Иммунитет на ЕГЭ по биологии, что нужно знать

В октябре 1801 года профессор Ефрем Осипович Мухин в Московском воспитательном доме привил коровью оспу сироте Антону Петрову. Мальчик получил пожизненную пенсию и фамилию Вакцинов. Мухин работал по способу, который Дженнер описал всего за три года до того.

Почти каждый выпускник уверен, что знает иммунитет, потому что сам стоял с родителями в очереди на прививку в районной поликлинике. На экзамене памяти о прививочном кабинете хватает ненадолго, ведь там нужно отличать естественный иммунитет от искусственного и активный от пассивного. Клеточный и гуморальный ответ разводят по разным клеткам, а вакцину с сывороткой легко спутать, если помнить их только по названию. Вдобавок в кодификаторе 2027 года в скобках стоят три фамилии, Эрлих, Бернет и Тонегава, и про них в поликлинике точно никто не рассказывал. Разобраться с темой лучше до декабрьского пробника, чтобы в декабре уже проверять себя на готовом материале.

Рука с оспиной на гербе Оспенного

В октябре 1768 года Екатерина II тайно привилась от натуральной оспы, и прививку делал английский врач Томас Димсдейл, автор трактата об инокуляции 1767 года. Способ назывался вариоляцией, от латинского названия оспы. Человеку вводили материал из пустул настоящей натуральной оспы, болезнь обычно протекала легче, но могла и убить, а привитый какое-то время сам оставался заразным.

Материал для Екатерины взяли у больного мальчика Александра Маркова. Через месяц после выздоровления императрица пожаловала ему дворянство и фамилию Оспенный, а на гербе появилась рука с созревшей оспиной. Димсдейл получил баронский титул и звание лейб-медика, к которым прилагалась большая пенсия, а вслед за императрицей привили великого князя Павла. Вариоляцию в России запретили только в 1805 году, уже после прививки Антона Петрова.

На языке экзамена у Екатерины сложился искусственный активный иммунитет. Искусственный он потому, что заражение устроил врач по своей методике, а активный потому, что защитные антитела ее организм выработал сам. Если бы та же оспа пришла к ней сама, без врача, иммунитет назывался бы естественным активным, так что разница сводится к вопросу, кто устроил заражение.

Пустулы доярки Сары Нелмс

Четырнадцатого мая 1796 года Эдвард Дженнер взял жидкость из пустул доярки Сары Нелмс, заразившейся коровьей оспой, и привил ее восьмилетнему Джеймсу Фиппсу, сыну своего садовника. Через полтора месяца мальчику ввели натуральную оспу, и болезнь не развилась. Королевское общество печатать работу не стало, поэтому в 1798 году Дженнер издал брошюру за свой счет.

Почему коровья оспа защитила от натуральной, объясняет понятие антигена. Антигенами называют чужие молекулы возбудителя, которые иммунная система распознает и против которых вырабатывает антитела, а у двух видов оспы они достаточно похожи. После коровьей оспы в организме Фиппса остались клетки памяти, и при встрече с натуральной оспой повторный ответ оказался быстрее и сильнее первого.

Здесь же стоит ловушка для заданий с выбором верных утверждений, фраза о том, что вакцина содержит готовые антитела. Утверждение неверно, ведь Фиппсу передали возбудителя, а антитела против него мальчик построил сам. Вакцина несет антигены, например в составе ослабленных или убитых возбудителей, а готовых антител в ней нет.

Лабораторная тетрадь Пастера

В 1879 году опыты Пастера с куриной холерой отложились из-за свадьбы дочери и болезни. Потом ассистент заразил двух кур культурой, которая простояла с июля, и куры сначала заболели, а затем полностью выздоровели.

Опыт подсказал, что возбудителя можно ослабить искусственно. В феврале 1880 года Пастер доложил Академии наук, что бактерии теряют силу при контакте с кислородом воздуха. Еще в 1854 году на лекции в Лилле он произнес фразу, которую в обычном переводе цитируют так: «В области наблюдений случай благоприятствует лишь подготовленному уму». С курами случай подбросил забытую культуру, и из него вырос доклад про кислород.

