Иммунобиотехнология представляет собой важный раздел современной биотехнологии, включающий научную разработку и технологическое производство профилактических, диагностических и лекарственных средств, в которых в качестве активных компонентов применяют различные агенты и/или процессы иммунной системы.
Иммунная система человека эволюционно сформирована для осуществления функции контроля над генетическим постоянством внутренней среды по принципу распознавания свой–чужой с целью сохранения видовой и биологической индивидуальности. Иммунная система — это специализированная, анатомически обособленная лимфоидная ткань, которая распределена в виде различных образований и отдельных клеток по всему организму и составляет 1–2% массы тела. Состоит из центральных органов: костного мозга, тимуса (вилочковой железы), эмбриональной печени, лимфоидных образований толстой кишки и червеобразного отростка — и периферических органов: селезенки, лимфатических узлов, скоплений лимфоидной ткани (групповых фолликулов, миндалин). В центральных органах происходит лимфопоэз, то есть созревание иммунокомпетентных клеток; в периферических — непосредственно реализация иммунных функций.
К основным функциональным клеткам иммунной системы относятся лимфоциты, число которых достигает 1012. Кроме Т- и В-лимфоцитов, к числу функциональных клеток в составе лимфоидной ткани относят гранулярные и мононуклеарные лейкоциты, дендритные и тучные клетки, белые отростчатые эпидермоциты кожи (клетки Лангерганса) и др. Часть клеток сосредоточена в отдельных органах иммунной системы, другие — свободно перемещаются по всему организму.
Функционирование иммунной системы может развиваться по направлению неспецифических (врожденный, естественный) и специфических (адаптивный или приобретенный) реакций, в ряде случаев представляющих собой стадии единого процесса, направленного на защиту организма. При этом неспецифический иммунитет выступает как защита и первой линии, и заключительной стадии. Система приобретенного иммунитета берет на себя промежуточные функции специфического распознавания и запоминания чужеродных агентов, а также функцию подключения факторов врожденного иммунитета на заключительном этапе процесса (рис. 9.1, см. цв. клейку).
Врожденный иммунитет реализуется в виде двух важных процессов: воспаления и фагоцитоза, заключающегося в «пожирании» и разрушении инородных тел лейкоцитами и макрофагами. В этом случае распознавание и удаление инородных агентов происходят без учета их специфики. К факторам неспецифического иммунитета относят также лизоцим и бактериолизин. Эта система реагирует только на корпускулярные агенты (инородные микрочастицы, микроорганизмы) и на цитотоксичные вещества.
Более совершенным и мощным механизмом защиты организма от воздействия биологических агрессивных факторов является специфический иммунитет. Эволюционно специфический иммунитет возник позже и означает распознавание самых тонких, еле уловимых различий между чужеродными агентами. Современное представление о структуре и функциях иммунной системы в целом связано в первую очередь со специфическим иммунитетом.
Важнейшим достижением иммунологических исследований явилось открытие двух независимых эффекторных механизмов в специфическом иммунном ответе. Один из механизмов связан с В-лимфоцитами, отвечающими за гуморальный ответ, заключающийся в синтезе иммуноглобулинов, другой — с системой Т-лимфоцитов, следствием деятельности которых является клеточный ответ, заключающийся в накоплении сенсибилизированных антигенами лимфоцитов.
Следует заметить, что разделение иммунитета на клеточный и гуморальный весьма условное. Основу клеточного иммунитета составляют лимфоциты, которые с целью созревания переселяются из костного мозга в тимус, в результате чего эта часть лимфоцитов получила название тимусзависимые или Т-лимфоциты. В организме человека Т-лимфоциты после созревания попадают сначала в лимфу, затем в кровь, где проявляют свои свойства, затем снова возвращаются в органы. За весь жизненный цикл лимфоцит может «проходить» более 100 км. Такая интенсивная циркуляция позволяет лимфоцитам быстро появляться в «горячих точках», когда в лимфоцитах возникает потребность.
В тимусе происходит формирование разных видов Т-клеток. Одни из них («хелперы», «дирижеры иммунного ответа») принимают участие в регуляции развития В-клеток и образования антител, то есть в реализации гуморального иммунного ответа; другие — взаимодействуют с фагоцитами, помогая им разрушать поглощенные микробные клетки. Важной функцией «хелперов» является также участие в процессе распознавания чужеродных веществ В-лимфоцитами и другими разновидностями Т-лимфоцитов. Некоторые Т-лимфоциты за способность разрушать клетки, содержащие чужеродный антиген, получили название цитотоксические или «киллеры».
Существуют еще Т-супрессоры, функция которых заключается в подавлении активности иммунного ответа, когда в нем нет необходимости. Если иммунные клетки будут работать продолжительное время, то поражаться начнут уже собственные здоровые клетки организма, и это, в свою очередь, будет способствовать развитию различных аутоиммунных болезней.
Иммунитет человека представляет собой комплекс реакций, задача которого — защитить организм от чужеродных для человека агентов, к которым относят нуклеиновые кислоты, белки, клетки микроорганизмов, вирусы, антибиотики, пестициды и другие, объединенные под общим названием антигены. Следует отметить, что образование антител направлено не против всей молекулы антигена, а только на определенные небольшие участки на их поверхности, получившие название антигенных детерминант (эпитопов). Например, в случае молекулы белка антигенными детерминантами являются участки, в состав которых входят всего около пяти аминокислотных остатков. В случае бактериальных клеток в качестве антигенных детерминант часто выступают короткие цепочки из трех-пяти остатков сахаров, которые образуют стенку бактерий.