Режим новых открытий

За последнее десятилетие мы поняли, что микробы оказывают сильное влияние на формирование приобретенной иммунной системы. Вот что интересно: теперь есть, по крайней мере, три случая, которые идентифицируют определенных микробов или их продукты как критически важные для формирования иммунной системы. Это говорит о том, что в будущем мы сможем использовать эти знания, чтобы попытаться сформировать иммунные ответы.

Первый серьезный скачок в наших знаниях о влиянии микробов на Т-клетки произошел в 2005 году, когда доктора Саркис Мазманян и Деннис Каспер показали, что распространенный кишечный микроб Bacteroides fragilis (B. Fragilis) может восстанавливать соотношение Т-клеток. B. Fragilis влияет на соотношение сбалансированных элементов иммунной системы (так называемый баланс Th1 /Th2), что имеет решающее значение для нормального иммунного ответа. У стерильных животных увеличивается количество Th2-клеток (которые усиливают аллергические реакции), и благодаря колонизации этих животных B. Fragilis соотношение Т-клеток становится нормальным. Еще более удивительно то, что одна из поверхностных молекул микроба, капсульный полисахарид, называемый полисахаридом A (PSA), – сахар на внешней стороне бактерии – может сам восстанавливать баланс Т-клеток. Когда исследователи колонизировали мышей B. Fragilis без PSA, им не удалось восстановить дефект Т-клеток Отсюда следует, что одна эта молекула может правильно сбалансировать иммунную систему. Нам известно, что PSA запускает процесс производства IL-10 (интерлейкин 10) – одного из важнейших противовоспалительных цитокинов, которые снимают чрезмерную воспалительную реакцию. Например, PSA может защитить от экспериментального колита, заболевания, сходного с ВЗК, путем уменьшения воспаления кишечника посредством реакции Т-клеток. Эти выводы стали результатом изменения парадигмы иммунологии, поскольку они идентифицировали определенный микроб и молекулу, которую он производит, влияющую на функции Т-клеток. Так была обнаружена первая связь между микробами и приобретенной иммунной системой.

Около 2006 года в этой области произошел еще один шаг вперед, о котором мы говорили с доктором Дэном Литтманом, профессором молекулярной иммунологии на кафедре патологии и кафедре микробиологии Нью-Йоркского университета. Все случилось, когда постдокторант в лаборатории доктора Литтмана, Ивайло Иванов, изучал недавно обнаруженные клетки Th17. Выяснилось, что эти клетки играют решающую роль в развитии воспаления, особенно при аутоиммунных заболеваниях. Они участвуют в иммунном ответе и составляют от 30 до 40 % Т-клеток в кишечнике. У стерильных животных отсутствовали клетки Th17 (одновременно в трех группах), и никто не знал, что может вызвать их образование.

У Иванова было предчувствие, что микробы могут влиять на клетки Th17, так как эти клетки особенно распространены в кишечнике. Чтобы проверить свою гипотезу, он лечил своих мышей различными антибиотиками и успешно продемонстрировал, что антибиотики могут влиять на уровень Th17-клеток. Разные антибиотики производили разные эффекты, указывая на то, что в эти процессы вовлечен определенный микроб или группа микробов.

Доктор Литтман рассказал, что тогда Иванов сделал еще одно удивительное и совершенно случайное открытие: «Он заметил, что генетически идентичные мыши от двух разных стандартных поставщиков мышей имели очень разные концентрации этих клеток. Разница была в пять-десять раз! Иванов также показал, что, если мышей от одного поставщика содержать вместе с мышами другого, концентрация клеток Th17 изменялась (помните, что мыши копрофаги и обмениваются микробами при поедании фекалий друг друга). Это открытие имело далекоидущие последствия для иммунологов. До этого времени у ученых было обычной практикой заказывать специальную генно-мутированную мышь («нокаутированную мышь») у одного поставщика, а комплементарный штамм без мутации («родительский» штамм) – у другого поставщика, предполагая, что они будут идентичны, за исключением мутации гена мыши. Ученые могли даже сравнивать недавно прибывших специальных мышей с обычными мышами, которые жили в лаборатории в течение многих лет. Предположение Иванова побудило иммунологов разместить мышей в общих клетках, чтобы нормализовать их микробиоту и признать, что микробиом оказывает серьезное влияние на иммунную систему. Его открытие также поставило под сомнение пятьдесят лет развития иммунологии, которая развивалась на основе наблюдений за иммунитетом мыши.