В мае 1881 года в Пуйи-ле-Фор Пастер устроил публичную проверку вакцины от сибирской язвы на овцах, козах и коровах. Половину животных привили 5 и 17 мая, а 31 мая заразили всех. Второго июня больше двухсот зрителей увидели, что привитые овцы и козы живы, а непривитые погибли или умирают. Тетради Пастера открыли исследователям много позже, и выяснилось, что для опыта он взял вакцину, обработанную бихроматом калия, хотя в докладах описывал другую.

Ослабленных возбудителей Пастер назвал вакцинами в честь открытия Дженнера, от латинского слова «корова». Шестого июля 1885 года он начал лечить девятилетнего Жозефа Мейстера, которого покусала бешеная собака, и за 11 дней мальчику сделали 13 прививок, после чего он выжил. Школьная классификация знает вакцины из живых ослабленных возбудителей и из убитых, а отдельно стоят препараты из обезвреженных токсинов. При любой из них иммунитет получается искусственным активным, потому что антитела привитый вырабатывает сам.

Лошадиная кровь Беринга

В 1890 году Эмиль Беринг вместе с японским исследователем Китасато Сибасабуро сообщил об антитоксинах против дифтерии и столбняка. Морским свинкам, козам, а потом лошадям вводили токсины, из их крови получали сыворотку с антитоксинами, и она защищала и лечила неиммунных животных. На больных людях сыворотку начали пробовать в 1891-1892 годах, результаты выходили то удачные, то нет, и надежным лечение стало только к 1894 году. Когда в 1901 году впервые вручали Нобелевскую премию по физиологии и медицине, лауреатом стал Беринг, а имени Китасато в решении не оказалось.

В сыворотке Беринга лежат готовые антитела чужого организма, а само введение этих антител не формирует иммунную память против возбудителя. Такой иммунитет называют пассивным, а раз сыворотку вводит врач, то искусственным пассивным.

Теперь вся картина приобретенного иммунитета складывается в четыре клетки. Естественный активный возникает после перенесенной болезни, без всякого участия врача. Естественный пассивный ребенок получает от матери, когда ее антитела проходят через плаценту, а после рождения поступают с молоком. Вакцина и вариоляция дают искусственный активный иммунитет, сыворотка от лошадей Беринга дает искусственный пассивный. Отдельно стоит врожденный видовой иммунитет, который наследуется, и поэтому человек не болеет чумой собак.

Нобелевская премия на двоих

Через семь лет, в 1908 году, премию в той же области поделили Илья Мечников и Пауль Эрлих. В решении значилось «в знак признания их работ по иммунитету», и мирная формулировка прикрывала многолетний спор двух лауреатов. Для Мечникова первой линией обороны были фагоциты, клетки, которые умеют передвигаться, обволакивать бактерию или постороннюю частицу и переваривать добычу внутри себя. Эрлих в 1897 году изложил теорию боковых цепей, по которой на поверхности клетки сидят рецепторы к антигену, а при встрече с ним клетка производит их с избытком и выбрасывает в кровь, где они работают как антитела.

Правы оказались оба, и школьное деление на клеточный и гуморальный иммунитет повторяет линию их спора. К фагоцитам Мечникова учебник добавляет Т-лимфоциты, среди которых Т-киллеры убивают зараженные и опухолевые клетки, а Т-хелперы помогают развернуть иммунный ответ. Гуморальный иммунитет ближе к Эрлиху, его работу делают антитела, белки-иммуноглобулины, растворенные в плазме и лимфе.

Т-лимфоциты созревают в тимусе, В-лимфоциты в красном костном мозге, а встречают антиген и те и другие в лимфатических узлах и селезенке. ВИЧ поражает Т-хелперы, и при СПИДе слабеет и клеточный, и гуморальный ответ. Воспаление с покраснением, отеком, жаром и болью относится к врожденной неспецифической защите и запускается и на занозу в пальце, и на бактерию.

Статья Бернета в малоизвестном журнале

В 1957 году Фрэнк Макфарлейн Бернет напечатал теорию клональной селекции в «Австралийском научном журнале», издании малоизвестном. Статья называлась «Видоизменение теории образования антител Ерне с использованием понятия клональной селекции», и по такому заголовку трудно угадать, что позже Бернет назовет эту работу главным своим вкладом в науку.

Каждый лимфоцит, по Бернету, несет рецепторы одного вида, и антиген выбирает подходящие лимфоциты, которые начинают делиться и образуют клон. Часть клона В-лимфоцитов становится плазматическими клетками, другая часть превращается в клетки памяти, те самые, что защитили Фиппса. В 1958 году Густав Носсал и Джошуа Ледерберг показали, что одна В-клетка вырабатывает антитела одного вида.

