у какого животного самый сильный иммунитет

Иммунитет у животных

Для того чтобы защитить братьев наших меньших от опасных болезней и паразитов, необходимо разобраться, как работает их иммунокомпетентная система (ИКС), какие существуют виды иммунитетов животных, и каковы функции каждого из них.

Заболевший питомец вызывает беспокойство своих владельцев, а животноводческие хозяйства могут нести большие убытки, связанные с внезапной эпидемией. Поэтому ученые исследуют специфику именно иммунитета животных, который несколько отличается от человеческого.

Виды иммунитета

Стволовые клетки трансформируются в вышеперечисленные клетки крови. Органы, участвующие в таком преобразовании – лимфоидная ткань и костный мозг. Это и есть органы иммунной системы животных. Лимфоциты (Т-клетки, В-клетки и NK-клетки), лейкоциты (гранулоциты) и фагоциты (макрофаги) выявляют, поглощают или убивают и выводят из организма патогенные микроструктуры.

Типы иммунокомпетентных систем (ИКС) животных подразделяются так же, как и виды иммунитета человека, на природный (врожденный, видовой, наследственный) и адаптивный (специфический, приобретенный).

Для здоровья любого животного его иммунитет имеет первостепенное значение. При ослаблении иммунной системы у млекопитающих могут наблюдаться регулярные проявления вирусных и бактериальных инфекций, поражающих дыхательные пути, кожные покровы, ослабляющих опорно-двигательный аппарат. Чтобы поддерживать иммунокомпетентную систему на достаточном уровне, необходимо обеспечить животным постоянный доступ свежего воздуха (регулярные прогулки), правильное сбалансированное питание, не злоупотреблять лечением антибиотиками.

У какого животного лучший иммунитет?

Многих интересует вопрос, различаются ли животные по силе иммунной системы, и какому животному повезло в этом плане больше остальных. Если говорить о разных видах зверей, то иммунитет у различных представителей каждого вида может различаться. Нельзя сказать, что млекопитающие конкретного вида имеют более крепкую иммунокомпетентную систему, чем другие виды животных. Однако с уверенностью можно утверждать, что лучший иммунитет наблюдается у животного, которое:

Смотрите видео об иммунитете у домашних животных.

Однако существуют виды живых существ, которые имеют невосприимчивость к антигенам, являющимся смертельно опасными для других видов представителей фауны. Например, в иммунной системе опоссумов Северной Америки обнаружен особый протеин, который способен полностью нейтрализовать действие змеиного яда, а также ядов скорпионов и пчел.

Не менее интересен иммунитет акул. Ведь на сегодняшний день остается открытым вопрос: «Если ИКС побеждает различные заболевания, почему же тогда не может быть побежден иммунитетом и рак?». Однако в отношении этих морских хищников этот вопрос не так уж справедлив. Ученые выяснили, что у акул иммунитет к раку. При изучении ДНК этих рыб были выделены особые гены, которые не позволяют образовываться раковым клеткам. Природа возникновения этих генных структур пока остается неизвестной.

Иммунодефицитные состояния у животных

Под воздействием различных неблагоприятных факторов иммунная система дает сбой и не способна адекватно реагировать на те антигены, бороться с которыми может даже слабый иммунитет. Состояния иммунодефицита бывают:

Врожденная форма иммунодефицита в большинстве случаев неизлечима. Лечение других видов иммунодефицитных состояний предусматривает комплекс мероприятий, направленных на стимуляцию иммунной системы. Часто животным вводятся сыворотки, содержащие готовые иммуноглобулины. Молодым особям также назначаются препараты, помогающие работе желудочно-кишечного тракта.

Профилактика иммунодефицита животных заключается в организации таких условий содержания, в которых они не будут испытывать стрессовые состояния, смогут получать достаточно питательных веществ, витаминов А, Е и С и микроэлементов. Также необходимо регулярно проводить осмотр и вакцинацию животных.

Делитесь своим мнением на тему важности иммунитета у животных в комментариях. А также смотрите видео о том, как повысить иммунитет у собаки.

