Odporność. Podróż w głąb tajemniczego układu, który utrzymuje nas przy życiu

Budzisz się i czujesz łaskotanie w gardle. Boli cię głowa. Czujesz lekką irytację, gdy ubierasz się do pracy. Tymczasem pod twoją skórą toczy się wojna. Miliony komórek walczą i umierają, stawiając opór infekcji. A przecież większość z nas nigdy tak naprawdę nie zadała sobie nawet pytania: czym w ogóle jest nasz układ odpornościowy?

Drugi po ludzkim mózgu pod względem złożoności, jest jednym z najstarszych i najbardziej znaczących aspektów życia na Ziemi. Bez niego wyginęlibyśmy w ciągu kilku dni. W książce „Odporność” Philipp Dettmer, założyciel najpopularniejszego kanału naukowego na You Tube – Kurzgesagt, zabiera nas w podróż przez złożone umocnienia ludzkiego ciała.

Każdy rozdział tej fascynującej książki prześwietla jakiś element układu odpornościowego, w tym mechanizmy obronne, takie jak przeciwciała i stany zapalne, a także zagrożenia, takie jak bakterie, alergie i nowotwory.

Autor w błyskotliwy sposób odkrywa przed nami, dlaczego sztuczne wzmacnianie układu odpornościowego jest tak naprawdę nonsensem, jak pasożyty oszukują nasze mechanizmy obronne, jak działają wirusy, i co dzieje się w naszym ciele, gdy staniemy na desce z gwoździem.

Dzięki wspaniałym analogiom i genialnemu talentowi do wyjaśniania spraw złożonych, ebook «Odporność» jest pasjonującym wprowadzeniem do rozległego układu ludzkiego organizmu, którego zadaniem jest zwalczanie infekcji i innych zagrożeń.
John Green, autor bestsellera „Gwiazd naszych wina”

Wstęp

Wyobraźmy sobie, że budzimy się rano, spoglądamy w lustro i stwierdzamy, że czujemy się dziś jakoś niewyraźnie. W gardle drapie, nos zatkany, trochę kaszlu. Ogólnie rzecz biorąc, nie na tyle niewyraźnie, żeby nie iść do pracy, myślimy sobie, po czym wchodzimy pod prysznic, nieco poirytowani tym, jakie to życie jest ciężkie. Wprawdzie nie jęczymy jak dziecko, jednak nasz układ odpornościowy w ogóle nie ma czasu narzekać — jest zajęty utrzymaniem nas przy życiu po to, aby dało się przeżyć kolejny dzień i móc pojęczeć kiedy indziej. I tak oto, gdy nieproszeni goście plądrują nam ciało, zabijając po drodze setki tysięcy komórek, nasz układ odpornościowy ogłasza mobilizację i przygotowuje złożoną defensywę, śląc we wszystkie dalekie strony meldunki, aktywując skomplikowane systemy obronne i zadając szybkie śmiertelne ciosy milionom, jeśli nie miliardom wrogów — cały czas, gdy tak stoimy, rozdrażnieni, pod prysznicem.
Ale cała ta złożoność rozkwita w dużej mierze w ukryciu.
A szkoda, ponieważ niewiele jest rzeczy, które mają tak istotny wpływ na jakość naszego życia, jak układ odpornościowy. Jest całościowy i wszechstronny, chroni zarówno przed pomniejszymi dolegliwościami, takimi jak przeziębienie, zadrapania i skaleczenia, jak i zagrażającymi życiu chorobami, od raka i zapalenia płuc po śmiercionośne infekcje, takie jak COVID-19. Układ odpornościowy jest równie niezbędny jak serce czy płuca. W rzeczywistości jest jednym z największych i najrozleglejszych układów narządów całego naszego ciała, chociaż nie myślimy o nim w tych kategoriach.
