На вопросы редакции отвечает заведующий лабораторией иммунофармакологии Всесоюзного научноисследовательского института биотехнологии профессор, доктор медицинских наук Игорь Ефимович Ковалев.
Дано мне тело – что мне делать с ним,
Таким единым и таким моим?
– Игорь Ефимович, ныне шагу не сделать чтобы не наткнуться на какую-нибудь нечисть, то бишь загрязнение: в почве – пестициды-гербициды, в воде – соли тяжелых металлов, в продуктах – нитраты, и тому подобное. Защищаясь от них, пьем горстями лекарства и получаем лекарственную болезнь... Как жить? Начинает даже мерещиться, что вся пресловутая среда, в которой нам приходится существовать, целиком состоит из одних ксенобиотиков – чужеродных для организма веществ. Судя по названию вашей лаборатории, вы изучаете взаимодействие этих веществ, в том числе и лекарств, с иммунной, защитной системой организма. Вот и скажите, насколько велики защитные ресурсы организма? Может он справиться с этим химическим «половодьем»?
– Есть такое понятие «мудрость тела». Не научное, конечно, скорее образное. Но именно так определил тему своей лекции на Гарвеевских чтениях в 1923 году известный английский физиолог Эрнст Старлинг, автор термина «гормон». Он видел в мудрости тела единственное средство избавиться от болезней, терзающих человечество. Лет десять спустя другой крупный физиолог американец Уолтер Кеннон именно так – «Мудрость тела» – назвал свою вполне научную книгу, в которой описал физиологические механизмы, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность организма в изменяющихся условиях среды.
– Гомеостаз?
– Да. Кстати, и сам этот термин в научный оборот ввел У. Кеннон. А названием своей книги он подчеркивал, что не только мозг, но и все тело – носитель мудрости.
– Все это говорит о достаточно развитом воображении ученых, но какая связь...
– Самая прямая, потому что мудрость тела проявляется прежде всего в его взаимоотношениях с окружающей химической средой.
Пять органов чувств поставляют нам информацию об окружающей нас действительности, и во всех пяти случаях анализ, восприятие информации идет с непременным участием сознания. Проще говоря, мы эту информацию видим, слышим, осязаем, чувствуем вкус и запах и сознательно, разумом, определяем, как к ней отнестись. Но то, о чем вы спрашиваете – ксенобиотики, – нередко поступает во внутреннюю среду (с пищей, водой, воздухом) помимо нашего сознания, незаметно для него, но, конечно, их замечает сам организм. Он легко «сортирует» пришельцев, решает, как с ними поступить, и нейтрализует, если нужно. Исследования нашей лаборатории, начатые еще в Институте по биологическим испытаниям химических соединений и продолженные здесь, во ВНИИбиотехнологии, показали, что эволюция создала у живых существ специальные системы, которые великолепно умеют распознавать любые химические структуры, запоминать их, хранить и использовать такую химическую информацию. И действуют при этом столь же точно и надежно, как и основные органы чувств – столь же мудро, хотя тут и не участвует сознание. Так что можно считать эту способность шестым чувством.
— Тогда уж седьмым, ведь шестой номер чаще всего отдают интуиции: «какое-то шестое чувство подсказало...» и т. д. При желании тут можно и логику найти: если пять основных чувственных анализаторов полностью связаны с сознанием, то интуиция объяснить свои подсказки уже не может, хотя решение тоже оставляет за сознанием. А ваша телесная система даже и не докладывает сознанию – делает все автоматически, машинально... Так?
– Пожалуй, так. Но если машинально, то в основе действия этой машины – кибернетические принципы.
– То есть эта машина – компьютер? А известно, где она расположена? Ведь если мы говорим «органы чувств», то и у этого, седьмого чувства должен быть свой орган?
– Ну, своего «уха» или «носа» у этой системы нет, да и к чувствам, если говорить серьезно, ее отнести нельзя, так как они обязательно связаны с разумом. У этой системы нет строго определенной (специалисты говорят – упорядоченной) структуры. Упорядоченность здесь не структурная, а функциональная. Мы и назвали эту систему функциональной – иммунохимическая функциональная система гомеостаза. Действует она по необходимости и во всем организме, так что специальная структура ей и не нужна. Правда, она работает под «юрисдикцией» общей иммунной системы организма, а у той морфологической основой служат лимфоидные органы и клетки. Поэтому роль компьютера я отвел бы иммунной системе в целом, – она вся действует независимо от сознания, автоматически, или, как вы говорите, машинально.
