В-клетки иммунной системы играют решающую роль в защите от патогенов; когда они обнаруживают такого злоумышленника, они вырабатывают антитела, которые помогают бороться с противником. Они одновременно и постоянно улучшают эти молекулы, чтобы более точно распознавать патогены. Группа ученых при участии Центра исследований инфекций им. Гельмгольца (HZI) обнаружила, что во время этого процесса клетки сами могут продвигать свою собственную эволюцию, увеличивая давление отбора за счет ранее продуцируемых антител. Результаты также важны для разработки новых стратегий вакцинации.
Принцип эволюции означает конкуренцию за ограниченные ресурсы и реакцию на изменяющиеся условия окружающей среды. Это давление отбора фактически создается самими В-клетками; они подвергаются циклу оптимизации в лимфатическом узле, процесс, в котором выживают лишь немногие из них, т.е.е. конкретные клетки, которые способны производить "лучше" молекулы антител по сравнению с теми, которые уже существуют в организме. Качество этих антител проверяется в лимфатических узлах, и только те клетки, которые могут проявить себя здесь, получают сигналы от других иммунных клеток, которые обеспечивают их выживание.
Каждая В-клетка несет на своей поверхности определенную защитную молекулу. Он распознает определенные структуры патогенов – так называемые антигены – подобно тому, как ключ помещается в один конкретный замок. Эта молекула, кроме того, производится в определенной форме, которая не остается на поверхности клетки; скорее, он путешествует с кровью и лимфой по всему телу. Если антитело встречает антиген, оно либо связывает его, чтобы нейтрализовать его, либо посылает сигнал тревоги другим игрокам в иммунной системе.
В начале заражения есть, образно говоря, несколько ключей, которые еще не подходят должным образом. Это изменяется в ходе процесса, который иммунологи называют "соматическая гипермутация": В-клетки мутируют те генные сегменты, которые определяют структуру как поверхностной молекулы, так и растворимого варианта, тем самым влияя на то, насколько сильно антитела прикрепляются к патогенам. Те клетки, в которых увеличивается оптимальная посадка ключа, выживают и размножаются. Затем они производят желаемую молекулу в больших количествах и, таким образом, помогают нам снова стать здоровыми.
Но как иммунные клетки узнают, что они на правильном пути с этим произвольным процессом мутации?.е. что ключ будет лучше подходить позже? Ученые из Англии, Германии и Швейцарии теперь смогли совместно ответить на этот вопрос в рамках совместного проекта доктора. Кай-Майкл Тоеллнер, Бирмингемский университет, и проф. Михаэль Мейер-Херманн, заведующий отделением системной иммунологии. Они опубликовали свои выводы в известном журнале экспериментальной медицины. Мейер-Германн использует математические модели для более полного и быстрого понимания болезней. "Системная иммунология позволяет нам за короткое время смоделировать множество экспериментальных условий," он описывает свою область знаний. С помощью такого математического моделирования, за которым последовали экспериментальные исследования, исследователи обнаружили, что продуценты антител продвигают свою собственную эволюцию, что, без сомнения, представляет собой согласование с огромным давлением отбора, которому мы подвержены из-за постоянной угрозы со стороны патогенов.
Стадия этого процесса – так называемые зародышевые центры в лимфатических узлах. Здесь созревающие В-клетки сталкиваются с антигенами. Результаты исследователей предполагают, что завершенные антитела из всех зародышевых центров снова появляются в местах производства антител и связываются там с фрагментами патогенов. Таким образом, они представляют собой конкуренцию за те клетки, которые все еще находятся в процессе совершенствования оптимального соответствия своих поверхностных молекул. Когда-то иммунные клетки с их "поверхностный ключ" могут связываться с "антигенные замки" легче, чем готовые антитела, они получают сигналы выживания, и их ключевая форма утверждает себя.
"Это «выживание наиболее приспособленных», как ранее описал Чарльз Дарвин на молекулярном уровне," сравнивает Meyer-Hermann. Исследования на мышах могли быть подтверждены компьютерным моделированием только при условии, что В-клетки конкурируют со своими собственными продуктами, а именно с антителами, за право связываться с антигенами.
Этот поразительный механизм может в будущем улучшить обычные методы вакцинации. "Вероятно, что пациентам можно было бы вводить, помимо вакцины, достаточно сильносвязывающие антитела," объясняет Мейер-Германн. "Наши модели, построенные на компьютере, предполагают, что этот метод ускоряет процесс определения оптимальных антител." Ученые подозревают, что добавление антител манипулирует реакцией на вакцинацию, поскольку новые антитела теперь конкурируют с введенными извне молекулами. Таким образом, условия для отбора усиливаются, и В-клетки реагируют на более раннюю выработку оптимальных антител. В результате вакцинация начинает действовать быстрее.