Илья Ильич Мечников и его вклад в науку
Об иммунитете сегодня знает каждый школьник, причем он уверенно расскажет, что под иммунитетом подразумевается способность человеческого организма сопротивляться вредному воздействию болезнетворных микробов и других негативных факторов, то есть он не дает болеть или помогает легче переносить заболевание и быстро выздоравливать. Ведь не зря говорят, что у часто хворающего ребенка или взрослого слабый иммунитет, а у человека, который с детства не знал болезней, иммунитет, напротив, сильный.
Сейчас любому человеку известно, что состояние иммунитета можно оценить по анализу крови.
А вот вплоть до второй половины XIX века ничего об иммунитете не знали, а о механизме заболевания и выздоровления существовали только догадки. Первая завеса тайны была приоткрыта в 1880-е годы, когда в этой области начал работать русский ученый Илья Ильич Мечников.
Именно он заложил основы современной иммунологии, высказав главные принципы, по которым наш организм может сопротивляться болезням. Ученый не первым заметил некоторые основополагающие иммунологические процессы, но он первым смог правильно их интерпретировать, изучить и подвести прочную теоретическую основу. Все ученые, работавшие над проблемами иммунологии много позже Мечникова, опирались на его достижения и идеи. Так что мы сейчас по праву считаем именно нашего соотечественника основателем иммунологии как научной дисциплины.
Почему человек заболевает и выздоравливает?
Вопрос, вынесенный в подзаголовок, не давал покоя ученым, мыслителям, врачам и философам с древнейших времен. Что вызывает болезнь? Почему иногда болезнь приводит к смерти и никакие средства не могут помочь? Почему некоторые болезни проходят сами собой? И как так получается, что один человек может заболеть, а другого эта же хворь не берет? И что вообще происходит с организмом во время заболевания и выздоровления? Эти сложные вопросы на протяжении многих веков оставались без ответов, а некоторые объяснения нам сейчас кажутся смешными и нелепыми.
В древности разного рода заболевания приписывались злым духам и прочей нечисти, которая якобы поселялась в человеческом теле либо воздействовала на расстоянии. Но в то же время люди пытались бороться с теми заболеваниями, которые мы сейчас называем инфекционными, то есть заразными. Наверное, не стоит говорить, что те попытки были практически безрезультатны, так как не имели никакой теоретической основы, а строились лишь на домыслах.
К концу XVIII века сложилась уникальная ситуация: уже предпринимались успешные попытки борьбы с инфекционными заболеваниями с помощью вакцинации — введения в организм небольших доз возбудителей болезни. Однако теории, которая объясняла бы, почему и как помогает вакцина, не существовало.
С точки зрения врача и ученого начала XIX века, происходило что-то странное и непонятное: если человеку дать переболеть слабой формой болезни, то настоящее заболевание его не коснется. Объяснить это было крайне трудно.
Непонятен был и механизм выздоровления. Ученые и врачи могли предположить, что в организме больного что-то происходит: об этом говорят высокая температура, лихорадка, обильное выделение пота и другие признаки. И очень часто это «что-то» помогает выздороветь. Лишь в конце XIX века русский ученый Илья Мечников впервые высказал некоторые предположения о том, что же собой представляет это самое «что-то».
Однако до того, как Мечников начал проводить исследования, была разработана целая теория, названная сейчас инфекционной иммунологией. Речь идет о знаменитых работах великого французского ученого Луи Пастера, который целенаправленно искал вакцины, эффективно работающие против разных заболеваний.
В 1880-е годы он сделал ряд открытий огромной важности, на которых основана вся современная наука о вакцинации. Более удивителен тот факт, что Луи Пастер хоть и находил действенные вакцинные препараты, не мог объяснить, почему они помогают. Однако такое положение в науке было недолгим — уже в конце XIX века на механизм действия вакцин и выздоровления человека пролил свет Мечников, а также другие ученые.
Итак, к тому времени ученые уже знали о том, что со многими инфекционными болезнями, раньше считавшимися неизлечимыми, можно бороться с помощью вакцин. Но при этом до сих пор было непонятно, каким образом организм человека, прошедшего вакцинацию, борется с инфекционными болезнями.