– Стало быть, иммуннохимическая система – та часть общей иммунной защиты организма, которая имеет дело с «химией»?
– Да, речь идет об одном из малоизученных механизмов иммунитета. То, что живые существа используют химические соединения как информацию о факторах окружающей среды, известно давно: это молекулы вкуса, запаха; это «сигнальные» молекулы бактерий, вирусов и т. п. Все они уже давно прошли эволюционный отбор, есть для них рецепторы у живых организмов, отработаны ответные реакции – словом, все идет как по писаному. А вот как организм воспринимает новые чужеродные вещества, особенно низкомолекулярные, как управляется с ними, до сих пор известно очень мало. По-видимому, никто специально этим вопросом не задавался.
– И чтобы найти на него ответ, понадобился кибернетический подход?
– Его подсказало само существо дела. Живые организмы имеют два класса важнейших подсистем: одни из них (скажем, пищеварительный тракт) перерабатывают энергию, другие (органы чувств) – информацию. К второму классу относится и тот механизм, о котором мы говорим, а занимается он распознаванием структур тех химических соединений, которые атакуют тело, то есть распознаванием их образов. Но ведь информация – основа кибернетики, распознавание образов – одна из центральных ее задач. Были и другие факторы, как мы увидим дальше, которые обратили нас в «кибернетическую веру». Но это произошло не сразу.
Началось же все с работ австрийского ученого, лауреата Нобелевской премии Карпа Ландштейнера (1868—1943). Он открыл резус фактор и группы крови и стал одним из основоположников иммунологии. Вот он-то и показал, что иммунная система может вырабатывать антитела не только против бактерий, но и против низкомолекулярных химических соединений. Правда, чтобы это случилось, необходимо молекулы этих соединений связать с молекулами-носителями (например, с белками). Дело в том, что низкомолекулярные вещества сами по себе не обладают свойством антигена, но если их «спарить» с белком, и тем увеличить массу молекулы, то тогда в организме образуются антитела (одни – к белкам, другие – к «химии») и лимфоциты с рецепторами для связывания каждого конкретного вещества, проникшего в организм. Подобные химические вещества Ландштейнер назвал гаптенами (от греческого гапто – прикрепляю), а весь комплекс гаптен-белок – «искусственным конъюгированным антигеном».

Рисунок иллюстрирует опыты нобелевского лауреата К. Ландштейнера (1868—1943), связанные с механизмом иммунного ответа на попадание в тело различных чужаков. В частности, низкомолекулярные химические вещества (гаптены), проникая в организм, не вызывают иммунного ответа, то есть образования антител. Если же гаптен соединить с белком-носителем, как это делал К. Ландштейнер, то масса молекулы возрастет, и антитела появятся, причем разные для белка и для гаптена. Позднейшие исследования показали, что такие конъюгированные антигены образуются и естественным путем: гаптен, попав в организм, соединяется с его белками и вызывает иммунный ответ. Этот механизм помогает живым существам противостоять натиску загрязненной «химией» среды.

Дальнейшие исследования К. Ландштейнера и его последователей продемонстрировали, что таким путем можно вызвать ответ иммунной системы практически на любое химическое вещество.
– Даже на совершенно неизвестное?
– В самом конце прошлого века, когда Ландштейнер открыл группы крови, родился другой крупнейший иммунолог нашего столетия, тоже нобелевский лауреат, австралиец Фрэнк Вернет. Так вот я отвечу на ваш вопрос его сповами: «В организме лабораторных животных легко образуются антитела против таких веществ, с которыми никогда в процессе эволюции ни один живой организм не встречался...»
– Но если так, то организм встретит антителами и совершенно новое вещество, только вчера, скажем, синтезированное химиками?
