Биологический каталог




Самая главная молекула

Автор М.Д.Франк-Каменецкий

благовременное предупреждение организма о грозящей ему опасности. Она включает иммунную систему, в результате возводится неприступная стена против потенциального агрессора (бактерии или вируса) заранее, еще до того, как он совершит нападение. Массовые прививки привели к тому, что страшные в прошлом враги человеческого рода, возбудители чумы, холеры, оспы и т. д. не могут теперь найти место, где они могли бы размножаться, их численность практически сведена к нулю. Это один из немногих случаев, когда исчезновение с лица Земли некоторых её обитателей не беспокоит даже наиболее ярых поборников охраны окружающей среды. Вообще защитникам среды обитания не плохо бы почаще вспоминать не только тихие берега рек, кишащих рыбой, но и таких маленьких и очень коварных тварей, как холерный вибрион, палочка Коха, возбудители оспы, чумы, полиомиелита и т. д. Вот в том, что их почти не стало, научно-технический прогресс действительно «повинен».

Что же позволяет иммунной системе успешно бороться с разнообразными возбудителями болезней?

Роль орудия борьбы играют клетки крови, лимфоциты (белые кровяные шарики) и особые белковые молекулы, иммуноглобулины, называемые также антителами, которые вырабатываются лимфоцитами. Иммунная система каждого организма способна вырабатывать невероятно большой набор разных иммуноглобулинов. Точнее, молекулы эти почти одинаковы, они построены по одному и тому же общему плану, но в них есть участки, называемые вариабельными частями, которые отличаются друг от друга своей аминокислотной последовательностью.

Каждый лимфоцит, способный вырабатывать антитела, несет на своей поверхности «фирменный знак», или, лучше сказать, «образец продукции» — прикрепленную к оболочке молекулу иммуноглобулина. Вариабельная часть этой молекулы «узнает» чужеродный белок, проникший в организм (его называют антигеном). Такое узнавание служит сигналом к тому, чтобы лимфоцит начал интенсивно производить антитела и выбрасывать их в свободном виде в кровь.

Лимфоциты — строго специализированные клетки, каж* дая клетка вырабатывает только один тип иммуноглобулинов. Будучи однажды «включенным» на синтез антител, лимфоцит многие годы, а иногда и всю жизнь, поддерживает в крови высокое содержание антител этого типа. Поэтому, попав повторно в организм, данный антиген (белок оболочки вируса или бактерии, или вообще любой белок) встречает уже целую армию антител, быстро узнающих в нем чужака и с помощью специальной системы уничтожающую этот белок, а заодно и всю бактерию или вирус, к которым он принадлежит.

Итак, в организме заранее имеются лимфоциты, способные узнать практически любой белок, даже тот, который ни разу до того не попадал в этот организм. Но если, скажем, вирус впервые проник в организм, то, хотя и найдется лимфоцит, на поверхности которого будет образец иммуноглобулина, способного связаться с белком оболочки вируса, и он «включится» на выработку антител, чтобы наработать достаточное количество свободных антител, требуется время. Поэтому, прежде чем сработает иммунная система, вирус успеет наделать много бед, а то и вообще погубить организм. Другое дело, если вирус уже до этого, скажем, в неинфекционной форме, побывал когда-то в этом организме. Тогда уже имеются свободные антитела, которые тут же набросятся на вирус и не дадут ему развернуться.

Основной вопрос, на который очень долго не удавалось получить ответ, состоит в следующем. Что обеспечивает реакцию организма на самые разные антигены? Ведь каждый организм готов к выработке антител в ответ практически на любой чужеродный белок. В то же время иммуноглобулины очень специфичны — одна молекула, как правило, узнает только вполне определенный белок и теряет способность узнавать, если в молекулу белка внести минимальные изменения. Чтобы обеспечить одновременно и огромную специфичность и разнообразие иммунных реакций, организм держит наготове массу лимфоцитов, способных вырабатывать различные антитела. Их в каждом организме великое разнообразие — многие миллионы.

Так что же, существуют миллионы генов, каждый из которых кодирует свой иммуноглобулин? И откуда они берутся, эти гены? Они есть уже в зиготе, то есть достались от родителей? Что за дурацкие вопросы! Конечно! Как же может быть иначе, если химическое строение иммуноглобулинов определяется последовательностью ДНК (а чем еще может определяться строение белков?!).

Так-то оно так, но если наша ДНК несет в себе информацию о строении миллионов белков иммуноглобулинов, то в ней больше ни для чего не останется места. А ведь и кроме иммунной системы в нашей ДНК много чего записано. Это во-первых. А во-вторых, если гены иммуноглобулинов переходят к нам от наших родителей вместе с генами других белков, то почему внутри нас иммуноглобулины мамы не атакуют белки папы и наоборот?

Наши родители, как и все люди (за исключением идентичных или однояйцовых близнецов, получившихся из одной зиготы) иммунологически несовместимы. Иммунная система одного человека атакует белки другого человека. Отсюда — столько проблем при пересадке органов (почек, сердца и т. д.). Но факт есть факт. В каждом из нас вырабатываются и белки, унаследованные от папы, и белки, унаследованные от мамы, а вот ничего ужасного не происходит. Страшно подумать, что было бы, если бы у человека вырабатывались антитела к собственным белкам. К счастью, если это и случается, то очень редко. Но парадокс состоит в том, что объяснять надо не то, что такая болезнь бывает, а то, что она не поражает всех нас!