Сильный пожирает слабого…
В 1882 году Илья Мечников, работавший тогда в Италии, сделал неожиданное открытие, перевернувшее и его жизнь, и историю биологии, физиологии и многих других наук, в том числе и медицины. Как говорил сам ученый, он в одночасье из зоолога превратился в патолога, начавшего с интересом изучать жизнь организмов на уровне клеток. Так о чем же таком узнал Мечников?
В один прекрасный день Мечников заметил, что в прозрачных тельцах личинок морских звезд существуют небольшие подвижные клетки, которые окружают и поглощают все попавшие в организм инородные тела.
Эти клетки буквально пожирали пылинки, бактерии и другие микроорганизмы. Само по себе это наблюдение не было открытием — ученым относительно давно был известен факт, что в крови животных и человека обитают клетки-фагоциты, которые буквально пожирают (заложено в их названии: фаго — пожирать, цитос — клетка) попадающие в кровь микроорганизмы. Однако Мечников интерпретировал это событие не так, как ученые до него, а совершенно по-новому.
До работ Ильи Мечникова считалось, что фагоциты помогают болезнетворным микроорганизмам распространяться по телу животного или человека. Русский же ученый сделал совершенно противоположный вывод — по его мнению, эти клетки, напротив, убивают микробы, не позволяя болезни захватить весь организм. Но так вышло, что с Мечниковым в то время почти никто не согласился.
Впоследствии Илья Ильич заметил и еще одну особенность фагоцитов — они окружали и поглощали не только бактерии или чужеродные тела, а также уничтожали и отмершие (либо ставшие ненужными из-за развития организма) ткани организма-хозяина. Это было важным открытием, наводившим на мысли об особой роли фагоцитов. Ведь если отмершие ткани не убирать и не выводить из организма, то они могут нанести вред или даже привести к смерти. Значит, фагоциты, среди которых и лейкоциты, живущие в крови животных и человека, играют в организме санитарную роль, поддерживая здоровье!
О результатах исследований биолог рассказал в 1883 году, однако его идеи были приняты научным сообществом в штыки. Ученые не могли принять, что в живых организмах, в том числе и в человеке, живут микроскопические «санитары», обезвреживающие болезнетворные микроорганизмы и собирающие отмершие ткани. Все дело в том, что к тому времени сформировалась и нашла множество сторонников другая теория борьбы организма с инфекциями — гуморальная, о которой речь пойдет ниже.
Мечников не сдался, а продолжил работать. К 1892-му он уже во всех деталях разработал теорию фагоцитоза — поглощения чужеродных тел, попавших в организм, особыми клетками-фагоцитами.
При этом ученым было доказано, что фагоциты многих живых существ (в том числе и активно изучаемых им морских звезд) гомологичны (то есть имеют общее происхождение, схожее строение и функции) человеческим лейкоцитам, а значит, играют одну и ту же роль.
В 1901 году Мечников сформулировал так называемую фагоцитарную (или клеточную) теорию иммунитета, в которой главная роль защитников организмов от болезней отводилась фагоцитам. За эту работу ученый в 1908-м был удостоен Нобелевской премии. Однако в начале XX века ни Мечников, ни еще ряд ученых не поставили точку в теории иммунитета. Напротив — существовало несколько разных теорий, приверженцы которых вели ожесточенную борьбу, участвовал в ней и Мечников. При этом никто из них не подозревал, что война теорий затеяна зря.
Фагоциты или антитела?
Разработанная биологом теория иммунитета не воспринималась большинством ученых того времени. Несмотря на это, Илья Ильич, уже много лет работавший во Франции, посчитал проблему иммунитета более или менее разрешенной и увлекся другими научными проблемами.
Неприятие теории Мечникова основывалось на достижениях так называемой гуморальной теории иммунитета, в которой главная роль защитников организма отводилась особым веществам — антителам, присутствующим в крови.
Впервые о присутствии в крови зараженного организма особых веществ заговорили японский бактериолог Сибасабуро Китасато и немецкий врач Эмиль Беринг.
