«Пароль жизни»

Григорий Гуревич Пароль жизни

В одном советском романе описан такой эпизод.

Юноша — будущий врач — перевязывает мальчика-пастуха, попавшего под поезд. Вокруг в молчании стоят растерявшиеся свидетели. И когда наложен жгут, кровотечение остановлено, один из них подает юноше отрезанную ногу. Может быть, он думает, что и ногу надо прибинтовать. Юноша отталкивает его с раздражением. Экий чудак — дожил до седых волос, а не знает, что оторванную ногу нельзя приставить.

Почему же нельзя приставить?

В самом деле, почему?

Наивный вопрос?

К сожалению, есть еще простейшие на первый взгляд вопросы, на которые не могут ответить все ученые мира.

Поговорим об одном из них.

Я свой!

Вопрос такой: почему ворон ворону глаз не выклюет? Как отличает он, ворон, друга от врага? Как отличает муравей муравья-соплеменника от муравья-грабителя? Почему клетки в теле человека не поедают друг друга?

Мы, люди, видим глазами, узнаем знакомых по внешности, по голосу, по походке. А в ночной тишине, заслышав потрескивание сучков, часовой, кидает во тьму: «Стой, кто идет? Пароль?»

Щебет птичек в листве — это тоже пароль. И соловьиная трель — пароль своего рода. И писк птенцов в траве — пароль. Птицы узнают друзей по голосу, собаки — по запаху. Зрительная память у собаки не так сильна, пес может облаять знакомого человека, но, принюхавшись, успокоится. Есть пароль и у муравьев, охраняющих вход в муравейник, Ученые проделали такой опыт: выкупали муравья в соке чужих — обитателей другого муравейника. И беднягу не пустили в родной муравейник, сторожа растерзали его.

Животные — существа сложные, у них имеются органы чувств: если не глаза, так нос, не нос, так уши… А как отличают друзей от врагов существа примитивные, одноклеточные или, больше того, отдельные клетки организма?

Ближайший пример — наша кровь. Она густо населена. 25 триллионов красных шариков путешествуют по сосудам, разнося кислород. 25 триллионов! На всем земном шаре жителей в десять тысяч раз меньше, чем таких «почтальонов» в теле одного человека.

Тут же и охрана, «милиция» крови — белые кровяные шарики — лейкоциты. Это разновидность мечниковских фагоцитов. Они зорко следят за порядком, и как только появится чужак — вредоносная бактерия, — лейкоциты устремляются к ней, обволакивают и переваривают. Примерно также обволакивает и переваривает свою добычу амеба. Лейкоциты отчасти похожи на амеб. Недаром в прошлом веке до Мечникова их считали паразитами крови.

У лейкоцитов (и у амеб) нет ни глаз, ни ушей. Лейкоциты плавают в крови, с нервами не соприкасаются, стало быть, не могут получать от них непосредственных приказов. И тем не менее они совершают сложные действия — фиксируют, заглатывают… И, что самое важное, редко ошибаются, кого надо глотать. Часами толкаются они среди красных шариков, не пытаясь проглотить ни одного, но безжалостно набрасываются на всякого чужака.

Как же они отличают чужих? Точного ответа, к сожалению, пока дать нельзя. Можно только констатировать факт: лейкоциты отличают. Красные шарики, снующие с грузом, как будто знают какой-то пароль. Они как бы кричат на бегу: «Я свой, не трогай!» А чужая, проникшая в кровь бактерия в большинстве случаев пароля не знает, и «патруль» лейкоцитов разоблачает ее, задерживает и уничтожает.

Лишенные пароля

Пожалуй, пароль нужен не только красным шарикам. Без него не обойдутся и стенки сосудов и клетки тканей. Ведь иначе лейкоциты спутают их с бактериями.

Могут ли лейкоциты переваривать свои клетки?

Да, могут и на самом деле иногда переваривают.

