Prof. Marcin Pasiarski , 16.04.2021

Najeźdźcy

/Źródło:

Fot. iStock

Od bardzo dawna ludzie zastanawiali się nad pytaniem skąd się biorą choroby. Dlaczego jedni chorują, inni nie, jedni chorują lekko, inni ciężko. W dawnych wiekach wszystko było proste - ot opętał kogoś demon, zły duch, albo zaszkodziło morowe powietrze. Potem przyszli jacyś tacy: Jenner (wynalazca pierwszej szczepionki przeciw ospie prawdziwej i w ogóle twórca pomysłu szczepionek), Pasteur (chyba najsłynniejszy bakteriolog, twórca szczepionki przeciw wściekliźnie), Koch (odkrył prątki gruźlicy), van Leeuwenhoek (stworzył mikroskop) i skomplikowali wszystko.

„Wymyślili” nie tylko zarazki, ale też wirusy, bakterie, jakieś chlamydie, pierwotniaki itp. No i zrobił się bałagan. A żeby dolać oliwy do ognia, to uznali, że to wszystko przez niemyte ręce, brak higieny i nuż zaczęli wymyślać jakieś higieniczne cuda, od mydła, po odkażanie jakimiś dziwnie pachnącymi chemikaliami. Ku zdziwieniu co poniektórych zmniejszyło to ilość chorób zakaźnych i powikłań w całkiem już dobrze radzącej sobie chirurgii XIX wieku. Czyli, chyba mieli rację.

Nie ma to jak naukowiec ze swoim szkiełkiem i okiem. Przyjdzie i narobi zamieszania.

Fot. Getty Images

Immunologia, czyli walka z najeźdźcą

A teraz na poważnie. Odkąd ustalono, że przyczyną chorób zakaźnych są drobnoustroje rozpoczęto badania nad tym, jak nasze organizmy walczą z tymi „najeźdźcami”. Problem okazał się niezwykle złożony. Okazało się bowiem, że ilość różnych mechanizmów zaangażowanych w proces zwalczania chorób jest ogromna. W miarę jak odkrywano coraz to nowe sposoby radzenia sobie z zakażeniami rozwijała się cała gałąź nauki zajmująca się tymi zjawiskami. Nazwano ją immunologią, czyli nauką o budowie i funkcji układu odpornościowego. Układ ten okazał się bardzo rozbudowanym systemem, który funkcjonuje w tak niewielkich skalach jak wnętrza naszych komórek, ale też w tak dużych strukturach jak węzły chłonne, śledziona, szpik, czy nawet powierzchnia naszej skóry. Co więcej, okazało się, że układ ten ewoluuje wraz ze wszystkimi organizmami na ziemi, czyli od blisko czterech miliardów lat. Aby go opisać musielibyśmy mu poświęcić sporo czasu. Ale właściwie, dlaczego tego nie zrobić? Tym bardziej, że jego poznanie oferuje mnóstwo nowych możliwości w tworzeniu terapii dotychczas nieosiągalnych dla medycyny.

Sztuczki patogenów

Aby zrozumieć jak dochodzi do zakażenia musimy sobie zdać sprawę z kilku rzeczy. Po pierwsze, mikroorganizm chorobotwórczy nie atakuje każdego organizmu a jedynie ten, do którego znajduje „wejście”. Brzmi nieco enigmatycznie, ale chodzi o to, że patogen musi znaleźć sobie furtkę, przez którą może wniknąć do organizmu. Musi mieć klucz do zamka, który otwiera mu drogę. Dla każdego organizmu jest to inny klucz. Dlatego bardzo często nie atakują nas mikroorganizmy, które są zakaźne dla innych zwierząt (a i odwrotnie - te, które atakują nas nie atakują innych gatunków). Dzieje się tak w całej przyrodzie. Inaczej mówiąc, patogen musi się dopasować do nas, zmienić swoją strukturę. „Kluczami” ze strony patogenów jak i „zamkami” ze strony naszych komórek są różne białka, które występują na ich powierzchni. Białka te muszą do siebie pasować inaczej nie dojdzie do zakażenia. Jeśli nie ma takiego dopasowania, to nie ma możliwości zakażenia i w tym wypadku drobnoustrój patogenny nawet nie dostanie się do naszego organizmu, a w związku z tym nie uruchomi reakcji obronnej.

