Иммуногенетика

Наука
Иммуногенетика (от лат. immunis — свободный и греч. γενητως — порождающий)
англ. Immunogenetics
Предмет изучения	наследственные факторы иммунитета
Период зарождения	XX век
Основные направления	иммунология, молекулярная биология и генетика

Иммуногенетика (от лат. immunis — свободный и греч. γενητως — порождающий) — научная дисциплина, сочетающая методы иммунологии, молекулярной биологии и генетики для изучения наследственных факторов иммунитета, внутривидового разнообразия и наследования тканевых антигенов, генетических и популяционных аспектов взаимоотношений макро- и микроорганизма и тканевой несовместимости.

История иммуногенетики

Начало Иммуногенетики положили работы немецких учёных Пауля Эрлиха и Юлиус Моргенрот, обнаруживших в начале XX века группы крови у коз, и открытие Карлом Ландштейнером групп крови у человека. Термин Иммуногенетика был предложен американским учёным Малкольмом Робертом Ирвином в 1930 году.

Исторические корни Иммуногенетики уходят в далекое прошлое, к наблюдениям разной чувствительности генетически различающихся особей одного вида по отношению к возбудителю свойственной этому виду инфекции. Давно были известны резистентные и чувствительные в отношении бактериальных и вирусных инфекций породы рогатого скота, свиней и кур. Детально изучены генетически обусловленные различия мышей и некоторых других грызунов в отношении мышиного тифа. Для людей бесспорно показано, что монозиготные (идентичные) близнецы, которые являются генетическими копиями друг друга, гораздо чаще болеют одной и той же инфекционной болезнью, чем дизиготные (неидентичные) близнецы. Однако Иммуногенетика как наука возникла не на базе наблюдений и осмысливания генетических основ различной чувствительности к инфекциям, а после открытия Ландштейнером в 1901 году групповых факторов крови А.В.0., получивших впоследствии название изоантигенов. Изучение закономерностей наследования этих изоантигенов и привело к формированию Иммуногенетики. Наследование изо антигенов характеризуется либо полным отсутствием явления доминирования, либо частичным доминированием. В связи с этим антигенный фенотип организма повторяет его генотип. Изучение изоантигенов привело к появлению трансплантационной иммуногенетики, центральной проблемой которой является проблема взаимодействия генетически различающихся соматических клеток и механизма этого взаимодействия. В свою очередь центральным звеном этой проблемы является взаимодействие генетически различающихся клеток трансплантата и реципиента. Успехи в этой области и привели Иммуногенетику к осмысливанию роли иммунных механизмов в поддержании генетического гомеостаза многомиллионных популяций соматических клеток организма открытого в 1964 году Фрэнком Бёрнетом.

В 60—70-х годах XX века было установлено, что не только чувствительность организмов к инфекциям, но и процессы иммуногенеза и антителогенеза при вакцинациях, а также интенсивность активно возникающего иммунитета имеют генетические основы. При этом различия в эффективности однозначной вакцинации у разных особей в большей мере определяются наследственностью, чем внешними условиями. Иммунизация мышей семи различных генотипов леитоспирами выявила два типа реагирования. Этот признак наследуется как доминантный, он не сцеплен с полом и детерминирован более чем одной парой генов. Доминантный тип наследования интенсивности реакции обнаружен по отношению ко многим антигенам. При этом животные могут быть высоко (сильно) отвечающими в отношении одних антигенов и низко (слабо) отвечающими в отношении других. Иммунологическая реактивность индивидуума всегда конкретна: по отношению к одному антигену — одна, по отношению к другому — другая. Анализ генетической детерминированности дал возможность идентифицировать локусы, контролирующие иммунный ответ (Ir-ген). Показано их тесное сцепление с локусом гистосовместимости; у мышей гены IR располагаются в семнадцатой хромосоме внутри главной системы гистосовместимости Н2. К 1977 году было описано пятьдесят семь лейкоцитарных антигенов человека; сорок семь антигенов выявляются серол, методами и находятся под контролем локусов А, В, С; десять антигенов детерминированы геном D и идентифицированы пока только методами с использованием культур тканей. Предполагают, что ген D тесно сцеплен с генами иммунного ответа. Характеристика человеческой популяции по лейкоцитарным антигенам преследует по крайней мере две цели: отбор максимально совместимых доноров и реципиентов и выделение трансплантационных антигенов в чистом виде. От успешного решения этих задач зависит широта клин, применения пересадки органов и тканей.

Предмет и задачи иммуногенетики

Индивидуальная и видовая устойчивость растений и животных к бактериальным и вирусным инфекциям обеспечивается сложной многоступенчатой системой защитных сил организма. В борьбе между защитными силами и инфекционными агентами «преимущество» часто остаётся на стороне последних, так как микроорганизмы быстро размножаются, образуя многомиллионные популяции, в которых рано или поздно возникают мутантные формы с более агрессивными свойствами, чем у исходного штамма. Вероятно, как ответное защитное средство на определённом этапе эволюции позвоночных животных возникла система адаптивного иммунитета — наиболее мощная линия обороны организма, особенно при повторных контактах с инфекционными агентами. Способность (или неспособность) вырабатывать антитела — наследственный признак. Генетическая регуляция биосинтеза антител имеет характерные особенности. Так, образование одной полипептидной цепи молекулы антитела контролируется двумя разными генами. Один из них контролирует образование части цепи, участвующей в построении активного центра; строение этой части различно у антител разной специфичности. Другой ген контролирует образование части цепи, строение которой одинаково у антител, относящихся к данному классу иммуноглобулинов.

