Пожиратель и его смертельная ловушка (солдаты иммунной защиты)
Будь я бактерией, попавшей в многоклеточный организм, мне бы не хотелось повстречать этого вояку. Потому что он меня вынюхает, догонит и сожрёт. И не просто переварит, а сначала на всякий случай ошпарит ядовитым супероксид-радикалом в своём собственном "желудке". Если супероксид меня не возьмёт – он состряпает яд посильнее: перекись водорода (Н2О2). А если уж совсем по-взрослому понадобится жахнуть, то добавит к перекиси хлор и намешает гипохлорную кислоту (HOCl) . Хана, короче... Зовут этого бравого вояку Нейтрофил. Он родом из лейкоцитов, относится к пожирателям (фагоцитам) и несёт службу в Войсках Врождённого Иммунитета.
"Рождается" Нейтрофил в красном берете (зачёркнуто) в красном костном мозге. С головным и спинным мозгом этот мозг не имеет ничего общего: там нет нейронов и думать он не умеет. Зато там находится наибольшее количество стволовых клеток, с помощью которых всю нашу жизнь обновляются клетки крови. От одной из таких долгожительниц и образуется Нейтрофил (и ещё куча его собратьев). Некоторое время он зреет: меняет форму ядра и активно "варит" внутри себя разнообразное химическое оружие. Лизоцим, который разрушает прочный муреин клеточных стенок бактерий, арсенал ферментов, способных растворять белки или чужеродные ДНК, ингредиенты для создания кислородного взрыва и т.д. Всё это добро Нейтрофил стряпает и, тихонько насвистывая, аккуратно складирует внутри себя в пузырьки - гранулы. Помимо химоружия он собирает приборы слежения, которые будут опознавать сигналы клеток, известного давнего врага или антитела, которыми неизвестный враг будет облеплен. Приборы слежения вывешиваются на оболочку солдата.
Созрев и возмужав, вооруженный Нейтрофил заступает из красного костного мозга в кровоток на дежурство. Если в Багдаде всё спокойно, он, подрёмывая, болтается в сосудах вместе с остальными белыми клетками крови – безобидный, наполненный гранулами шарик размером немногим больше эритроцита. Но если поступает тревожное сообщение от клеток эпителия сосуда или других иммунных воинов, он активируется и вылезает из сосуда в ткани - в то место, откуда идёт молекулярный сигнал (то, как происходит это «вылезание», заслуживает особого внимания, расскажу отдельно).
Активированный Нейтрофил, попавший на место будущих боевых действий, становится похож уже не на шарик, а на амёбу. Вооруженную по самым продвинутым биотехнологиям амёбу. Пользуясь всевозможными датчиками он настойчиво ползёт по химическим следам, которые оставляют непрошенные гости, залезает в любые щели, настигает, обнимает цепкой цитоплазмой. И вот бактерия, которая только что бодро улепётывала при помощи жгутика, уже трепыхается в пузырьке-фагосоме внутри одноклеточного монстра. А тот деловито смешивает для неё смертельный коктейль.
А что, если бактерий окажется слишком много? К примеру, попадётся целый бактериальный агрегат (колония микроорганизмов) или разросшееся «дерево» грибка, которое не поместится ни в какой желудок - ни к Нейтрофилу, ни даже к Макрофагу? А обезвреживать надо!
На этот счёт у Нейтрофила есть особый приём. Ядовитая сеть-ловушка, которую он набрасывает на врага, лишая его и подвижности, и жизни заодно.
Происходит это так: в ответ на активные кислородные взрывы из азурофильной гранулы (одного из пузырьков с оружием), выходит азуросома – комплекс ферментов и антибактериальных молекул. Запускается сложный каскад химических реакций. Фермент нейтрофильная эластаза проникает в ядро Нейтрофила и расщепляет гистоны – белковые «катушки», на которые «намотан» его генетический материал. Хромосомные ДНК «расплетаются» в длинные нити. Оболочка ядра разрушается, нити выходят в цитоплазму клетки. Ловчая сеть готова! Но это ещё не всё: антимикробные вещества из азуросомы (лизоцим, азуроцидин, катепсин и др.) связываются с расплетёнными нитями ДНК электростатическими взаимодействиями - "навешиваются" на них, как ёлочные шары на гирлянды. Так получается не просто сеть, а сеть, обвешанная ядовитыми молекулами. Через поры, образованные в оболочке Нейтрофила специальным белком газдермином, эта ядовитая сеть набрасывается на скопления врага.
