Immunology с 1916 г. в США. В настоящее время международных рецензируемых научных периодических изданий со словом "иммунитет" или "иммуно­логия" в названии не один десяток. В 1913 г. была организо­вана Американская ассоциация иммунологов (American Asso­ciation of Immunologists).

Следующий нестандартно мыслящий иммунолог — Карл Ландштейнер (Karl Landsteiner, 1868—1943). В то время как почти все современные ему иммунологи изучали механизмы защиты организма от инфекций, К.Ландштейнер замыслил и осуществил исследования по образованию антител в ответ не на микробные антигены, а на самые разные другие вещества. В 1901 г. он открыл группы крови АВО (антигены эритроцитов и антитела — агглютинины) (в настоящее время это система АВН). Это открытие имеет глобальные последствия для человечества, может быть даже для его судьбы как вида. В 1899 г. J.Bordet показал, что антитела к эритроцитам способны in vitro (в пробирке) вызывать агглютинацию и/или лизис эритроцитов (гемолиз), если в системе присутствует комплемент. И то и другое (аг­глютинация и гемолиз) позволяют легко визуализировать реакцию антигена с антителом для невооруженного глаза. По этой причине эритроциты стали широко использовать как ви­димый "антиген" в лабораторных работах. Вскоре обнаружили, что в сыворотке крови животных существуют спонтанные изо-антитела, способные агглютинировать эритроциты некоторых других особей того же вида животных. Этот-то феномен и подробно исследовал К.Ландштейнер. Его работы стали нача­лом медицинского типирования крови с целью переливания. В 1929 г. К.Ландштейнер в совместной работе с Филипом Левиным (Philip Levin) открыл группы крови системы MNP. В 1940 г. К.Ландштейнер вместе с Александром Винером (Ale­xander Wiener) открыл резус-фактор и его значение как при переливаниях крови, так и в развитии трансплацентарной бо­лезни новорожденных, называемой в то время эритробластозом плода. Затем другие исследователи открыли множество других антигенов эритроцитов, что нашло, помимо теоретического, прикладное применение в судебно-медицинских экспертизах и антропологических исследованиях по происхождению челове­ческих рас и истории миграций народов.

Термин "иммунохимия" ввел в 1904 г. известный физико-химик Сванте Аррениус (S.Arrhenius). С.Аррениус предпринял исследование по титрованию реакций дифтерийного токсина с антитоксином и пришел к выводу об обратимости взаимо­действия антигена с антителом.

В 1906 г. F.Obermeyer и E.P.Pick удалось получить антитела не к натуральным, а к модифицированным нитрованием белковым антигенам. Ученые к тому же показали, что антитела к нативным белкам не связываются с нитрованными белками (специфичность взаимодействия антиген — антитело!). E.P.Pick в своем обзоре в 1912 г. ввел термин "гаптены" для обозначе­ния низкомолекулярных химических групп, к которым можно получить антитела, если конъюгировать их с белками-носите­лями. Эти наблюдения и методы стали основой для будущих исследований по изучению активных центров антител — мест связывания антител с антигенами. С особым успехом в этом направлении работал и К.Ландщтейнер. В 1917 г. он опубли­ковал две выдающиеся статьи, посвященные получению анти­тел к гаптенам, и определил область своих собственных науч­ных интересов на последующие 37 лет — изучение молекуляр­ных механизмов взаимодействия антигенов с активными цент­рами антител. Получение антител к неприродным антигенам имеет огромное теоретическое значение с общебиологической точки зрения, которое сами авторы, по-видимому, не осозна­вали, или по крайней мере не написали об этом. А этот факт служит свидетельством того, что процесс формирования раз­нообразия антител в организме не находится под непосредст­венным давлением естественного отбора (это феноменологи­ческая предтеча понятого много позже молекулярного меха­низма формирования разнообразия рецепторов для антигенов в результате соматической рекомбинации ДНК их генов). В пер­вой же половине XX в. эти работы для большинства специа­листов явились поводом для сомнений в теории боковых цепей Эрлиха: если фактом является то, что можно легко получить антитела к искусственным молекулам, то непонятно, зачем и как в организме предсуществуют рецепторы для небывалых в природе веществ. Непонятен был приспособительный смысл такого биологического явления, и о возможных механизмах не стали тогда думать. Работы К.Ландштейнера и его предшест­венников стали достоянием общества и быстро приобрели прикладное значение: в разных лабораториях стали получать анти­тела не как объект изучения природных механизмов защиты от инфекций, а как специфические реагенты на самые разные интересующие исследователей агенты.

Начало количественной иммунохимии связывают с работа­ми Михаила Гейдельбергера (Michael Heidelberger, 1888—1991). Он получил антитела не к белковым антигенам, а к полисахаридным компонентам капсулы пневмококков. Развивая эти исследования, автор разработал методы количественной оценки преципитации антигенов антителами, что способствовало пре­вращению иммунологии во все более точную науку. На не­сколько десятилетий химические идеи в иммунологии вытес­нили представления о биологической эволюции. В 1930 г. биохимик Феликс Гауровиц (F.Haurowitz) выдвинул инструк­тивную теорию прямой матрицы, в которой предположил, что из индифферентных белков — предшественников антител при контакте с антигеном "вылепливается" комплементарное анти­тело. Такое простое представление легко объясняло неограни­ченное разнообразие антител. В 1940 г. эту идею поддержал известный биохимик Лайнус Полинг. Будущее показало, что в действительности все совсем иначе.