Красные кровяные шарики недолговечны: у человека, например, они живут три-четыре месяца, а затем идут на слом, образно говоря, «на переплавку». В этой переплавке участвуют те же лейкоциты — поедая и переваривая отжившие клетки.

Стало быть, у отработанного, ненужного более красного шарика организм каким-то способом отбирает пароль, а лишенный пароля становится беззащитным, его поедают в родном доме.

Есть животные, которые проходят в течение жизни метаморфоз (например, гусеница превращается в куколку, потом в бабочку). При метаморфозе некоторые органы становятся впоследствии лишними. Мечников и Ковалевский высказали обоснованное утверждение, что они поедаются фагоцитами. Все это говорит о том, что организм не только снабжает клетки паролем, но и умеет отнимать пароль, когда требуется. Вот еще один пример, но уже из другой области. Речь идет о голодании.

Опыты показывают, что животные при голодании могут потерять около половины веса, причем потеря происходит довольно равномерно (во времени). Здесь имеет место не только болезненное разрушение тканей, но главным образом питание организма за счет резервов.

Животное умирает, когда вес уменьшается вдвое, но при этом количество различных веществ в органах уменьшается по-разному. Жиры, например, исчезают почти полностью — до 97 %. По-разному теряют в весе и различные органы: печень — 53 %, мышцы — 30 %, легкие — 18 %, а сердце и мозг — меньше 4 % первоначального веса. Даже при длительном голодании организм до самого конца охраняет свой штаб — центральную нервную систему.

Пожалуй, без пароля, без целесообразной раздачи его не осуществишь такого расчетливого расходования материала.

О токсинах, вирусах и гипсовых масках

Пароль нужен как самым примитивным, так и самым высокоорганизованным живым существам. Ни одно многоклеточное животное минуты не проживет без пароля. Ведь клетки тела питаются, всасывая пищу поверхностью. Лиши их пароля, они будут, возможно, уничтожать друг друга.

Впрочем, если вдуматься, пароль нужен и внутри каждой клетки. Допустим, клетка (амеба для примера) проглотила какого-нибудь микроба. Надо его переварить, расщепить его белки. Но тут же рядом свои собственные белки. Почему же пищеварительные ферменты расщепляют белки пищи и не трогают свои собственные? Выходит, что пароль нужен каждой белковой молекуле.

Пароль нужен каждой белковой молекуле, и каждая молекула, не имеющая пароля, подвергается нападению.

Лейкоциты не снисходят до погони за такой мелочью, как молекула. Для борьбы с чужеродными молекулами, например, токсинами (ядами), у организма есть особая система защиты — армия антител. Это особые белковые вещества, которые вырабатываются при чужеродном вторжений. Считают, что антитела несут на себе зеркальный отпечаток, слепок молекулярного рисунка токсина. Антитело можно представить себе как гипсовую маску, намордник для токсина. Антитело, слипаясь с токсином, как бы надевает этот намордник на врата. Токсин уже не может «кусаться», то есть отравлять организм.

Антитела сражаются не только против токсинов, но и против вирусов. Правда, способ действия их здесь другой. Но как бы то ни было, вновь подтверждается, что каждый, даже мельчайший микроорганизм, больше того, каждая молекула, не имеющая пароля, распознается организмом, фиксируется и обезвреживается с помощью лейкоцитов, антител или другими путями.

Когда пароль вреден

Нет худа без добра, гласит старая пословица. Но, к сожалению, в природе нет и добра без худа. Бывают обстоятельства, когда тонкий механизм пароля мешает врачам и вредит больным.

Упрямый пароль мешает, например, пересадке органов. Только из-за биологического пароля современные медики не могут заменить больному отжившую почку или раздавленную ногу, вставить новое сердце. То есть заменить почку можно, можно сшить сосуды и даже нервы. Чужая почка прирастает, даже начинает очищать кровь. Но одновременно вступает в действие и система борьбы с чужеродным, не знающим пароля телом. Против белков чужой почки штампуются антитела, чужая почка, блокируется и отторгается.

