«Кровавая» работа врачей, ученых и природы. Конкурс биомолтекст
 Скачать 1.14 Mb.
|
|
резус-фактором , чтобы показать, что во время опытов использовали кровь макаки резус. Вскоре подробно описали подобную систему и у человека, которая, как показали исследования 1942 года, хоть немного и отличается от обезьяньей, но все же сильно не нее похожа, и ее тоже стали называть резус-фактором [16] На пути к совершенству Знания по трансфузиологии в начале XX века все накапливались, однако имелось ограничение — хранение крови «на черный день» было невозможным из-за того, что она имеет свойство сворачиваться. Если пациенту срочно требовалась кровь, то возникала необходимость немедленно искать подходящего донора. Все изменилось в 1915 году, когда в госпитале Маунт Синай в Нью-Йорке Ричард Левисон впервые использовал антикоагулянт цитрат натрия (вещество, препятствующее свертыванию), чтобы законсервировать донорскую кровь и использовать ее в будущем [17] . Так произошел переход от прямого переливания крови от одного человека к другому (при помощи трубки) к непрямому. Несмотря на всю значимость этого изобретения, цитрат стали активно использовать только через 10 лет, когда повсеместно начали открываться так называемые банки крови, где и хранили разную донорскую кровь. В ходе Первой мировой войны Великобритания использовала мобильные станции переливания крови для лечения тяжелораненых солдат. Впервые в истории люди поняли, насколько трансфузии важны. В дальнейшем в состав антикоагулянта для переливаний, помимо цитрата натрия, стали входить лимонная кислота, глюкоза и фосфат натрия. Это позволило увеличить срок хранения крови до 42 суток [18] Трансфузиология сыграла огромную роль и во время Второй мировой войны. Именно тогда система банков крови во всех странах-союзниках заработала централизованно и на всю катушку, массово начали применять непрямое переливание крови (рис. 8), изобрели хорошие аппараты для прямого и непрямого переливания крови (рис. 9), а кровь стали обеззараживать сульфаниламидом (сегодня кровь людей, страдающих рядом заболеваний, вовсе не допускают к переливаниям, но тогда, в условиях острого ее дефицита, на это закрывали глаза). Одна только Великобритания снабдила союзные войска почти 50 000 литрами крови [19] ! Рисунок 8. Непрямое переливание крови в Красной армии во время Великой Отечественной войны « Медперсонал делает переливание крови старшине Жуженову в госпитале в селе Ай-Тодор » Рисунок 9. Шприц для прямого переливания крови от одного человека к другому времен Второй мировой войны « Википедия » После окончания войны, когда начала набирать силы «новая биология», на основе иммунологии, генетики и биохимии постепенно вырабатывались современные положения в трансфузиологии. Так, интенсивные исследования позволили к 1957 году точно определить молекулярное строение молекулы-агглютиногена, а в 1959 году — ее биосинтез. Сам процесс переливания крови тоже претерпел множество изменений. Появилось гораздо больше разнообразных «проверок» крови на пригодность, включая диагностику инфекций (в частности, ВИЧ) и других антигенов, которые могут вызывать нежелательные реакции. Но наука на этом не останавливается, и сейчас проводят (и будут проводить) множество исследований, которые позволят минимизировать все риски, связанные с переливаниями крови. Результаты некоторых из этих исследований будут освещены дальше, в главе о современной трансфузиологии. А пока что давайте рассмотрим само понятие «группа крови». Группы крови по Ландштейнеру Термин «группы крови» обозначает системы антигенов эритроцитов, которые определяются генами с разным количеством возможных их вариантов (причем строго определенным — потому-то кровь и разбивают по группам). Например, в системе AB0 есть всего два возможных типа антигенов — A и B, комбинации которых и определяют группу крови по этой системе. Всего же в мембране эритроцитов человека содержится более 300 разных антигенов, которые относятся к 36 различным системам групп крови , и несовпадение примерно по четверти из них может привести к осложнениям при переливаниях! Правда, в медицине наибольшее значение имеют только две системы, реакции несовместимости крови по которым более серьезны и могут случиться с большей вероятностью — это AB0 и резус-фактор. Однако же реакции, связанные с несовместимостью крови по другим системам иногда все же случаются, например, при повторных переливаниях, после беременностей и т. д. Надо сказать, что в клетках крови содержится в несколько раз меньше некоторых антигенов групп