Иммунная система для простых смертных: 8 вопросов и ответов

Патогены

Патоген — это микроорганизм, который способен вызвать болезнь.

Вирусы

Вирусы — очень маленькие патогены (гораздо меньше клеток), и многие ученые считают, что вирусы существуют на границе живого и неживого. Они не могут размножаться вне клеток.

Аденовирус. Насморк, красные глаза, температура, все дела.

Бактерии

Бактерии чаще всего представляют собой одноклеточные организмы. Они гораздо больше вирусов и обычно живут вне клеток человеческого организма (хотя некоторые могут забираться и внутрь).

Стрептококки оккупировали миндалины. Боль в горле и так далее.

Краткий обзор иммунной системы

С патогенами мы кратко познакомились, теперь посмотрим на защитников нашего организма.

I. Врождённая иммунная система

В левом верхнем углу агрессивно настроенная бактерия проникает через небольшую ранку в коже и встречается с неприветливым внутренним миром человеческого организма. Для начала она имеет дело с врождённой иммунной системой (innate system):

  • Фагоциты (в частности, макрофаги / macrofage, которые умеют кушать бактерии)
  • Система комплемента / complement (белковые молекулы, которые умеют делать в бактериях дырки)
  • Натуральные киллеры / NK-cell (лимфоциты, которые умеют впрыскивать в бактерии разрушающие химические вещества)

Фагоцит

Довольно здоровая клетка врождённой иммунной системы, которая поглощает бактерии, нехорошие клетки и всякие отходы жизнедеятельности. Чем-то напоминает амебу.

Фагоцит тянется ложноножкой к обреченной бактерии

Система комплемента

Сложный комплекс белковых молекул. Он может прикрепляться к бактериям и делать в них дырки. Кажется, как это может быть? Почему они не делают дырки в других местах, например, в клетках организма? Ответ на этот вопрос будет дан чуть позже.

Я раньше и представить себе не мог, что белковые молекулы способны на такое.

Натуральный киллер (NK)

Лимфоцит врождённой иммунной системы, который в основном уничтожает клетки, зараженные вирусами.

NK-cell. Цвета для красоты.

Лейкоциты

Белые кровяные тельца (нейтрофилы и прочие). Умеют поглощать патогены и даже создавать невероятные ловушки для них.

Капилляр с эритроцитами и лейкоцитами. Да, именно так выглядит кровь человека (в данном случае не слишком здорового).

Антигенпрезентующие клетки (APC)

Самый важный из антигенпрезентующих клеток — это дендритные клетки. APC умеют выставлять наружу и показывать всем желающим антигены. Антигены попадаются не всегда. Грубо говоря, APC выставляет наружу пептиды, которые являются кусками вируса или бактерии.

Антигенпрезентующая клетка (слева) показывает T-лимфоциту, что у неё есть.

Цитокины

Сигнальные белковые молекулы, с помощью которых информация о воспалении или инфекции распространяется куда попало.

Интерлейкин 1 (IL-1). Сигнальный белок.

II. Адаптивная иммунная система

Адаптивная иммунная система (adaptive system) работает гораздо медленнее (и сложнее). Очень кратко механизм её работы в правой части рисунка. Я постараюсь дать общее представление без огромного количества специальных терминов.

  1. либо в Т-киллеры (cytotoxic T-cell, которые умеют убивать)
  2. либо в Т-хелперы (T-helper cell, которые активируют B-лимфоциты / B-cell).

Т-киллеры

Лимфоциты адаптивной иммунной системы, которые также уничтожают клетки организма, с которыми не все в порядке.

Красивый Т-киллер уничтожает некрасивую раковую клетку.

B-лимфоциты

Клетки адаптивной иммунной системы, которые умеют производить антитела (о них чуть ниже). Разнообразие производимых антител огромно (~100 миллионов видов), поэтому наш организм в принципе может справиться с большинством патогенов. Если же по причине мутации разнообразие снижается хотя бы на порядок, то для человека все очень плохо.

B-лимфоцит во всей красе. Ну в целом ничего особенного, но я должен был вам его показать.

Антитела

Белковые молекулы, которые синтезируются B-лимфоцитами. Обычно человеческий организм умеет синтезировать 100 миллионов разных антител—это огромное разнообразие необходимо для распознавания постоянно меняющихся вирусов и прочих патогенов.