По-видимому, одна из первых опубликованных (1937) работ по электрофорезу белков сыворотки крови — это работа А.Тизелиуса (A.Tiselius). Он показал, что антитела попадают во фракцию γ-глобулярных белков. Появились термин "гамма-глобулины" и его синоним "иммуноглобулины".

В течение 3—4 десятилетий середины XX в. биохимики узнавали, какие есть варианты молекул иммуноглобулинов и какова структура молекул этих белков. Были открыты 5 клас­сов, 9 изотипов иммуноглобулинов. Последним был идентифицирован иммуноглобулин класса Е: в 1960 г. его описали японские исследователи К.Ишизака и Т.Ишизака (K.Ishizaka. M.Ishizaka) и в 1965 г. независимо от них шведские исследова­тели С.Иоханссон и Х.Бенних (S.G.O.Johansson, H.Bennich).

Родни Портер (Rodhey Porter, 1920—1985) изучал иммуно­глобулины путем протеолиза молекул папаином и трипсином с последующим фракционированием протеолитических фрагментов ионообменной хроматографией (Fab, Fc). Г.Эдельман (Gerald Edelman, 1929) и М.Д.Поулик (M.D.Poulik) и независимо от них Дж.Флейшман (J.B.Fleischman) диссоциировали молекулы иммуноглобулинов не ферментативно, а с помощью агентов, разрывающих дисульфидные связи. В результате вы­яснили, что молекулы иммуноглобулинов состоят из 4 цепей: 2 одинаковых тяжелых и 2 одинаковых легких. Наконец, в 1962 г. Р.Портер предложил модель структуры молекул имму­ноглобулинов. Она оказалась универсальной для иммуноглобулинов всех изотипов и совершенно верной и по сегодняшний день наших знаний. В 1965 г. В.Дрейер и Дж.Беннет (W.J.Dreyer, J.C.Bennett) высказали верное предположение, что при дифференцировке антителообразующих клеток различные варианты генов вариабельной области иммуноглобулинов объединя­ются с одним и тем же геном константной области молекулы иммуноглобулина. Данная идея вошла в историю под названи­ем "два гена — одна полипептидная цепь". Эта идея подтвер­дилась и была развита в выдающихся работах 1976 г. Сузумы Тонегавы (Susumu Tonegawa,   1939) и  Н.Хозуми (N.Hozumi), которые сделали великое открытие — обнаружили рекомбина­цию ДНК в антителопродуцирующих лимфоцитах. Они тщательно сравнивали электрофореграммы фрагментов рестрик­ции ДНК из лимфоцитов и нелимфоидных клеток того же организма и пришли к выводу, что зрелый лимфоцит отличается от любой другой клетки того же организма физически перестроенной ДНК генов, кодирующих биосинтез иммуноглобулинов. S.Tonegava, W.Gilbert и A.M.Maxam открыли интроны — некодирующие последовательности ДНК, находящиеся между V- и С-генами иммуноглобулинов. Вскоре S.Tonegava и Philip Leder обнаружили существование J-сегментов, S.Tone­gava и Leroy Hood выявили еще и D-сегменты генов иммуно­глобулинов. Таким образом состоялось открытие VDJ-рекомбинации ДНК генов иммуноглобулинов. L.Hood к тому же обнаружил существование механизма сдвига рамки считывания при трансляции белка. Загадка разнообразия антигенсвязывающих центров антител была разгадана в терминах молекуляр­ной генетики.

В 1975 г. Георг Кёлер (Georges F. Kohler, 1946—1995) и Це­зарь Мильштейн (Cesar Milstein, 1927) провели выдающуюся работу, в которой применили метод гибридизации соматичес­ких клеток к лимфоцитам иммунных мышей и получили в культуре in vitro (в пробирке) гибридные клетки, неограниченно размно­жающиеся и продуцирующие антитела. Все антитела одного клона гибридом оказались одинаковыми. Они получили назва­ние моноклоналъных и блестяще подтвердили клональность природного устройства иммунной системы (лимфоцитов). Моноклональность миеломных антител обнаружил в 1955 г. Генри Кункель (Henry Kunkel), но результаты Г.Кёлера и Ц.Мильштейна позволили распространить это представление на нор­мальные лимфоциты. С работы Г.Кёлера и Ц.Милыптейна в иммунологии активизировалось направление биотехнологии. В наши дни с помощью методов молекулярного клонирования получают рекомбинантные химерные и разные неприродные молекулы "а ля'антител", кодирующая ДНК которых "скро­ена" из генов иммуноглобулинов или их фрагментов или каких угодно еще генов, причем животных разных видов. Кста­ти, в том же 1975 г. Питер Дохерти (Peter Doherty, 1940) и Рольф Цинкернагель (Rolf Zinkernagel, 1944) провели также выдающуюся экспериментальную работу по распознаванию Т-лимфоцитами вирусных антигенов на инфицированных клет­ках, что позволило им понять природные функции главно­го комплекса гистосовместимости — представление антигена Т-лимфоцитам. С.Тонегава, Р.Цинкернагель и П.Дохерти, Г.Кёлер и Ц.Мильштейн стали лауреатами Нобелевской премии. Таким необыкновенно благоприятным для науки иммунологии оказался 1975 г. Гуморальный иммунитет — это не только анти­тела. В начале XX в. вскоре после описания антител (как феномена) Жюль Бордэ (Jutes Bordet, 1870—1961) (студент И.И.Мечникова) открыл комплемент — тоже как феномен — нечто термолабильное (инактивируемое при 56 *С) в сыворотке крови, что необходимо, кроме антител, для инактивации бактерий.

История науки об Иммунитете