Чудесная жизнь клеток: как мы живем и почему мы умираем

Пример острого воспаления — аппендицит. Больной при аппендиците чувствует боль, а также весьма часто — тошноту и жар. Обычно закупоривание какого-то отдела червеобразного отростка слепой кишки вызывает в нем повышение давления, что влияет на кровоснабжение и повреждает стенку аппендикса. В травмированное место вторгаются бактерии, в результате чего возникает воспаление.

При травме к месту повреждения увеличивается поступление крови, и там накапливаются красные кровяные тельца. Одновременно в дело вступают лейкоциты — белые кровяные тельца иммунной системы. Они проникают сквозь растянувшиеся стенки сосудов и принимаются за важную работу по уничтожению инородных тел и «поеданию» остатков умерших клеток. Лейкоциты включают в свой состав такие клетки, как макрофаги, чья функция заключается в очистке организма от ненужного мусора. Эти клетки устремляются к месту повреждения, следуя за особыми химическими сигналами о помощи и именно в том направлении, где концентрация таких сигналов наивысшая. Очень часто так сигнализируют о себе продукты жизнедеятельности вторгшихся бактерий. Когда лейкоциты оказываются поблизости от скопления бактерий, они могут даже пройти через слой тканей для того, чтобы подобраться к нему вплотную; затем они обволакивают и убивают бактерии. При этом выделяются энзимы, которые атакуют вредоносные микроорганизмы. У лейкоцитов есть биологические механизмы для распознавания инородных тел. Однако они порой уничтожают и здоровые ткани в непосредственной близости от себя. Ведь убить вторгшиеся бактерии, не нанеся при этом вреда нормальным клеткам, не так-то просто; это показывает, например, развитие в организме туберкулеза.

Заболевание туберкулезом вызывается бактерией, открытой Робертом Кохом в 1878 году. Несмотря на успехи, достигнутые в борьбе с этой болезнью, ныне по меньшей мере треть населения земного шара подвержена воздействию палочки Коха; считается, что каждую секунду в мире заражается туберкулезом один человек. Однако туберкулез вызывает не сама пробравшаяся в наш организм вредоносная бактерия и не выделяемые ею токсины — болезнь возникает как ответ человеческого организма на проникновение туберкулезной бактерии. Когда туберкулезные палочки через дыхательные пути проникают в легкие, они обычно вызывают повреждение ткани легких диаметром примерно в один сантиметр и начинают в этом месте размножаться. Макрофаги, естественно, реагируют на это вторжение и принимаются пожирать вредоносные бактерии. Затем к этому месту прибывают Т-лимфоциты, о которых пойдет речь ниже; они связываются с макрофагами, заставляя эти клетки уничтожать оказавшиеся внутри них бактерии. Все это вызывает местное воспаление, из-за которого гибнут многие нормальные клетки легких.

Еще одно тяжелейшее заболевание — воспаление легких, которое вызывается либо бактериальной, либо вирусной инфекцией. Бактерии или вирусы вторгаются в легкие и вызывают местное воспаление, которое наполняет воздушные полости легких жидкостью и тем самым препятствует усваиванию кислорода. Эти респираторные инфекции распространяются воздушно-капельным путем; они являются причиной смерти большого количества людей, и прежде всего детей, во всем мире.

Существует множество других болезней, вызываемых бактериями, и среди них есть очень опасные. Гигантское число людей выкосила чума, известная под названием «черная смерть». В прошедшие эпохи она распространялась чрезвычайно широко и быстро вела к летальному исходу — в несколько недель вымирали целые города.