Как только группа Литтмана показала, что микробы участвуют в производстве клеток Th17, начался поиск ответственного за эти изменения микроба. Однако оказалось, что это не так легко сделать. В те дни инструменты для идентификации конкретных микробов находились в зачаточном состоянии и не считались полностью надежными. Чтобы решить проблему, лаборатория Бретта в то время использовала особые последовательности ДНК микробов, соединенные с флуоресцентными зондами, чтобы сделать микробов видимыми под микроскопом. Таким образом исследователи получили общее представление о типах всех присутствующих микробов. Эта техника, возможно, была грубой, но она давала представление об общем микробном составе.

Бретт никогда не забудет тот день, когда взволнованный доктор Литтман позвонил ему и попросил помочь определить микроба-виновника. Лаборатория Литтмана пометила микробов. У животных, содержащих клетки Th17, они смогли разглядеть длинных и тощих сегментированных микробов, которых не было у тех животных, у которых отсутствовали клетки Th17. Еще в 2000 году лаборатория Finlay изучала кроликов, которые переносили эти сегментированные нитчатые бактерии (СНБ) и были при этом более устойчивыми к патогенным инфекциям кишечной палочки. Однако ученым ничего не оставалось, кроме как смотреть на них под мощными микроскопами. Итак, теперь ученые закатали рукава коллективного лабораторного халата и доказали, что, да, эти СНБ, по-видимому, связаны с производством клеток Th17. Микробы были разными у животных, продуцирующих Th17, и Th17-недостаточных.

Год спустя Иванов и Литтман вместе с доктором Кенией Хонда доказали, что СФБ отвечают за выработку клеток Th17 и что они прячутся в слизи, в тесном контакте с нижележащими эпителиальными клетками в тонкой кишке. Этих микробов теперь выращивают в лабораториях по всему миру. Вот-вот начнутся интенсивные исследования, которые помогут выяснить, каким именно образом они воздействуют на иммунную систему.

Третья глава в истории о микробиоме/Т-клетках вышла из лаборатории доктора Хонды в Японии в 2011 году. Используя аналогичные методы с мышами без микробов, группа показала, что коллекция микробов (всего 46), принадлежащих к роду Clostridiales, была необходима для правильного баланса клеток Treg. Еще важнее то, что им удалось доказать, что 17 специфических человеческих изолятов (но опять же ни одного штамма) клостридий идентично воздействовали на мышей. Эта группа человеческих микробов в настоящее время рекламируется как потенциальный способ модификации иммунной системы для лечения различных заболеваний, таких как ВЗК и других иммунологических заболеваний.

В совокупности эти три прорыва (а с ними и многие другие) подтверждают, что микробы оказывают сильное влияние на развитие и функционирование Т-клеток (одно из двух основных звеньев приобретенной иммунной системы). Доктор Литтман сказал, что мы переживаем удивительное время и начинаем понимать, как разные бактерии вызывают разные типы иммунных реакций. Мы начинаем обращаться к животным-моделям аутоиммунных заболеваний и видим, что некоторые бактерии могут усиливать и даже вызывать симптомы заболевания. Например, в исследовании по ревматоидному артриту мыши не болели, если их лечили антибиотиками или у них не было микробиоты (они были стерильными). Главная идея заключается в том, что контакт между бактериями и иммунной системой в кишечнике может привести к системным реакциям (во всем организме) через иммунную систему. Это, в свою очередь, может способствовать появлению аутоиммунных заболеваний даже в местах, очень удаленных от кишечника.