крови (в том числе, антигенов системы AB0), чем, например, в слюне или кишечнике (по факту, эти молекулы есть почти во всех клетках и жидкостях организма), и поэтому в англоязычной литературе их уже называют не антигенами групп крови, а антигенами гистогрупп (от названия науки о тканях — гистологии). В связи с этим определение групп крови необходимо также в трансплантологии, так как реакции несовместимости групп крови могут возникать и при пересадке твердых органов. Группы крови — это не чисто человеческая история. Эритроциты животных имеют на своей поверхности антигены с аналогичными свойствами. У обезьян найдены антигены АВ0 и резус (обратите внимание, резус-антигены даже названы в честь обезьяны, у которой их обнаружили), что говорит о том, что эти системы имеют древнюю историю. Кровь других животных иногда (но не всегда — именно поэтому не каждый опыт до 1900 года кончался плачевно) агглютинирует с кровью человека, но в целом структура антигенов группы крови у животных далеко не всегда похожа на структуру таковых у людей. Так, у собак основной является система DEA , насчитывающая несколько групп крови (притом антигены двух из них — DEA 4 и DEA 6 — присутствуют у 98% всех собак), а всего групповых систем у них 13. Наиболее тяжелая реакция случается при переливании крови более редкой группы DEA 1.1 (этот антиген есть примерно у 40% всех собак); собаки с такой группой крови — универсальные реципиенты [20] . Однако есть одно разительное отличие крови собак от крови людей. На этих животных не распространяется главное правило трансфузиологии — не всегда в их организме с рождения присутствуют антитела, реагирующие на отсутствующие антигены. Однако же иногда собаки (как и люди) могут вырабатывать антитела на отсутствующие у них антигены. Есть несколько предположений касательно происхождения системы AB0 (рис. 10). Согласно первой, варианты гена AB0 возникли независимо сами по себе в Европе, Азии и Южной Америке соответственно, и постепенно распространились. Но мы знаем, что на каждом материке наблюдаются изолированные популяции с этими же группами крови. Так, у народов, проживающих в Сибири (а это отдаленная местность), высока частота встречаемости первой группы (0). Так что это предположение, скорее всего, в корне не верно. Согласно другой гипотезе, появление групп крови A и B произошло в результате мутаций генотипа первой группы крови. Эту гипотезу доказывает то, что более древние и изолированные народы имеют бóльшую частоту ее встречаемости, чем менее древние. Есть и третья гипотеза, согласно которой раньше всего возникла группа крови AB (IV), а мутации в генах со временем привели к возникновению групп крови A, B и, наконец, 0. В пользу этой теории говорят два факта. Во-первых, мутации потери функции происходят чаще, чем мутации ее приобретения. Во-вторых, согласно недавним исследованиям ископаемых останков древних людей, мутации, приведшие к появлению группы крови 0 (I), произошли за историю человечества как минимум три раза и каждый раз настойчиво закреплялись эволюцией. Поэтому-то, в том числе, I группа, несмотря на рецессивность, встречается очень часто [13] Рисунок 10. Две теории эволюции групп крови человека. Согласно первой (слева), все группы крови произошли от первой, согласно второй (справа) — от четвертой. [13] У человека существует 23 пары хромосом (одна половина от отца, другая от матери). Две хромосомы в каждой паре похожи друг на друга — одни и те же позиции (локусы) в них занимают гены, отвечающие за одни и те же признаки. Такая же история и с геном AB0 — в определенном локусе на девятой хромосоме находится один из трех его вариантов (аллелей), определяющих группу крови, — А, В или 0. Так как хромосом пара, группу крови определяет именно сочетание двух аллелей — отцовской и материнской. Варианты A и B отвечают за синтез соответствующих антигенов, а вот ген 0 — нефункционирующий вариант. Аллели A и B доминантные (если они встречаются вместе, а это происходит в случае четвертой группы крови, то на эритроцитах находятся как антигены A, так и антигены B; генетики называют такой случай кодоминированием), а ген 0 — рецессивный. То есть наследование групп крови не отступает от законов Менделя . Таким образом, у людей 0 (I) группы крови может быть только генотип 00, у людей A (II) группы — генотипы A0 и AA, у людей B (III) — B0 и BB, а у людей AB (IV) группы — только AB. Своим детям человек может передать любой из двух имеющихся у него вариантов гена АВ0. На основе этого можно, например, определить, какая группа крови