宿主和病原体:无休止的战争

狄奥多西·多布赞斯基曾经说过一句名言:“生物学中没有任何东西是有意义的,除非从进化的角度出发。”在动物和攻击它们的病原体(病毒、细菌和寄生虫)之间永无止境的斗争中,没有什么比这更真实的了。致病的微生物当然不是邪恶的怪物;相反,他们很像你和我。他们想要的只是足够的食物和一点安宁,这样他们就可以养育一窝病原体婴儿。问题是他们选择了我们作为食物。这就导致了一场无休止的斗争,病原体不断地试图突破我们的防御,而我们却不断地试图阻止这种情况的发生。

在这种无休止的斗争中,动物进化出了一系列高效的破坏性系统,原则上,这些系统能够很好地摧毁任何病原体。然而,这些系统也会破坏我们自己的组织,因此,与任何防御系统一样,免疫系统必须有一种区分“朋友”和“敌人”的方法。可能出现的不同病原体的数量基本上是无限的,所以我们不能制造一种特定的受体来检测每种可能的病原体。事实上,由于我们和大多数其他复杂的动物一样,只有大约2万个基因,只有少数基因可以专门用于构建我们的免疫系统。所使用的技巧是,我们的少数免疫受体被自然地选择来针对许多微生物常见的结构,但不存在于动物细胞中。因此,它们中的每一个都可以识别成千上万种不同的微生物,并且通过这种方式,一小部分抗病原体受体可以有效地作为“朋友”和“敌人”的鉴别器。这种策略效果很好,但当然,危险总是出现一种新的病原体,它能够避免被这种小受体阵列检测到。

一小群动物——脊椎动物——设计了一种额外的做事方式。这涉及到一种新的细胞类型——淋巴细胞。这些细胞表达一种新型的免疫受体,这种受体的基因突变速度非常快,以至于每一个新形成的淋巴细胞都有不同的突变受体。可以形成的不同受体的数量可能超过10种14(1014它是一个1,后面有14个0),因此它是如此之大,以至于它基本上可以识别所有东西。

这些淋巴细胞受体在与病原体的斗争中给脊椎动物带来了巨大的优势,但它们远不是改变游戏规则的一击。进化的压力保证了一些病原体总能找到绕过它们的方法(HIV就是一个很好的例子)。然而,了解这个系统是如何进化的,以及它目前是如何被调节的,是生物医学中最迷人的故事之一,尽管还没有完全理解。

免疫系统是在进化过程中形成的,它为人类提供了一种有效的防御系统。“适者生存”是古老的口号,它强调了基因多样化的人口所具有的优势。然而,对于个人来说,重要的是他最终是幸存者还是死者之一。另一个口号是“幸存者的生存”,强调基因不是唯一的选择,如果一个人聪明或幸运,那么他可以挤出一点额外的优势。目前,只有两种方法有助于使天平向有利于你的方向倾斜——抗微生物药物和疫苗接种。更好地了解免疫系统是如何进化的,可能会为我们提供更多的选择。

罗伯特·杰克
格赖夫斯瓦尔德大学免疫学系,德国格赖夫斯瓦尔德

出版

免疫与病原体的进化
杰克RS
结果Probl Cell Differ. 2015

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