Это и называется в науке несовместимостью.

Только в редких случаях удавалось преодолевать несовместимость. У однояйцевого близнеца прижилась почка, взятая у его брата. Видимо, у этих людей с одинаковой наследственностью одинаков был и пароль. Удалась пересадка костного мозга людям, чей костный мозг был поражен лучевой болезнью. В этом случае вышел из строя орган, вырабатывающий антитела, подавлена была вся система обороны организма, он не мог сопротивляться микробам и вирусам, не мог сопротивляться и благодетельному вмешательству хирургов.

О несовместимости идут в науке большие споры. Некоторые считают, что несовместимость очень строга, все принадлежащее чужому телу несовместимо, даже своя собственная оторванная рука становится несовместимой через несколько часов. В опытах кандидата наук Петровой собакам отрезали, а потом приставляли обратно лапы. Лапы приросли у всех собак, которым приставили их собственные конечности, и не приросли у всех тех, которым их поменяли.

Но есть и другая точка зрения. Хирург Демихов не считает несовместимость такой уж непреодолимой. Он полагает, что разные органы по-разному относятся к несовместимости: почки — один из самых нетерпимых органов, сердце и легкие гораздо терпимее. Демихову удавалось сращивать двух собак, пересаживать на шею взрослой голову щенка. Правда, такое животное жило очень недолго, оно неизменно погибало.

Наука упорно борется сейчас с несговорчивой несовместимостью. Со временем она победит ее, и тогда…

Тогда инвалидам можно будет приживлять руки и ноги, тогда можно будет вставлять больным почки, желудки, сердца, легкие, взятые у трупов.

Главное препятствие, стоящее на пути ко всем этим чудесам, — пароль. Надо разгадать его и научиться раздавать по своему усмотрению. А это значит, нужно расшифровать химическую сущность отличий своего от чужого, научиться изменять структуру белков и полисахаридов, делать их совместимыми.

Глухие разбойники

К чему приведет утрата пароля? К рассасыванию-клетки, ткани или органа. Возможно, что преждевременная седина — это ранняя утрата пароля. Но человек седеет в молодости от горя, испуга, нервного потрясения. Видимо, паролем распоряжаются и нервы.

Утрата пароля отдельной клеткой приведет к ее исчезновению, потеря для организма неприметная. Но бывают болезни, которые сопровождаются атрофией целых органов. Такие процессы иногда связаны с болезнью спинного мозга. Лишнее доказательство, что паролем распоряжается нервная система.

А что произойдет, если какие-нибудь клетки, сами не потеряв пароля, перестанут его различать? Пожалуй, такие клетки будут подобны обезумевшему часовому, стреляющему в своих.

Забывшие пароль лейкоциты стали бы уничтожать и чужих и своих: и бактерии и красные кровяные шарики. К счастью, такие болезни не наблюдаются. Лейкоциты очень недолговечны. Даже если некоторые из них и забыли бы пароль, они сами погибли бы, не успев навредить.

Однако есть болезнь, где можно подозревать, что клетки забыли пароль. Такие, глухие к паролю клетки кожи, желудка, пищевода начинают расти и размножаться за счет соседних тканей, так или иначе повреждают мышцы, нервы, сосуды, расползаются по всему телу, создавая разбойничьи колонии. Но хуже всего, если эти клетки-изменники, клетки-предатели сами сохраняют пароль. А организм, считая их своими, не вышлет отряды лейкоцитов, не начнет изготовлять достаточное количество антител. Такая картина очень похожа на рак.

Проблема рака — одна из самых сложных и самых неотложных в современной медицине. Сложна она потому, что под общим именем рака известны болезни разных органов, и потому, что, возможно, происхождение этих болезней различное. Ученые все еще спорят о причине рака. Одни говорят: рак — болезнь вирусная, другие считают, что рак вызывают особые химические вещества. Отнюдь не надеясь решить этот спор, мы можем только заметить, что «глухота к паролю» по своим проявлениям, вероятно, похожа на рак.

