Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 26. Імунітет як засіб збереження гомеостазу

Поміркуйте

  • Що таке фагоцитоз? Які функції в організмі людини виконують лейкоцити?

Згадайте

  • Імунітет
  • Фагоцитоз
  • Антитіла
  • Антигени

Імунна регуляція

До регуляторних систем, що забезпечують внутрішню сталість організму, належить також імунна система. Імунітет є здатністю організму відрізняти чужорідний біологічний матеріал від свого та нейтралізувати цей матеріал. Імунна система усуває чужорідні речовини, віруси і бактерії, що проникли в організм. Також імунна система підтримує життєдіяльність організму шляхом виведення власних мутантних або зношених клітин, білків, що відробили своє, та токсичних речовин.

Розрізняють неспецифічний і специфічний види імунітету. Неспецифічний імунітет спрямований проти широкого спектра чужорідних агентів. Специфічний імунітет передбачає виробництво спеціалізованих систем нейтралізації — такими є антитіла, які розпізнають конкретні антигени.

Неспецифічні захисні бар'єри

Першими на шляху чужорідних агентів постають фізіологічні бар'єри організму — шкіра, слизові оболонки, кутикула, панцири тощо. Щільний шар епітеліальних клітин шкіри є механічною перешкодою, яка не дозволяє бактеріям і вірусам проникнути всередину організму. До того ж кисла реакція поверхні шкіри несприятлива для більшості мікроорганізмів. Твердий зовнішній кістяк, такий як панцир, також перешкоджає інвазії чужорідного матеріалу. Слиз, що покриває тіло багатьох кишковопорожнинних, кільчастих червів, молюсків, затримує й знищує патогенні мікроорганізми. Зовнішні слизові оболонки людини виділяють лізоцим — речовину, що знищує бактерій. Широко відома й бактерицидна дія шлункового соку, який має дуже кислу реакцію.

У разі порушення цілісності цих бар'єрів проти чужорідного тіла діє ціла низка клітинних і гуморальних захисних механізмів: загоєння ран, фагоцитоз патогену, його інкапсулювання. Окремим видом підтримки гомеостазу є зсідання крові.

Загоєння ран та зсідання крові

Загоєння ран запобігає втраті організмом життєво важливих рідин (крові, гемолімфи тощо). У безхребетних рани «закриваються» шляхом скорочення м'язів, випинання жирового тіла, зсідання плазми, утворення тромбу з клітин крові. У загоєнні ран беруть участь спеціальні гемостатичні клітини. У хребетних тварин під час пошкодження кровоносних судин активізується система зсідання крові. У результаті каскаду реакцій утворюється тромб із білка фібрину, який затягує рану.

Мал. 26.1. Процеси, що відбуваються в місці запалення

Запальний процес

Універсальною і неспецифічною захисною реакцією організму на дію різних патогенів є запалення. Запальний процес виникає під час проникнення чужорідних агентів (механічних, хімічних, біологічних) у підшкірний або підслизовий шар.

На початку запального процесу в місці пошкодження розширюються капіляри і посилюється кровоток, тому місце запалення червоніє. Проникність капілярів збільшується, і в пошкоджену тканину з плазми крові виходять фагоцити. Розвивається процес поглинання мікробів клітинами-макрофагами — фагоцитоз (мал. 26.1). Поглинаючи чужорідні тіла й пошкоджені клітини, фагоцити гинуть у великих кількостях, перетворюючись на гній.

Крім того, до місця запалення надходять лейкоцити та фізіологічно активні речовини, які теж беруть участь у знищенні патогену, а також сприяють виникненню набряку (гістамін).

Специфічний імунітет хребетних

У відповідь на вплив певного стороннього агента (антигена) в організмі утворюються специфічні антитіла, що забезпечують специфічний імунітет. Еволюційно він з'явився у хребетних і є відмінною рисою їхньої імунної системи. Головними клітинами, що відповідають за специфічний імунітет, є лімфоцити. (Докладніше див. § 56.)

РНК-інтерференція та антивірусний імунітет

Система РНК-інтерференції є важливою частиною внутрішньоклітинної імунної відповіді на віруси й інший чужорідний генетичний матеріал. Суть її полягає в пригніченні експресії гена за допомогою малих молекул РНК.

Дізнайтеся більше

Антивірусний імунітет бактерій. CRISPR

Останнім часом активно досліджують нещодавно відкриту систему імунітету в бактерій і архей. Імунну відповідь забезпечують спеціальні РНК, гени яких розташовані в локусах, що одержали назву CRISPR. Локуси CRISPRскладаються з численних повторів, між якими є проміжки — спейсери. Послідовність нуклеотидів кожного спейсера відповідає послідовності ділянки ДНК певного вірусу. Тобто набір спейсерів — це «бібліотека» різноманітних вірусних «міток». У безпосередній близькості від локусів CRISPR є гени білків, які називають Cas. Білки Cas — це нуклеази.

На спейсерах безперервно транскрибуються різноманітні молекули РНК. З ними з'єднуються білки Cas. Ці комплекси плавають у цитоплазмі, «патрулюючи» її. Якщо в клітину потрапляє вірусна ДНК, то її розпізнає відповідна РНК і приєднується до неї, а нуклеаза Casрозщеплює цю чужорідну ДНК. Систему CRISPR-Cas сьогодні активно використовують для редагування геному. Можна штучно синтезувати будь-яку послідовність РНК і ввести її в певну клітину в комплексі з нуклеазою Cas. І тоді нуклеаза «розріже» відповідну ділянку геному. Так можна «вирізати» шкідливу мутацію й вилікувати організм від спадкового захворювання.

Малі інтерферуючі РНК у комплексі з ферментом ендонуклеазою зв'язуються зі специфічною мішенню — комплементарною ділянкою ДНК або РНК (наприклад, вірусною). Після зв'язування нуклеаза розщеплює вірусну ДНК або РНК, таким чином руйнуючи її.

Для багатьох організмів — найпростіших, молюсків, черв'яків, комах, рослин — цей феномен є одним з основних способів імунного захисту проти вірусів.

Ключова ідея

Механізми імунітету спрямовані на підтримання сталості внутрішнього середовища організму й можуть бути віднесені до явищ гомеостазу.

Запитання та завдання

1. Опишіть різноманіття видів неспецифічного імунітету. 2. Чи є реакція запалення шкідливою? Поясніть. 3. Як можна використовувати систему CRISPR задля медичних цілей?