Источник

У какого животного самый сильный иммунитет

Меховой «бронежилет» у мангуста

Многие уверены, что иммунитетом к змеиному яду обладают все животные, питающиеся змеями, в первую очередь ежи и мангусты. Но это далеко не так. Большинство видов мангустов точно так же чувствительны к яду змей, на которых они охотятся, как и остальные млекопитающие. И лишь представители некоторых видов способны немного привыкнуть к яду змей, живущих в той же местности, что и они. В этих случаях змеиные укусы действуют на мангустов слабее, и даже после неудачной встречи с самыми ядовитыми змеями у них есть шанс выжить. При этом, если перевезти такого мангуста в другую область, этого преимущества у него уже не будет: даже змеи того же вида, к яду которых у него был некоторый иммунитет «дома», на новом месте окажутся для него такими же опасными.

Однако мангусты прекрасно обходятся и без иммунитета к яду. Эти животные настолько ловки и быстры, у них настолько хорошая реакция, что змеи чаще всего просто не успевают укусить их. Даже кобры, чья реакция тоже удивительна: большинство из них способны схватить зубами выпущенную из пистолета пулю. Но до мангуста кобре, как правило, не удается добраться зубами – он умудряется прыгнуть на нее и вцепиться ей в шею еще раньше. А у мангустов, относящихся к виду индийский серый мунго, есть еще одна дополнительная защита от змей – очень плотный, густой и шелковый на ощупь мех. Даже если змея изловчится и достанет серого мунго зубами, они, скорее всего, соскользнут с его шкурки, не причинив ему никакого вреда.

Защищают не только колючки

Вонючий и неуязвимый

Настоящий иммунитет от змеиных ядов есть и у многочисленных видов скунсов. При этом скунсы обычно не охотятся на змей: как правило, они едят мелких грызунов и насекомых, а также разные растения, и только самые крупные виды иногда ловят змей и ящериц. Но змеи могут сами напасть на этих небольших хищников, так как на них, в отличие от млекопитающих и птиц, не очень сильно действует главное защитное «оружие» скунса – сильнейший отвратительный запах.

Взрослые и опытные крупные хищники, уже встречавшиеся со скунсами, часто сами убегают от них, не дожидаясь, пока они начнут «газовую атаку». Если хищник не торопится убраться с дороги скунса, тот сперва предупредит его о своей готовности защищаться, громко топая лапами. Но если потенциальный противник не сбежит даже после этого, скунс выстрелит в него струей страшно вонючей жидкости. Такое обычно случается с молодыми хищниками, еще ни разу не видевшими скунсов и не нюхавшими их запаха. В следующий раз эти хищники, увидев мистера вонючку, скорее всего, убегут сразу, так как запомнят, чем заканчиваются попытки напасть на него.

Тот, кому все ни по чем

Самый же живучий представитель млекопитающих, которого можно смело назвать «терминатором» животного мира, – это медоед, дальний родственник барсуков и куниц. Этот хищник, обитающий в Африке и Азии, не боится вообще никаких ядовитых насекомых, пауков и рептилий. Даже королевские кобры, от яда которых не существует антидота, не представляют для него опасности – а сам он запросто может ими пообедать. Что же касается другой кусачей живности, то на нее медоед просто не обращает внимания.

Как можно догадаться по его названию, этот хищник – большой любитель меда. У медоеда очень сильные челюсти и лапы с длинными острыми когтями, и он превосходно лазает по деревьям, так что разрушить гнездо диких пчел для него проще простого. Сложнее найти такое гнездо, но в этом медоеду помогают «наводчики» – птицы, которые питаются пчелиными личинками. Эти птицы вьются над гнездом и чирикают, а медоед, увидев их, забирается на дерево и разоряет гнездо. Пчелы, разумеется, стараются этому помешать и жалят хищника, но он даже не пытается смахнуть их с себя – его кожа настолько толстая и не чувствительная к боли, что укусы не мешают ему лакомиться медом.