– Так оно и происходит. Вообще с помощью иммунохимической системы организм беспрерывно ведет диалог с внешней химической средой и тем самым регулирует постоянство среды внутренней, то есть поддерживает гомеостаз. Более того, распознавая образы отдельных соединений, система воссоздает интегральный, целостный «портрет» внешней химической среды, а это позволяет улавливать тенденции сдвигов, изменений в среде и подстраиваться к ним. Чтобы лучше адаптироваться, система умеет формировать внутри организма функциональные аналоги чужаков, то есть превращать «косное» (неорганическое) вещество в «живое» (белковое).
– Как же ей все это удается? Обрисуйте, пожалуйста, хотя бы схему ее работы.
– Схема такая. Первыми низкомолекулярное химическое вещество встречают не антитела, как вы предположили, а специальные ферменты, которые окисляют пришельца, то есть соединяют его с кислородом. От этого низкомолекулярные вещества лучше растворяются в воде и, стало быть, их легче вывести из организма. Таким путем, а он известен давно, часть «химии» и удаляется наружу. Другие же вещества, трансформируясь в нашем теле, приобретают способность необратимо связываться с его белками и образуют конъюгированные антигены (комплекс гаптен – белок) подобные антигенам Ландштейнера, но у него они были искусственные, а здесь – естественные.
Вот теперь вступает в дело иммунная система. Присоединяясь к белку, гаптен неизбежно повреждает его, а это сигнал тревоги. И в теле сразу появляется много лимфоцитов и антител, задача которых связать и нейтрализовать каждого пришепьца-гаптена.
Таким образом, на входе в организм функциональная система распознает вредные и невредные молекулы и соответственно направляет их по тому или иному пути обезвреживания. Это первый этап.

Способность соединяться с белками тела гаптен получает в ходе биотрансформации. После этого уже конъюгированный антиген (комплекс гаптенбелок) встречается с антителом, у которого образуются рецепторы к этому гаптену. Возникает пептидная копия небелкового (низкомолекулярного) пришельца, но обратная, зеркальная. Затем к этому двойнику – антителу образуется антиантитело – уже не зеркальная, а точная копия, то есть полный аналог гаптена, с той только разницей, что материал аналога – не чужеродный, а свой белок. Стало быть, эти копии могут храниться как угодно долго, исполняя каждая свою функцию на пользу организму.

На втором – когда развивается иммунный ответ – распознавание структур уже более тонкое, глубокое и дифференцированное, то есть наша иммунохимическая система работает с каждым чужаком индивидуально. И тут как раз происходит перевод косного вещества в живое, о чем я упоминал раньше. Разобравшись в структуре вошедшего вещества, телесная система переводит ее (перекодирует) на язык аминокислот – делает как бы белковый слепок с этой небелковой структуры (нужную форму принимает выставленное против чужака антитело). И этот слепок, этот зеркальный, или обратный пептидный двойник пришельца останется в организме жить самостоятельной жизнью, хотя «породившее» его вещество будет выведено во внешнюю среду.
– То есть, этот двойник останется как бы на память о данном чужаке, и если гость снова появится, то будет сразу узнан и схвачен?..
– ...и не сможет повредить организму. Это и есть иммунитет.
– Но если каждая структура оставит двойника, а речь идет о неограниченном числе структур, то эту всю информацию надо где то хранить, или, говоря языком кибернетики, система должна обладать громадной емкостью памяти. Например, головной мозг – основной хранитель памяти – имеет 10¹º нейронов.
– А иммунная система располагает 10¹² клеток, и по способности запоминать и хранить информацию центральной нервной системе не уступает.
Каждая из этих систем образует свою колоссальную функциональную сеть, только ЦНС – из «оседлых» нейронов с их отростками, а иммунная – из лимфоцитов и макрофагов, способных передвигаться по организму.
Любопытно, кстати, что кора головного мозга изначально возникла у позвоночных именно как орган распознавания образов химических соединений, то есть она обеспечивала первейшую потребность живого существа различать среди бесчисленного количества веществ вредное и невредное для себя. И уж потом, с развитием обоняния мозговая кора стала служить и другим потребностям тела. Повидимому, от того же общего корня ответвилась когда-то и «машинальная» иммунная система.
– Итак, сигналы-молекулы извне – информация, определение их структур – распознавание образов, сеть лимфоидных клеток, раскинутая по всему организму – хранилище информации... Набор, поистине, вполне кибернетический.
