ся несколько иначе, и в результате возникает серповидный эритроцит. Серпо-видпые клетки хуже нормальных тем, что они с трудом проходят через тончайшие капилляры, соединяющие мельчайшие артерии и вены, и закупоривают их. В результате организм, гомозиготный по мутантному гену и способный поэтому вырабатывать только серповидные эритроциты, недостаточно снабжается кислородом, возникает функциональная анемия. Некоторые из этих мутаций вызывают лишь небольшие нарушения, другие ведут к тяжелой анемии и ранней смерти.

Каков же выход? Существуют по крайней мере две возможности. Одна состоит в том, чтобы воспрепятствовать рождению детей у родителей, гетерозиготных по одному и тому же мутантному гену. (Родители нормальны, по их дети с 25%-ной вероятностью будут иметь серповидные клетки.) Для того чтобы реализовать эту возможность, необходимо найти способы выявления таких индивидуумов, с тем чтобы предупредить их об опасности Другое, принципиально возможное решение заключается в изменении локального окружения ретикулоцитов в костном мозге и селезенке. Цель его — заставить мутантные ретикулоциты упаковывать гемоглобин так, чтобы образовывались двояковогнутые клетки, а не серповидные. Такое решение проблемы в принципе соответствует способу, который сейчас применяется для лечения другого заболевания, обусловленного генетическим дефектом, — диабета — компенсацией отсутствующих компонентов.

Дифференцировка клеток в процессе развития поджелудочной железы

1 В действительности несколько методов определения уже существует,-но обычно не используется. Интересно, насколько усердно применялись бы эти методы, если бы серповидноклеточная анемия была распространена только среди крупных финансистов.

Зачаток поджелудочной железы появляется у зародыша мыши на 11-й день развития в виде луковицеобразного выроста стенки кишки, состоящего из единственного слоя плотно упакованных

эпителиальных клеток, энтодермальных по происхождению. Снаружи к нему примыкает рыхлая масса мезенхимных клеток ме-зодермального происхождения. В последующие 5 дней эпителиальная луковица значительно увеличивается и становится дольчатой. Клетки на поверхности зачатка активно растут и делятся. Дочерние клетки, остающиеся на поверхности, продолжают расти, а клетки, вытесненные внутрь, прекращают рост и дифференцируются, образуя 2 типа клеток. Одни становятся ацинарными клетками — они синтезируют и выделяют в кишку разнообразные пищеварительные ферменты, такие, как амилаза, которая гидроли-зует крахмал, рибонуклеаза, которая гидролизует РНК, липазы, расщепляющие жиры, и несколько протеолитических ферментов, в том числе трипсин и химотрипсин. Другие клетки развиваются в островковые, которые синтезируют и секретируют два важных гормона — инсулин и глюкагон.

Начиная с 13-го дня в будущих ацинарных клетках образуется огромное число рибосом и формируется гранулярный эндоплазма-тический ретикулум (рис. 11-6). Эндоплазматический ретикулум все более развивается, возникают разветвленные каналы, которые, вероятно, сообщаются с внешней средой и предназначены для выведения из клетки пищеварительных ферментов. На 15-й день появляются прозимогенные гранулы, а к 16-му дню они превращаются в зимогенные. Это — упакованные, предназначенные для выведения пищеварительные ферменты.

На рис. 11-7 показано изменение концентрации пищеварительных ферментов в ацинарных клетках на разных стадиях развития зародыша. На рис. 11-8 приведены сходные данные для синтеза инсулина в островковых клетках. Из этих данных следует важ-пый вывод: специфические продукты, синтезируемые в клетках поджелудочной железы, можно обнаружить уже к 11-му дню, т. е. до того, как зачаток поджелудочной железы становится морфологически обособленной структурой и задолго до того, как клетки приобретают видимые признаки дифференцировки. Таким образом, синтез этих белков начинается рано, но идет на очень низком уровне. Затем наступает период несколько более интенсивного синтеза, продолжающийся около двух дней. Позднее скорость синтеза резко возрастает. Соответственно возрастает и концентрация инсулина и пищеварительных ферментов, затем она выходит на плато (поскольку к этому времени инсулин и пищеварительные ферменты начинают выводиться из клетки с той же скоростью, с какой производятся). Во взрослом организме уровень синтеза в

•ч

Рис. 11-6. Электронные микрофотографии эндоплазматического

ретикулума в ацинарных клетках поджелудочной железы.

Обратите внимание на лежащую рядом митохондрию. А и В — два

увеличения.

поджелудочной железе может несколько меняться в зависимости от потребностей организма. Один из исследователей дифференщг-ровки поджелудочной железы предложил схему этого процесса.

10ю'

10

в _

1 ^

105

10

10"

ъ

ю1

J I I I I I I | I I

11 13 15 17 19 21 Возраст зародыша, дни

Рис. 11-7. Ферменты, секретируемые поджелудочной железой в

процессе развития.

