Иммунная защита человека: барьеры, воспаление, лимфоциты и отбор клонов
Разберём путь от неповреждённой кожи до специализированного ответа на антиген. Важно не смешивать врождённую и приобретённую защиту с клеточным и гуморальным звеньями: это два разных способа классифицировать ответ.
Федеральная программа · углублённый уровень · 10 класс
Строение и функции организмов
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Иммунная система человека
- Барьерная защита
- Врождённый иммунитет
- Приобретённый специфический иммунитет
- Клеточный иммунный ответ
- Гуморальный иммунный ответ
- Антиген, антитело, B- и T-лимфоцит
- Клональная селекция
- П. Эрлих, Ф. М. Бернет, С. Тонегава
- Воспалительный ответ
- Участие врождённого иммунитета в системных заболеваниях
Как это устроено
Первый уровень защиты — неповреждённые покровы, слизь, реснички и другие барьеры. Если частицы проходят барьер, клетки врождённой защиты распознают характерные признаки угрозы и повреждения, выделяют сигнальные вещества, поглощают часть объектов и привлекают другие клетки. Врождённое распознавание не означает «совсем без различий», а адаптивное не действует в полной изоляции: врождённые клетки помогают запустить и направить ответ лимфоцитов.
B- и T-лимфоциты различаются способом распознавания и функциями. B-клеточный рецептор может связывать доступный ему антиген, затем при соответствующей активации потомки B-клетки образуют антитела. T-клетка обычно узнаёт фрагмент антигена, представленный другой клеткой в комплексе с определёнными молекулами. Поэтому неверно представлять T-клетку как антитело с ногами или утверждать, что все лимфоциты непосредственно хватают целый вирус.
Клеточный и гуморальный — описание главного исполнителя конкретной части адаптивного ответа, а врождённый и приобретённый — описание организации распознавания и памяти. Врожденная защита тоже включает клетки и растворимые белки, например комплемент. Значит, таблица с равенствами «врождённый = клеточный, приобретённый = гуморальный» логически ошибочна. В реальном ответе T-клетки могут помогать B-клеткам, а антитела — облегчать работу врождённых фагоцитов.
Идею отбора нужно читать исторически точно. Пауль Эрлих предложил раннюю теорию боковых цепей и внёс вклад в представление о специфическом связывании, но её детали не совпадают с современной моделью. Фрэнк Макфарлейн Бернет сформулировал теорию клональной селекции: антиген отбирает клетки с уже возникшими подходящими рецепторами. Сусуму Тонегава показал перестройку участков ДНК при формировании разнообразия генов антител. Это объясняет происхождение многих вариантов рецепторов до встречи с данным антигеном; ошибочно приписывать всем троим одно и то же открытие.
Воспаление помогает ограничивать повреждение и привлекать защитные клетки; оно не равно инфекции и может возникать при стерильном повреждении. Избыточная, длительная или неправильно направленная активация врождённой защиты может участвовать в патологии, включая некоторые системные заболевания. Это не означает, что всякое покраснение опасно или что по школьной схеме можно диагностировать конкретное заболевание. Для здоровья человека важны клинический контекст и профессиональная оценка.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Иммунная система
Совокупность клеток, тканей, органов и сигнальных молекул, распознающих угрозы и координирующих защитные ответы организма.
Пример: Кожа препятствует проникновению части микробов, а клетки крови и лимфоидных органов взаимодействуют после нарушения барьера.
- Врождённый иммунитет
Ранние барьерные, клеточные и молекулярные защитные механизмы, действующие без предварительного формирования ответа на данный конкретный антиген.
Пример: Кожа, слизистые, фагоциты и система комплемента участвуют в защите уже при первом контакте.
- Приобретённый, или адаптивный, иммунитет
Ответ с участием B- и T-лимфоцитов, способных распознавать определённые антигенные структуры и формировать иммунологическую память.
Пример: После вакцинации может сформироваться ответ памяти к соответствующему антигену; его сила и длительность различаются.