Dla większości z nas układ odpornościowy jest rodzajem niedookreślonego, chmuropodobnego bytu, który kieruje się dziwnymi, niejasnymi zasadami, i który czasami idzie do pracy na ósmą, a czasami nie. Przypomina trochę pogodę, to wysoce nieprzewidywalne i podlegające niekończącym się spekulacjom i opiniom zjawisko skutkujące działaniami, które wydają nam się przypadkowe. Niestety, wiele osób wypowiada się na temat układu odpornościowego z pełnym przekonaniem, jednak bez prawdziwego zrozumienia go, przez co trudno zdecydować, którym informacjom zaufać i dlaczego. Ale czym właściwie jest układ odpornościowy i jak on działa?
Zrozumienie mechanizmów, które utrzymują nas przy życiu podczas czytania tego tekstu, to nie tylko przyjemne ćwiczenie intelektualne — ta wiedza jest nam niezwykle potrzebna. Wiedząc, jak działa układ odpornościowy, można zrozumieć i docenić szczepionki oraz to, w jaki sposób mogą one uratować życie nasze lub naszych dzieci, można także zacząć podchodzić do chorób i pomniejszych niedomagań z zupełnie innym nastawieniem i o wiele mniejszym lękiem. Dzięki tej wiedzy stajemy się mniej podatni na całkowicie pozbawione logiki wywody różnej maści hochsztaplerów oferujących „cudowne” leki. Lepiej też rozumiemy, jakie leki mogą pomóc w razie choroby. Wiemy, co można zrobić, aby wzmocnić swój układ odpornościowy. Możemy chronić swoje dzieci przed niebezpiecznymi drobnoustrojami, jednocześnie nie stresując się nadmiernie, jeśli pobrudzą się podczas zabawy na podwórku. A w bardzo mało prawdopodobnej sytuacji, powiedzmy, globalnej pandemii, wiedza o tym, co robi z nami wirus oraz jak nasze ciało z nim walczy, może pomóc w zrozumieniu, co do nas mówią różni specjaliści w zakresie. zdrowia publicznego.
Oprócz wszystkich tych praktycznych i użytecznych cech układ odpornościowy jest także zwyczajnie piękny: istny cud, który udał się naturze jak żaden inny. Układ odpornościowy jest nie tylko narzędziem, które pomoże nam pozbyć się kaszlu. Jest także nierozerwalnie związany z prawie wszystkimi innymi procesami zachodzącymi w naszym ciele — i chociaż utrzymanie nas przy życiu jest dla niego zasadniczym celem, to prawdopodobnie odpowiada on również za spowodowanie przedwczesnego zgonu — czy to przez własną niewydolność, czy też nadmierną aktywność.
Owa niesamowita złożoność ludzkiego układu odpornościowego fascynowała mnie niezmiennie, na granicy obsesji, przez niemal dziesięć lat. Zaczęło się na uniwersytecie, gdzie studiowałem projektowanie informacji i szukałem tematu do projektu semestralnego — układ odpornościowy wydawał się dobrze rokować. Zgromadziłem więc stos książek na temat immunologii i przystąpiłem do pracy — jednak bez względu na to, ile czytałem, nic nie stawało się jaśniejsze. Im więcej się dowiadywałem, tym bardziej projekt uproszczenia układu odpornościowego wydawał się nierealny — każda kolejna warstwa odsłaniała więcej mechanizmów, więcej wyjątków, dawała o sobie znać coraz większa złożoność.
I tak projekt, którego realizacja miała trwać zaledwie wiosnę, „rozlał się” również na lato, a potem na jesień i zimę. Interakcje poszczególnych elementów układu odpornościowego były zbyt eleganckie, a taniec, który tańczyły, był zbyt piękny, aby przestać je studiować. Proces ten zasadniczo zmienił też sposób, w jaki doświadczałem swojego ciała, oraz co wobec niego czułem.
