Мікроби, еволюція, імунітет
Жива природа дивно різноманітна, і в цьому, може бути, її найяскравіша риса. Відомі мільйони біологічних видів, і кожен з них самобутній по способу життя, зовнішнім виглядом, внутрішньою будовою. Самобутність ця проявляється і в пристрої біомолекул - нуклеотидів, білків, жирів, полісахаридів. Їх в кожному організмі тисячі різновидів, що виконують різні функції, і в цьому теж проявляється різноманіття природи. Така функціональна різнорідність в принципі відома вже давно, і все в ній зрозуміло.
Але разом з тим в організмах різних видів є біомолекули, однакові за походженням і по виконуваній роботі, але різняться деталями своєї будови. Наприклад, два таких однотипних білка можуть відрізнятися лише послідовністю складових їх амінокислот. Ця форма різноманітності біологічних молекул теж була відома, але навіщо вона і який в ній сенс, залишалося неясним.
Прояснилося це лише тоді, коли різноманіття живої природи стали досліджувати з позицій молекулярної біології. В останні роки ця наука досягла великих успіхів у вивченні молекулярної будови живих істот. Зокрема, розшифрована послідовність мономерів (первинна структура) багатьох полінуклео-тідов і білків. І при цьому відкрилося таке розмаїття біомолекул, яке раніше і уявити було важко. Стало ясно, що ми маємо справу не з випадковими примхами природи, а з общебиологической закономірністю. Але з якою? І яким чином це явище виникло? Вичерпної відповіді поки немає, але, зрозуміло, зараз ніхто не сумнівається, що видова, популяционная, індивідуальна, тканинна і клітинна різнорідності однотипних біомолекул виникли в ході еволюції.
Відповідно до теорії Ч. Дарвіна розвиток живої матерії відбувається при неодмінному участі трьох біологічних явищ - мінливості, спадковості і природного відбору. Перші два діють і серед біомолекул. Але як відбувається на цьому рівні природний відбір? При спробах знайти відповідь на це питання з'ясувалося, що сучасна теорія біологічної еволюції пояснює всі відомі їй факти, але не еволюцію біомолекул.
Понад 100 років теорія еволюції перевірялася на прикладах природного відбору організмів, які відрізняються один від одного формою тіла або пристроєм і функціональними можливостями органів. Тут все було очевидним. Наприклад, чагарник ліщини має тим більше шансів відродитися в потомстві, чим міцніше оболонка його горіхів. Птиці з більш міцним, ніж у інших, дзьобом легше прогодувати себе і пташенят, трощачи горіхову шкаралупу. Риба з більш досконалою формою тіла буде швидше за інших плавати, наздоганяючи видобуток або, навпаки, уникаючи хижака.
Але яким чином природа може розрізняти організми з неоднаковою структурою однотипних біомолекул? Наприклад, два варіанти будови білка колагену, що входить в кісткову тканину, відрізняються лише двома (з тисяч) амінокислотними мономерами, і ці відмінності не видно оком, не позначаються ні на жвавості бігу, ні на міцності кістяка. Як же розрізняти?
Пошук відповіді на це питання породив дві діаметрально протилежні точки зору. Представники однієї з них вважають, що в природі немає "приладів", здатних розрізняти організми за особливостями їх молекулярного пристрою, і тому еволюція молекул йде без участі природного відбору.
Прихильники дарвінізму, природно, не можуть з цим погодитися. Адже еволюційні перетворення біомолекул лежать в основі всіх інших, більш високих рівнів розвитку живої матерії. Тому важко припустити, що, наприклад, нуклеїнові кислоти і білки, що є основою життя, можуть еволюціонувати, що не пристосовуючись до зовнішніх впливів, тобто без природного відбору. Однак виявити природні сили, здатні здійснювати відбір біомолекул, вдалося далеко не відразу.
Успіх був досягнутий, коли абсолютно несподівано в дискусію включилися представники мікробіології і імунології. В останні роки ці науки стикнулися з фундаментальними, а саме молекулярними аспектами Анаі Академії, фізіології та екології. При цьому в їх розпорядженні опинилися унікальні дані про молекулярну конституції живих істот і про хімічних способах взаємодії між ними. Це і послужило основою для несподіваної заяви, що відбір організмів за молекулярними властивостями виробляють ... хвороботворні мікроби.