Между прочим, при бурно развивающемся раке в крови человека нет или почти нет антител. Видимо, действительно раковые клетки не утратили пароля, воспринимаются как свои; организм в данном случае не оказывает им действенного сопротивления.

Что если бы мы сами, по своему усмотрению могли отбирать пароль у раковых клеток! Другими словами: нельзя ли сделать раковые клетки более «чужеродными» для организма в расчете на то, что тогда организм не будет уже принимать их за друзей? Быть может, стоит только отобрать пароль, и организм сам сумеет справиться с опухолью, антитела блокируют ее, лейкоциты будут уничтожать клетки, из которых она состоит.

Укравшие тайну

Отобрать пароль! Но его еще надо подслушать, выведать, изучить.

…«Выполнимо ли?» Перед каждым исследователем, перед каждым изобретателем встает прежде всего этот вопрос.

А потом возникает и второй: «Если задача выполнима, почему никто не решил ее до сих пор? Людей на свете много, умных голов достаточно. Должен был кто-нибудь додуматься».

Изобретатель спешит за справкой в Бюро патентов, ученый перелистывает библиографические справочники, обзоры, каталоги. Вот намеки, вот указания, вот мысль почти высказана.

Для ученых-биологов есть еще один каталог, своеобразное бюро патентов природы. Жизнь на Земле существует не менее миллиарда лет, за это время в процессе естественного отбора выработалось столько форм, столько приспособлений!

Подслушивание пароля? Может быть, есть существа, которые умеют подслушивать? Не связан ли с подслушиванием пароля симбиоз — сожительство разных видов? Есть организмы, которые мирно сосуществуют и извлекают из этого пользу. Так, на корнях многих деревьев и кустарников живут особые грибки — микориза, на корнях бобовых растений — клубеньковые бактерии, добывающие азот из воздуха. Впрочем, это примеры малоподходящие. Ведь у растений нет антител и нет лейкоцитов.

А в кишках у человека живет кишечная палочка. Почему она не переваривается там? Не умеют ли эти бактерии подслушивать пароль? А может быть, они просто нечувствительны к пищеварительным сокам, как и возбудители брюшного тифа, как холерные вибрионы?

А может быть, пароль подслушивают и используют некоторые микробы острозаразных, смертельно опасных болезней? Почему организм так худо сопротивляется, когда его настигает такая болезнь?

Это подозрение, как оказалось, оправдано. Действительно, изучая чумную палочку, советские ученые установили, что эта бактерия химически сходна с красными кровяными шариками. Так вот в чем одна из причин вредоносности чумы! Чумная палочка — это волк в овечьей шкуре. Как бы притворившись красным шариком, чума делает свое черное дело, а лейкоциты — безглазые сторожа — первое время почти не замечают ее. Только через некоторое время, иногда уже с непоправимым опозданием, защитные средства организма вступают в дело. Биологи давно знают мимикрию — подражание во внешности — насекомых, похожих на сучки, листья. Там подражание внешнее, зрительное. Здесь же мы сталкиваемся с мимикрией химической.

Сто тысяч «почему»

Итак, с проблемой пароля связаны самые различные разделы медицины. Настоятельно нужно подчинить пароль науке. Отберите пароль у чумной палочки — и, вероятно, легче будет бороться с этой болезнью. Отберите пароль у раковой опухоли — и, может быть, откроются пути для разработки новых методов лечения рака. Снабдите паролем взятые у трупов кусочки кожи, руки, сердца, почки — и осуществятся чудеса хирургии.

Вот какие любопытные выводы получились у нас из одного-единственного вопроса: «Почему клетки тела не едят друг друга?»

Этот вопрос мог показаться наивным несколько лет назад, сейчас он стал научным. От его решения зависит проблема пересадки органов. Он связан с проблемой рака. Сто тысяч подобных «почему» можно задавать сейчас в биологии.