– Добавлю еще характерный признак – обучение. Кибернетические системы способны обучаться. Считается, что всякое получение информации есть обучение. Умение решать простейшую задачу, типа «да-нет» называют обучением первого порядка. Именно такую задачу решает наша система на входе, когда определяет вредно или невредно попавшее в организм вещество. Если же система способна варьировать ответ в соответствии с полученной информацией (в нашем случае – изменять интенсивность окисления пришельца), то значит, она прошла обучение второго порядка. И так далее.
Обычное дело для человека (точнее, для его мозга) – начальная, средняя, высшая школа. Чем больше человек учится, тем выше его образование, тем шире его трудовые, творческие возможности. Иными словами, насыщаясь информацией, «упражняясь» в мышлении (это – его основная функция), мозг совершенствуется и мудреет.
Поразительно, но то же самое происходит и с телом: беспрерывный диалог с внешней средой насыщает и насыщает иммунную систему информацией о факторах среды; упражняет и упражняет в анализе, отборе, запоминании и хранении поступающей информации – телесные системы совершенствуются, вплоть до того, что научаются использовать хранимую информацию. Вдумаемся в приведенную выше ситуацию с пептидным двойником: в организм попадает чужеродный пришелец; иммунохимическая система убеждается, что он вреден, но прежде чем выставить его прочь, снимает с него слепок, маску из своего родного белкового материала, который можно хранить без вреда, пока снова не пожалует этот незваный гость. Разве это не мудрость? Не проявление творческих начал?
– Шутите, Игорь Ефимович. Творчество это свободный выбор одной из многих возможностей, причем сугубо индивидуальный, у каждого свой. А телесные системы запрограммированы одинаково, в каждом организме действуют по общей, пусть и мудрой, но единой схеме.
– Хорошо, пусть так. Но пойдем дальше.
Когда стало очевидным, что антитела создают зеркальный аналог пришельца, то естественно возник вопрос: а не формируется ли затем и прямой, то есть полный, точный (не зеркальный) функциональный аналог чужака, который состоял бы из своего белка, а действовал бы как тот чужак? Эксперименты показали, что это действительно так: к антителу, принявшему зеркальный облик чужака, в свою очередь может быть получено антитело (то есть антиантитело), которое будет вести себя в точности как тот чужак, с которого эта цепочка и начинается.
– И вызывать иммунный ответ?
– В принципе да, но конечно, значительно слабее, чем вызывает настоящий пришелец: ведь этот аналог все-таки свой – из своего белка.
– Тогда зачем он нужен организму?
– Тут еще не все ясно. Считается, что это тренирует иммунную систему, поддерживает ее постоянную боевую готовность. С другой стороны, это позволяет иммунохимической функциональной системе распознавать и запоминать действительно неограниченное количество химических структур. Важно и то, что этот механизм расширяет функциональную иммунную сеть: в ответ на вторжение любого химического соединения появляется целый спектр антител с разными рецепторами для его связывания. Добавьте к этому соответствующее число антиантител, и получится сложнейшая функциональная сеть, которая вся целиком (а не отдельные клетки) участвует в распознавании образов химических соединений. Вероятно, все это придает системе колоссальную устойчивость и позволяет не только распознавать отдельные вещества, но и следить за состоянием и внешней и внутренней среды в целом.
Повидимому, действует и то, и другое, и третье. А поскольку этот механизм повышает надежность защитной системы, он мог появиться как приспособитепьный ответ на растущее загрязнение окружающей человека среды. Ведь кибернетические системы самообучаемы. А самообучаемость – это путь к совершенству. Вот, кстати, еще один повод поговорить о мудрости тела.
– Но если все так мудро устроено и столь сильна и надежна защита организма от «химии», почему же она всетаки «достает» нас, губит здоровье, да и саму жизнь?
– Все зависит от дозы. Ведь возможности организма, его защитных систем не беспредельны. Если химическое давление на организм не превышает его защитных, приспособительных возможностей, то он справится: и болеть не будет, и к новому витку загрязнения подготовится. Но ведь человечество безумствует в своем стремлении к материальному благополучию и готово совсем отравить биосферу химическими «нечистотами»!
А гоже ли Гомо сапиенс – человеку разумному – быть глупее своего тела?