В 60-х годах те, кто пытались объяснить иммунитет на генетическом уровне, ясно понимали, что само существование иммунной системы явно противоречило молекулярной биологии того времени. Было ясно, что здесь кроется какая-то загадка, разгадка которой может произвести переворот в наших представлениях.

Поэтому, как только появилась возможность выяснить детальное строение генов высших организмов, в первые объекты изучения попали гены иммуноглобулинов. Наибольший вклад в решение проблемы методами генной инженерии внес швейцарский иммуногенетик Сусуми Тонегава. Изучая гены иммуноглобулинов, он впервые обнаружил расчленённые гены. Оказалось, что между участками ДНК, на которых записана информация о вариабельной и постоянной частях иммуноглобулинов, есть участок, в котором не записано никакой белковой последовательности. А в готовой молекуле иммуноглобулина вариабельная и постоянная части образуют единую полиаминокислотную цепь. Эта новость мгновенно облетела весь научный мир и буквально через несколько месяцев стало ясно, что «лоскутное» устройство — это типичная картина для любых генов высших организмов.

Но не успели привыкнуть к этой новости, как Тонегава сообщил уж совсем потрясающую вещь. Он сравнил ДНК, выделенную из лимфоцитов взрослой мыши, с ДНК из мышиного эмбриона. Оказалось, что у эмбриона вариабельная часть гена состоит не из одного, как у лимфоцитов взрослой мыши, а из двух кусков, которые были обозначены J и V. J — меньшая часть, она всегда находится на месте, а более длинная часть, V, отстоит от J так далеко, что даже не удалось определить расстояние до нее вдоль ДНК.

У эмбриона, как и во всех обычных клетках (не лимфоцитах) взрослого организма, гены иммуноглобулинов устроены так, как показано на рис. 19 вверху. Насчитывается около трехсот У-генов, четыре У-гена и один С-ген. Скопление У-генов отделено от скопления ./-генов большим промежутком. Между ./-генами и С-геном также имеется промежуток, но гораздо меньше. Клетки, имеющие устроенную таким образом ДНК, не способны вырабатывать антитела. Поэтому у эмбриона, и даже у новорожденного, собственные антитела отсутствуют — есть только антитела матери, поступившие в его кровь до рождения.

Вскоре после рождения начинает пробуждаться собственная иммунная система — образуются лимфоциты. В каждой лимфоцитной клетке происходит следующее. Из ДНК вырезается протяженный участок, начинающийся на конце одного из У-генов и оканчивающийся строго в начале одного из /-генов. В результате данный лимфоцит содержит ДНК, имеющую строение, как показано на рис. 19 (средняя строка). Далее со всего получившегося участка, начиная с гена V и кончая геном С, снимается РНКовая копия. Эта РНК подвергается обработке ферментами в принципе так же, как это происходит с любыми расчленёнными генами у высших. При этом из РНК удаляется всё, кроме реплики с образовавшегося на предыдущей стадии единого гена VJ, а также гена С. Все три реплики образуют единую непрерывную РНКовую цепь (нижняя строка рис. 19), которая

ц vz vz va hh h,

I'

дик czi- •»• -стз-сго-сь • • -a t I •

\*

РНК j и г

Рис. 19. Перегруппировка геиов иммуноглобулинов. Стадия I происходит в процессе созревания лимфоцитов. Стадия II отвечает синтезу иммуноглобулина в лимфоците.

считывается рибосомой, давая белковую цепь иммуноглобулина.

Конечно, самое интересное происходит на стадии /, то есть тогда, когда образуется лимфоцит данного типа. Чем определяется то, какая именно пара генов V я J состыкуется, окажется рядом при вырезании участка ДНК? Это центральный вопрос, так как от этого целиком зависит строение вырабатываемого лимфоцитом иммуноглобулина.

Кардинальный факт состоит в том, что при этом перебираются все (или почти все) комбинации V и / генов. Это — первый шаг к созданию на базе сравнительно скромного набора исходных генов несметного разнообразия иммуноглобулинов. Ведь, если имеется п К-генов и т /-генов, то различных пар из них может получиться ш. Таким образом, если, как упоминалось выше, п = 300, а т — 4, то число разных антител оказывается около тысячи. Но этого мало. Молекула иммуноглобулина состоит не из одной, а из четырех полиаминокислотных цепей, двух легких и двух тяжелых (рис. 20). Обе легкие цепи идентичны друг другу, как и обе тяжелые. Но тяжелые и легкие цепи синтезируются совершенно независимо, и для каждой из них происходит вся та перетасовка, о которой говорилось выше. Поэтому цифру тысяча нужно возвести в квадрат. Вот так и получается миллион.

Но и этого мало. Оказалось, что в какой-то момент включается ме

страница 16
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

Скачать книгу "Самая главная молекула" (2.26Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(01.04.2020)