Иммунологический сэндвич, или как ищут вирусы
Чувствительность молекулярных методов детекции чужеродной ДНК методом ПЦР потрясает воображение – достаточно нескольких десятков молекул ДНК в 1 мл раствора. Таким образом можно, например, обнаружить один зараженный лимфоцит из многих сотен тысяч. Если же учесть, что лимфоциты составляют лишь несколько процентов от всех клеток крови, а единственная копия вирусной ДНК затеряна в клеточном ядре среди сотен тысяч генов самого организма, то успех охоты за вирусом представляется просто фантастическим! Правда, обнаружить вирус таким изощренным способом можно только с помощью дорогих реактивов в хорошо оснащенной биологической лаборатории. К тому же необходимо соблюдать особую чистоту на всех этапах работы.
Дело в том, что окружающий нас мир полон не только микробов и вирусов. Он насыщен молекулами ДНК. Во-первых, каждый человек, включая исследователей, лаборантов, врачей и пациентов, разбрасывает вокруг себя сотни тысяч постоянно слущивающихся клеток кожи. Все они содержат полный геном человека. Во-вторых, в лабораториях, где работают с ДНК, фрагменты этих молекул буквально носятся в воздухе. Попади они в пробы для анализа, и в результате возможна ошибка.
Поэтому уверенная диагностика вирусных инфекций часто становится возможной только тогда, когда вирусы начинают творить свое черное дело – интенсивно размножаться. Делают это они, надо признать, виртуозно. Нередко при этом весь биосинтетический аппарат клетки переключается на производство вирусных частиц. При полиомиелите, например, уже через несколько часов работы в таком режиме из одной лопнувшей клетки выходят сотни тысяч новых вирусных частиц.
И все же, несмотря на такие темпы размножения, попытки поставить диагноз, непосредственно обнаружив разбойничающий вирус, часто обречены на провал. Ведь счет клеток в организме идет на миллиарды, а в поле зрения электронного микроскопа попадают лишь единицы. Поиск вирусов под микроскопом можно уподобить проверке документов у группы случайно задержанных лиц в надежде наткнуться на вражеского шпиона. К тому же некоторые вирусы предпочитают обретаться в местах более чем труднодоступных для взятия проб. К примеру, вирус бешенства в качестве своей штаб-квартиры облюбовал так называемые аммоновы рога – структуру головного мозга, к которой без трепанации черепа не доберешься.
Обычно вирусную инфекцию обнаруживают совершенно иначе. Для того чтобы утверждать, что в организме присутствуют те или иные вирусы, достаточно обнаружить его реакцию на них. Дело в том, что наш организм обеззараживает вирусы примерно так же, как сами вирусы находят клетки-мишени. Все сводится к взаимодействию комплементарных (взаимно соответствующих) поверхностей молекул – они образуют комплекс по принципу «ключ-замок». Сначала иммунная система с помощью макрофагов и Т-лимфоцитов тщательно знакомится с особенностями пространственного устройства отдельных участков вирусных белков (иммунологи называют их антигенами). Затем В-лимфоциты начинают вырабатывать специфические антитела – иммуноглобулины, взаимодействующие только с этими антигенами. Поскольку белки вирусов уникальны, то и образовавшиеся к ним антитела высокоспецифичны. Словно спущенная с цепи свора гончих, иммуноглобулины рыскают по кровеному руслу и протокам лимфатической системы, готовые в любую минуту опознать непрошенных гостей и «вцепиться» в них. Таким образом достаточно доказать существование в организме определенного количества антител к искомому вирусу, и в его присутствии можно не сомневаться.
На первый взгляд такая задача кажется почти неразрешимой. Число различных вариантов антител оценивается специалистами в сотни миллионов, да к тому же все антитела внешне похожи друг на друга. Решить эту проблему можно с помощью специфических взаимодействий антигенов и антител. Дело в том, что вирусные белки реагируют только со специфическими, комплементарными им антителами, а все остальные антитела им безразличны. Таким образом задача исследователя сводится к добавлению в образец плазмы крови своеобразной приманки – вирусных белков. Если комплексы образуются, значит, данный вирус уже успел поразбойничать в организме.
Успех охоты на вирус во многом зависит от качества приманки. Чтобы ее получить, вирусы культивируют в лабораториях на специальных клеточных линиях, затем очищают, концентрируют, после чего лизируют вирусные частицы – «разбирают» их на отдельные части. Некоторые из белков, на которые реагирует иммунная система (обычно это поверхностные белки вируса), тем или иным способом фиксируют на поверхности лунок, сделанных в специальных пластиковых планшетах. После добавления в лунки антител они прочно сядут на подготовленное для них ложе, если там есть вирусные белки.