Так получилось, что эти ученые положили начало гуморальной теории иммунитета, которую развил и практически довел до научного совершенства немецкий химик, фармаколог и бактериолог Пауль Эрлих. Он работал практически параллельно с Мечниковым и, к слову сказать, заложил основы химиотерапии, разработал много эффективных лекарственных препаратов против инфекционных заболеваний. Однако немецкий ученый не поддерживал идею о клетках-фагоцитах, считая главными в борьбе организма с болезнью именно антитела.
Эрлих предположил, что при попадании в кровь возбудителя заболевания в особых клетках образуются антитела, убивающие его. Ученый также утверждал, что появление антител провоцируют сами болезнетворные микроорганизмы — они несут на себе так называемый антиген, запускающий в заболевшем организме механизм выработки антител.
Из теории Эрлиха вытекал один любопытный факт — получалось, что в организме может вырабатываться (либо уже присутствует) огромное количество антител, действующих только против какого-либо одного вредоносного микроорганизма. В рамках гуморальной теории было выдвинуто еще множество интересных предположений, объясняющих механизм выздоровления и то, почему иногда с болезнью невозможно бороться.
Уверенность в истинности гуморальной теории возникла не на пустом месте — ведь не зря же фагоцитарная теория иммунитета Мечникова не была сразу принята! Дело в том, что правильность выводов Эрлиха и других ученых подтверждалась наблюдениями — всегда при попадании в кровь животного или человека разных болезнетворных микроорганизмов появлялись разные антитела. При этом наблюдаемый Мечниковым факт поглощения возбудителей разных болезней лейкоцитами крови животных не считался сильным доводом.
Кроме того, Эрлих, будучи в первую очередь врачом, на основе своей теории создал несколько достаточно эффективных лекарственных препаратов, которые помогали лечить разные недуги. Это ли не признание успеха?
Однако у гуморальной теории иммунитета возникали проблемы с объяснением некоторых явлений. В частности, она не могла внести ясность в вопрос, почему в борьбе с инфекционными заболеваниями помогает вакцинация. А вот фагоцитарная теория объясняла это относительно просто: во время прививки лейкоциты человека «узнают» и «привыкают» к возбудителям заболевания, а если организм по-настоящему заразится, то фагоциты, уже знакомые с этой болезнью, легко с ней справятся. Это лишь один из примеров столкновения фагоцитарной и гуморальной теорий иммунитета. Мечников, Эрлих и их последователи отстаивали свои взгляды, выдвигая все новые предположения и стараясь убедить оппонента в неправильности его убеждений. Однако самое удивительное в сложившейся ситуации то, что в 1908 году оба ученых — и Пауль Эрлих, и Илья Ильич Мечников — получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за исследование природы иммунитета. Как так получилось?
Командная работа фагоцитов и антител
На самом деле иммунитет оказался гораздо более сложным, чем предполагала каждая из теорий.
Оказалось, что защита организма от болезнетворных микроорганизмов основана на совместной работе клеток-фагоцитов и особых веществ антител. Вот так природа обхитрила ученых, объединив их теории в одну.
Илья Мечников говорил о том, что бактерии, чужеродные тела и отмершие ткани захватываются и уничтожаются клетками-фагоцитами, роль которых в человеческом организме играют лейкоциты. Эрлих утверждал, что борьба с вредными бактериями происходит посредством антител. Интересно отметить, что Мечников и Эрлих сделали несколько прозорливых замечаний, нашедших подтверждение лишь много лет спустя.
Немецкий ученый предложил особую схему взаимодействия болезнетворных микроорганизмов с антителами, и теперь мы можем сказать, что он был прав, — каждый микроб несет в себе антиген, в ответ на который в организме начинается та или иная реакция. Мечников описал схему взаимодействия с вредными микробами лейкоцитов, и сейчас мы знаем, что эти клетки всегда в большом количестве оказываются там, где появляются болезнетворные микроорганизмы, а также чужеродные тела (достаточно вспомнить хотя бы занозу — воспаление и нагноение как раз и являются результатом «работы» лейкоцитов).
Эрлих настолько был увлечен протеканием процесса противостояния болезни, что на многие другие аспекты иммунитета не обращал внимания. Мало того — для немецкого ученого иммунитет был лишь средством борьбы с инфекционными заболеваниями. Мечников же отводил ему гораздо более широкую и важную роль. В частности, русский биолог выдвинул идею, что иммунитет — это защита не только от разного рода инфекций, но и от вредоносных воздействий вообще. Под эту идею он подводил и тот факт, что лейкоциты уничтожают отмершие клетки собственных тканей организма, ведь в противном случае организм отравился бы и погиб.