Плазміди, віруси, бактерії, гриби, одноклітинні водорості, найпростіші - живі істоти розміром менше 0,1 мм, невидимі неозброєним оком. Вони знаходяться всюди навколо нас і навіть всередині нас. Вони живуть, поглинаючи речовини і енергію з навколишнього середовища. При цьому одні мікроби використовують найпростіші органічні речовини (азот, вуглекислоту, солі), іншим же необхідні для життя складні продукти чужого біосинтезу, аж до білків, ліпідів, полісахаридів і навіть нуклеїнових кислот, які вони вилучають або із загиблих організмів (мікроби-сапрофіти) , або з інших живих істот. Для цього мікроби впроваджуються у внутрішнє середовище експлуатованих організмів, порушуючи їх життєдіяльність, тобто викликаючи хвороби, нерідко згубні. Приклади таких інфекційних захворювань загальновідомі.Вся жива матерія постійно піддається агресії мікроскопічних паразитів своїх "внутрішніх ворогів". І вона несе від цих набігів чималі втрати. Чому ж такий жорстокий антагонізм не зміг погубити життя на Землі? Що рятує тварин, рослини, інші істоти в їх безперервній боротьбі з полчищами невидимих розбійників? Адже ніякої вакцинації вони не піддаються. Серед людей теж відомо чимало прикладів природної, природної антимікробної захищеності, яка не потребує вакцинах або будь-яких інших препаратах.
Їх захищає спадковий конституційний імунітет - найважливіший спосіб самозахисту організму від хвороботворних мікробів. У чому його суть?
Явища імунної можна згрупувати в три основні системи: по-перше, це спадковий імунітет, коли властивості невразливості зумовлені генетичною програмою розвитку організму і прямо залежать від його будови (конституції); по-друге, фагоцитоз - захист, обумовлена наявністю в організмі спеціальних клітин, здатних поглинати і знищувати мікробів; і, по-третє, лімфо-ідная система (про неї трохи пізніше).
Спадковий імунітет є у всіх живих істот незалежно від їх ієрархічної щаблі: і у найпростіших організмів, і у рослин, і у хребетних. У всіх тварин на відміну від інших діє, крім того, система фагоцитозу. А у вищих хребетних дві перші системи доповнює ще й третя, так звана лимфоидная система імуногенезу.
Історія імунології склалася так, що аж до самого останнього часу основним об'єктом її уваги була саме лімфоїдна система, принципи функціонування якої вдалося розгадати вже на самому початку розвитку цієї науки. Тоді ж були винайдені і основні способи використання цієї системи дляЕволюційний розвиток систем самозахисту (імунітету) організмів від мікробів: найбільш древня з них пов'язана з молекулярною будовою (конституцією) організму, вона властива всім видам живого (1). Безхребетні і хребетні, крім того, наділені фагоцитарної (2) системою імунітету, і, нарешті, вищих - хребетних - тварин захищає ще й лімфоід-ва система (3), Стрілки зліва символізують напад мікробів.запобігання людини і сільськогосподарських тварин від згубних заразних хвороб. Було встановлено, що захисні функції лімфоїдної системи забезпечуються специфічними властивостями особливих білків - імуноглобулінів, які виробляються клітинами цієї системи лише після того, як мікроби проникли в організм. Кількість таких речовин наростає в міру розвитку протиборства, і якщо організм виживає в цій жорстокій сутичці, то повторно мікробами цього виду він зазвичай вже не дивується: лімфоїдна система протягом всього життя постачає його рятівними імуноглобулінами. (Ми в таких випадках говоримо, що у організму виробився імунітет до даної хвороби.) Відомий, однак, і ряд винятків із цього правила. Легенева чума, наприклад, закінчується видужанням лише в кількох випадках - хворі гинуть ще до того, як лимфоидная система встигне організувати захист.
Властивості ж конституційного імунітету, спадково закріплені в ряді поколінь, навпаки, є у організму ще до початку мікробної агресії. Його не без підстав називають найбільш досконалою імунологічної системою. Але довгий час безліч відомих про нього фактів ніяк не вкладалося в будь-яку єдину концепцію, закономірності та сутність вродженого імунітету не піддавалися розшифровці.