Kiedy miałem grypę, nie mogłem już dłużej tylko narzekać, ale musiałem spojrzeć na swoje ciało, dotknąć powiększonych węzłów chłonnych i wyobrazić sobie, co akurat robią moje komórki odpornościowe, która część układu została aktywowana i jak limfocyty T urządzają rzeź milionom intruzów, aby mnie chronić. Kiedy skaleczyłem się w lesie, czułem wdzięczność za moje makrofagi, duże komórki odpornościowe polujące na wystraszone bakterie i rozrywające je na kawałki, aby chronić otwartą ranę przed infekcją. Po ugryzieniu niewłaściwego batonika muesli i doznaniu wstrząsu alergicznego, gdy kazano mi szybko przyjechać do szpitala, myślałem o komórkach tucznych (mastocytach) i przeciwciałach — immunoglobulinach E (IgE) — a konkretnie o tym, jak niemal mnie uśmierciły w chybionej próbie ochrony przed groźnymi artykułami żywnościowymi!
Kiedy w wieku trzydziestu dwóch lat zdiagnozowano u mnie raka i musiałem przejść kilka operacji, a następnie chemioterapię, moja immunologiczna obsesja jeszcze się wzmogła. Jednym z zadań układu odpornościowego jest zabicie raka. W moim przypadku się nie udało.
Ale nie mogłem się na niego jakoś specjalnie złościć czy obrażać, ponieważ wiedziałem już, jak trudne zadanie stało przed moimi komórkami odpornościowymi i jak bardzo rak musiał się starać, żeby nie dać im wygrać. A kiedy z rakiem ostatecznie zaczęła wygrywać chemia, myślami wróciłem do swoich komórek odpornościowych atakujących teraz umierające guzy i pożerających je, jedna komórka po drugiej.
Choroby i różne dolegliwości budzą strach i niepokój, a doświadczyłem ich w życiu wiele. Ale wiedza o tym, jak moje komórki, mój układ odpornościowy, ta integralna i osobista część mnie, broniła bytu, którym jestem, jak walczyła, umierała, leczyła i przywracała do życia ciało, które zamieszkuję, zawsze była źródłem wielkiego pokrzepienia. Poznanie układu odpornościowego sprawiło, że moje życie stało się lepsze i ciekawsze, a także znacznie złagodziło uczucie niepokoju, które pojawia się wraz z chorobą. Wiedza o układzie odpornościowym zawsze ustawiała wszystko w odpowiedniej perspektywie.
Tak więc z powodu tego pozytywnego efektu i właśnie z powodu radości, jaką dawało mi czytanie i dowiadywanie się o układzie odpornościowym, projekt zamienił się w stałe hobby, jako że w końcu zostałem popularyzatorem nauki, a wyjaśnianie skomplikowanych rzeczy okazało się moim życiowym celem. Około dziesięciu lat temu założyłem Kurzgesagt — In a Nutshell, kanał na YouTubie poświęcony przekazywaniu informacji w sposób przystępny i piękny, a jednocześnie jak najbardziej wierny nauce.
Na początku 2021 roku zespół Kurzgesagt liczył już ponad czterdzieści osób pracujących nad taką właśnie wizją popularyzowania wiedzy, sam zaś kanał przyciągnął ponad czternaście milionów subskrybentów i dociera co miesiąc do około trzydziestu milionów widzów. Jeśli zatem tak duża platforma istnieje i ma się dobrze, po co przechodzić przez mozolny proces pisania książki? Cóż, podczas gdy niektóre z naszych najbardziej „wziętych” filmów dotyczyły właśnie układu odpornościowego, zawsze mnie denerwowało, że nie zgłębiam tego wspaniałego tematu tak uważnie, jak na to zasługuje. Dziesięciominutowe wideo po prostu się do tego nie nadaje — niniejsza książka jest sposobem na przekształcenie mojego dziesięcioletniego romansu z układem odpornościowym w coś namacalnego, coś, co, miejmy nadzieję, okaże się pomocnym i zabawnym sposobem na bliższe poznanie tej oszałamiającej i cudownej złożoności, która zapewnia nam przetrwanie każdego dnia.