Но, как оказалось, обе теории правильно объясняли разные стороны одного и того же явления, поэтому и Эрлих, и Мечников оказались по-своему правы.
Однако нужно сказать, что даже сейчас в рамках науки иммунологии рассматриваются две теории иммунитета. Как нетрудно догадаться — фагоцитарная (клеточная) и гуморальная.
После Мечникова и Эрлиха над проблемами зародившейся иммунологии работало множество ученых, однако наибольший вклад внес австралиец Фрэнк Макфарлейн Бернет. Благодаря его трудам иммунология приобрела современный вид.
Нужно сказать, что Бернет развил идею Ильи Мечникова о главенствующей роли лейкоцитов в иммунной системе. Ученый разработал концепцию, которую в двух словах можно выразить так: организм с помощью иммунной системы отличает свое от чужого и ведет борьбу со всем чужим. Эта теория отлично объясняет и излечение от инфекционных заболеваний, и отторжение чужеродных тел, в том числе трансплантированных органов.
Иммунитет — какой он?
Выше было много сказано о том, что идеи, заложенные Мечниковым и Эрлихом, объединились в одну теорию иммунитета, которая стала основой иммунологии. Однако не было сказано ни слова о том, что же такое иммунитет в современном понимании.
Нужно сразу сказать, что иммунология, начало которой было положено трудами Мечникова в 1880-х годах, не такая уж и простая наука. В ней до сих пор масса загадок, к которым современные ученые только-только пытаются подступиться. Среди них и ВИЧ — вирус, вызывающий СПИД и практически полностью уничтожающий иммунную систему человека. Как бороться с этим страшным заболеванием — пока не совсем ясно. Другой загадкой является необычное поведение иммунной системы, которая без каких бы то ни было причин, вместо того чтобы защищать человека, начинает его убивать.
Пока в иммунологии масса неразрешимых задач, однако очень многое уже известно, а самое главное — почти полностью разработан процесс работы иммунитета в разных ситуациях (при разных заболеваниях, внешних и внутренних факторах).
В общих чертах иммунную систему можно представить так. В организме человека и животных существует несколько видов клеток, отвечающих за работу иммунитета, при этом каждая из клеток решает только свой определенный круг задач. Какие-то из этих клеток являются фагоцитами, то есть они сами участвуют в борьбе против инфекций, пожирая их возбудителей. Кстати сказать, в организме человека образуется несколько видов лейкоцитов, но далеко не все они — фагоциты, некоторые из них выполняют несколько иную задачу, чем просто «поедание» вражеских микроорганизмов.
Еще один класс клеток необходим только для того, чтобы в ответ на попадание болезнетворных микроорганизмов выделять антитела. Именно здесь происходит объединение клеточной и гуморальной теорий. Однако нужно сказать, что антитела вырабатываются далеко не всегда — с некоторыми заболеваниями справляются только лейкоциты и другие клетки. И, напротив, иногда организм спасается только антителами, а фагоциты в это время бездействуют.
Илья Мечников предполагал существование только клеток-фагоцитов, однако на деле все оказалось гораздо сложнее. Кроме нескольких видов лейкоцитов в организмах животных и людей присутствуют и многие другие клетки, играющие важную роль в иммунной системе. В частности, существует два вида так называемых B-клеток (эффекторы и клетки памяти), которые выделяют антитела, эффективно борющиеся с рядом бактериальных и вирусных заболеваний. Эти клетки работают в паре — эффекторы вырабатывают антитела «здесь и сейчас», а клетки памяти «запоминают» химический образ возбудителя и в течение нескольких лет (такова их продолжительность жизни) в случае повторного попадания в организм этого возбудителя практически сразу запускают защитную реакцию.
В организме людей и животных проходят и другие иммунные реакции, однако они все так или иначе основаны либо на клетках, выделяющих антитела, либо на клетках, физически уничтожающих болезнетворные микроорганизмы или чужеродные тела.