Несмотря на свои небольшие размеры – его длина около 70 сантиметров, – медоед очень силен. Он может приподнять камень, который раза в два тяжелее его, чтобы достать спрятавшуюся под ним змею или еще какую-нибудь живность, может отпихнуть с дороги крупного шакала, гиену и даже молодого льва. Рассказывают историю, как медоед вломился в запертый загородный дом, когда в нем никого не было. Ему удалось выломать запертую входную дверь, а потом еще две двери внутри дома, после чего незваный гость начал отодвигать шкафы и другую тяжелую мебель в поисках чего-нибудь съедобного. На кухне он сумел открыть холодильник, вытащил из него огромный кусок замороженного мяса и обгрыз его со всех сторон, а затем пометил все углы кухни – то есть на своем зверином языке объявил ее своей территорией. Правда, вернувшиеся хозяева дома не оценили оказанной им чести и отказались признавать его новым хозяином. Они вызвали специальную службу, сотрудники которой увезли завоевателя в лес, подальше от человеческого жилья.

Источник

Необычные животные: иммунологические сказки

Необычные животные: иммунологические сказки

Автор

Редактор

Статья на конкурс «био/мол/текст»: «Не ешь меня, я тебе ещё пригожусь!». При прочтении этой фразы вспоминаются детские сказки, где животные предлагают главному герою удивительные способности взамен на то, чтобы он сохранил им жизнь.
— Да, но при чём здесь сказки?! — возмутится читатель. — Я же собирался прочитать научную статью, а не выдуманные истории!
Действительно, вполне справедливое замечание. Однако в этот раз статья наша действительно будет похожа на сказку. Потому что речь в ней пойдёт о животных, обладающих очень необычными «молекулярными» способностями. За счёт чего? Конечно же, за счёт антител!

Обратите внимание!

Эта работа опубликована в номинации «лучшая статья по иммунологии» конкурса «био/мол/текст»-2015.

Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.

Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.

Что такое антитела? Это особые молекулы иммунной системы, имеющие гликопротеиновую природу и способные распознавать чужеродные для организма структуры, такие как вирусы, бактерии и другие потенциально вредные агенты, называемые одним словом — антигены [1, 2]. При распознавании антигена антителá передают информацию о нём клеткам иммунной системы — лимфоцитам, — и те в свою очередь уничтожают вредоносный агент. У человека и у всех млекопитающих антитело — это структура, состоящая из двух тяжёлых и двух лёгких цепей. Антитела, обладающие такой структурой, называются классическими. Их тяжёлые и лёгкие цепи, в свою очередь, состоят из вариабельных (V) и константных (C) доменов. Тяжёлые цепи содержат один вариабельный (V_H) и три константных домена (С_H1, С_H2, С_H3), лёгкие цепи — один вариабельный (V_L) и один константный (С_L) домены (рис. 1a). Именно такое строение обеспечивает способность антител узнавать конкретные антигены (это называется вариабельностью антител и осуществляется V-доменами) и взаимодействовать с клетками собственной иммунной системы (эффекторная функция антител; за неё ответственны C-домены).

Рисунок 1. Схема строения классического (a), верблюжьего (б) и акульего (в) антител. a — классический Ig G. Состоит из двух легких цепей и двух тяжелых цепей. C_H1, C_H2, C_H3 — константные домены тяжёлой цепи, С_L — константный домен лёгкой цепи; V_H — вариабельный домен тяжёлой цепи, V_L — вариабельный домен лёгкой цепи. Вариабельные домены образуют антиген-распознающий фрагмент, а константные — эффекторный (связывающийся с лимфоцитами). б — верблюжье антитело, HCAb. C_H2, C_H3 — константные домены. VHH — вариабельный домен. VHH сами по себе образуют наноантитела. в — акулье антитело, Ig-NAR. C1 — C5-NAR — константные домены, V-NAR — вариабельный домен, является функциональным аналогом верблюжьего VHH. Рисунок из [6].

Новое антитело! Откуда? От верблюда! И ещё от акулы

Рисунок 2. Сравнение Ig Y (слева) и Ig G (справа). Ig Y обладает большим размером за счёт дополнительного C_H2 района, который отсутствует в Ig G. Рисунок с сайта genwaybio.com.

В 1993 году группа бельгийских учёных обнаружила в крови млекопитающих семейства верблюдовых (верблюдов, лам, викуний и альпак) антитела, структура которых заметно отличалась от структуры вышеописанных классических антител [3]. Антитела, присутствующие в крови у этих животных, имеют уникальную структуру — они состоят только из фрагмента одной укороченной тяжелой цепи, а лёгкие цепи у них отсутствуют (рис. 2).

