В детстве, когда я прибегала с улицы с разбитой коленкой или расцарапанной рукой, мама щедро поливала рану раствором перекиси водорода (Н2О2). Я любила эту процедуру – в отличие от зеленки перекись не обжигала рану, и мне нравилось наблюдать, как кровь вспенивается, когда на нее попадает лекарство. Перекись водорода – сильнейший окислитель, даже в концентрации 3–5 % она с легкостью убивает большинство микроорганизмов. Раны, своевременно обработанные перекисью, заживают быстро и без проблем. Но за сотни миллионов лет до того, как бактерицидные свойства перекиси и других неорганических веществ были открыты людьми, многоклеточные организмы уже вовсю использовали их для защиты от вторжения микроорганизмов.
Природа – величайший химик, а живая клетка – настоящая химическая лаборатория. В живых клетках синтезируются тысячи ферментов – белков, способных ускорять самые разные реакции. В контексте темы «химического оружия» нас будут интересовать два фермента, состоящие из нескольких разных белковых молекул, собранных в сложную трехмерную конструкцию. Первый комплекс, NO-синтаза, способен синтезировать оксид азота (NO); второй, NADPН-оксидаза, производит соединения, которые называются реактивными формами кислорода. К ним относится и упоминавшаяся выше перекись водорода. Однако еще более мощным окислителем является ион молекулы кислорода с неспаренным электроном (О2–) – так называемый супероксид, который NADPН-оксидаза способна синтезировать из обычного молекулярного кислорода (О2), отбирая у него один электрон. Это соединение настолько бурно реагирует с любыми органическими веществами (включая устойчивые клеточные стенки бактерий), что процесс, сопровождающий высвобождение супероксида в иммунных клетках, ученые назвали кислородным взрывом.
Высвобождение оксида азота (NO) выглядит, возможно, менее впечатляюще, но это соединение также обладает мощным бактерицидным эффектом. Любопытно, что иммунные клетки разных организмов могут иметь разную активность этих ферментных систем. Например, макрофаги грызунов производят NO гораздо активнее, чем наши собственные фагоциты. Об этом важно помнить, чтобы не совершать ошибки, автоматически перенося на человека данные, полученные на лабораторных животных.
К сожалению, химический способ самозащиты не лишен недостатков. Реактивные формы кислорода и азота не различают свои и чужие молекулы, повреждая не только бактерии, но и собственные клетки организма. И хотя во многих случаях без подобного «оружия массового поражения» не обойтись, фагоциты стараются дополнять его более точным «макромолекулярным оружием», избирательно воздействующим именно на инородные организмы.
В роли такого высокоточного оружия выступают уже знакомые нам ферменты – те из них, которые способны разрушительно действовать на компоненты клеточных стенок бактерий и грибов, не повреждая при этом клетки самого организма. При активации иммунных клеток концентрированный раствор молекул высвобождается из гранул (внутриклеточных пузырьков) во внеклеточное пространство. В этом мощном молекулярном коктейле присутствуют такие ферменты, как щелочная фосфатаза, миелопероксидаза, β-галактозидаза, лизоцим, рибонуклеазы (разрушающие РНК) и дезоксирибонуклеазы (разрушающие ДНК), а также многие другие. Разным ферментам нужны различные условия для работы. Одни (например, миелопероксидаза) более активны в кислой среде, другие (щелочная фосфатаза) предпочитают нейтральную или слабощелочную, так что разные типы гранул различаются по показателю кислотности (pH) и по тому, как они окрашиваются красителями. Процесс растворения, переваривания, уничтожения органического вещества с помощью ферментов в биохимии называют лизисом, а гранулы, содержимое которых его запускает, – литическими гранулами.
В некоторых ситуациях иммунные клетки буквально идут на самопожертвование, «подрывая» себя, как порой поступают солдаты, со всех сторон окруженные противником. Этот способ борьбы с вирусами и бактериями был открыт у нейтрофилов совсем недавно, в 2004 году. Не исключено, что подобный механизм могут использовать и другие клетки врожденного иммунитета.
Активация нейтрофила при встрече с вирусами или бактериями в некоторых случаях приводит к тому, что мембрана клеточного ядра в нем растворяется, ДНК начинает распускаться, занимая все больший и больший объем. В норме сверхтонкая молекулярная нить ДНК упаковала настолько компактно, что занимает очень мало места; в распущенном виде ее длина достигает двух метров. Примерно так котенок, размотав маленький клубок, может опутать нитью целую комнату. В конце концов нити ДНК буквально разрывают клетку и вываливаются наружу огромной беспорядочной сетью, в которой запутываются вирусные частицы и бактерии. Когда позже на место самоубийственной атаки прибывает подкрепление, ему остается лишь переварить сгусток из ДНК и патогенов.