- Антиген
Молекула или её участок, распознаваемый компонентом адаптивной иммунной системы; не всякий антиген вызывает одинаково сильный ответ.
Пример: Белок вируса может содержать несколько участков, распознаваемых разными лимфоцитами.
- Антитело
Белок семейства иммуноглобулинов, который секретируют плазматические клетки из линии B-лимфоцитов и который связывает подходящую антигенную структуру.
Пример: Антитело может связываться с белком поверхности вирусной частицы, но одно связывание не описывает весь исход инфекции.
- B-лимфоцит
Лимфоцит адаптивной системы, способный после соответствующей активации дать плазматические и клетки памяти.
Пример: Клон подходящих B-клеток может увеличить число клеток после распознавания антигена при нужных сигналах.
- T-лимфоцит
Лимфоцит адаптивной системы, распознающий фрагменты антигена в комплексе с молекулами представления и выполняющий разные регуляторные или эффекторные функции.
Пример: Некоторые цитотоксические T-клетки уничтожают клетки, несущие признаки вирусной инфекции.
- Клеточный иммунный ответ
Часть адаптивной защиты, в которой ключевые эффекты обеспечиваются специализированными клетками, особенно T-лимфоцитами.
Пример: Цитотоксическая T-клетка может разрушить заражённую клетку после распознавания соответствующего комплекса.
- Гуморальный иммунный ответ
Часть адаптивной защиты, в которой существенную роль играют растворимые антитела, образованные активированными B-клетками.
Пример: Антитела в жидкости организма могут связывать доступные им внеклеточные частицы.
- Клональная селекция
Отбор и размножение лимфоцитов с рецепторами, подходящими к конкретному антигену, при наличии необходимых дополнительных сигналов.
Пример: Из многих B-клеток активируются и размножаются те, чьи рецепторы подходят к антигену; антиген не «изготавливает» рецептор по заказу.
- Иммунологическая память
Сохранение после ответа клеток и/или функциональных изменений, благодаря которым повторная встреча с подходящим антигеном может протекать иначе.
Пример: Клетки памяти могут ускорить вторичный ответ, но не делают человека невосприимчивым ко всем инфекциям.
- Воспаление
Координированный ответ тканей и иммунных клеток на повреждение или угрозу, включающий сигнальные вещества и изменение сосудистых и клеточных процессов.
Пример: При местном повреждении могут возникать покраснение, тепло, отёк и боль; их отсутствие или наличие сами по себе не устанавливают диагноз.
- Системное воспаление
Воспалительный ответ, затрагивающий процессы во многих частях организма, а не только в одном локальном участке.
Пример: При тяжёлой инфекции чрезмерно нарушенный ответ может повлиять на работу нескольких органов; медицинскую оценку даёт врач.
Пример по шагам
После первого контакта с антигеном увеличилось число подходящих B-клеток и появились антитела. Значит ли это, что антиген создал у каждой клетки новый рецептор?
- Рецепторы разных лимфоцитов уже обладают разнообразием до контакта с данным антигеном.
- При необходимых сигналах клетки с подходящими рецепторами активируются и размножаются — происходит клональная селекция.
- Их потомки могут стать плазматическими клетками и секретировать антитела; разнообразие рецепторов связано, среди прочего, с перестройкой генов.
Вывод: Антиген отбирает подходящие клоны, а не конструирует специфический рецептор каждому лимфоциту по запросу.
Практическая работа
Модель отбора клонов без биоматериала
- Подготовьте бумажные карточки B-клеток с разными схематичными рецепторами и одну карточку антигена.
- Отберите карточки с подходящим «ключом», добавьте копии выбранной карточки и условные карточки антител.
- Отдельно отметьте, где модель не показывает сигналы других клеток, регуляцию и реальные молекулярные размеры.
Что можно заключить: Модель показывает отбор уже различающихся клеток, но не заменяет полноту реального иммунного ответа.
Безопасность: Не работайте с кровью, культурами, мазками и лекарствами; не интерпретируйте чьи-либо симптомы как учебный эксперимент.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.