Эти антитела были названы HCAb («heavy chain antibody»). Антиген-узнающий участок HCAb формируется лишь одним вариабельным доменом — VHH (Variable domain of the Heavy chain of the Heavychain antibody) (рис. 1б). Позднее учёные установили, что VHH — полностью функциональная молекула, которая способна распознавать и связывать антиген ничуть не хуже, чем вариабельные домены классических антител. Даже при их изоляции от константных доменов антитела они сохраняют способность связываться с антигенами так же, как и обычные антитела. Вдобавок к этому, они являются и самыми миниатюрными из всех известных белков с аналогичными свойствами. Их размер достигает примерно 2 × 4 нм. Поэтому этот фрагмент и получил название «наноантитело», «нанотело» или «мини-антитело» [4]*.

* — Подробнее о верблюжьих антителах читайте в статье «От рака вылечит. верблюд!» [5].

Удивительно, но молекула, аналогичная HCAb, была найдена у акул, и получила она название Ig-NAR (NAR — novel antigen receptor) [6]. Подобно верблюжьим антителам, данный иммуноглобулин также состоит из фрагмента одной укороченной тяжелой цепи. Каждая тяжёлая H-цепь содержит один вариабельный домен (V-NAR) и пять константных доменов (рис. 1в). Домены V-NAR также являются аналогами верблюжьих VHH и проявляют сходные свойства — способны связываться с антигенами как самостоятельная молекула.

Также на основании VHH и V-NAR можно получить двухвалентные, или биспецифические, антитела. Такие генно-инженерные конструкции нужны для того, чтобы увеличить функциональность антитела: либо путём усовершенствования связывания антигена посредством увеличения авидности, либо путём увеличения антигенной специфичности, либо путём «сшивания» двух антител. Например, известно, что для лечения аутоиммунного ревматоидного артрита необходимо блокировать синтез такой молекулы как TNF (tumor necrosis factor). В норме TNF влияет на липидный метаболизм, коагуляцию, устойчивость к инсулину, функционирование эндотелия, активирует лейкоциты, однако его гиперэкспрессия может привести к нежелательным аутоиммунным заболеваниям, в частности, к артриту.

Было показано, что двухвалентные анти-TNF VHH-антитела являются в 500 раз более эффективными для лечения ревматоидного артрита, нежели аналогичные одновалентные антитела. Проявляемые свойства данного антитела оказались даже сильнее, чем у известных и наиболее эффективных на настоящий момент лекарств против ревматоидного артрита — Инфликсимаба и Адалимумаба [9]. Ещё одно двухвалентное наноантитело, ALX-0081, является перспективным антитромботическим агентом. ALX-0081 связывает фактор Виллебранда — белковый компонент крови, который участвует в её свёртывании на одном из самых ранних этапов. Это антитело успешно прошло первую стадию клинических испытаний, в результате которых было показано, что оно выборочно предотвращает нежелательное тромбообразование в сосудах, минимизируя кровотечения и не мешая нормальному гомеостазу.

Снесла курочка яичко. Яичко не простое, а. иммунологическое!

У млекопитающих существует пять известных классов антител (иммуноглобулинов) — Ig A, Ig G, Ig D, Ig M, Ig E. Они отличаются друг от друга размерами тяжёлых цепей и по-разному участвуют в иммунном ответе. Например, основная функция Ig A — это защита слизистых оболочек дыхательных, мочеполовых путей и желудочно-кишечного тракта от инфекций, в то время как Ig E обусловливает различные аллергические реакции на антиген. Эти пять классов иммуноглобулинов известны только для млекопитающих. Однако когда учёные решили изучить молекулярный «состав» яйцекладущих животных (птиц, и, в частности, куриц), было обнаружено, что в их крови и в яичном желтке присутствует ещё один вид иммуноглобулинов — Ig Y (от англ. yolk — «желток»). Оказалось, что структура Ig Y похожа на структуру IgG: оба иммуноглобулина имеют две тяжелых и две лёгких цепи. Однако Ig Y содержит в своей тяжёлой цепи дополнительный константный домен C_H2, который в Ig G уплотняется, но сохраняется в Ig E (рис. 2). Из этого был сделан вывод, что Ig Y является наследственной молекулой как Ig G, так и Ig E [11]. Поэтому, с одной стороны, функция этого белка сходна с функцией Ig G у млекопитающих — и Ig G, и Ig Y способны бороться с инфекционными агентами и участвовать в передаче иммунитета от матери к развивающемуся эмбриону [12]. А с другой стороны, Ig Y обладает некоторыми функциями Ig E, а именно способностью вызывать анафилактические реакции [13]. В целом, Ig Y имеет больше преимуществ, чем Ig G.

