Кем становятся собиратели жуков

Основные исследования Фрэнка Бернета были посвящены экологии вирусов, их взаимоотношениям с "хозяевами", механизму и изменчивости. Но наиболее известен ученый своими работами в области иммунологии. Он автор общепризнанной сегодня клонально-селективной теории иммунитета и первооткрывателем иммунотолерантности. За что и получил Нобелевскую премию.

12 погибших детей

Австралийский иммунолог Фрэнк Макфарлейн Бёрнет родился в 1899 году в семье менеджера отделения Колониального банка. В детстве он увлекался естественными науками и особенно любил собирать жуков. По окончании Джилонг-колледжа Макфарлейн в 1917 г. поступил на медицинское отделение Ормонд-колледжа Мельбурнского университета. В 1922 г. он получил степень бакалавра, а в 1923 г. — медицинский диплом. После этого он продолжил подготовку по патологии в Мельбурнской больнице. С этой больницей была связана вся последующая деятельность Бернета, хотя много лет он проработал в Мельбурнском университете и в Институте медицинских исследований Уолтера и Элизы Холлов при этом университете.

Приблизительно в то время, когда Бернет поступил на работу в институт (1924), он прочитал классическую работу Феликса д'Эрелля по бактериофагам "Бактериофаг: его роль в иммунитете". Бактериофаги — это вирусы, поражающие бактерии. Бернета особенно заинтересовали экологические и генетические взаимосвязи между этими микроорганизмами и их "хозяевами". В 1926 г. он получил стипендию для медицинских исследований, что дало ему возможность работать в Институте Листера в Лондоне. В 1927 г. он получил докторскую степень в Лондонском университете.

В 1928 г. Бернет вернулся в Мельбурн. Сильное влияние на его дальнейшую работу оказала гибель 12 детей, которым была сделана вакцинация против дифтерии. В ходе расследования Бернет установил, что смерть детей была вызвана заражением вакцины бактерией Staphylococcus. Его заинтересовал вопрос о том, как организм защищается против подобных инфекций.

Читать также: Можно ли покончить с пищевой аллергией?

Вирусы в куриных эмбрионах

Благодаря специальной субсидии для изучения вирусных заболеваний в 1932…1933 гг. Бернет продолжал исследования в области вирусов животных в Национальном институте медицинских исследований в Хэмпстеде (Великобритания). В процессе работы он усовершенствовал методики культивирования вирусов в куриных эмбрионах. Вирусы — это паразиты, неспособные существовать вне живых клеток; в то же время клетки млекопитающих трудно выращивать в лабораторных условиях in vitro. Методики Бернет, позволяющие вирусам размножаться в замкнутой среде (куриных эмбрионах), были наиболее ценными в вирусологии до тех пор, пока Джон Эндерс и его коллеги в 1974 г. не разработали более совершенные методы культивирования клеток.

Успех Бернета в культивировании вирусов в куриных эмбрионах объяснялся тем, что куриные эмбрионы не вырабатывают антитела против вирусов и, следовательно, не могут противостоять вирусной инфекции. Антитела были обнаружены в 1890 г. Эмилем фон Берингом, установившим совместно с Паулем Эрлихом и другими коллегами, что в крови могут возникать иммунные реакции на различные вещества, или антигены. Вырабатываемые антитела высоко специфичны; антитела к одному штамму бактерий часто не реагируют с близким штаммом. Так, иммунитет к эпидемическому паротиту не предохраняет от краснухи.

С точки зрения Бернета, все теории, объясняющие образование антител, можно было разбить на две группы. "Согласно селекционным теориям, — писал он впоследствии, — антиген активизирует уже имеющуюся специфическую реакцию; в соответствии же с инструктивными теориями антиген вызывает формирование новой такой реакции в соответствующих клетках". Эрлих, разработавший первую серьезную теорию иммунитета (селекционную), считал, что антитела представляют собой рецепторы на поверхности клеток; в ответ на связывание с ними антигенов клетки начинают вырабатывать антитела в избытке.

Селекционные теории поколеблены

В 30-х гг., после того как Карл Ландштейчер установил, что у мышей могут вырабатываться антитела на самые различные химические вещества, не встречающиеся в естественных условиях, теория Эрлиха и другие селекционные теории были в значительной степени поколеблены. Казалось маловероятным, чтобы у животных могло существовать такое количество специфических преформированных рецепторов к необычным веществам, и поэтому большинство иммунологов стали приверженцами инструктивных теорий. Наиболее серьезной из них была теория, предложенная Лайнусом К. Полингом, предположившим, что антигены захватываются клетками и молекулы антител обволакивают их, образуя тем самым плотно подогнанную специфическую матрицу.

Бернет считал, что инструктивные теории не учитывают того, что он называл "ключевой проблемой иммунологии", а именно "как иммунизированные животные отличают введенные им вещества животных другого вида от собственных аналогичных веществ?". С позиций инструктивных теорий, по его мнению, с трудом можно было объяснить такое самораспознавание, т. е. способность организма "узнавать" собственные белки. На основании своих данных о том, что у куриных эмбрионов не вырабатываются антитела к вирусам, он предположил, что животные не вырабатывают антитела ко всем веществам, которые попадают в их организм на ранних стадиях развития, и что такой ранний контакт с антителами играет ключевую роль в самораспознавании и толерантности(переносимости) к собственным веществам.

