Жизнь – это колебание ионов

Лимфоцит в окружении эритроцитов с железом в гемоглобине. Фото Physorg

Наш соотечественник Илья Мечников получил Нобелевскую премию в области физиологии и медицины за 1908 год за открытие макрофагов, или больших клеток-пожирателей различных патогенов (процесс фагоцитоза). Другая половина премии досталась немцу Паулю Эрлиху, открывшему белковые тела, названные антителами.

Долгие десятилетия иммунологи не могли понять связи между фагоцитозом и выработкой защитных антител. Поначалу у лейкоцитов человека были открыты поверхностные протеины-«антигены», стимулирующие клеточный иммунитет, проявляющийся в виде реакции отторжения. Так возникла аббревиатура HLA – лейкоцитарный антиген человека. За океаном же антигены назвали МНС, или большой комплекс гистосовместимости (Major Histocompatibility Complex). Макрофаги не реагируют на МНС своих клеток, проявляя тем самым иммунную толерантность, нарушение которой грозит аутоиммунными расстройствами от аллергии до диабета и рассеянного склероза.

Молекулярные биологи выяснили, что белки МНС – это сенсоры антигенов. Недавно журнал Nature вынес на обложку изображение белкового комплекса, полученное с помощью криоэлектронного микроскопа. За создание этого научного прибора была вручена Нобелевская премия 2017 года. Комплекс МНС встроен в двухслойную клеточную мембрану. В статье, к которой отсылает обложка, описывается процесс формирования антигенного пептида, «предъявляемого» клетками с помощью МНС. Таким образом, на расшифровку смысла открытия, сделанного нашим ученым, ушло почти 100 лет!

Железный кластер гидрогеназы (слева внизу) необходим для образования водорода (Н2) из воды (Н2О). Фото Physorg

Не меньше времени ушло и на раскрытие природы других процессов. Речь идет, например, о работе железных гидрогеназ, производящих водород, работа которых может стать основой будущей водородной экономики. Железо, как и соседствующий с ним в таблице Менделеева марганец, относится к переходным металлам, легко меняющим валентность, принимая и отдавая электрон. Без железа невозможен был бы гемоглобин.

В гидрогеназе железо, входящее в состав сложного 3D-соединения, на краткий миг образует гидрид (FeH), после чего образуется водород, Н2. Энзимный механизм был раскрыт совместными усилиями ученых Японии, Германии и США с помощью японского синхротрона в г. Хього. По словам авторов статьи в журнале Американского химического общества (JACS), синхротрон позволил выявить промежуточный продукт (гидрид железа) в «глубинах» фермента. Знание квантового процесса энзиматического действия необходимо для его моделирования и последующего воспроизведения без фермента.

Все это имеет большое значение для медицинской практики, использующей многообещающие химерные рецепторы антигенов (CAR – Chimeric Antigen Receptor), подстегивающие реактивность Т-лимфоцитов в борьбе с трансформированными клетками. В Стэнфорде провели довольно успешные испытания новых CAR, которыми «оснастили» миллионы взятых у людей Т-лимфоцитов, а затем ввели их обратно пациентам. Клинические испытания первой фазы, описанные в Nature Medicine, провели на 21 добровольце возрастом от 7 до 30 лет. У 73% испытуемых получили полную ремиссию процесса после введения более миллиона генетически модифицированных иммунных клеток на килограмм веса. Ученые проводят испытания на мышах с применением клеток с двумя CAR, что может дать еще более выраженный терапевтический эффект.

Илья Мечников, будучи директором парижского Института Пастера, изучал открытые им макрофаги под обычным микроскопом. Конечно же, он не мог и мечтать о том арсенале исследовательских инструментов и методов, которые имеются в распоряжении его с Пастером, Кохом и Эрлихом последователей. Те, в свою очередь, выяснили сходство многих процессов на молекулярном уровне, сводимых зачастую к простейшим атомам и ионам. Вот только для того чтобы докопаться до этой простоты, ученым понадобились многие десятилетия.