 |
#3. Как организм производит такое многообразие антител?
|
|
|
|
#3. Как организм производит такое многообразие антител?
Пожалуй, самый сложный для объяснения вопрос. Для начала разберемся чуть более подробно, что же такое антиген.
Антиген — любое вещество, которое организм считает чужеродным. Таких веществ огромное количество, как можно себе представить. Поэтому организму необходимо уметь производить около 100 миллионов разновидностей антител, чтобы уметь распознавать все эти антигены.
Антитела (antibody) в целом похожи, но у них есть часть, которая весьма разнообразна. Собственно эта часть и умеет распознавать антигены.
Антитело со стабильной частью (серым) и вариабельной частью (красным).
Ну хорошо, а зачем нам антитела? Это всего лишь белковые молекулы, на что они способны? У антител есть главная задача: прикрепляться к патогенам (этот процесс называется специальным словом опсонизация ) и сигнализировать клеткам иммунной системы о том, что “вот я тут прикрепился к чему-то нехорошему, это можно уничтожать”. Кроме того, бактерии, облепленные антителами, теряют подвижность, что облегчает фагоцитам охоту за ними.
Антитела радикально помогают клеткам иммунной системы обнаруживать и уничтожать патогены. Без них мы бы все давно умерли.
B-лимфоцит обнаруживает бактерию с подходящим антигеном, активируется, и начинает бешено производить антитела (со скоростью 2000 штук в секунду! )
Переходим к самой сложной части. Напомню, виды белков, которые может синтезировать клетка, закодированы в ДНК. Как нам получить 100 миллионов разных конфигураций антител? Кодировать это все в ДНК совершенно невозможно, потому что она станет неприлично большой. В дело вступает крайне элегантный процесс модульного дизайна, который называется V(D)J-рекомбинацией.
|
|
|
Антитела производятся зрелыми B-лимфоцитами. B-лимфоциты бывают незрелые (immature) и зрелые (mature). Так вот ДНК отдельно взятого зрелого B-лимфоцита собирается из произвольно выбранных кусков ДНК незрелого B-лимфоцита.
Всё сложно.
V, D, J и C — это сегменты генов в ДНК. Например V сегмент имеет 40 различных копий самого себя, которые немного отличаются друг от друга. D — 25 копий, и так далее. Вы можете считать все эти копии модулями. Когда строится ДНК зрелой клетки, эти модули берутся случайным образом и склеиваются друг с другом. Данного разнообразия всё равно недостаточно, поэтому в этот кусок ДНК встраиваются случайные нуклеотиды, которые увеличивают разнообразие еще на один порядок.
К сожалению, эти случайные вставки в 90% случаев приводят к нефункциональной B-клетке, которая уничтожается организмом. Так что выживает только 10% B-клеток. Процесс рекомбинации довольно дорогой, как вы видите. Приходится избавляться от большого количества брака. Зато это прекрасный образец модульного дизайна и порождения разнообразия из малого объема хранимой информации!
Дальше будет только проще. Мы перевалили через вершину.
#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;
Допустим, бактерии уже обнаружены макрофагами, они скушали десяток бактерий и сигнализировали цитокинами о том, что всё не очень хорошо. Цитокины распространяются во всех направлениях и рано или поздно достигают капилляра, по которому быстро “плывут” лейкоциты. По сигналу цитокинов в стенке капилляра активизируются пара белков — селектин и интегрин. Селектин притормаживает лейкоцит, а вместе с интегрином лейкоцит останавливается совсем. Затем стенка капилляра раздвигается, лейкоцит вырывается на свободу и устремляется по цитокиновому следу к месту воспаления.
|
|
|
Как видно, сигнал локальный и работает через градиент концентрации. Это очень типичный паттерн в живых организмах. Всё это работает без какой-либо координации из мозга или прочих важных центров. Самоорганизация в действии.
|
|
|