Дія молекули холерного токсину (1) на клітинну мембрану (2): зближення молекули токсину з мембраною (а), зв'язування її "абордажною" частини з молекулярними мішенями на поверхні мембрани (б), проникнення мікробного отрути всередину клітини (в). Справді, коні, осли, морські свинки і мавпи чомусь дуже чутливі до правця, в той час як собаки, кішки, кролики, їжаки і кури зроду стійкі до цієї хвороби. Деякі породи собак (німецькі вівчарки, ньюфаундленди, хорти, мопси) легко захворюють чумою, тоді як боксери, тер'єри, ердельтер'єри і бульдоги практично несприйнятливі до неї. Багато людей сприйнятливі до тієї чи іншої інфекційної хвороби, наприклад, до грипу, кору, черевного тифу, правцю, але чимало і таких, що не заражаються ними. Аналогічні явища спостерігаються серед безхребетних, рослин, бактерій, вірусів. Якими ж властивостями організму обумовлена спадкова захищеність від мікробної агресії? Відповідь на це питання була отримана лише зовсім недавно.
Мікробна агресія принципово відрізняється від нападів більших любителів чужого білка. Ті нападають на свою жертву, якщо можна так сказати, зовні. Мікроби ж проникають в організм непомітно, "тихою сапою", і ушкоджують його зсередини.
Так відбувається тому, що знаряддями агресивності мікробів служать хімічні речовини: виробляються ними ферменти, токсини, нуклеїнові кислоти, поверхнево-активні речовини і т. Д. Наприклад, у збудників газової гангрени є фермент лецитиназа, що руйнує оболонки тварин клітин, Гриби - збудники плямистої хвороби цукрової тростини утворюють речовину вуглеводної природи, яке перешкоджає надходженню поживних речовин всередину клітин, тобто прирікає їх на голод.
При цьому кожен з мікробних агентів взаємодіє аж ніяк не з усіма, а лише зі строго визначеними молекулярними мішенями в атакованих клітинах. Справа в тому, що будь-яка клітина складається з безлічі біомолекул, різних за хімічним властивостям і, отже, по здатності взаємодіяти з іншими биомолекулами. Хімічні властивості токсинів, ферментів, нуклеїнових кислот теж дуже специфічні: вони можуть впливати лише на ті молекули в атакованих клітинах, з якими у них є хімічна спорідненість, доповнене відповідністю структур і функцій, тобто хімічної комплементарностью. Тільки такі, обрані, молекули можуть служити мішенями для мікробних агентів. Якщо ж відповідних мішеней немає, мікробна атака виявляється неефективною. У ці особливості і полягає таємниця спадкового імунітету.
Рослини цукрової тростини, стійкі до плямистої хвороби, відрізняються від своїх беззахисних родичів тільки тим, що у відповідній білкової мішені 4 з 110 амінокислот представлені в інших варіантах. Тобто це мутація всього лише одного білка, але завдяки їй все клітини цієї рослини і все воно в цілому виявляються стійкими до даних мікробам. Ця особливість молекулярної конституції спадкові. Нащадки такого рослини також не пошкоджуються плямистої хворобою.Подібним чином забезпечується і вроджена стійкість людей до малярії. Збудники її викликають хворобу, руйнуючи гемоглобін - один з життєво важливих білків організму. Але у несприйнятливих до цієї інфекції людей гемоглобін невразливий, оскільки має дещо інше будова - відрізняється від гемоглобіну піддатливих організмів всього лише однієї амінокислотою.