И нельзя не сказать об одном интересном факте, который основатели иммунологии наблюдали, но не могли объяснить со всей научной строгостью. Речь идет о существовании двух видов иммунитета — врожденного и приобретенного (или, как говорят ученые, специфического и неспецифического). Как нетрудно понять из названия (да и каждый из нас знает об этом еще со школьной скамьи), врожденным иммунитетом мы (как, впрочем, и многие животные) обладаем с самого рождения, а приобретенный формируется в процессе нашего роста и развития.
Механизмы врожденного иммунитета заложены на генном уровне — они сформировались за многие миллионы лет эволюционного процесса.
Именно врожденный иммунитет позволяет выжить новорожденному во «враждебной» среде, противостоять многим заболеваниям и т. д. Как-то изменить этот тип иммунитета нет никакой возможности — он давно стал частью организма и претерпевает медленные эволюционные процессы.
А вот приобретенный иммунитет — это постоянно развивающаяся и быстро изменяющаяся система организма. Здесь механизм прост — как только организм столкнется с патогеном (болезнетворным микроорганизмом, вирусом или токсическим веществом), на него вырабатывается строго определенная реакция. Когда данный патоген попадет в организм в следующий раз, иммунная система ответит уже сформированной реакцией, тем самым возбудитель заболевания или токсин будет просто-напросто обезврежен (либо его вред будет сведен к минимуму). Именно так мы сейчас боремся со многими болезнями, делая одну прививку, благодаря которой и вырабатывается иммунная реакция на много лет или вообще на всю жизнь.
Как было сказано, иммунитет — гораздо более сложная система, чем просто сообщество специализированных клеток, уничтожающих болезнетворные микроорганизмы либо вырабатывающих антитела. Это большое количество клеток и особых механизмов их взаимодействия друг с другом, с патогенными микроорганизмами и организмом в целом. И многое еще остается за гранью неизвестного.
Иммунология — из XIX в XXI век
Со времени открытия фагоцитов и антител минуло уже больше века, иммунология за это время прошла огромный путь, познав многие тайны иммунной системы человека. И сейчас можно с уверенностью заявить, что идеи Мечникова и Эрлиха нашли подтверждение.
Современная иммунология дала ответы на множество вопросов, предложила немало способов борьбы с инфекционными заболеваниями и иммунными проблемами (в том числе и отторжением трансплантированных и искусственных тканей и органов). И можно не сомневаться, что в будущем будет решено еще больше задач.
Все это может показаться фантастикой, но именно иммунология со временем должна дать ответ, как побороть все инфекционные заболевания, а также иные болезни, в основе которых лежат совсем другие процессы (например, образование опухолей, аутоиммунные проблемы). И помогут человечеству избавиться если и не ото всех, то от очень многих болезней продолжатели дела Мечникова.
Краткая биография
Илья Ильич Мечников родился 3 (15) мая 1845 года в селе Ивановка Харьковской губернии (Украина). Отец — Илья Иванович — был гвардейским офицером и помещиком, страстным игроком, происходил из знатного рода. Мать — Эмилия Львовна — известна тем, что являлась дочерью основоположника «русско-еврейской литературы» Льва Николаевича Неваховича. Мечников учился в харьковской гимназии, в 1862-м окончил ее с золотой медалью. За два года прошел курс естественного отделения Харьковского университета. Далее до 1867 года проходил обучение в Европе, где получил степень магистра. В 1868-м в Санкт-Петербургском университете защитил докторскую диссертацию, там же и работал длительное время. В эти годы ученый активно занимался проблемами зоологии беспозвоночных, сравнительной анатомии, эволюционной эмбриологии.
С 1870-го по 1882-й Мечников работал в Одессе, после чего по политическим причинам уехал в Италию. Именно в Европе биологом были заложены основы иммунологии (создал так называемую фагоцитарную теорию) и сделан ряд важных наблюдений и открытий в этой области.
В 1886 году вернулся в Одессу, где основал первую бактериологическую станцию. Однако уже через год по приглашению микробиолога Луи Пастера перебрался в Париж, где работал почти до конца жизни.
В 1908 году Мечников за труды по иммунологии был удостоен Нобелевской премии (совместно с Паулем Эрлихом). В это время он уже был директором института Пастера.
Умер биолог 2 (15) июля 1916 года в Париже.