Niestety, układ odpornościowy jest bardzo skomplikowany, chociaż i to nie jest wystarczająco mocne określenie. Powiedzieć o układzie odpornościowym, że jest skomplikowany, to jak powiedzieć o wspinaczce na Mount Everest, że jest spacerem po górskiej hali. Jest równie in­tui­cyjny jak przyjemne jest czytanie w niedzielne popołudnie chińskiego tłumaczenia niemieckiego kodeksu podatkowego. Układ odpornościowy jest najbardziej złożonym układem biologicznym znanym człowiekowi, poza ludzkim mózgiem.
Im grubszy podręcznik do immunologii czytamy, tym więcej warstw szczegółów zaczyna narastać i im więcej pojawia się wyjątków od reguł, tym bardziej skomplikowany staje się system i tym bardziej szczegółowe wydają się rozwiązania dla każdej możliwej ewentualności. Każda z jego licznych części ma wiele zadań i funkcji oraz obszarów specjalizacji, które nakładają się na siebie i wzajemnie na siebie wpływają. Każdy, kto zechciał podjąć te wyzwania i uporczywie „drąży” system odpornościowy, napotka problem innej natury: ludzi, którzy go opisali.
To dzięki naukowcom udało się zbudować fundamenty niesamowitego współczesnego świata, którym możemy się dziś cieszyć dzięki ich ciężkiej pracy i nienasyconej ciekawości, za co jesteśmy im bardzo wdzięczni. Niestety, wielu naukowców naprawdę źle dobiera nazwy i słabo im idzie opracowywanie przystępnych terminów, którymi opisują odkrywane przez siebie rzeczy. W tej dyscyplinie największych językowych porażek immunologia zajmuje niechlubne pierwsze miejsce. Ta, już sama w sobie zapierająca dech w piersiach, złożona naukowa dziedzina naszpikowana jest wykręcającą język terminologią, jak na przykład główny kompleks zgodności tkankowej klasy I i II, limfocyty T gamma delta, interferon alfa, beta, gamma i kappa oraz układ dopełniacza z aktorami o nazwie kompleks C4b2a3b. Nic tu nie zachęca, by z zapałem sięgnąć po podręcznik i przystąpić do samodzielnego poznawania układu odpornościowego. Nawet bez tego złożone relacje odtwórców wielu różnych ról układu odpornościowego, z jego niezliczonymi wyjątkami i nieintuicyjnymi zasadami, same w sobie stanowią prawdziwe wyzwanie. Immunologia jest trudna nawet dla osób pracujących w służbie zdrowia, nawet dla osób studiujących immunologię, nawet dla czołowych ekspertów w tej dziedzinie.
Wszystko to sprawia, że bardzo trudno jest wyjaśnić specyfikę układu odpornościowego. Nadmierne upraszczanie pozbawia uczącego się elementu piękna i cudowności, tkwiących w ewolucyjnym geniuszu tego nieskończenie złożonego układu, który zajmuje się najważniejszymi problemami żywych istot. Z kolei zbyt dużo szczegółów sprawia, że nadążanie szybko stanie się trudne, wręcz paraliżujące. Uwzględnienie w opisie wszystkiego, każdej części układu odpornościowego, to zwyczajnie za wiele. To tak jakby chcieć opowiedzieć na pierwszej randce historię całego swojego życia — druga strona poczuje się przytłoczona i następnej szansy już nie będzie.

Moim celem jest zatem próba ostrożnego potańczenia dookoła wszystkich powyższych problemów. Będę się posługiwał ludzkim językiem, skomplikowane zaś słowa pojawią się tylko wtedy, gdy będzie to konieczne. Tam, gdzie będzie to właściwe, procesy i interakcje zostaną uproszczone, pozostając jednak możliwie wierne nauce. Rozdziały bardziej złożone będą przeplatane rozdziałami bardziej przystępnymi — po nakarmieniu czytelnika dużą porcją informacji przyjdzie pora na sjestę, treści lekkostrawne i relaksujące. A od czasu do czasu będziemy regularnie podsumowywać to, czego się już dowiedzieliśmy. Chcę, aby ta książka umożliwiła każdemu zrozumienie własnego układu odpornościowego, ale także zapewniła nieco rozrywki. A ponieważ cała ta złożoność i piękno są głęboko związane z naszym zdrowiem i przetrwaniem, możemy się dowiedzieć czegoś, co nam się przyda. I oczywiście następnym razem, gdy będziemy się czuć niewyraźnie lub przyjdzie nam zmagać się z chorobą, miejmy nadzieję, że będziemy umieli spojrzeć na własne ciało z innej perspektywy.