Відомий антибіотик стрептоміцин виробляють мікроорганізми-актиноміцети. Тобто це теж мікробний агент, і він, як ми знаємо, має сильну антибактеріальну дію; проникаючи в рибосоми, де відбувається збірка білків з амінокислот, він зв'язується з рибосомальні білком, що забезпечує цю збірку, і тим самим гальмує цей процес. Знаємо ми і те, що бактерії можуть пристосуватися до стрептоміцину (як до інших антибіотиків), і він перестає на них діяти. Перестає тому, що серед бактерій зустрічаються зрідка мутанти, у яких інша композиція амінокислот в молекулі того самого рибосомального білка, що служить мішенню для стрептоміцину. Ці мутанти стійкі до стрептоміцину, вони не гинуть посеред викликаного ним загального мору, а їх потомство, що успадковує цю структурну особливість, в кінцевому підсумку стає переважаючим в популяції. І що цікаво (для нас) і важливо (для бактерій), мутантна структура не заважає білку справно виконувати свої звичайні фізіологічні функції.В ході еволюції молекулярно-екологічні-ське протиборство організмів з мікробами перетворює генофонд популяції. Покоління, сприйнятливі до будь-якої хвороби (а), завдяки мутації (х) набувають конституційний імунітет (б). Поряд з цим можуть утворитися і гібридні організми (в).І так всюди в живій природі: нищівну силу мікробів запобігає спадковими особливостями молекулярної конституції мішеней. Завдяки цьому власники захисної молекулярної конституції зберігають життєздатність і відтворюються в потомстві, в той час як інші організми гинуть.
Ось так мікроскопічні паразити і проводять відбір за ознакою стійкості до інфекцій. У підсумку після безлічі "сутичок" з мікробами стійка молекулярна конституція стає надбанням не поодиноких мутантів, а цілих популяцій і видів.
Але, в свою чергу, мікроби і самі потрапляють під дію природного відбору: поширення конституційної стійкості в межах виду-жертви забирає у мікробів джерела їжі і середовище проживання, внаслідок чого-чисельність паразитичної популяції починає зменшуватися. Але це лише до тих пір, поки серед паразитів, знову-таки в свою чергу, не з'являться мутанти, молекулярну будову яких дозволяє їм долати стійкість жертв. Тому через якийсь час мікробний вид, вже в зміненому молекулярному вигляді, знову возвращется до інтенсивного паразитичного способу життя. І все починається спочатку.
Але ж жертвами мікроскопічних паразитів є всі форми живої матерії, а їх мільйони, і у кожної "свої" мікроби. Тому подібні еволюційні перетворення відбуваються в безлічі екологічних систем "мікроб - жертва" і їм по всі дні існування на Землі. Ці процеси і привели до існуючого різноманітності біомолекул. Справедливості заради зазначимо, що екологічні взаємодії за допомогою біомолекул можливі і в інших варіантах. Так, за допомогою особливих молекул (феромонів) здійснюються багато внутрішньовидові та міжвидові взаємодії між великими організмами (вистежування жертви по запаху, наприклад). Тут також необхідна хімічна комплек-ментарное (відповідність) феромонів з їх бімолекулярними мішенями. В ході таких взаємодій теж, мабуть, відбувається природний відбір за молекулярними властивостями і тим самим вноситься певний внесок в еволюцію біомолекул.
Однак біохімічні взаємодії в системах "мікроб - жертва" мають для молекулярної еволюції особливо важливе значення. Це обумовлено наступними обставинами. По-перше, життя на Землі почалася з появи мікроскопічних живих істот, і, отже, хіміко-екологічні відносини між ними були зачинателями еволюційного процесу. По-друге, і до сих пір тільки в системах "мікроб-жертва" все вирішальні події розгортаються виключно на молекулярному рівні. По-третє, завдяки численності і різноманітності таких систем у взаємодії втягується безпрецедентне безліч різних біомолекул, тобто вони практично охоплюють все живе. По-четверте, ці взаємини, будучи антагоністичними, створюють умови для особливо інтенсивного відбору організмів по деталях їх молекулярного пристрою. І, нарешті, по-п'яте, молекулярні мікробні агенти залишилися в даний час єдиними биотическими агентами, які продовжують процес природного відбору серед людей і, отже, біологічну еволюцію виду "гомо сапієнс". Дія інших чинників людина зуміла нейтралізувати: хижих звірів ми бачимо головним чином в зоопарках, не вживаємо в їжу отруйні рослини, навчилися рятуватися від отрути змій і комах, не страшний людству і голод - світове аграрне виробництво цілком може забезпечити всіх людей їжею. І тільки від інфекційних хвороб повного захисту поки немає.
Дещо зробити, правда, вдалося.