Бактерия, вызывающая чуму, практически всегда вносится в кожу через укус зараженной блохи и затем распространяется по лимфатическим путям. Блохи же заражаются чумными бактериями от грызунов, на которых живут. Когда блоха кусает инфицированную крысу, она проглатывает бактерии, которые размножаются в ее пищеварительном тракте и образуют твердую массу, закупоривающую кишечник. Блоха из-за этого теряет способность глотать кровь и испытывает постоянное чувство голода. В желании насытиться она многократно кусает животное-хозяина, изрыгая при этом обратно в его кровоток возбудителей чумы. Места укусов действуют как очаги их распространения. Если животное погибает, что и происходит в большинстве случаев, блоха перескакивает на другую живую крысу. Если количество живых крыс снижается, блохи перемещаются на другого теплокровного хозяина — им может быть человек или домашние животные. Так создаются условия для начала эпидемии. Поэтому люди заражаются лишь в тех случаях, когда они находятся рядом с мертвыми грызунами. Лишь в редчайших случаях бактерии чумы передаются от человека к человеку. Ныне, к счастью, заболевания чумой крайне редки и обычно связаны с передачей чумной бактерии человеку от диких животных.

Бактерия, вызывающая дифтерит, выделяет токсин, который блокирует синтез белков. Это приводит к прогрессирующей деградации защитных миелиновых покровов нервных клеток, входящих в состав центральной и периферической нервной системы, что приводит к ухудшению контроля за моторикой мышц и потере осязания. Эта бактерия распространяется воздушно-капельным путем и способна сохраняться даже в сухих местах.

Бактерия столбняка представляет собой подвижную палочкообразную структуру, живущую в бескислородной среде, — часто она встречается в земной почве. При попадании в глубокую рану эти бактерии выделяют токсин, который связывается с синапсами нервов-ингибиторов, в результате чего моторные нервы, освобожденные от сдерживающего влияния нервов-ингибиторов, вызывают ненормальные сокращения мускулатуры.

Бактерия проказы поражает многие органы — кожу, глаза, кости, яички. Сифилитическая инфекция передается половым путем. Начинаясь в виде небольшого поражения ограниченного участка ткани, он может затем распространиться по всему организму, поразив многие органы тела.

Кариес вызывается бактериями, которые вырабатывают кислоту. Обязательное условие их деятельности — присутствие на поверхности зубов сахаров. Увеличение уровня кислотности во рту негативно воздействует на зубы, разрушая их минеральное основание.

В 1928 году Александр Флеминг открыл пенициллин, способный уничтожать многие виды бактерий. Работая в лаборатории госпиталя Святой Марии в Лондоне, он заметил, как вокруг пятнышка плесени, оказавшегося в чашке с искусственной питательной средой, где размножались бактерии, образовался круг, в пределах которого бактерии не могли размножаться. Флеминг пришел к выводу, что плесень выделяет вещества, сдерживающие рост бактерий и убивающие их. Термин «пенициллин» Флеминг предложил для того, чтобы обозначить фильтрат чистой культуры плесени. На ранних стадиях исследований пенициллина Флеминг обнаружил, что он наиболее эффективен лишь против определенных видов бактерий. Это несколько охладило его пыл. Сначала Флеминг выразил оптимизм по поводу того, что пенициллин может стать панацеей от многих болезней, однако в ходе дальнейших экспериментов пришел к выводу о том, что пенициллин не в состоянии находиться в человеческом теле достаточно долго, чтобы успеть поразить бактерии.

Но в 1939 году австралийский ученый Говард Флори и группа исследователей из Оксфордского университета сумели доказать, что, будучи впрыснутым в ткани животных, пенициллин чрезвычайно эффективно расправляется с бактериями. Попытки этих ученых лечить людей оказались поначалу не слишком успешными из-за недостаточных объемов вводимого пенициллина, но тем не менее им удалось значительно продвинуться вперед и заложить фундамент для дальнейших исследований свойств чудесной плесени. В 1942 году группе исследователей из Оксфордского университета впервые в мире удалось успешно применить пенициллин для лечения человека. К 1944 году пенициллин производился уже в массовом порядке. Во время Второй мировой войны применение пенициллина стало основным фактором снижения уровня смертности в войсках антигитлеровской коалиции — считается, что благодаря пенициллину удалось спасти от 12 до 15 процентов от общего числа раненых. Воздействие пенициллина на болезнетворные бактерии происходит за счет того, что он взаимодействует с определенными белками, входящими в состав оболочек бактериальных клеток, и тем самым приводит к смерти бактерии. Но вот воздействовать на вирусы пенициллин уже не может.