Новое исследование ученых из Университета Висконсин-Мэдисон предлагает первое в своем роде изображение адаптивной иммунной системы немлекопитающих в действии. Этот прогресс имеет потенциальные последствия для ряда научных целей, от улучшения вакцин для диких животных до лучшего понимания основных процессов болезни и, возможно, эволюции самого адаптивного иммунитета.

Исследование, недавно опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, отслеживает перемещение иммунных клеток через рыбок данио с необычайной визуальной детализацией, раскрывая систематическую циркуляцию клеток вокруг тел существ — феномен, который никогда ранее не был задокументирован.

Как и многие научные открытия, исследователи изначально не собирались его делать.

«Это было совершенно непреднамеренно», — говорит Таннер Робертсон, научный сотрудник отдела медицинской микробиологии и иммунологии, руководивший работой. Робертсон — иммунолог, ранее изучавший заболевания человека на моделях мышей. Мыши являются полезной моделью отчасти потому, что, будучи млекопитающими, они имеют общую сеть лимфатических узлов человека . Бобовидные органы играют ключевую роль в адаптивной иммунной системе млекопитающих. Это не относится ко многим другим животным, включая рыбок данио.

«Одна из вещей, которая смутила меня в отношении рыбок данио, связана с моделью мыши », — говорит Робертсон. «У них нет лимфатических узлов, так как же работает их адаптивная иммунная система?»

Почти у всех позвоночных есть адаптивная иммунная система, состоящая из специализированных клеток и анатомических сетей, которые защищают от патогенов. У людей и других млекопитающих лимфатические узлы и лимфатические сосуды составляют физическую инфраструктуру , с помощью которой Т-клетки, борющиеся с патогенами, и другие иммунные клетки перемещаются по телу и выслеживают инфекционные агенты.

С другой стороны, хотя у птиц, рептилий, амфибий и челюстных рыб также есть адаптивная иммунная система, у них отсутствуют лимфатические узлы для сбора и перемещения иммунных клеток по телу. На сегодняшний день структура этих систем борьбы с инфекциями и то, как они работают у немлекопитающих, остаются относительно неясными.

«Трудно понять, как их адаптивная иммунная система вообще может работать при отсутствии лимфатических узлов», — говорит Робертсон, поэтому он решил попытаться это сделать.

Используя сложную систему визуализации и рыбок данио, которые были генетически изменены, чтобы оставаться прозрачными во взрослом возрасте, Робертсон и его коллеги смогли отслеживать иммунные клетки, экспрессирующие флуоресцентные белки, когда они перемещались по рыбе.

То, что они обнаружили, было поразительно организованной сетью иммунных клеток. В частности, они зафиксировали перемещение Т-клеток по телам рыбок данио через карманы, образующиеся между чешуей рыб. Внутри этих карманов флуоресцентные клетки выглядели как регулярно повторяющийся ромбовидный узор, отражающий форму самих чешуек.

«Мы обнаружили, что эти клетки могут перемещаться в процессе, называемом коллективной миграцией, что является очень эффективным способом быстрого перемещения клеток», — говорит Анна Хаттенлохер, профессор медицинской микробиологии, иммунологии и педиатрии Университета Вашингтона в Мэдисоне, которая консультировала Робертсона в исследовании.

Предыдущие исследования предполагали, что Т-клетки у других животных, включая млекопитающих, могут мигрировать по телу аналогичным образом, но исследователи никогда не наблюдали это явление напрямую.

«Насколько нам известно, сеть, которая организует Т-клетки в повторяющийся паттерн, никогда не наблюдалась ни в одном организме», — говорит Хаттенлохер.

Исследователи обнаружили, что этот упорядоченный трафик Т-клеток функционирует аналогично лимфатическим узлам млекопитающих. Когда рыба заражена, поведение Т- клеток изменяется таким образом, что вместо того, чтобы непрерывно циркулировать по телу рыбок данио, их движения становятся более случайными, поскольку они ищут антигены.

Хотя новое исследование проливает некоторый свет на то, как адаптивная иммунная система функционирует у рыбок данио, оно также ставит перед исследователями ряд интересных вопросов.

«Это один из тех проектов, по которым, я думаю, у нас возникло больше вопросов, чем ответов», — говорит Робертсон. «Мы не знаем, существует ли сеть, которую мы здесь описали, у других животных. Она затрагивает важный академический вопрос о том, как развивалась иммунная система».