Клетки-камикадзе: чем нейтрофилы удивляют ученых
Десятками лет нейтрофилы считались чем-то интересным в естественной науке. Но на самом деле они похожи на суперсолдат нашей иммунной системы.
Каждая капля гноя, которая выжимается из человеческого тела, является подарком для инфекций. Также это "военный мемориал" для тысяч микроскопических "солдат", которые ранее были внутри организма. Это нейтрофилы – устойчивые иммунные клетки, которые миллиардами заполняют кровь. Они – как первая линия обороны – ждут приказа, чтобы быстро отправиться на место поражения или инфекции, пишет Atlantic.
Читайте еще Вакцины от коронавируса способны на большее: большой бизнес и спасение планеты
Штурмовые клетки крови
Возможно, из-за их короткого срока жизни или из-за того, что нейтрофилы – главный ингредиент гноя, но ими долго пренебрегали. На сегодня они являются наиболее распространенными белыми клетками крови.
Нейтрофилы
Разновидность лейкоцитов (белых кровяных телец – 24), составляют 65-70% от их общего количества. Участвуют в защитных реакциях организма человека и позвоночных животных. Имеют в своем составе ферменты, уничтожающие бактерии (фагоцитоз, но после него погибают) и создают антимикробные вещества. При острых инфекционных заболеваниях, число нейтрофилов быстро растет.
Могут существовать даже там, где мало кислорода (включая воспаленные ткани с плохим доступом крови). Они первыми идут в бой и первыми умирают в нем. Ранее биологи так их описывали: "необязательные, заменимые, абсурдно широко распространенные". Более известны "желанием" умереть, чем держать людей живыми.
Что можно найти в потоке крови / Графика Physiopedia
Но это не более, чем неверное описание клетки с суперсилами, и они точно больше, чем обычные "штурмовые войска".
В то время как обычные иммунные клетки медленно перемещаются со скоростью несколько микрометров в минуту, нейтрофилы могут "летать" по сосудам в десять раз быстрее. Они достаточно гибки, чтобы просачиваться сквозь пространство, меньшее их ширины. Именно они могут соединить вместе поврежденные или разорванные ткани и бороться с опухолями. А также вести за собой другие иммунные клетки (к хорошей или плохой судьбе).С другой стороны, есть в нейтрофилов и серьезные недостатки. Они действуют довольно быстро, недостаточно адаптивные, как те же Т-клетки и антитела.
Важная разница
Т-клетки и антитела могут запоминать каждую свою встречу с патогенами и постоянно улучшать свою защитную тактику. А вот нейтрофилы атакуют все, что есть рядом и что они не узнают. Поэтому имеют среди ученых репутацию "клеток без мозгов".
Впрочем, они эволюционировали для радикального решения проблем: охоты на патогены, заживления ран, прокладки путей для роста новых тканей.
Самое страшное оружие иммунной системы
Нейтрофилы, впрочем, способны на один смертельный номер: "разматывать" назад генетический материал, туго связанный в их центре. Далее "спрыскивать" его токсичными белками и соединениями и – невероятно! – извергать в сторону, как смертельное чихание. Это фактически вооружение своей собственной ДНК! Конечный продукт – нейтрофильная клеточная ловушка, или NET (Neutrophil extracellular traps – 24).
Ученые, исследующие эти сети, пытаются избавиться от темной стороны нейтрофилов. Гной – отвратительный плакат, но полезный. Он как бы кричит: "здесь были нейтрофилы, их здесь было много". Они, как правило, являются авангардом, который погибает еще до прихода основных, более развитых клеток. И вот между ними и идет основная битва.
Нейтрофильная сетка / Фото The journal of Immunology
Это интересно Мозг под прицелом коронавируса: сенсационные исследования ученых и этическая дилемма
Когда нейтрофилы достигают места назначения, они присылают сигналы многим другим, пока вся эта сила не заливает ткань лютым, пульсирующим роем. Это лучше всего действует против бактерий, которых выводят за клеточные границы, как нарушителей территории. А там их съедают, одновременно бросая антимикробные "гранаты".
Некоторые считают, что высвобождается только часть ДНК, а другая – сохраняется до следующего раза. Пока это еще не доказанная теория.
Некоторые нейтрофилы после освобождения от своих генетических чертежей еще двигаются дальше. Пытаясь поймать микробов, которые обошли ловушку. Они ползают вокруг, как зомби,
– объясняет Рэйчел Кратофил, аспирантка Кубеса.
Цель – не полная победа, а сдерживание, пока другие делают свою работу, требующую специальных навыков. "Каждый час, когда вы избегаете распространения инфекции на весь организм, это хорошо. Они делают все возможное, чтобы заблокировать", – говорит Кристиан Кон Йост, неонатолог и нейтрофильный биолог из Университета Юты.
Неонатология
Раздел медицины, изучающий младенцев и новорожденных детей. В частности, их развитие, рост, патологии и заболевания. Главная задача – сохранение жизни от 0 до 28 суток. Считается, что этот период является наиболее важным для выживания человека.
Что говорят ученые в области
Десятками лет ученые даже сомневались, действительно ли нейтрофилы иммунные? Есть ученые, которые десятками лет их изучали. Например, Дениза Вагнер, иммунолог из Гарварда. Но и она признает: "никто не думал, что они интересны, все смотрели на антитела, которые были "сексуальными".