Жива природа дивно різноманітна, і в цьому, може бути, її найяскравіша риса. Відомі мільйони біологічних видів, і кожен з них самобутній по способу життя, зовнішнім виглядом, внутрішньою будовою. Самобутність ця проявляється і в пристрої біомолекул - нуклеотидів, білків, жирів, полісахаридів. Їх в кожному організмі тисячі різновидів, що виконують різні функції, і в цьому теж проявляється різноманіття природи. Така функціональна різнорідність в принципі відома вже давно, і все в ній зрозуміло.
Але разом з тим в організмах різних видів є біомолекули, однакові за походженням і по виконуваній роботі, але різняться деталями своєї будови. Наприклад, два таких однотипних білка можуть відрізнятися лише послідовністю складових їх амінокислот. Ця форма різноманітності біологічних молекул теж була відома, але навіщо вона і який в ній сенс, залишалося неясним.
Прояснилося це лише тоді, коли різноманіття живої природи стали досліджувати з позицій молекулярної біології. В останні роки ця наука досягла великих успіхів у вивченні молекулярної будови живих істот. Зокрема, розшифрована послідовність мономерів (первинна структура) багатьох полінуклео-тідов і білків. І при цьому відкрилося таке розмаїття біомолекул, яке раніше і уявити було важко. Стало ясно, що ми маємо справу не з випадковими примхами природи, а з общебиологической закономірністю. Але з якою? І яким чином це явище виникло? Вичерпної відповіді поки немає, але, зрозуміло, зараз ніхто не сумнівається, що видова, популяционная, індивідуальна, тканинна і клітинна різнорідності однотипних біомолекул виникли в ході еволюції.
Відповідно до теорії Ч. Дарвіна розвиток живої матерії відбувається при неодмінному участі трьох біологічних явищ - мінливості, спадковості і природного відбору. Перші два діють і серед біомолекул. Але як відбувається на цьому рівні природний відбір? При спробах знайти відповідь на це питання з'ясувалося, що сучасна теорія біологічної еволюції пояснює всі відомі їй факти, але не еволюцію біомолекул.
Понад 100 років теорія еволюції перевірялася на прикладах природного відбору організмів, які відрізняються один від одного формою тіла або пристроєм і функціональними можливостями органів. Тут все було очевидним. Наприклад, чагарник ліщини має тим більше шансів відродитися в потомстві, чим міцніше оболонка його горіхів. Птиці з більш міцним, ніж у інших, дзьобом легше прогодувати себе і пташенят, трощачи горіхову шкаралупу. Риба з більш досконалою формою тіла буде швидше за інших плавати, наздоганяючи видобуток або, навпаки, уникаючи хижака.
Але яким чином природа може розрізняти організми з неоднаковою структурою однотипних біомолекул? Наприклад, два варіанти будови білка колагену, що входить в кісткову тканину, відрізняються лише двома (з тисяч) амінокислотними мономерами, і ці відмінності не видно оком, не позначаються ні на жвавості бігу, ні на міцності кістяка. Як же розрізняти?
Пошук відповіді на це питання породив дві діаметрально протилежні точки зору. Представники однієї з них вважають, що в природі немає "приладів", здатних розрізняти організми за особливостями їх молекулярного пристрою, і тому еволюція молекул йде без участі природного відбору.
Прихильники дарвінізму, природно, не можуть з цим погодитися. Адже еволюційні перетворення біомолекул лежать в основі всіх інших, більш високих рівнів розвитку живої матерії. Тому важко припустити, що, наприклад, нуклеїнові кислоти і білки, що є основою життя, можуть еволюціонувати, що не пристосовуючись до зовнішніх впливів, тобто без природного відбору. Однак виявити природні сили, здатні здійснювати відбір біомолекул, вдалося далеко не відразу.
Успіх був досягнутий, коли абсолютно несподівано в дискусію включилися представники мікробіології і імунології. В останні роки ці науки стикнулися з фундаментальними, а саме молекулярними аспектами Анаі Академії, фізіології та екології. При цьому в їх розпорядженні опинилися унікальні дані про молекулярну конституції живих істот і про хімічних способах взаємодії між ними. Це і послужило основою для несподіваної заяви, що відбір організмів за молекулярними властивостями виробляють ... хвороботворні мікроби.