Помимо групповых антигенов, существуют наследуемые их варианты, специфичные для отдельных типов клеток, например для лейкоцитов. Различия в строении лейкоцитарных антигенов у донора и реципиента — одна из причин несовместимости при пересадке органов и тканей. Наследственные внутривидовые различия в строении многих белков сыворотки крови контролируются, как правило, аллельными генами, причём частота каждой аллели в популяции высок, что указывает на «давление» естественного отбора. Одна из важнейших задач Иммуногенетика — установление факторов, обусловливающих распространение в популяциях новых аллелей. Таким фактором может служить сходство в строении антигенов у болезнетворных микроорганизмов и макроорганизма. Животные в норме не вырабатывают антител к собственным антигенам, поэтому сходство в антигенном строении между каким-либо компонентом микробной клетки и той или иной молекулой макроорганизма приведёт к тому, что последний не сможет синтезировать антитела, обезвреживающие данный вид микроба. В связи с этим снижаются защитные силы макроорганизма. Поэтому отбор будет подхватывать появление видоизменённых молекул белков (полисахаридов), повышая тем самым иммунную устойчивость организма. Распространение в популяции новых аллелей может происходить также и в тех случаях, когда в результате мутации соответствующего гена молекула макроорганизма изменяется так, что ферментативные системы микроба уже не могут её использовать в качестве субстрата. Иногда для этого достаточно замены одной аминокислоты в полипептидной цепи, как это имеет место у некоторых мутантных форм гемоглобина. Такие формы распространились в районах земного шара, где высока заболеваемость малярией: носители мутантного гемоглобина не болеют малярией, так как малярийный плазмодий неспособен использовать его в качестве субстрата. В ряде случаев распространяются мутации, которые изменяют биохимию клетки или органа в целом и тем самым нарушают приспособленность паразита. По-видимому, существуют и другие механизмы наследственного иммунитета, благодаря которым достигается наследственная гетерогенность вида-хозяина, препятствующая распространению паразитического штамма микроорганизма.

Наследственная устойчивость к заболеваниям, как правило, специфична, так как физиологические основы устойчивости к разным заболеваниям обычно неодинаковы. Так, африканский скот зебу, прекрасно переносящий жару и устойчивый к туберкулёзу очень чувствителен к трипаносомозу; линия белых леггорнов, устойчивая к моноцитозу кур, чувствительна к куриному лейкозу; линии мышей, устойчивые к мышиному тифу, чрезвычайно восприимчивы к вирусу ложного бешенства. С древнейших времён генетическая устойчивость отдельных особей, пород, рас к заболеваниям служила предпосылкой для селекции. Так были выведены овцы породы ромни-марш, устойчивые к трихостронгилидам, раса кроликов, устойчивая к миксоматозу, и медоносные пчёлы, устойчивые к американскому гнильцу. Естественный отбор на устойчивость существовал и среди людей. Так, после открытия Нового Света оказалось, что индейцы Северной Америки более чувствительны к кори и ветряной оспе, чем европейцы, для которых эти заболевания были привычны и легко переносимы. В основе генетической устойчивости к заболеваниям лежат разнообразные механизмы, в том числе и не иммунологические. Белые леггорны, например, устойчивы к белому поносу потому, что имеют более совершенную терморегуляцию; устойчивость скота зебу к клещевым заболеваниям обусловлена более толстой кожей и особенностями кожных выделений, которые отпугивают клещей. Чувствительность к оспе у лиц с группами крови А и AB связана с общностью антигена А человека и антигенов вируса оспы. Поэтому лица с группами крови В и О(Н) легче переносят оспу.

Перенесение генетических представлений в область иммунологии позволило советскому учёному Владимиру Эфроимсону сформулировать эволюционно-генетическую концепцию иммуногенеза, объясняющую внутривидовое антигенное разнообразие и гетерогенность антител по специфичности. Каждая здоровая зрелая в иммунологическом отношении особь способна к иммунному ответу на тканевые антигены особи с другим генотипом. Таким образом, тканевая несовместимость — универсальная биологическая закономерность. Лишь однояйцевые близнецы и животные одной чистой линии не разделены барьером тканевой несовместимости, выраженность которой зависит от степени несходства генотипов донора и реципиента. Для успешных пересадок органов и тканей, переливаний крови и клеток костного мозга очень важно снизить до минимума величину этого несходства путём подбора совместимого донора. Изучение клеточных антигенов, их наследования и разнообразия, их обнаружение (типирование) — это те разделы Иммуногенетики, которые особенно важны для трансплантологии, трансфузиологии, иммуногематологии и клинической иммунологии.

Проблемы Иммуногенетики имеют непосредственное отношение к ряду важнейших медико-биологических проблем. Классическая иммунология разработала систему профилактических прививок, которая позволила устранить опасность массовых инфекционных заболеваний. Однако обеспечение защиты организма от действия факторов, несущих чужеродную генетическую информацию (бактерий, вирусов, простейших, чужеродных белков и тканей), таким путем невозможно. Решение этой проблемы возможно через решение проблемы индивидуальных особенностей иммунного ответа.

Галерея

• Основоположники иммуногенетики
• 

  Пауль Эрлих (1854—1915)

• 

  Юлиус Моргенрот (1871—1924)

• 

  Карл Ландштейнер (1868—1943)

• 

  Фрэнк Бёрнет (1899—1985)

Литература

• Иммуногенетика / Большая медицинская энциклопедия // гл. ред. акад. Б. В. Петровский ; [Акад. мед. наук СССР]. — 3-е изд. — Москва : Сов. энциклопедия, Т. 9: Ибн-Рошд - Йордан. — 1978. — 483 с.
• Иммуногенетика / Большая советская энциклопедия // Глав. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — Москва : Сов. энциклопедия, Т. 10: Ива-Италики. — 1972. — 591 с.