Что еще хуже для ученых, их нельзя развести в лаборатории in vitro (в пробирке – 24). Их надо собирать из крови и других телесных жидкостей свежими. И делать это каждый раз, что отпугивает исследователей. Те единицы, которые действительно взялись за изучение нейтрофилов, надели неблагодарную мантию. Но сразу нашли большой массив знаний.
Актуально Три урока пандемии: чем похожи истории СПИДа и коронавируса
Анна Гуттенлохер, ревматолог и клеточный биолог из Университета Висконсина, годами наблюдала, как нейтрофилы растут в тканях и формируют структуры в лаборатории. Она описывает эти процессы как "акробатику в крови".
Они точные, гибкие и быстрые, когда передвигаются, отражаясь от других клеток. А потом входят туда, куда их братья по оружию не могут. Это лучшие мигранты в вашем теле,
– объяснила Анна.
Пол Кубес, профессор из Канады / Фото University of Calgary
Теперь наука о нейтрофилах переписывается, чтобы оценить "апломб" этих клеток. Например, Пол Кубес, иммунолог Университета Калгари, предлагает создать "карту, куда нейтрофилы идут, чтобы умереть". Многие отправляются в другие клетки. Некоторые обустраивают "бункер" в селезенке, другие выводятся из организма, или даже возвращаются "на родину" – в костный мозг.
Создание карты таких "кладбищ", объясняет Кубес, может помочь определить, сколько живут эти клетки. "Мы находим их в разных местах, то есть они живут гораздо дольше, чем мы думали".Опасно, мины!
Все нейтрофилы рождены, чтобы погибнуть.
Как правило, это происходит уже через несколько часов: либо от микроба или от собственной "бомбы". Впрочем, многие из них переживают первую битву и не видят никаких причин погибать в ней. Поэтому изображение нейтрофилов как камикадзе – слишком упрощенное их восприятие.
"Вы на самом деле не хотите, чтобы много клеток погибло в тканях. Это может оставить после себя небрежный и потенциально воспалительный беспорядок", – сказала Анна Гуттенлохер.
Смертельные сети нейтрофилов, например – "последнее оружие для клеток, которые окружены микробами (и которых в каждый момент времени значительно больше) и которые хотят сделать хоть что-то, чтобы их сдержать", – пояснила Ким Мартино, кардиоваскулярная исследовательница из Университета Левена, Бельгия.
Важное открытие Нашли ключевой белок, который отвечает за формирование иммунитета
Они как наземные мины – опасные, даже если солдат, который их устанавливал, умер. NETs достаточно устойчивы, чтобы продолжать битву самостоятельно. Микробы, которые в них попали, имеют такую же судьбу как и насекомые в шелковой паутине паука. Если их сразу не убивают смертельные молекулы, то они остаются обездвиженными.
Об этом изданию Atlantic рассказал Сюичи Такаяма, который строит искусственные нейтрофильные сети в лаборатории технического Университета Джорджии.
Нейтрофильные ловушки, с одной стороны, могут задержать развитие инфекций. С другой – это хаотические каскады, их легко бросить и уже невозможно потом как-то забрать назад.Если ловушка установлена, она будет ловить все: злокачественные или доброкачественные клетки, полезные бактерии или микробы. Как выше сказано, они не различают. Более того, токсичные белки NET могут нарушить хрупкую архитектуру, которая удерживает сосуды вместе. А липкая поверхность тем временем активизирует тромбоциты.
Пагубное влияние ловушек
В результате – идеальные условия для тромбов и начало порочного круга. Сейчас уже известно, что NET влияют на сердце, легкие, мозг, почки, поджелудочную железу и печень. Они также причастны к опасным инфекционным заболеваниям, как COVID-19.
Коронавирусные инфекции – некая идеальная буря для выпуска этих нейтрофильных сетей. Все начинается в легких, но распространяется дальше системно,
– отметила Мартино.
Фрагменты ДНК нейтрофилов способны привлекать на "темную сторону" даже антитела, усиливая вероятность аутоиммунных заболеваний. Раковые клетки могут даже пользоваться защитой от нейтрофилов. Последние, при этом, закрывают их от других членов иммунной системы во время роста канцерогенных образований.
Но что будет, если нейтрофилы исчезнут из организма? "Вы умрете от инфекций за 24-72 часа", – говорит Рейчел Кратофил. Сейчас главная задача – свести на нет влияние ядовитых сетей, не уничтожая клетки, которые они могут охранять. Например, при лечении COVID-19 использовали мощные молекулы, которые способны разбивать структуру ДНК.
Но Мартино сомневается в подходе: "если их разбить, они начнут циркулировать". Другой способ, по мнению, Кубеса, это как "натянуть намордник на нейтрофилы", чтобы они вообще не могли высвобождать свое токсическое оружие. Впрочем, пока это сложно и дело будущего.
Значительные возможности нейтрофилов создают и значительные проблемы для организма. Потенциал этих суперсолдат, правда, пока преобладает над рисками. Если они способны помогать раковым клеткам, то скорее всего, способны их укрощать. Возможно, ученые и врачи еще не используют этих коммандос на полную.