С помощью монооксида углерода, или угарного газа, иммунные клетки убеждаются в том, что рядом есть живые бактерии, от которых пора избавиться.

Иммунные клетки макрофаги работают на передовой линии обороны против возможных инфекций – именно они первыми встречают бактерий, которые задумали в нас поселиться. Встретить макрофагов можно в разных тканях и органов, но понятно, что больше всего их в коже, лёгких и кишечнике, то есть там, где у патогенов больше всего шансов проникнуть в организм. Клетки эти попросту съедают бактерии, а заодно погибшие клетки и различные чужеродные частицы, захватывая их в себя подобно амёбам. Но как макрофаги узнают о присутствии микробов и как вообще происходит атака на вторгшихся чужаков?

Макрофаг, поедающий бактерий. (Фото Dr. David Phillips / Visuals Unlimited / Corbis.)

Макрофаг из лёгочных альвеол, вылавливающий бактерий Escherichia coli. (Фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc. / Visuals Unlimited / Corbis.)

Очевидно, здесь задействовано много химических сигналов, и одну из главных ролей среди них, как оказалось, играет CO – монооксид углерода, или угарный газ. Мы с детства знаем, насколько он опасен: без вкуса, цвета и запаха, СО легко может убить человека, заблокировав газообмен. Связавшись с гемоглобином, угарный газ не пускает в него кислород, так что органам и тканям становится в буквальном смысле нечем дышать. Однако на самом деле в малых концентрациях он безвреден: у каждого из нас есть какое-то количество гемоглобина, связанного с CO, который образуется как побочный продукт некоторых биохимических процессов. Более того, последние несколько лет медики активно изучают СО на предмет его полезных физиологических свойств. Оказалось, что в небольших дозах монооксид углерода препятствует воспалению и защищает клетки от гибели. И результаты исследователей из Медицинского центра им. диакониссы Бет Израэль при Гарвардской медицинской школе (США) лишь ещё раз доказывают, что угарный газ может быть полезен – в малых количествах.

Лео Оттербайн (Leo E. Otterbein) и его сотрудники обнаружили, что в ответ на инфекцию в макрофагах активируется ген гемоксигеназы-1. Этот фермент катализирует разрушение гема с образованием «внутреннего» СО. (Напомним, что гем представляет собой особою небелковую молекулу, которая входит в состав многих белков, помогая им выполнять свою работу; например, гемоглобину гем необходим для газообменной функции.) Исследователи предположили, что как раз СО помогает иммунным клеткам находить инфекцию и даёт сигнал к атаке. Для проверки гипотезы мышей заражали разными видами бактерий, причём у некоторых животных ген гемоксигеназы был выключен. Оказалось, что мутантные мыши, у которых гемоксигеназа не могла давать СО, были намного более чувствительны к инфекции. У таких животных в ответ на инфекцию начиналось общее воспаление, у них выходили из строя внутренние органы, и всё заканчивалось скорой смертью. Однако мышей можно было спасти, если обработать их угарным газом, даже если после заражения прошло уже несколько часов.

В статье в The Journal of Clinical Investigation авторы описывают механизм работы СО в иммунной системе. Известно, что распознавание макрофагами бактерий происходит в два этапа. Когда иммунная клетка натыкается на бактериальную молекулу в первый раз, она реагирует на неё довольно слабо. И лишь потом, если подтвердится, что бактериальные остатки присутствуют в организме не просто так, что это не случайные обломки и что поблизости есть живые и действующие бактерии, иммунные клетки начинают реагировать в полную силу. Это позволяет не тратить энергию на ложные сигналы и оптимизировать иммунный ответ в зависимости от степени угрозы.

Молекулы угарного газа как раз и служат детектором микробов. В ответ на «первые подозрения» макрофаги запускают синтез гемоксигеназы-1, которая расщепляет гем в каких-то белках макрофагов, а образовавшийся СО клетки отправляют наружу. Если рядом есть бактерия, СО прикрепляется к её белкам, в результате чего бактерия выбрасывает из себя много АТФ. Аденозинтрифосфат (АТФ) известен как основная энергетическая молекула, но в данном случае он служит явным сигналом тревоги для иммунитета: связываясь со специальными рецепторами на поверхности макрофагов, он убеждает их, что они не ошиблись. Макрофаги начинают атаку, а заодно рассылают соответствующие сообщения другим иммунным клеткам.

Конечно, СО не единственный химический сигнал, управляющий активностью иммунитета, но, несомненно, один из самых важных, особенно на первых этапах борьбы с патогеном. Особенно, если учесть, что своевременное обнаружение инфекции предотвращает развитие общего воспаления, которое может сильно навредить всему организму. Возможно, что терапия небольшими количествами угарного газа в скором времени войдёт в повседневную медицинскую практику, в качестве помощи слабому или неправильно работающему иммунитету.