Почему АКМ — главное оружие фагоцитов в борьбе с микроорганизмами?
Нет сомнений, что фагоцитирующим клеткам (макрофаги, моноциты, гранулоциты) принадлежит ведущая роль в защите хозяина от бактерий и микроорганизмов [141]. Несмотря на большой арсенал цитотоксических соединений (катионные белки, дефен- зины, лизосомальные ферменты и др.), имеющихся на вооружении фагоцитов, многие исследователи считают, что главным фактором их цитотоксичности является продукция АКМ.
Так, в лекциях по клинической патологии Д. Н. Маянского и И. Г. Урсова утверждается, что на АКМ приходится 90 % микробицидного потенциала фагоцитов [142]. Аналогичные оценки можно найти и в других научных работах. Сегодня показано, что гибель большей части поглощаемых бактерий происходит в первые несколько минут после адгезии к мембране фагоцита, еще до слияния фагосомы с лизосомами. Как рассматривалось выше, фагоциты имеют три ферментативные системы продукции АКМ (мембранную NADPH-оксидазу, индуцибельную NO-синтазу и пероксидазы), которые синтезируют четыре основные молекулы: О2, Н2О2, NO' и HOCl. Возникает естественный вопрос: каким образом фагоциты длительное время (не менее 400 млн лет) успешно противостоят бактериальной агрессии? А также почему микроорганизмы не могут создать эффективной защиты в отношении АКМ? Отвечая на данные вопросы, необходимо рассмотреть несколько причин:1. Многоклеточный организм может позволить себе содержать клетки с очень высокой продукцией АКМ — гранулоциты, которые заслуженно получили название кле- ток-«камикадзе». Противостоять удару таких камикадзе, несущих миелопероксидазу в количестве 5 % от сухого веса клетки, достаточно сложно, ибо гибель не только агрессора, но и самих гранулоцитов заложена при их созревании.
2. Пространственная направленность и быстрота продукции АКМ в процессе фагоцитоза. При активации фагоцитов самосборка мембранного NADPH-оксидазного комплекса происходит в течение 1—2 минут.
Образующийся O2 выбрасывается в область формирующейся фагосомы непосредственно на объект фагоцитоза. Поскольку механизмы защиты бактерий от АКМ связаны с активацией факторов транскрипции (soxRS, oxyR), контролирующих синтез ферментативных антиоксидантов (супероксид- дисмутазы, каталазы, пероксиредоксина), они сравнительно медленны и поэтому малоэффективны.3. Временная модуляция продукции разных форм АКМ. После первоначальной обработки бактерий активными формами кислорода (O2, Н2О2, НО', HOCl), основными мишенями которых являются липиды и легкоокисляющиеся белки, синтезируется индуцибельная NO-синтаза и обработка повторяется, теперь уже активными формами азота (NO·, NO^, ONOOH), которые эффективны в отношении Fe-содержащих ферментов, и в том числе Fe-содержащей супероксиддисмутазы.
4. Высокая эффективность антиоксидантной защиты клеток высших организмов. Если для большинства микроорганизмов встреча с высокими концентрациями АКМ — неординарное событие, то, например, в клетках млекопитающих АКМ являются физиологическими регуляторами. Ферментная защита этих клеток от токсического действия АКМ включает компоненты с редкими элементами (Mn, Cu, Zn, Co, Se), в частности: Cu,Zn-супероксиддисмутазы, Se-содержащие глутатионпероксидазы и тио- редоксинредуктазы и др. Многие из таких антиоксидантных ферментов имеют высокую устойчивость к деструктивному действию АКМ, однако для их функционирования необходимы сложные механизмы поддержания микроэлементного состава организма. Простейшие микроорганизмы не могут позволить себе содержать такие механизмы, поэтому главными элементами их защиты являются Fe-содержащие супероксиддисмутаза и каталаза, которые весьма чувствительны к действию активных форм азота.
5. Бактерии вынуждены приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям окружающей среды, при этом среди бактериальных популяций существует жесткая конкуренция. Типичная клетка Е. coli в оптимальных условиях делится каждые 20 минут; если штамм способен сократить это время на 1 минуту, то очень быстро он начинает преобладать над другими.
В условиях такой конкуренции невозможно содержание сложных механизмов защиты и неэффективное дублирование биохимических и регуляторных процессов, что во многом определяет устойчивость биологической системы к токсическим воздействиям, в частности к действию АКМ.Рассмотрение приведенных причин создает довольно сложную биохимическую картину процессов цитотоксичности при фагоцитозе. По-видимому, эта картина станет более ясной, если перейти от рассмотрения живого вещества как формы существования белковых тел, данного Фридрихом Энгельсом, к определению живого объекта как негэнтропийного состояния материи (Эрвин Шредингер). При таком рассмотрении АКМ служат механизмом изменения энтропии (или информации) системы. Поэтому высокоорганизованный в информационном плане многоклеточный организм и его клетки могут изменять свою энтропию в достаточно широком диапазоне. Микроорганизмы такой возможностью не обладают, поэтому большая их часть не выдерживает энтропийного удара АКМ при фагоцитозе (как гласит народная мудрость, «что русскому хорошо, то немцу смерть»). Следует также отметить, что эффективность информационного воздействия фагоцита посредством АКМ снижается по мере роста энтропии объекта, это наблюдается для некоторых бактерий, в частности Mycobacterium tuberculosis, которые имеют низкий метаболический и информационный потенциал. Даже в идеальных условиях культивирования период удвоения популяции микобактерий туберкулеза составляет около 30 часов, в то время как для большинства других типов бактерий этот период длится от 0,2 до 2 часов.. По этой причине в отношении большинства вирусов цитотоксическое действие фагоцитирующих клеток абсолютно неэффективно.