Имунитет и еволюция

Съвсем наскоро се знаеше само, че той съществува и има изключителна антимикробна сила за естествения наследствен имунитет. Но какво определя неговата надеждност? Това остана неразбираемо. Ситуацията се промени през последните години. Тайните на наследствения имунитет вече не съществуват. Това проправи пътя за използването му в борбата за здравословно дълголетие, в производството на храни. Не по-малко важен беше неочакваният принос на теорията за наследствения имунитет към молекулярната биология - науката за най-съкровените особености на структурата, функционирането и еволюцията на живата материя. За това си струва да поговорим подробно.

Дивата природа е изненадващо разнообразна и това е може би най-забележителната й черта. Известни са милиони биологични видове и всеки от тях е отличителен по своя начин на живот, външен вид и вътрешна структура. Тази оригиналност се проявява и в структурата на биомолекулите - полинуклеотиди, протеини, мазнини, полизахариди. Във всеки организъм има хиляди от тях и това също демонстрира разнообразието на природата. Тази функционална хетерогенност е разбираема.

Но в същото време организмите от различни видове съдържат биомолекули, които са еднакви по произход и в извършената работа, но се различават в детайлите на тяхната структура. Например два протеина от един и същи тип могат да се различават само в последователността на съставните им аминокиселини. Защо тази форма на многообразие и какво е нейното значение остава неясно.

Това не стана ясно дори когато разнообразието на живата природа започна да се изследва в молекулярната биология. През последните години тази наука постигна голям напредък в изследването на молекулярната структура на живите същества. По-специално, структурата на много полинуклеотиди и протеини е дешифрирана. И в същото време беше открито такова разнообразие от биомолекули, което преди беше трудно да си представим. Стана ясно, че нямаме работа със случайни странности на природата, а с общ биологичен модел. Но с кой? И как възникна това явление?

Според теорията на Чарлз Дарвин развитието на живата материя се извършва с задължителното участие на три биологични явления - изменчивост, наследственост и естествен подбор. Първите две също работят сред биомолекулите. Но как се извършва естественият подбор сред тях? При опит за намиране на отговор на този въпрос се оказа, че съвременната теория за биологичната еволюция обяснява всички известни й факти, но не и еволюцията на биомолекулите.

Повече от 100 години еволюционната теория е тествана на примери за естествен подбор на организми, които се различават един от друг по формата на тялото или структурата и функционалността на органите. Тук всичко беше очевидно. Например, лешников храст (лешник) има повече шансове да се прероди отново в потомството, толкова по-силна е черупката на неговите ядки. По-лесно е птицата с по-силен клюн от останалите да се храни и пилетата си, като смачква ядката. Рибите с по-съвършена форма на тялото ще плуват по-бързо от другите, изпреварвайки плячка или, напротив, избягвайки хищник.

Но как природата може да прави разлика между организми с неравна структура на биомолекулите от същия тип по функция? Например два варианта на структурата на колагеновия протеин, който образува вените и костната тъкан, се различават само по два (от стотици) аминокиселинни мономера и тези разлики не се виждат от окото, не влияят нито на скоростта на бягане или силата на скелета. Как да различавам?

Търсенето на отговор на този въпрос породи две диаметрално противоположни гледни точки. Представители на един от тях вярват, че в природата няма "устройства", способни да различават организмите по особеностите на тяхната молекулярна структура и следователно еволюцията на биомолекулите протича без участието на естествения подбор.

Поддръжниците на дарвинизма, естествено, не могат да се съгласят с това. В края на краищата еволюционните трансформации на биомолекулите пораждат всички останали, по-високи нива на развитие на живата материя. Следователно е невъзможно дарвинистът да си представи, че например нуклеиновите киселини и протеините, които са в основата на живота, могат да се развиват без връзка с адаптивността към външни влияния, тоест без естествен подбор. Дарвинистите обаче не успяха веднага да открият природни сили, способни да селектират bko-молекули.

Успех беше постигнат, когато съвсем неочаквано в дискусията се включиха представители на микробиологията и имунологията, които се занимаваха с чисто практически въпроси за противодействие на деструктивните инфекции и тумори. През последните години тези науки са влезли в контакт с основните, а именно молекулярните аспекти на анатомията, физиологията и екологията. В същото време те разполагаха с уникален набор от данни за молекулярната структура на живите същества и за химичните методи на взаимодействие между тях. Това послужи като основа за неочакваното твърдение, че организмите са избрани по молекулярни свойства. вредни микроби.