Нобелевскую премию 1960 года Бернет разделил с Питером Медаваром, но дали ее не за клональную селекцию, а «за открытие приобретенной иммунологической толерантности». Лимфоциты, чьи рецепторы реагируют на собственные ткани, в норме уничтожаются еще при созревании, и организм не нападает сам на себя.

Гены антител Сусуму Тонегавы

Японский биолог Сусуму Тонегава с 1971 года работал в Базельском институте иммунологии, и его опыты, начатые в 1976 году, ответили на вопрос, который теория Бернета почти двадцать лет оставляла без ответа. Генов, кодирующих белки, у человека меньше двадцати тысяч, и на каждое антитело отдельного гена не хватило бы. Тонегава показал, что в созревающих В-лимфоцитах участки ДНК перемещаются и соединяются, а часть удаляется, так что из ограниченного набора фрагментов собирается огромное число разных генов антител. Нобелевскую премию 1987 года он получил один.

Образца задания на эти три фамилии нет, в демоверсии 2027 года иммунитета нет вовсе, и хорошего ответа на вопрос, что именно спросят, у преподавателя тоже нет. Честно говоря, такая неопределенность немного злит, ведь фамилии в кодификаторе стоят, а проверить, как их будут спрашивать, не на чем. Остается привязать к каждой фамилии по одной мысли. Эрлих связал антитела с рецепторами клеток, Бернет объяснил отбор клона лимфоцитов антигеном, а Тонегава позже нашел, как из немногих генов получается множество антител.

Что спрашивают про иммунитет на ЕГЭ

По проекту демоверсии 2027 года в ЕГЭ по биологии 28 заданий, максимум 57 первичных баллов и 3 часа 55 минут на работу. Организм человека занимает задания 2, 13, 14, 15, 16, 22 и 23, вместе они стоят 15 баллов, причем задание 22 построено вокруг эксперимента. Иммунитет при этом прописан в кодификаторе как элемент 5.2, и звучит этот элемент дословно так: «Защита организма от болезней. Иммунная система человека. Клеточный и гуморальный иммунитет. Врожденный, приобретенный специфический иммунитет. Теория клонально-селективного иммунитета (П. Эрлих, Ф.М. Бернет, С. Тонегава). Воспалительные ответы организмов. Роль врожденного иммунитета в развитии системных заболеваний». В навигаторе ФИПИ 2026 года к этому элементу привязаны девять заданий открытого банка, хотя формулировок там нет, только коды.

Врожденное и приобретенное различаются так, что воспаление на занозу обходится без знакомства с противником, тогда как клетки памяти появляются только после такой встречи. Материнское молоко и лошадиная сыворотка дают одинаково пассивную защиту, а естественной или искусственной ее делает источник антител.

В гуморальном ответе сначала антиген проникает в организм и лимфоциты его распознают, потом подходящий клон В-лимфоцитов делится, часть клеток превращается в плазматические, они выделяют антитела, и антитела связывают антиген.

Как повторять иммунитет

Лист бумаги делят на четыре клетки приобретенного иммунитета и вписывают в них героев из истории выше: переболевшего оспой человека, младенца у груди матери, Екатерину и больного дифтерией, которому ввели сыворотку Беринга. Вторым листом становится маршрут В-лимфоцита от красного костного мозга до лимфатического узла, где он встречает антиген. Пару вакцины и сыворотки закрывает одна фраза, которую можно переносить в любое задание: сыворотка дает готовые антитела и защищает сразу, но недолго, вакцина заставляет организм сделать их самому и оставляет память.

Выпускнику 2027 года до декабрьского пробника нужно пройти всю цепочку, от вариоляции до генов Тонегавы, и на пробнике проверить, держится ли она. Десятиклассник может разнести тему на два захода, сейчас разобрать клетки и органы, а историю ученых оставить на следующий год. Третий расклад касается взрослых, например сестры, чей сын поступает в медицинский колледж после девятого класса. Фамилии из кодификатора ЕГЭ мальчику пока ни к чему, зато история Фиппса и лошадиной сыворотки Беринга покажет ему разницу между прививкой и лечением.

Частые вопросы про иммунитет на ЕГЭ по биологии