W przyrodzie nic nie jest stałe - zmieniamy się my i zmieniają się mikroby. Mutują, tzn. w ich materiale genetycznym zachodzą zmiany umożliwiające im modyfikacje kluczy/białek na ich powierzchni. Dzieje się to przypadkowo, ale za to bardzo często, co powoduje, że za którymś razem udaje im się dopasować do naszych własnych białek i wtedy mogą przystąpić do szturmu. Ma to miejsce między innymi w sytuacjach, w których dochodzi do przeskakiwania drobnoustroju ze zwierząt na ludzi (zresztą odwrotnie też). Patogen zyskuje nowego żywiciela, wnika do naszego organizmu i… zaczyna się walka. Nasz układ odpornościowy rozpoznaje wroga i wytacza działa. Ale tu musimy się na chwilkę zatrzymać.

Fot. iStock

Walczymy, ale z kim?

Wyobraźmy sobie, że układ odpornościowy to policja lub wojsko. „Najeźdźcą” może być zwykły rabuś, obcy żołnierz, szpieg itp. Szkopuł w tym, jak rozpoznać kto jest kim? Jak odróżnić dobrego od złego? Przecież często tak jest, że spotykamy na ulicach osoby z innych krajów, które różnią się od nas, ale nie stanowią zagrożenia. Umiemy ich odróżnić i nie reagujemy na nich negatywnie. Czyli jak odróżnić komórkę patogenną (bakterię, pierwotniaka, wirus) od własnych komórek? Policja może wylegitymować podejrzanego, przeszukać go itd. A nasz układ odpornościowy? W zasadzie też może! Wyspecjalizowane komórki tego układu nieustannie dokładnie odpytują i sprawdzają wszystkie napotkane przez siebie komórki. Coś w rodzaju: hasło i odzew. Jak to się dzieje?

Każdy organizm potrzebuje do swojego funkcjonowania szeregu różnych substancji (białek, cukrów, kwasów nukleinowych - nośników informacji, itp.). Spora ich część jest obecna na powierzchni komórek i tak się składa, że dla każdego organizmu są one nieco odmienne. Zatem cóż robi nasz układ odpornościowy? Odczytuje za pomocą specjalnych receptorów jakież to struktury występują na powierzchni napotkanej komórki. A jak teraz rozpoznać co jest swoje a co jest obce? Taką zdolność do różnicowania „swój-obcy” posiada wiele komórek układu odpornościowego. Niektóre mają tę zdolność wrodzoną (np. makrofagi), a niektóre muszą „chodzić do szkoły”, żeby się tego nauczyć. Rolę tej „szkoły” w organizmie człowieka pełni narząd zwany grasicą. To tam komórki uczą się perfekcyjnego rozpoznania „swój-obcy”.

Jednymi z najbardziej istotnych komórek układu odporności, które do tej „szkoły” chodzą, są limfocyty T. Żeby było ciekawiej, uczą się tylko własnych białek. Jak zatem udaje im się rozpoznać obce? Bardzo prosto: nie masz naszych białek na powierzchni to jesteś obcy. Sprytne. Różne komórki są w stanie z różną dokładnością rozpoznawać obcych. Jedne robią to na zasadzie dosłownie „swój” albo „obcy” a inne są wstanie określić nie tylko tę „obcość”, ale również dokładnie określić jak należy go zwalczyć. To jednak opowieść na później.

Wiemy zatem, że nasze organizmy mogą być atakowane tylko przez te mikroorganizmy, które są się wstanie do nas dopasować. Wiemy już, że mamy układ, który w razie najazdu ma możliwość rozpoznania tego ataku. Oczywiście konsekwencją rozpoznania wroga jest natychmiastowa odpowiedź i rozpoczęcie kontrataku i do tego nasz organizm ma też odpowiednio wyszkoloną armię, o której również opowiem w następnych naszych spotkaniach.

