Как работает вакцина

Книга «А что, если они нам не враги? Как болезни спасают людей от вымирания» номинирована на литературную премию «Здравомыслие». Проголосовать за нее, а также за другие книги на медицинскую тематику можно здесь

Погружение в геном

Эдвард Дженнер, простой сельский врач восемнадцатого века из Глостершира в Англии, заметил удивительную закономерность. Доярки, переболевшие коровьей оспой (заражение неизбежно происходило с теми, кто много времени проводил с коровами), безопасной для людей инфекцией, оказывались устойчивы к оспе натуральной — смертельно опасной для людей инфекции. Дженнер решил попробовать добиться такого же результата искусственным путем. Он сделал соскоб с болячек зараженной коровьей оспой доярки и заразил этой болезнью нескольких подростков. Стоит ли сообщать, что его догадка оказалась верна? Заражение коровьей оспой обеспечило защиту от натуральной оспы, и Эдвард Дженнер — все-таки не такой уж и обычный сельский врач, как оказалось, — получил первую вакцину в истории человечества. Само слово «вакцина» на самом деле происходит от латинского названия натуральной оспы — vaccinia.

Сегодня нам известно гораздо больше о том, как работает вакцинация. Она начинается с относительно безобидной версии вируса, против которого мы хотим привить человека (безобидной за счет того, что вирус был ослаблен, либо убит, либо разделен на отдельные составляющие, либо, как в случае с коровьей оспой, за счет использования другого вируса, достаточно похожего на опасный вирус, чтобы наш организм мог его распознать, но все-таки не приводящего к развитию серьезной болезни).

Вводя в организм человека безобидную версию вируса, мы стимулируем производство иммунной системой антител, специально подогнанных для противодействия этому вирусу. Если в будущем произойдет заражение опасной версией вируса, то наш организм будет готов сразу же отразить его атаку.

Коровья оспа, к примеру, вызывает у людей лишь легкую инфекцию, однако по своей структуре вирус так похож на тот, который вызывает натуральную оспу, что антитела, вырабатываемые нашей иммунной системой для борьбы с коровьей оспой, также подходят для противодействия и натуральной оспе.

С этого момента становится по-настоящему интересно. Итак, человека окружает огромное количество разнообразных микробов, представляющих для нас потенциальную угрозу, и наш организм вырабатывает особые антитела для борьбы с каждым из них. На протяжении долгого времени ученые не могли до конца понять, как именно это происходит, — казалось, что у человека просто достаточное количество активных генов для того, чтобы управлять производством всех этих антител. Конечно, ученые тогда еще не догадывались, что гены способны меняться.

***

Каждый человек рождался на свет с точно таким же количеством клеток, как и у простейшей бактерии, то есть с одной. Эта отдельная клетка — зигота — стала результатом объединения двух других клеток — сперматозоида отца и яйцеклетки матери, — которые, объединившись, положили начало новому человеку. Именно зигота стала результатом миллионов лет эволюционного давления, адаптации и естественного отбора — она содержит себе все необходимые инструкции на генетическом уровне для производства белков, из которых состоит организм человека. Все эти инструкции заложены в порядке трех миллионов пар нуклеотидов, называемых основными парами ДНК, из которых сложены менее тридцати тысяч генов. Сами же гены распределены по двадцати трем парам хромосом — общее количество составляет сорок шесть хромосом.

Один набор из двадцати трех хромосом достается от отца, другой — от матери. Все пары, за исключением двадцать третьей пары — половых хромосом, — являются сопряженными. Другими словами, обе хромосомы несут один и тот же тип инструкций, хотя конкретные команды по их выполнению могут сильно отличаться. К примеру, можно представить, что в определенных хромосомах содержатся инструкции, определяющие наличие или отсутствие волос на пальцах рук — причем волосатые пальцы являются доминантным, а безволосые — рецессивным признаком. Инструкция в хромосомах отца может нести в себе команду на волосатые пальцы, в то время как в материнских хромосомах запрограммировано отсутствие волос. В этом случае у ребенка будут волосы на пальцах рук — волосатые пальцы являются доминантным признаком, в то время как безволосые — рецессивным. Это означает, что всего одной копии вымышленного гена достаточно, чтобы гарантировать наследование этого признака. Вместе с тем понадобятся две копии гена безволосых пальцев — одна от матери и одна от отца, — чтобы у ребенка не было волос на пальцах.

Как правило, за очень редкими исключениями, в каждой клетке нашего организма содержится одна и та же ДНК — два полных набора хромосом со всеми генами, содержащими все необходимые ему инструкции для построения каждого типа белка и клетки. Единственным исключением являются лишь половые клетки, объединяющиеся вместе для создания потомства. Сперматозоиды и яйцеклетки несут в себе лишь по одному набору из двадцати трех хромосом. Когда они объединяются вместе, формируя зиготу, у этой клетки оказывается уже полный набор хромосом, заключающий в себе два набора по двадцать три хромосомы в каждом. С момента зачатия каждая клетка организма несет в себе полный «проект» вашего организма. В ваших пальцах на ногах содержатся инструкции для производства клеток мозга — в то время как клетки мозга несут в себе инструкции для пальцев на ногах, а также для ногтей, клеток крови и для всего остального.

Еще любопытнее то, что лишь менее трех процентов нашей ДНК содержит инструкции для построения клеток. Большая часть нашей ДНК — девяносто семь процентов — не задействована в строительстве белков и клеток.

Только представьте себе, что суммарная длина ДНК любой клетки нашего тела будет соответствовать росту Шакила О’Нила (американский баскетболист), однако та часть ДНК, что активно участвует в строительстве вашего тела, не достанет ему даже до лодыжек.

Изначально ученые называли этот дополнительный генетический материал «мусорной ДНК». Ученые считают, что эти 97 % никак не участвующих в строительстве клеток, по сути, являются паразитической частью ДНК — миллионы лет она прохлаждается в нашем генофонде, никак не окупая свое содержание. Другими словами, ученые были уверены, что эта часть ДНК полностью для человека бесполезна. Они вообразили, что она просто использует наш генофонд — не причиняет нам вреда и не помогает нам, просто живет за счет нас.

Однако ряд современных исследований показывает, что предположение ученых касательно «мусорной ДНК» — полная чушь. Оказалось, что огромное количество генетической информации, приходящейся на эту часть нашего генома, на самом деле может играть важнейшую роль в процессе эволюции. Осознав важную роль этой части ДНК, ученые стали относиться к ней с большим уважением, и даже называть ее стали по-другому — теперь это не «мусорная», а «некодирующая ДНК», то есть ДНК, не отвечающая напрямую за строительство белков.

Практически в каждой клетке человеческого тела присутствуют митохондрии — микроскопические заводики по производству энергии, необходимой для жизнедеятельности клеток. Большинство ученых теперь полагает, что раньше эти митохондрии были независимыми паразитическими бактериями, которые в какой-то момент в ходе эволюции вступили во взаимовыгодные отношения с нашими дальними-предальними предками (теми, что были еще до появления млекопитающих). Все эти бывшие, как считается, бактерии не просто живут практически в каждой клетке нашего тела, более того, у них есть еще и своя собственная ДНК, называемая митохондриальной.

Бактерии, ставшие митохондриями, — не единственные микробы, с которыми человеческий организм вступил в союз. Теперь ученые полагают, что целая треть нашей ДНК досталась нам от вирусов. Другими словами, на нашу эволюцию влияла не просто адаптация к различным вирусам и бактериям — скорее всего, в ходе эволюции мы объединялись с этими вирусами и бактериями.