Teraz obowiązkowe zastrzeżenie: nie jestem immunologiem, lecz popularyzatorem nauki i entuzjastą układu odpornościowego. Ta książka nie uszczęśliwi każdego immunologa — już na samym początku, gdy tylko podjęliśmy badania, stało się oczywiste, że istnieje wiele pomysłów i koncepcji co do szczegółów funkcjonowania układu odpornościowego — naukowcy zajmujący się tym tematem prowadzą wiele sporów. (I właśnie o to chodzi w nauce!) Na przykład pewni immunolodzy uważają niektóre komórki za bezużyteczne skamieliny, podczas gdy inni są zdania, że są one bardzo ważne. Zatem w możliwie największym zakresie informacje zawarte w tej książce czerpaliśmy z rozmów z naukowcami, aktualnej fachowej literatury wykorzystywanej do nauczania immunologii oraz z artykułów recenzowanych przez specjalistów z tej dziedziny.
Niemniej w pewnym momencie w przyszłości niektóre części tej książki będą wymagały aktualizacji. I bardzo dobrze! Immunologia jest dynamiczną dziedziną nauki, w której dzieje się wiele niesamowitych rzeczy, a różne teorie i idee wciąż się przenikają. Układ odpornościowy to żywy temat, w którym nieustannie dokonywane są wielkie odkrycia. Co jest również wspaniałe, ponieważ oznacza, że dowiadujemy się coraz więcej o sobie i świecie, w którym żyjemy.
OK! Zanim skoczymy na głęboką wodę i zbadamy, czym zajmuje się nasz układ odpornościowy, zdefiniujmy założenie, aby zyskać solidne podstawy, na których będzie można się oprzeć. Czym jest układ odpornościowy, w jakim kontekście działa i jak wyglądają jego drobne elementy wykonujące rzeczywistą pracę? Po omówieniu tych podstaw zbadamy, co się dzieje, gdy ktoś się skaleczy — jak układ odpornościowy wkracza do akcji, by nas bronić. Następnie zbadamy nasze najczulsze miejsca i zobaczymy, jak ciało stara się bronić przed poważną infekcją. Na koniec przyjrzymy się różnym zaburzeniom odpornościowym, takim jak alergie i choroby autoimmunologiczne, i omówimy, jak wzmocnić swój układ odpornościowy. Ale zacznijmy do początku.

1. Przywitajmy się z własnym układem odpornościowym

1 Czym jest układ odpornościowy?
Historia układu odpornościowego zaczyna się tam, gdzie powstało życie, prawie 3,5 miliarda lat temu, w jakiejś dziwnej kałuży na wrogiej i przeraźliwie pustej planecie. Nie wiemy, co robiły te pierwsze żywe istoty ani jaki był między nimi układ, ale wiemy, że bardzo szybko zaczęły być dla siebie wredne. Jeśli uważamy, że życie jest trudne, ponieważ musimy wstać wcześnie rano, aby wyszykować dzieci na cały dzień, lub dlatego, że nasz burger jest tylko letni, to pierwsze żywe komórki na Ziemi chciałyby zamienić z nami słowo. Kiedy już zorientowały się, jak przekształcić okoliczne pierwiastki i związki chemiczne w coś, co można wykorzystać, zdobywając przy okazji energię potrzebną do dalszego działania, niektóre z pierwszych komórek poszły na skróty. Po co zawracać sobie głowę całą tą robotą, jeśli wystarczy okraść sąsiada. No dobrze, na to też było wiele różnych sposobów — można, na przykład, kogoś połknąć w całości, albo wyrwać mu w brzuchu dziurę i wyssać zawartość. Ale takie metody bywają niebezpieczne: zamiast zyskać darmowy lunch, można skończyć na talerzu niedoszłej ofiary, zwłaszcza jeśli jest większa i silniejsza. Innym sposobem na zdobycie energii — znacznie mniej ryzykownym — jest po prostu wejście do środka i rozgoszczenie się, zjadanie tego, co je gospodarz, i korzystanie z jego ciepłego schronienia. Układ niemal piękny, niestety, fatalny w skutkach dla gościnnego gospodarza.