Fot. iStock

Co zgubiło Indian

W tym miejscu winien jestem odpowiedź na pytanie: dlaczego jedni chorują ciężej inni lżej, a zdarza się i tak, że nie chorujemy wcale? Odpowiedź tkwi w tym, w jakie receptory wyposażona jest komórka układu odpornościowego. Receptory, czyli specjalne białka na powierzchni komórek, są niezwykle zmienne i praktycznie u każdego z nas nieco inne. Nawet najmniejsza różnica w ich budowie powoduje, że białka „najeźdźcy” są rozpoznawane inaczej i w związku z tym uruchamiane są różne mechanizmy odpowiedzi immunologicznej. Dlatego różnie chorujemy na te same choroby.

Można zadać pytanie dlaczego tak jest? Otóż im większa jest różnorodność wspomnianych receptorów w danej społeczności, tym większe prawdopodobieństwo, że w razie wystąpienia jakiejś epidemii znajdzie choć garstka szczęśliwców, którzy bardzo dobrze rozpoznają wroga i skutecznie go zwalczą. O tym jak niebezpiecznie jest mieć pod tym względem jednorodną populację przekonali się boleśnie Indianie setki lat temu. W większości zostali oni zabici przez infekcje, które zawlekli tam Europejczycy. A stało się tak dlatego, że ich populacja była bardzo jednorodna pod względem wspomnianych receptorów rozpoznających patogeny. Niestety tylko bardzo niewielka część populacji miała takie, które dokładnie rozpoznały „obcego” i  ci zdołali przetrwać zderzenie z drobnoustrojami, które zostały tam przeniesione z Europy.

Bakteriobójcze łzy

Na koniec jeszcze ciekawostka. Nie tylko komórki układu odpornościowego nas chronią przed najeźdźcami. Rolę tą pełnią również: nasza skóra, nabłonki przewodu pokarmowego, kwas solny w naszym żołądku i wiele innych czynników. A także… łzy. Jedną z najsilniejszych naturalnych substancji bakteriobójczych jakie wydziela nasz organizm jest tzw. lizozym. Plotka głosi, że został odkryty przypadkiem w jednym z laboratoriów mikrobiologicznych, kiedy to łzy jednego z laborantów kapnęły na pożywkę, na której były hodowane bakterie i w miejscu gdzie kapnęły, bakterie przestały rosnąć. Jedni mówią, że to były łzy, inni że laborant po prostu kichnął (lizozym występuje również w ślinie). Faktem jest, że laboratorium tym kierował Aleksander Fleming, ten sam który odkrył penicylinę. A działo się to prawie 100 lat temu, w 1922 roku. Tak, czasem opłaca się kichnąć na swoją pracę.

Ale czemu pozwoliłem sobie zająć Ci czytelniku tyle czasu tymi moimi wywodami na temat tego jak się bronimy przed różnymi patogenami? Chciałbym w najbliższym czasie pokazać jak nauczyliśmy się wykorzystywać nasz układ odpornościowy do walki z różnymi patogenami, do zwalczania których, dzięki zdobyczom genetyki, immunologii i biologii molekularnej, jesteśmy coraz lepiej przygotowani. Nasz układ odpornościowy może przecież rozpoznać także nowotwory, a my nauczyliśmy się podpowiadać mu, jak może robić to lepiej…

Powyższy tekst jest artykułem popularnonaukowym. Zawiera szereg uproszczeń. Proszę zatem wszystkich czytających, aby wzięli to pod uwagę, a jeśli kogoś on zainteresował i wzbudził ochotę do dalszych studiów, to zachęcam do sięgnięcia do literatury fachowej.

Marcin Pasiarski

Kierownik Kliniki Hematologii, Immunologii i Transplantacji Szpiku Świętokrzyskiego Centrum Onkologii w Kielcach, konsultant wojewódzki w dziedzinie hematologii oraz przewodniczący świętokrzyskiego oddziału Polskiego Towarzystwa Hematologów i Transfuzjologów. W kręgu jego zainteresowań znajdują się techniki związane z tworzeniem nowych rodzajów szczepionek, nowoczesne metody zwalczania chorób nowotworowych oparte o immunoterapię adoptywną oraz leczenie nowotworów z użyciem komórek CAR-T. Wykłada w Collegium Medicum Uniwersytetu Jana Kochanowskiego. Jest fanem Jean’a Michela Jarre’a. Fascynuje się także nowymi technologiami. Uwielbia podróże i jeśli tylko jest okazja bierze plecak i w rusza w drogę.

STREFA WEEKENDOWA RADIA KIELCE