От таких вопросов легко отмахнуться, ответить куда труднее. Но когда ответы будут получены, осуществятся мечты, которые сейчас кажутся нам фантастическими: инвалиды получат потерянные ноги, руки; старики — новые сердца; уменьшится число болезней; у старости будут отвоеваны десятилетия продуктивной и радостной жизни.

Вместо послесловия

Комментарии ученого

Значение научно-фантастического романа, рассказа или очерка несомненно. Писатели-фантасты, как мне кажется, выполняют две важные задачи. Во-первых, они популяризируют уже признанную проблематику науки, и, во-вторых, они побуждают смелее ставить новые проблемы, дальше заглядывать в будущее.

Статья Г. И. Гуревича представляет интерес в определенной мере и в том и в другом аспекте. Он поставил перед собою цель публицистически заострить один из важных вопросов современной медицинской биологии. Речь идет о проблеме несовместимости клеток и тканей в широком смысле слова.

Имеют ли под собою научную почву мысли автора «о пароле жизни»? На этот вопрос в целом следует ответить положительно. Конечно, слово «пароль» не следует понимать буквально. Клетки одного и того же организма существуют и функционируют совместно не потому, что они имеют «пароль» в принятом смысле слова, а потому, в частности, что они обладают значительной степенью сходства химических структур, входящих в состав этих клеток. Кроме того, при внутриутробном развитии совершается процесс вэаимоприспособления клеток, имеющих те или иные химические отличия. Это явление названо чешскими учеными «иммунологическим сближением». Клетки разных видов отличаются друг от друга благодаря тому, что их антигенная структура обладает гораздо большими различиями. Антигены — это химические вещества, входящие в состав протоплазмы и клеточного ядра и обязательно связанные с белком. Все клетки каждого данного организма обладают общим видовым антигеном. Естественно, что против этих клеток в организме не вырабатываются антитела (противоядия). Но если этот же видовой антиген каким-либо путем ввести в организм животных другого вида, то против него вырабатываются антитела, что способствует, в частности, оживлению деятельности лейкоцитов. При этом животные приобретают настоящий иммунитет к клеткам, обладающим таким чужеродным антигеном.

Таким образом, действительно организм высших животных тонко различает свои и чужие клетки, свои и чужие белковые и связанные с ними тела. Мне кажется, правда, что обозначать эти различия словом «пароль» не совсем точно. Лучше было бы говорить о метке. Подобно тому, как некоторые радиоактивные атомы мы называем мечеными, так и клетки можно называть мечеными благодаря наличию в них строго определенных антигенов. Однако термин «пароль» дает некоторое преимущество автору при его фантастических, в хорошем смысле этого слова, построениях. В самом деле, «пароль» можно отнимать или, наоборот, давать, и это позволяет автору высказывать далеко забегающие вперед предположения.

Читатель, однако, должен отчетливо представлять себе, что антигены, с помощью которых клетки одного организма отличаются от клеток другого, в подавляющем большинстве случаев нельзя произвольно уничтожать или, наоборот, придавать клетке при ее жизни. До сих пор это осуществлено в полной мере только для некоторых бактерий, у которых открыто явление так называемой трансформации. (Об этом подробно рассказывается в статье «Микроорганизмы и наследственность» №№ 8,9, 1959 г.) Напомним, что при трансформации у определенной разновидности пневмококков (II тип) появляется новый полисахаридный антиген, специфичный для другой разновидности пневмококков (III типа). Как известно, такой перенос антигенов с одного микроба на другой осуществляется с помощью дезоксирибонуклеиновой кислоты (в данном случае взятой от пневмококнов III типа). Вновь приобретенные антигены при этом передаются по наследству. Наследственные и ненаследственные изменения антигенной структуры клеток достигаются также с помощью воздействия рентгеновских лучей. Можно, привести еще несколько примеров изменения антигенной структуры в условиях эксперимента, но и только. Изменять «пароль», или, точнее говоря, антигенную метку, очень трудно.