Микроскопските паразити подбират организмите за жизнеспособност според свойствата на устойчивост на инфекции, които, както вече знаем, се определят от характеристиките на молекулярната структура. На свой ред самите микроби попадат под влиянието на естествения подбор: разпространението на конституционната стабилност в рамките на даден вид - жертвата отнема източници на храна и местообитания от микробите, в резултат на което броят на паразитната популация започва да намалява. Но това е само докато сред паразитите се появят мутанти, чиято молекулярна структура им позволява да преодолеят съпротивата на своите жертви. Следователно, след известно време, микробният вид, вече в променен молекулен вид, отново се връща към интензивен паразитен начин на живот. И всичко започва отначало.

Но в крайна сметка жертвите на микроскопични паразити са всички видове жива материя и има милиони от тях. Следователно, такива еволюционни трансформации се случват в много екологични системи "микроб - жертва" и през цялото им съществуване на Земята, тези процеси са довели до съществуващото разнообразие от биомолекули.

Имайте предвид, че екологичните взаимодействия чрез биомолекули са възможни и в други версии. Така че, с помощта на специални молекули (феромони) се осъществяват много вътревидови и междувидови взаимодействия между големи организми (например проследяване на жертва по миризма). Той също така изисква химическо съответствие на феромоните с техните биомолекулни цели. В процеса на такива взаимодействия също се предполага, че има естествен подбор според молекулните свойства и по този начин има определен принос за развитието на биомолекулите.

Въпреки това, биохимичните взаимодействия в системите "микроб-жертва" са от особено значение за молекулярната еволюция. Това се дължи на следните обстоятелства. Първо, животът на Земята започна с появата на микроскопични живи същества и следователно химико-екологичните отношения между тях бяха инициаторите на еволюционния процес. На второ място и досега само в системите „микроб - жертва“ всички решаващи събития се развиват изключително на молекулярно ниво. На трето място, поради множеството и разнообразието на такива системи, безпрецедентно множество различни биомолекули участват във взаимодействията, т.е.обхващат почти всички живи същества. Четвърто, тези взаимодействия, като антагонистични, създават условия за особено интензивен подбор на организмите според характеристиките на тяхната молекулярна структура. И накрая, пето, молекулярните микробни агенти в момента са единствените биотични агенти, които продължават процеса на естествен подбор сред хората и, следователно, биологичната еволюция на видовете "homo sapiens". Мъжът е успял почти напълно да неутрализира действието на други фактори. Все още няма пълна защита срещу инфекциозни заболявания.

Както вече знаем, всички видове живи същества са подложени на влиянието на микробни фактори. Но темповете на тяхното биологично развитие са различни. Защо някои видове се развиват бързо, докато други (например бактерии, акули, крокодили) практически не променят външния си вид в продължение на стотици милиони години?

Колкото по-бързо се развива видът, толкова по-интензивен е подборът и по-голям брой биомолекули, участващи в този процес. Различните видове организми се различават помежду си по интензивност и по разнообразието на връзките си с царството на патогенните микроби. Човек например, овладял всички континенти, морета и океани, като по този начин е влязъл в еволюционно значими взаимодействия, ако не с всички, то с повечето микроби, съществуващи на Земята. Наблюденията на инфекциозна заболеваемост директно показват, че конфронтацията на човечеството с болестите на патогените е в пъти по-разнообразна и интензивна, отколкото при всяко друго животно. Следователно еволюцията на човека също е била по-интензивна от тази на други животни и е засегнала по-разнообразни молекулярни структури. И това беше направено поради формирането на вроден, конституционен имунитет. Решението на същността на вродения имунитет е постигнато въз основа на напредъка в молекулярната биология. След като откри механизма на естествения подбор чрез детайлите на биомолекулярното устройство, имунологията от своя страна направи основен принос в науката за молекулярните основи на структурата, функционирането и еволюцията на живата материя. И по този начин изплати дълговете си стократно. Но съюзът на фундаменталните и приложните науки не се разпадна по този въпрос. Предстоят най-важните открития.