может быть у того или иного человека, или же попытаться разоблачить неверную жену, решая задачки по наследованию групп крови (рис. 11), [21] Ген АВ0 кодирует фермент гликозилтрансферазу, который проводит модификацию мембранного белка H . Аллели А и В дают чуть различающиеся варианты фермента, первый из которых преобразует белок H в антиген А, а второй — в антиген В. А вот в варианте 0 гена АВ0 появляется делеция гуанина-258 вблизи N-конца будущего белка, что приводит к сдвигу рамки считывания и синтезу нефункционального продукта. Этот фермент уже не может модифицировать белок H, поэтому ни антиген А, ни антиген В не появляются у людей с группой крови 0. Подробности найдете в следующей главе. — Ред. Рисунок 11. Наследование групп крови системы AB0. В процентах выражена вероятность рождения ребенка с той или иной группой крови у данной пары родителей. « Наследование групп крови » Как же определяют группу крови в лабораторных условиях? В основе этого метода лежат опыты Ландштейнера, но только вместо сывороток используют очищенные моноклональные антитела -агглютинины анти-А и анти-B, которые синтезируют в лабораториях биотехнологическими методами и затем разводят в изотоническом солевом растворе. Смешивая растворы тех или иных антител с эритроцитами пациента, можно определить, есть ли на них распознаваемые агглютининами антитела, и из этого понять, какая группа крови у пациента. Аналогичными методами определяют и наличие антигенов других групп крови, например, резус-фактор [21] Моноклональные антитела, которые можно выработать против практически любого природного антигена, широко используются как в молекулярной биологии и биохимии, так и в медицине. О производстве и использовании моноклональных антител на «Биомолекуле» есть отдельная статья: « Моноклональные антитела » [58] До изобретения моноклональных антител кровь донора и реципиента просто смешивали в пробирке, и если они не агглютинировали, брались за переливание. Впервые такой тест провел в 1907 году нью-йоркский врач Рубен Оттенберг. Он отметил «универсальную» пригодность крови I группы, а спустя пять лет Роджер Ли, врач из Массачусетса, показал, что пациентам с IV группой подходит любая другая [10] . Группу крови же определяли, сливая кровь неизвестной группы с несколькими образцами крови известной группы, и по протекающим реакциям делали вывод о ее антигенном составе. Таблица 1 иллюстрирует, какие группы крови и резус-факторы в целом совместимы и относительно редко вызывают побочные эффекты при переливании. Довольно своеобразной системой групп крови является резус. Как оказалось в ходе исследований второй половины XX века, резус крови — это сложная система, включающая целых 49 антигенов, обозначаемых разными символами. Однако все мы знаем, что резус может быть положительным или отрицательным (Rh+\Rh–). Так вот, это определяется наличием на эритроцитах одного из резус-белков, который обладает самой сильной активностью — антигена D (RhD). Система резус-факторов отдаленно напоминает систему AB0 — тут тоже есть антигены и антитела к ним. Разница лишь в том, что, в отличие от агглютининов, с самого рождения антител к чужому резус-фактору в организме нет. Они начинают вырабатываться после того, как организм встретит и как следует «обнюхает» чужой резус (это пример аллоиммунизации — процесса, когда иммунитет «знакомится» с антигенами другого человека, а атаку начинает, если встретит их еще раз). И потому проблемы чаще возникают при повторных переливаниях не совпадающей по резусу крови. Наследование резус-фактора Резус наследуется по такому же принципу, что и группы AB0. Положительный резус — доминантный признак и обозначает наличие белка D; отрицательный — рецессивный, поскольку за него отвечает испорченный ген положительного резуса, который кодирует белок, неспособный встроиться в мембрану красных клеток крови. Так как отрицательный резус — рецессивный признак, а возможных аллеля всего два, то резус- отрицательных людей намного меньше: около 15% европейцев, 1% азиатов и 7% африканцев. С группами крови AB0 должно бы быть то же самое, ведь первая группа крови — подавляемый признак, однако же сам аллель первой группы встречается Группа крови Донор для людей с... Реципиент для людей с... A+ A+, AB+ A+, A–, 0+, 0– 0+ 0+, A+, B+, AB+ 0+, 0– B+ B+, AB+ B+, B–, 0+, 0– AB+ AB+ Любая группа A– A+, A–, AB+, AB– A–, 0– 0– Любая группа 0– B– B+, B–, AB+, AB– B–, 0– AB– AB+, AB– AB–, A–, B–, 0– намного чаще, причем люди со второй и третьей группами могут быть «носителями» первой — то