Гениально, не правда ли? Особенно учитывая, что это вытворяет одна единственная клетка, у которой даже лапок нет. Но, если вы представили, что подобное непростое «изобретение» принадлежит исключительно многоклеточным животным – спешу вас удивить ещё больше. Данную военную стратегию используют одноклеточные - социальные амёбы Диктиостелиум (диктиостеливые слизевики). Эти ребята прославились тем, что в голодные времена собираются тысячами особей и соединяются в одного большого слизня для постройки плодового тела. Так вот, эти социальные амёбы тоже применяют сети-ловушки из ДНК для защиты своих колоний. Когда слизевик, собранный из тысяч амёб ползёт по субстрату, к его тушке прилипает множество незваных гостей-бактерий, которые проникают внутрь колонии. Некоторые из социальных амёб берут на себя обязанность по их уничтожению, иначе плодовое тело, которое колония собирается построить, будет заражено и уничтожено. Так вот эти амёбы тоже пользуются сетями-ловушками из ДНК https://www.nature.com/articles/ncomms10938
Это наталкивает на интересные размышления: мы, многоклеточные животные, по родству ближе всех к воротничковым жгутиконосцам ( у которых жгутик не спереди, как у всем известной эвглены, а сзади), но наши иммунные клетки имеют потрясающие сходства с амёбообразными. Учитывая, что наш последний общий предок с амёбами существовал около миллиарда лет назад, можно предположить, что во времена образования многоклеточности (коло 800 миллионов лет назад) произошел очередной симбиоз разных одноклеточных организмов. Например, колония жгутиконосцев стала активно сотрудничать с амёбоподобными, которые чистили её от бактерий (не специально, конечно, просто пожрать любили). Такая кооперация дала огромные преимущества и тем, и другим, потому позднее клетки объединили геном. Кстати, и симбиоз, и объединение генома - обычная в эволюции практика, первый раз что-ли? Вон, до сих пор "прирученные" бактерии в виде митохондрий снабжают наши клетки энергией. И большая часть генетического материала митохондрий уже давно перекочевала в геном хозяйской клетки. Да, в вашем геноме есть ДНК этих древних бактерий. И, возможно, даже слизевиков. Но это не точно:)
Вернёмся к нашим Нейтрофилам. Рассказ о хитрых ловушках иммунных клеток будет неполным, если не поведать печальную новость, что и сам Нейтрофил чаще всего при этом процессе погибает. Такая гибель называется нетоз (от англ. Neutrophil Еxtracellular Traps). Это частный вариант апоптоза, то есть добровольного самоубийства во имя блага Отечества. Самый настоящий альтруистичный акт… Который, поверьте, не раз уже спасал вам жизнь. Но иногда выходит наоборот: чрезмерные старания нейтрофилов усложняют заболевание:
"Клинические и лабораторные опыты продемонстрировали, что SARS-CoV2 (Ковидла) действительно способен активировать нетоз в нейтрофилах человека. Результаты показали, что этот процесс связан с повышенным уровнем внутриклеточных активных форм кислорода (АФК) в нейтрофилах. Новые данные указывают на то, что нейтрофилы вызывают гипервоспаление и тромботическую микроангиопатию, тем самым увеличивая смертность от коронавируса." https://www.researchgate.net/publication/348335824_NEJTROFILNYE_VNEKLETOCNYE_LOVUSKI_Neutrophil_Extracellular_Traps_NETS
В общем, Нейтрофилы могут и перестараться. Не удивительно: все эти кислородные взрывы, перекись и ядовитые сети вредят ведь не только врагам, но и окружающим мирным гражданам. В организме, как и везде, не бывает безобидных решений - бывает лишь целесообразный выбор между меньшими и большими неприятностями. Жиза, что поделать. Но это никак не умаляет героического вклада иммунных клеток в защиту вашей тушки. В следующий раз, если загноится ранка или появится прыщик, подумайте о том, что это маленькие, но очень воинственные амёбы наводят там порядок ценой своей жизни. И мысленно поблагодарите их за это.
Пы.Сы. Да, я помню обещание рассказать о раковых клетках. В ближайших планах посты не только о причинах и процессе появления мутантов-отступников, а ещё и о том, почему они ненавидят физкультуру:)
Про апоптоз у меня тут: Как умирают клетки (часть 2)