Почему же так интересны яичные антитела? Первое, и самое главное — яйца являются распространенным компонентом нашего рациона и поэтому легко переносятся иммунной системой человека. Вот почему иммунотерапия на основе Ig Y может быть весьма привлекательной с точки зрения её низкой токсичности (рис. 3). Уже изучаются так называемые оральные инъекции антителами Ig Y. По сути — это употребление в пищу яиц, в которых Ig Y имеет специфичность к конкретному антигену. Например, можно получать яйца против, скажем, холеры, или вируса гриппа. Съел яичко — и здоров! И действительно, уже показано, что подобная яичная «инъекция» открывает новые возможности для терапевтического вмешательства по отношению к различным патологиям, в том числе различным лёгочным и желудочно-кишечным инфекциям [14]. Подобный подход эффективен в борьбе с различными вирусами и бактериями — это показано в опытах на животных, а также ведутся клинические испытания на человеке [15, 16]. Здесь, правда, необходимо помнить, что подобные оральные инъекции куриным яйцом не подходят людям, страдающим индивидуальной непереносимостью яичного белка. Поэтому для них вопрос пока остаётся открытым.

Рисунок 3. «Съедобная» яичная вакцина — лекарство будущего! Рисунок с сайта zhit-budete.ru.

Куриные антитела могут использоваться не только в борьбе с вирусными и инфекционными антигенами, но также для блокирования, ингибирования и доставки конкретных реагентов в различные органы при каких-либо патологиях. Также куриные антитела хороши в качестве антитоксинов и/или для пассивной вакцинации. Например, Ig Y против рицина и ботулотоксина (сильнейших ядов) [17] могут нейтрализовывать бактериальные токсины и использоваться для лечения [18]. Такие противоядия на основе куриных антител обладают даже большей биологической активностью по сравнению с антидотами, полученными на основе лошадиной сыворотки [19].

Человек всегда был заинтересован в продуктах питания, которые укрепляют здоровье и снижают риск заболеваний. В современном мире, когда темп жизни крайне высок и дорога каждая минута, к этим требованиям добавляется также и возможность «вылечить» себя самому, не посещая больницы и не тратя время на различные врачебные процедуры. Включение желтков яиц, полученных от иммунизированных кур, в пищевые продукты, например, в майонез, обеспечит потребителей функциональным питанием, которое способно защитить человека от возбудителей — так называемая «съедобная» вакцина. Единственный потенциальный недостаток такой терапии — уменьшение стабильности Ig Y в кислой среде, что как раз актуально для человеческого желудочно-кишечного тракта, в котором содержится соляная кислота. И над решением этой проблемы учёным ещё предстоит поработать.

Тридцать три коровы, тридцать три коровы, и большие их антитела!

Рисунок 4. Строение антиген-связывающего участка антитела. Антигенсвязывающий участок состоит из аминокислотных остатков, входящих в состав шести гипервариабельных петель (CDR-петель), расположенных на поверхности вариабельных доменов лёгких и тяжёлых цепей. На рисунке гипервариабельные петли отмечены цветом (L1—3 — CDR-петли, входящие в состав лёгкой цепи в порядке их расположения в последовательности, H1—3 — CDR-петли, входящие в состав тяжёлой цепи). Рисунок из [20].