Бернет и его коллеги из Института медицинских исследований пытались выработать искусственную толерантность у цыплят, в течение короткого времени воздействуя на них синтетическими антигенами. Однако эта попытка не увенчалась успехом, т. к. — это выяснилось впоследствии — для формирования длительной толерантности контакт с антигеном также должен быть длительным. В 1953 г. Питер Б. Медавар и его сотрудники добились искусственной толерантности, используя пересаженные органы, и тем самым подтвердили теорию Бернета.

Иммунное самораспознавание

В 1960 г. Б. и Медавару была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине "за открытие искусственной иммунной толерантности". Их работа, опровергнувшая инструктивные теории, положила начало развитию современных теорий иммунитета. В Нобелевской лекции "Иммунное самораспознавание" ("Immunological Recognition of Self") Б. рассматривал "лишь одну проблему: каким образом организм позвоночных животных отличает "свое" от "чужого" в иммунологическом отношении и как развивается эта способность?" В заключение он сказал, что "единственным возможным подходом к решению данной проблемы являются селекционные теории иммунитета, которые должны разрабатываться на клеточной и, возможно, клональной основе.

Согласно клонально-селекционной теории, разработанной в конце 50-х гг. Б., Дэвидом Талмейджем, Нильсом К. Ерне и Джошуа Ледербергом, у эмбриона содержатся "образцы" тех нескольких десятков, сотен или миллионов антител, которые могут вырабатываться у взрослого животного. Каждая антителопродуцирующая клетка может вырабатывать лишь один тип антител. Во время критического периода внутриутробного развития и на ранних стадиях внеутробной жизни каждая клетка, встречающаяся с антигеном, соответствующим ее специфическому антителу (т.е. "собственным" антигеном), уничтожается или инактивируется. В результате к концу критического периода все клетки, несущие антитела против собственных антигенов организма, удаляются из совокупности антителопродуцирующих клеток.

Теория "иммунологического надзора

Расскажем теперь еще об одном величайшем достижении этого ученого. Среди нескольких иммунологических теорий возникновения опухолей выдержала экспериментальную проверку временем только одна, сегодня ей доверяют практически все иммунологи. Это теория "иммунологического надзора", выдвинутая в 1970-ые гг. Фрэнком Бёрнетом.

Согласно этой теории в организме человека одновременно делятся миллионы клеток. При столь масштабном воспроизведении генетической информации неизбежны многочисленные ошибки, результатом которых могут быть различные мутации. Если бы организм не боролся с их последствиями, то опасность зарождения из мутантных клеток опухолей была бы чрезвычайно велика. Однако в процессе эволюции выработался механизм, сводящий такие риски к минимуму. Оказалось, что на поверхности некоторых мутантных клеток появляются раково-специфические антигены, являющиеся новыми белками и для данной клетки, и для всего организма. Клетки иммунной системы (ИС) антиген-распознающие макрофаги и В-лимфоциты распознают подобные антигены и переадресуют соответствующую информацию Т-лимфоцитам. В результате Т-лимфоциты превращаются в клетки-киллеры, уничтожающие мутантные клетки.

Кроме того, в организме присутствуют так называемые естественные или нормальные киллерные лимфоциты, сразу узнающие и уничтожающие опухолевые клетки. Благодаря этому в здоровом организме, т. е. при нормальной ИС, опасность образования опухолей крайне невелика. Однако ИС может находиться в подавленном состоянии, например, если ребенок рождается с наследственным иммунодефицитом; или пациент после трансплантации органа получает иммуносупрессивную терапию; или речь идет о больном ВИЧ-инфекцией. В этих трех ситуациях наиболее выраженного поражения иммунитета риск заболевания раком возрастает в сотни и тысячи раз. Таким образом, сегодня существуют бесспорные доказательства того, что ИС является ведущим фактором противоопухолевой "самообороны" организма в плане раннего выявления потенциально опухолевых клеток, их уничтожения и нейтрализации таких молекул, выделяемых раковыми клетками, как интерлейкин-10, простагландины Е и прочие, которые способны подавлять иммунитет.

Развитие теории "иммунологического надзора" приблизило ученых нового направления медицинской науки — онкоиммунологии — к созданию инновационного класса лекарств: иммуномодуляторов, специально используемых для борьбы с раком. С помощью этого класса лекарств решается несколько задач. Во-первых, это восстановление способности ИС уничтожать раковые клетки, подавленной после различных видов лечения онкологических больных. Во-вторых, речь идет о поддержании иммунитета для защиты от другой опасности — инфекционных заболеваний, часто начинающихся как осложнения химио- и лучевой терапии онкологических больных.

В 1965 г. Бернет вышел на пенсию, но продолжал вести важнейшие исследования в области иммунологии, в частности по проблеме старения, аутоиммунных заболеваний, при которых нарушается толерантность к собственным веществам, и рака. Кроме того, он написал ряд научно-популярных книг по биологии, медицине и природе человека, а также автобиографию под названием "Сменяющиеся картины". Бернет умер 31 августа 1985 в Мельбурне.