Плазміди, віруси, бактерії, гриби, одноклітинні водорості, найпростіші - живі істоти розміром менше 0,1 мм, невидимі неозброєним оком. Вони знаходяться всюди навколо нас і навіть всередині нас. Вони живуть, поглинаючи речовини і енергію з навколишнього середовища. При цьому одні мікроби використовують найпростіші органічні речовини (азот, вуглекислоту, солі), іншим же необхідні для життя складні продукти чужого біосинтезу, аж до білків, ліпідів, полісахаридів і навіть нуклеїнових кислот, які вони вилучають або із загиблих організмів (мікроби-сапрофіти) , або з інших живих істот. Для цього мікроби впроваджуються у внутрішнє середовище експлуатованих організмів, порушуючи їх життєдіяльність, тобто викликаючи хвороби, нерідко згубні. Приклади таких інфекційних захворювань загальновідомі.Вся жива матерія постійно піддається агресії мікроскопічних паразитів своїх "внутрішніх ворогів". І вона несе від цих набігів чималі втрати. Чому ж такий жорстокий антагонізм не зміг погубити життя на Землі? Що рятує тварин, рослини, інші істоти в їх безперервній боротьбі з полчищами невидимих розбійників? Адже ніякої вакцинації вони не піддаються. Серед людей теж відомо чимало прикладів природної, природної антимікробної захищеності, яка не потребує вакцинах або будь-яких інших препаратах.
Їх захищає спадковий конституційний імунітет - найважливіший спосіб самозахисту організму від хвороботворних мікробів. У чому його суть?
Явища імунної можна згрупувати в три основні системи: по-перше, це спадковий імунітет, коли властивості невразливості зумовлені генетичною програмою розвитку організму і прямо залежать від його будови (конституції); по-друге, фагоцитоз - захист, обумовлена наявністю в організмі спеціальних клітин, здатних поглинати і знищувати мікробів; і, по-третє, лімфо-ідная система (про неї трохи пізніше).
Спадковий імунітет є у всіх живих істот незалежно від їх ієрархічної щаблі: і у найпростіших організмів, і у рослин, і у хребетних. У всіх тварин на відміну від інших діє, крім того, система фагоцитозу. А у вищих хребетних дві перші системи доповнює ще й третя, так звана лимфоидная система імуногенезу.
Історія імунології склалася так, що аж до самого останнього часу основним об'єктом її уваги була саме лімфоїдна система, принципи функціонування якої вдалося розгадати вже на самому початку розвитку цієї науки. Тоді ж були винайдені і основні способи використання цієї системи дляЕволюційний розвиток систем самозахисту (імунітету) організмів від мікробів: найбільш древня з них пов'язана з молекулярною будовою (конституцією) організму, вона властива всім видам живого (1). Безхребетні і хребетні, крім того, наділені фагоцитарної (2) системою імунітету, і, нарешті, вищих - хребетних - тварин захищає ще й лімфоід-ва система (3), Стрілки зліва символізують напад мікробів.запобігання людини і сільськогосподарських тварин від згубних заразних хвороб. Було встановлено, що захисні функції лімфоїдної системи забезпечуються специфічними властивостями особливих білків - імуноглобулінів, які виробляються клітинами цієї системи лише після того, як мікроби проникли в організм. Кількість таких речовин наростає в міру розвитку протиборства, і якщо організм виживає в цій жорстокій сутичці, то повторно мікробами цього виду він зазвичай вже не дивується: лімфоїдна система протягом всього життя постачає його рятівними імуноглобулінами. (Ми в таких випадках говоримо, що у організму виробився імунітет до даної хвороби.) Відомий, однак, і ряд винятків із цього правила. Легенева чума, наприклад, закінчується видужанням лише в кількох випадках - хворі гинуть ще до того, як лимфоидная система встигне організувати захист.
Властивості ж конституційного імунітету, спадково закріплені в ряді поколінь, навпаки, є у організму ще до початку мікробної агресії. Його не без підстав називають найбільш досконалою імунологічної системою. Але довгий час безліч відомих про нього фактів ніяк не вкладалося в будь-яку єдину концепцію, закономірності та сутність вродженого імунітету не піддавалися розшифровці.