Прежде чем мы приступим к разговору о бычьих антителах, следует более детально рассмотреть строение вариабельных доменов антител вообще. Следует знать, что уровень вариабельности внутри вариабельных доменов распределен неравномерно. Он наиболее высок в коротких, так называемых «гипервариабельных» областях — CDR (complementarity determining regions), определяющих сродство антитела антигену. В вариабельных доменах тяжелой и легкой цепей выделяют по три CDR. В последовательности вариабельного домена эти области чередуются с четырьмя «каркасными» участками (FR — framework region, FR1—FR4). Роль таких участков заключается в поддержании трёхмерной структуры V-доменов. Вариабельные домены легкой и тяжелой цепи (V_H и V_L) вместе с ближайшими к ним константными доменами (C_H1 и C_L1) образуют Fab-фрагменты антител (fragment, antigen binding). Остальную часть, представленную C-концевыми константными доменами тяжелых цепей, обозначают как Fc-фрагмент (fragment, crystallizable). На границе Fab и Fc фрагментов располагается «шарнирная область», которая за счет своей гибкой структуры обусловливает подвижность фрагментов молекулы антитела относительно друг друга и содержит дисульфидные связи, соединяющие тяжелые цепи между собой (рис. 4) [20].

Относительно недавно, в 1999 году, учёными были обнаружены необычные антитела — на этот раз в сыворотке крови коровы [21]. Оказалось, что коровьи антитела имеют очень длинный, по сравнению с антителами других животных, CDR H3 район (рис. 5). Он может достигать в длину шестидесяти аминокислот и больше. Данный район был назван «ручкой» антитела (англ. «knob»), и, конечно же, учёные сразу заинтересовались, что это за ручка и откуда она взялась. Выяснилось, что данный участок играет критическую роль в иммунном ответе и связывании антигена. Каждая такая ручка уникальна, и в основном ею распознаётся конкретный вирусный антиген. Почему именно у коров возникли такие антитела? В первую очередь стоит подчеркнуть, что коровы, которые относятся к жвачным животным, очень необычны в плане своей физиологии. Желудок у них состоит из четырёх отделов — рубца, сетки, книжки и сычуга. Рубец является своеобразным «ферментёром», который метаболизирует пищу, поступающую в желудок. Необходимо поддерживать нормальный уровень естественной микрофлоры рубца, для того чтобы избежать инфицирования пищеварительного тракта или крови животного условно-патогенными организмами. Эта цель может быть достигнута за счёт присутствия в организме таких необычных антител, которые обладают крайне высоким разнообразием и могут проникать в различные поры, выступы и канавки на поверхности антигенов, что трудно сделать обычному антителу с короткой ручкой [22].

Пока коровьи антитела изучены слабо. Понятно, что, модифицируя ручку антитела, например присоединяя к ней другую молекулу, можно получить оригинальные конструкты. Проводятся эксперименты по частичной замене ручки биологически активными полипептидами с известными функциями. Уже получены подобного рода гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (G-CSF) и эритропоэтин [23, 24]. G-CSF стимулирует рост и дифференцировку гематопоэтических клеток таких линий, как гранулоциты, макрофаги, эозинофилы, а эритропоэтин отвечает за стимуляцию образования эритроцитов. Такие полипептиды, с одной стороны, сохраняют свои естественные функции, а с другой приобретают более длительную устойчивость, которая свойственна классическим антителам. В целом, предполагается что CDR H3, чья ручка по размеру и форме схожа с другими ноттинсами (белковые молекулы, по форме напоминающие узелки), хемокинами, токсинами, ингибиторами протеаз и дефензинами — это будущий перспективный инструмент для распознавания необычных антигенов и их эпитопов.

Рисунок 5. Сравнение человеческого (слева) и коровьего (справа) антител. Красным изображён CDR H3 район. Видно, что в бычьем антителе он заметно больше. Рисунок с сайта sandiegouniontribune.com.

«Сказка ложь, да в ней намёк — добрым молодцам урок». Действительно, наши предки не могли научно объяснить то или иное явление, не знали молекулярной биологии, однако были правы — мир природы, который нас окружает, наполнен удивительными вещами. Сейчас наука показывает, что многое из того, что могло когда-то показаться вымыслом, действительно существует. И загадочные обитатели океанических глубин, и птицы, и млекопитающие — всё живое являет собой пример прекрасного совершенства, нет в мире ничего лишнего и бесполезного. И яркое тому подтверждение — обнаружение множества удивительных, разнообразных молекул иммунной системы, антител — у разных представителей мира животных (рис. 6).

Рисунок 6. Вот и сказочке конец, а кто слушал — молодец!

Источник