есть, наследование групп AB0 несколько сложнее за счет наличия целых трех возможных вариантов гена, хоть и механизм такой же, как и в случае наследования резус-фактора [22] , [23] Другие группы крови Рисунок 12. Антигены разных систем групп крови в мембране. Чаще всего антигены разных групповых систем наследуются независимо друг от друга, и существует множество их комбинаций, которые иногда приходится учитывать при переливаниях крови. Каждый из этих антигенов имеет свое собственное строение — это могут быть белки, углеводы, липопротеины и гликопротеины. « Наследование групп крови » Системы антигенов АВ0 и резус являются для трансфузиологии и трансплантологии важнейшими, но далеко не единственными (рис. 12). Помимо этих антигенов наружная мембрана эритроцита, как мы уже сказали, несет на себе огромное число других антигенов (более 300!), причем набор таких молекул у разных людей различен ввиду большого генетического разнообразия человеческой популяции — именно поэтому их и используют, как «молекулярные отпечатки пальцев». Всего международным обществом трансфузиологии (International Society of Blood Transfusion, ISBT) утверждено 36 систем групп крови, несовпадение некоторых из которых у донора и реципиента также может вызвать нежелательные реакции. Обычно такие реакции случаются при повторных переливаниях несовместимой по этим системам крови или если раньше были несовместимые беременности. Выработка антител на отсутствующие у него антигены — это общебиологическое свойство иммунитета человека, характерное и для других животных. Поэтому в трансфузиологии, особенно при многократных переливаниях, учитывают сегодня и менее известные антигены, нежели АВ0 и резус, — Келл , Кидд , Даффи , MNSs и др. Проблема лишь в том, что далеко не все они изучены [23] . В таблице на сайте ISBT указаны все эти системы и их особенности. Впервые ученые поняли, что системы групп крови не ограничиваются лишь AB0, в 1927 году, когда уже знакомыми нам исследователями К. Ландштейнером и Ф. Левиным была открыта система MN, включающая в себя два антигена — M и N. Тогда оказалось, что системы AB0 и MN независимы, и человек может обладать любыми сочетаниями этих двух классов антигенов. Затем ученые открыли остальные антигены системы MN (их оказалось около 40 штук), кодируемые двумя очень изменчивыми генами — GYPA и GYPB, и переименовали эту групповую систему в MNSs. Из нового названия следует, что система состоит из двух пар наиболее часто встречающихся кодоминантных аллелей, обозначенных М и N (они были открыты в 1927 году) и S и s (открыты в 1947 и 1951 годах). И если аллели М и N, редко вызывающие реакции несовместимости, распределяются в популяциях с одинаковой частотой, то аллели S и s, вызывающие эти самые реакции, имеют разные частоты [24] Среди других групповых систем стоит отметить систему Келл, названную так в честь первого пациента, у которого в 1945 году нашли антитела к одному из Келл-антигенов, — беременной женщины миссис Келлахер. В течение последующих десяти с лишним лет были описаны и оставшиеся два типа антигенов этой системы. Групповая система Келл состоит из трех антигенов (один из которых — K 0 — рецессивный, а два остальных — K 1 и K 2 — доминантные), образующих 4 группы крови (K 1 –K 2 , K 1 –K 0 , K 2 –K 0 и K 0 –K 0 ). Антигены системы Келл по активности стоят на третьем месте после резус-антигенов и агглютининогенов и, аналогично резусу, Келл-антигены могут вызвать реакцию иммунной системы при беременности, переливании крови, а также гемолитическую болезнь новорожденных и осложнения после переливания несовместимой крови. Если у донора есть антиген Келл, то его кровь нельзя переливать человеку без Келл. В связи с этим последнее время во многих станциях переливания кровь стали проверять и на этот антиген, и если оказывается, что донор Келл-положителен, то ему разрешается сдавать лишь только компоненты крови, но не цельную кровь [25] . Есть версия, что английский король Генрих VIII (правил с 1509 по 1547 год) имел Келл-положительную группу крови, а его жена — Келл-отрицательную, и смерть семи из десяти его детей можно приписать именно гемолитической болезни новорожденных [26] Келл-антигены очень хитрые: иногда они могут не выявляться при лабораторных тестах, и при этом вытворять свои «темные делишки», провоцируя гемолитическую желтуху новорожденных и реакции несовместимости. Это состояние называют фенотипом МакЛеода по фамилии первого человека, студента из Гарварда, у кого он был открыт. С открытием еще одной малоизвестной системы групп, |