Дія молекули холерного токсину (1) на клітинну мембрану (2): зближення молекули токсину з мембраною (а), зв'язування її "абордажною" частини з молекулярними мішенями на поверхні мембрани (б), проникнення мікробного отрути всередину клітини (в). Справді, коні, осли, морські свинки і мавпи чомусь дуже чутливі до правця, в той час як собаки, кішки, кролики, їжаки і кури зроду стійкі до цієї хвороби. Деякі породи собак (німецькі вівчарки, ньюфаундленди, хорти, мопси) легко захворюють чумою, тоді як боксери, тер'єри, ердельтер'єри і бульдоги практично несприйнятливі до неї. Багато людей сприйнятливі до тієї чи іншої інфекційної хвороби, наприклад, до грипу, кору, черевного тифу, правцю, але чимало і таких, що не заражаються ними. Аналогічні явища спостерігаються серед безхребетних, рослин, бактерій, вірусів. Якими ж властивостями організму обумовлена спадкова захищеність від мікробної агресії? Відповідь на це питання була отримана лише зовсім недавно.
Мікробна агресія принципово відрізняється від нападів більших любителів чужого білка. Ті нападають на свою жертву, якщо можна так сказати, зовні. Мікроби ж проникають в організм непомітно, "тихою сапою", і ушкоджують його зсередини.
Так відбувається тому, що знаряддями агресивності мікробів служать хімічні речовини: виробляються ними ферменти, токсини, нуклеїнові кислоти, поверхнево-активні речовини і т. Д. Наприклад, у збудників газової гангрени є фермент лецитиназа, що руйнує оболонки тварин клітин, Гриби - збудники плямистої хвороби цукрової тростини утворюють речовину вуглеводної природи, яке перешкоджає надходженню поживних речовин всередину клітин, тобто прирікає їх на голод.
При цьому кожен з мікробних агентів взаємодіє аж ніяк не з усіма, а лише зі строго визначеними молекулярними мішенями в атакованих клітинах. Справа в тому, що будь-яка клітина складається з безлічі біомолекул, різних за хімічним властивостям і, отже, по здатності взаємодіяти з іншими биомолекулами. Хімічні властивості токсинів, ферментів, нуклеїнових кислот теж дуже специфічні: вони можуть впливати лише на ті молекули в атакованих клітинах, з якими у них є хімічна спорідненість, доповнене відповідністю структур і функцій, тобто хімічної комплементарностью. Тільки такі, обрані, молекули можуть служити мішенями для мікробних агентів. Якщо ж відповідних мішеней немає, мікробна атака виявляється неефективною. У ці особливості і полягає таємниця спадкового імунітету.
Рослини цукрової тростини, стійкі до плямистої хвороби, відрізняються від своїх беззахисних родичів тільки тим, що у відповідній білкової мішені 4 з 110 амінокислот представлені в інших варіантах. Тобто це мутація всього лише одного білка, але завдяки їй все клітини цієї рослини і все воно в цілому виявляються стійкими до даних мікробам. Ця особливість молекулярної конституції спадкові. Нащадки такого рослини також не пошкоджуються плямистої хворобою.Подібним чином забезпечується і вроджена стійкість людей до малярії. Збудники її викликають хворобу, руйнуючи гемоглобін - один з життєво важливих білків організму. Але у несприйнятливих до цієї інфекції людей гемоглобін невразливий, оскільки має дещо інше будова - відрізняється від гемоглобіну піддатливих організмів всього лише однієї амінокислотою.