1 — химотринсин, 2 — амилаза, 3 — рибонуклеаза, 4 —? трипсин, 5 — карбоксипептидаза А, 6 — карбоксипептидаза В, 7 — липаза А,

липаза В.

Отдельным стадиям он дал несколько причудливые названия,.хотя и полезные, поскольку они заставляют задуматься над тем, как осуществляется контроль каждой стадии.

Было доказано, что дифференцировка эпителиального зачатка индуцируется прилежащими мезенхимными клетками. Для того чтобы показать это, провели убедительный опыт: у 11-дневного-зародыша мыши извлекли зачаток поджелудочной железы, очистили его от мезенхимы и поместили на очень тонкий целлюлозно-ацетатный фильтр, имеющий поры определенного размера {«миллипоровый» фильтр). Затем с другой стороны фильтра поместили мезенхимные клетки (на фильтре их удерживал сгусток крови). Этот маленький «сэндвич» культивировали в питательной среде. В этих условиях эпителиальный зачаток дифференцировался в поджелудочную железу, причем даже с той же скоростью, что и в организме. В отсутствие мезенхимы эпителиальный зачаток превращался в слой плоских недифференцированных клеток. Между прочим, индукционные взаимодействия между эпителиальными и мезенхимными клетками часто встречаются в процессе зародышевого развития позвоночных. Так, благодаря индукционному влиянию окружающей мезенхимы происходит дифференцировка эпителиальных зачатков слюнной и щитовидной желез, дифференцируются почка, кожа и тимус.

Иммунная система. Дифференцировка клеток, вырабатывающих антитела

Один ребенок чихает, и брызги, содержащие слюну и слизь,, попадают на второго. Через три педели второй ребенок заболеваем корью. Однажды переболев, этот ребенок уже ни в детстве, ни во взрослом состоянии не будет восприимчив к вирусу кори независимо от того, как бы часто и интенсивно ни было воздействие вируса. Почему?

После первоначальной инфекции вирус кори размножается в тканях хозяина в течение трех недель и в конце концов вызывает те изменения в организме, которые характерны для этой болезни. Тем временем некоторые вирусные частички выходят в кровяное-русло и в конечном" итоге приходят в контакт с особыми клетками лимфатических узлов и селезенки. Эти клетки и их потомки способны вырабатывать антитела — вещества, которые могут узнавать и специфически связываться с белком наружной оболочки вируса. Когда с вирусной частичкой связывается достаточное количество антител, она ипактивируется. Клетки, вырабатывающие антитела, выводят их в кровяное русло. В течение нескольких педель концентрация антител в крови и в тканевой жидкости достаточно высока, чтобы инактивировать все интактные вирусы кори. Поэтому болезнь продолжается определенный срок, не дольше. Однажды приобретенная способность к быстрому образованию! больших количеств этих антител сохраняется. Таким образом, у ребенка с этого момента возникает иммунитет.

Антигены. Любые вещества, которые вызывают образование антител, называются антигенами. Но антигеном может быть лишь чужеродное для данного животного вещество. Им не может быть вещество, входящее в состав тканей данного организма, особенно' если оно при каких-то условиях попадает в кровяное русло *.

Более того, антигенами могут быть только макромолекулы. Почти все белки, так же как и многие полисахариды, — хорошие антигены. Нуклеиновые кислоты — довольно плохие антигены, возможно из-за того, что они разрушаются прежде, чем достигают клеток, вырабатывающих антитела. Потенциальный антиген может попасть в организм в виде отдельных молекул или как: часть более крупной структуры (наружная оболочка вируса, жгутик бактерии или полисахаридная капсула, окружающая бактерию). Антиген может попасть в организм случайно или преднамеренно — в результате инъекции в кровяное русло (например, при вакцинации).

Антитела. Антитела специфичны. Так, антитела, способные узнавать и соединяться с белками оболочки вируса кори, не реагируют с белками оболочки вируса свинки. Специфичность реакции очень узкая. Даже небольшие различия в последовательности аминокислот двух белков или в строении Сахаров двух полисахаридов могут сделать их совершенно разными антигенами. Таким образом, антитело — это обобщающий термин для обозначения целого класса молекул, а имунная система способна вырабатывать буквально тысячи различных антител, каждое из которых реагирует только с одним антигеном и, возможно, с несколькими из наиболее близкородственных.

Все антитела принадлежат к одной и той же группе белков,, называемых иммуноглобулинами или ^-глобулинами. Структура молекулы v-G-глобулина представлена рис. 11-9. Эта полимер, состоящий из двух идентичных тяжелых и двух идентичных легких цепей, соединенных дисульфидными мостиками. Как видно, из рис. 11-9, полимер имеет два головных конца, каждый из которых состоит из одной легкой и одной тяжелой цепи. Каждый головной конец способен узнавать активный участок молекулы антигена и соединяться с ним. Поэтому антитела называют бивалентами.

1 Если бы вырабатывались и попадали в кровь антитела против каких-то компонентов - собственных тканей, то организм наносил бы себе серьезный вред. Действительно, существуют генетически обусловленные з