Несколько слов о трактовках автора, связанных с приложением общего принципа «пароля» (метки) к конкретным случаям. Еще Мечников и Ковалевский установили, что промежуточные зачатки в эмбриональном развитии холоднокровных уничтожаются фагоцитами по миновании надобности. В Институте экспериментальной биологии АМН СССР имеется специальная лаборатория, которая изучает изменения антигенной структуры клеток в процессе индивидуального развития. Было установлено, что антигенные метки действительно меняются в ходе этого развития и, таким образом, создаются возможности для организма отличать нужные клетки от ненужных, так сказать, отработавших свое в процессе создания тканевых структур, составляющих основу органов у взрослого животного. Более сомнительным кажется нам распространение принципа «пароля» (метки) на неравномерное использование резервов при голодании, Это показывает лишь, что стремлением подвести много конкретных явлений под один общий принцип нельзя злоупотреблять, и такого рода обобщения, конечно, допустимы только в научной фантастике.

В разделе «Когда пароль вреден» автор в оригинальной форме излагает общие основы и перспективы изучения несовместимости тканей. Действительно, принцип «пароля» (метки) применим здесь более чем где-либо.

Менее четко автор распространяет принцип «пароля» на злокачественные опухоли. Правда, в настоящее время установлено, что раковые клетки в процессе их превращения из нормальных теряют ряд антигенов и в то же время приобретают новые. Это отчасти объясняет, почему они ведут себя иначе, чем нормальные. Но почему против них слабо вырабатывается иммунитет — это требует еще объяснения.

В свое время в Институте экспериментальной биологии АМН СССР было высказано предположение, что дело здесь в слабой «чужеродности» этих клеток. Ведь они в конечном счете происходят из нормальных и являются порождением того же самого организма. В соответствии с этим в 1956 году на 10-й сессии Академии медицинских наук было внесено предложение разрабатывать методы искусственного повышения чужеродности раковых клеток с целью получения материала для «иммунизации» организма против распространения раковых клеток из первичного очага. Большое количество экспериментальных работ, выполненных после этого, показало, что намеченный путь является перспективным. Однако повышение «чужеродности» раковых клеток в культуре тканей или при прививке животным встречает огромные методические трудности. Будем надеяться, что они будут преодолены.

Автор остроумно называет химической мимикрией антигенное сходство чумного микроба и эритроцитов человека. Следовало бы упомянуть, что такое же сходство имеет место у пневмококка XIV типа, сибиреязвенного микроба и некоторых других микроорганизмов. Однако слишком обобщать и в данном случае нельзя, так как существуют очень вирулентные микробы, у которых тем не менее отсутствуют антигенные метки, общие с организмом человека.

Хочется еще раз повторить, что выступления писателей на животрепещущие темы современной науки очень полезны.

Несколько слов о форме таких произведений.

Литературная форма, использованная Г. И. Гуревичем, дающая выигрыш в доходчивости, проигрывает в точности определения понятий. Но наш читатель, конечно, поймет, что, например, клетки человеческого тела не могут «прислушиваться», «безжалостно набрасываться», «ошибаться». Они только части целого, И каждая категория клеток выполняет в организме определенную, но ограниченную роль. В биологии принято только о целостном организме говорить так, как это говорит автор о его отдельных клетках.

В наше время наука не есть достояние узкого круга специально подготовленных людей. Даже повседневная деятельность на производстве и в быту все больше приобретает, если можно так сказать, научный характер. Наука все глубже внедряется в жизнь, а жизнь вторгается в науку.

Советская биология стоит на пороге новых достижений. Разрешение проблемы рака, разработка вопросов космической биологии, расшифровка механизмов наследственности — все это будет достигнуто тем скорее, чем больше вопросы биологии будут находиться в центре внимания общественности.

Действительный член АМН СССР Н. Н. Жуков-Вережников.

Оглавление