Відомий антибіотик стрептоміцин виробляють мікроорганізми-актиноміцети. Тобто це теж мікробний агент, і він, як ми знаємо, має сильну антибактеріальну дію; проникаючи в рибосоми, де відбувається збірка білків з амінокислот, він зв'язується з рибосомальні білком, що забезпечує цю збірку, і тим самим гальмує цей процес. Знаємо ми і те, що бактерії можуть пристосуватися до стрептоміцину (як до інших антибіотиків), і він перестає на них діяти. Перестає тому, що серед бактерій зустрічаються зрідка мутанти, у яких інша композиція амінокислот в молекулі того самого рибосомального білка, що служить мішенню для стрептоміцину. Ці мутанти стійкі до стрептоміцину, вони не гинуть посеред викликаного ним загального мору, а їх потомство, що успадковує цю структурну особливість, в кінцевому підсумку стає переважаючим в популяції. І що цікаво (для нас) і важливо (для бактерій), мутантна структура не заважає білку справно виконувати свої звичайні фізіологічні функції.В ході еволюції молекулярно-екологічні-ське протиборство організмів з мікробами перетворює генофонд популяції. Покоління, сприйнятливі до будь-якої хвороби (а), завдяки мутації (х) набувають конституційний імунітет (б). Поряд з цим можуть утворитися і гібридні організми (в).І так всюди в живій природі: нищівну силу мікробів запобігає спадковими особливостями молекулярної конституції мішеней. Завдяки цьому власники захисної молекулярної конституції зберігають життєздатність і відтворюються в потомстві, в той час як інші організми гинуть.
Ось так мікроскопічні паразити і проводять відбір за ознакою стійкості до інфекцій. У підсумку після безлічі "сутичок" з мікробами стійка молекулярна конституція стає надбанням не поодиноких мутантів, а цілих популяцій і видів.
Але, в свою чергу, мікроби і самі потрапляють під дію природного відбору: поширення конституційної стійкості в межах виду-жертви забирає у мікробів джерела їжі і середовище проживання, внаслідок чого-чисельність паразитичної популяції починає зменшуватися. Але це лише до тих пір, поки серед паразитів, знову-таки в свою чергу, не з'являться мутанти, молекулярну будову яких дозволяє їм долати стійкість жертв. Тому через якийсь час мікробний вид, вже в зміненому молекулярному вигляді, знову возвращется до інтенсивного паразитичного способу життя. І все починається спочатку.
Але ж жертвами мікроскопічних паразитів є всі форми живої матерії, а їх мільйони, і у кожної "свої" мікроби. Тому подібні еволюційні перетворення відбуваються в безлічі екологічних систем "мікроб - жертва" і їм по всі дні існування на Землі. Ці процеси і привели до існуючого різноманітності біомолекул. Справедливості заради зазначимо, що екологічні взаємодії за допомогою біомолекул можливі і в інших варіантах. Так, за допомогою особливих молекул (феромонів) здійснюються багато внутрішньовидові та міжвидові взаємодії між великими організмами (вистежування жертви по запаху, наприклад). Тут також необхідна хімічна комплек-ментарное (відповідність) феромонів з їх бімолекулярними мішенями. В ході таких взаємодій теж, мабуть, відбувається природний відбір за молекулярними властивостями і тим самим вноситься певний внесок в еволюцію біомолекул.
Однак біохімічні взаємодії в системах "мікроб - жертва" мають для молекулярної еволюції особливо важливе значення. Це обумовлено наступними обставинами. По-перше, життя на Землі почалася з появи мікроскопічних живих істот, і, отже, хіміко-екологічні відносини між ними були зачинателями еволюційного процесу. По-друге, і до сих пір тільки в системах "мікроб-жертва" все вирішальні події розгортаються виключно на молекулярному рівні. По-третє, завдяки численності і різноманітності таких систем у взаємодії втягується безпрецедентне безліч різних біомолекул, тобто вони практично охоплюють все живе. По-четверте, ці взаємини, будучи антагоністичними, створюють умови для особливо інтенсивного відбору організмів по деталях їх молекулярного пристрою. І, нарешті, по-п'яте, молекулярні мікробні агенти залишилися в даний час єдиними биотическими агентами, які продовжують процес природного відбору серед людей і, отже, біологічну еволюцію виду "гомо сапієнс". Дія інших чинників людина зуміла нейтралізувати: хижих звірів ми бачимо головним чином в зоопарках, не вживаємо в їжу отруйні рослини, навчилися рятуватися від отрути змій і комах, не страшний людству і голод - світове аграрне виробництво цілком може забезпечити всіх людей їжею. І тільки від інфекційних хвороб повного захисту поки немає.
Дещо зробити, правда, вдалося.