Иммуноглобулин G. Наиболее распространенный в организме. Умеет прикрепляться к бактериям, вирусам и грибкам.
Слева — основные компоненты врождённой иммунной системы. Справа — адаптивной иммунной системы.

#1. Как организм отличает свои клетки от чужих?

Действительно, многообразие нужных и полезных штук в организме огромное. Как отличить своё от чужого? Для начала разберемся с бактериями.

Фагоцит обнаруживает вредную бактерию.

#2. Как организм узнает, что у клетки проблемы внутри?

Ну хорошо, снаружи есть рецепторы и это довольно просто. Но как распознать патоген, которые забрался внутрь клетки и там творит свои темные дела под покровом клеточной мембраны?

Сложный процесс демонстрации клеткой своих внутренностей.

#3. Как организм производит такое многообразие антител?

Пожалуй, самый сложный для объяснения вопрос. Для начала разберемся чуть более подробно, что же такое антиген.

Антитело со стабильной частью (серым) и вариабельной частью (красным).
B-лимфоцит обнаруживает бактерию с подходящим антигеном, активируется, и начинает бешено производить антитела (со скоростью 2000 штук в секунду!)
Всё сложно.

#4. Как распространяется сигнал от места инфекции?

Представьте, что вы лейкоцит и вас носит по капиллярам и артериям с довольно приличной скоростью. И вот где-то на периметре атака бактерий! Ваша задача выйти из капилляра и ринуться на помощь. Как это сделать?

Выход лейкоцитов из крови;

#5. Как макрофаг уничтожает бактерию?

Макрофаги — удивительные создания. Вероятнее всего они продукт симбиоза амёб и более развитых организмов (как наш). Первым делом макрофаг обнаруживает бактерию с помощью своих рецепторов или с помощью антител, которые любят облепливать бактерии. Что же потом? Желудка у него нет, как и ротового отверстия. Как быть?

Суровый макрофаг на страже чистоты нашего организма.

#6. Как еще уничтожаются бактерии и клетки?

Помните систему комплемента? Настало время рассказать, как она работает.

  1. Сначала антитела прикрепляются к обреченной бактерии.
  2. Система комплемента устроена так, что любит прикрепляться к антителам, которые расположены рядом.
  3. После этого запускается довольно сложный процесс, в который мы не будем углубляться. В результате белки комплемента встраиваются в мембрану бактерии.
  4. Постепенно они перфорируют мембрану, и содержимое бактерии устремляется наружу. Бактерию разрывает, короче говоря.
Система комплемента дырявит мембрану бактерии. Можно считать что антитела являются системой наведения для бомбардировок бактерий.
Недовольная бактерия облепленная антителами, на которую со злобным удовлетворением посматриваем суровый макрофаг.
Процесс запуска апоптоза инфицированной клетки. В каждой клетке лежат энзимы, которые ждут своей активации, чтобы разрушить все вокруг.

#7. Как работает память адаптивной иммунной системы?

Как вы знаете, организм каким-то образом запоминает перенесенные инфекции и потом реагирует на них гораздо быстрее. Как это происходит? За это отвечают B-лимфоциты.

Наивный B-лимфоцит может превратиться либо в плазматическую клетку, либо в клетку памяти. Клетки памяти — это кеш нашей иммунной системы!

#8. Зачем матери целуют своих детей?

Теперь вы, скорее всего, и сами сможете ответить на этот вопрос. Подумайте немного, прежде чем читать дальше.

Почти конец

Можно задать еще очень много интересных и важных вопросов:

  • Как иммунная система борется с раком?
  • Почему она не может эффективно распознавать раковые клетки?
  • Как самые перспективные лекарства от рака связаны с иммунной системой?
  • Как иммунные клетки учатся не убивать клетки собственного организма?
  • Что бывает, когда это все же случается?
  • Как организм борется с грибками?

--

--

Fibery founder https://fibery.io. I write about systems, software development and products.

Love podcasts or audiobooks? Learn on the go with our new app.

Get the Medium app

A button that says 'Download on the App Store', and if clicked it will lead you to the iOS App store
A button that says 'Get it on, Google Play', and if clicked it will lead you to the Google Play store
Michael Dubakov

Michael Dubakov

Fibery founder https://fibery.io. I write about systems, software development and products.