Ponieważ wszyscy zdawali się doskonalić swoje strategie sprawnego umykania przed pozostałymi, skuteczna obrona przed pijawkami stała się ewolucyjną koniecznością. I tak, przez następne 2,9 miliarda lat mikroorganizmy rywalizowały i walczyły ze sobą jak równy z równym. Gdybyśmy mieli wehikuł czasu i wrócili, by podziwiać fajerwerki tych zawodów, okazałoby się, że widowisko jest dość nudne — nic nie było wystarczająco duże, by dało się zaobserwować coś więcej poza kilkoma cienkimi warstwami bakterii na kilku mokrych skałach. Przez pierwsze kilka miliardów lat na Ziemi wiało nudą. Do momentu, aż życie nie dokonało prawdopodobnie największego skoku w historii — na kolejny poziom złożoności.
Nie wiemy, co dokładnie zapoczątkowało przejście od pojedynczych komórek, które w większości były samodzielne, do wielkich, ściśle ze sobą współpracujących i wyspecjalizowanych zbiorowości.
Około 541 milionów lat temu życie w postaci wielokomórkowych organizmów zwierzęcych nagle eksplodowało i stało się widoczne. Ale to nie wszystko: życie to szybko stawało się coraz bardziej różnorodne. Oznaczało to, oczywiście, nowy problem dla naszych świeżo powstałych w wyniku ewolucji przodków. Przez miliardy lat drobnoustroje żyjące w swoim mikroskopijnym świecie rywalizowały i walczyły o przestrzeń oraz zasoby w każdym dostępnym ekosystemie. A czym tak naprawdę są zwierzęta dla bakterii i innych stworzeń, jeśli nie bardzo atrakcyjnym i wygodnym ekosystemem? Ekosystemem będącym magazynem wypełnionym od podłogi po sufit darmowymi składnikami odżywczymi. Zatem od samego początku intruzi i pasożyty stanowili egzystencjalne zagrożenie dla organizmów wielokomórkowych.
Tylko byty wielokomórkowe, które znalazły sposób na radzenie sobie z tym zagrożeniem, miały przetrwać i zyskać szansę na stanie się jeszcze bardziej złożonymi. Niestety, ponieważ komórki i tkanki źle znoszą konserwowanie przez setki milionów lat, nie dane jest nam dziś oglądać skamielin ówczesnych układów odpornościowych. Możemy za to, dzięki mocy nauki, przyjrzeć się różnorodnemu drzewu życia i zwierzętom, które wciąż żyją, i zbadać ich układ odpornościowy. Im dalej od siebie znajdują się na drzewie życia dwie dowolne istoty wciąż mające jakąś wspólną cechę układu odpornościowego, tym zasadniczo ta cecha musi być starsza.
A zatem wielkie pytania brzmią: Czym różnią się układy odpornościowe poszczególnych zwierząt? Jakie są ich wspólne mianowniki? Obecnie prawie wszystkie żywe istoty dysponują jakąś formą wewnętrznej obrony, a ponieważ żywe istoty stają się bardziej złożone, ich układy odpornościowe również. Możemy się wiele dowiedzieć o wieku układu odpornościowego, porównując mechanizmy obronne u bardzo daleko spokrewnionych zwierząt.