В июне группа исследователей из Университета Британской Колумбии (Канада) сообщила о необычной находке. Ученые обнаружили бактерию, способную превращать кровь группы А в кровь нулевой группы и этим делать ее пригодной к переливанию каждому. Рассказываем, что конкретно было сделано, зачем это нужно и какие трудности могут возникнуть при использовании «обращенной» крови.
От крови кровно в кровь
Массовый интерес к переливанию крови возник у европейцев в XVII веке. Благодаря английскому врачу Уильяму Гарвею они узнали, что кровь не просто находится в организме, но и перемещается по нему. Появились идеи, что эти перемещения, создающие кровообращение, влияют на здоровье человека. Как именно, пока никто не знал, но попробовать подправить состояние больных с помощью чужой крови хотелось многим.
Первые эксперименты — по крайней мере, из задокументированных — догадались провести не на людях, а на собаках. Их приписывают другому английскому врачу — Ричарду Лоуэру. В 1665 году он спас несколько больных собак, введя им кровь здоровых псов. Правда, доноры при этом не выжили: кровь у них брали прямо из артерии на шее, а остановить кровотечение в таком месте очень непросто. Кроме того, о стерильности тогда никто не заботился (да и не знал, что это такое), так что операции проделывались в антисанитарных условиях.
Тем не менее, в целом опыт был признан успешным, ведь те, кого намеревались спасти, выжили. Двумя годами позже Лоуэр обратил внимание на опыт своего французского коллеги Жан-Батиста Дени. Тот уже пошел дальше и поставил эксперимент на человеке. Правда, во избежание гибели донора на сей раз кровь стали брать не из надреза артерии на шее, а более гуманно — пиявками. Кроме того, в качестве донора (на всякий случай!) выступил не человек, а представитель совсем другого биологического вида — овца.
Дени ввел отсосанную пиявками кровь 15-летнему мальчику через трубочки из серебра и гусиных перьев. Мальчик выжил, но подробных сведений о своем состоянии не сообщил — не факт, что он был грамотным.
Лоуэр же решил сделать реципиентом овечьих биологических жидкостей взрослого и заведомо грамотного Артура Кога. Ему пообещали 20 шиллингов за участие в эксперименте, а в обмен попросили, чтобы тот детально описал ощущения от процедуры и после нее. Кога страдал вполне заметным и неприятным недугом — сумасшествием. Предполагалось, что гемотрансфузия (а именно так более научно называется переливание крови) прояснит его рассудок.
Поначалу так и было: через неделю после процедуры с серебряными трубочками, гусиными перьями и овечьей кровью Артур Кога, во-первых, предоставил Королевскому обществу подробный отчет о своем состоянии, а во-вторых, на званом обеде продемонстрировал хорошие манеры. Через некоторое время наступил откат: денежное вознаграждение за эксперимент со своим участием Кога пропил, а в месте распития надебоширил, так что стойкого просветления его рассудка констатировать не удалось.
Параллельно с этим, как назло, во Франции после переливания крови теленка умер очередной пациент Дени. Потом выяснилось, что истинной причиной смерти было отравление мышьяком, но было поздно: межвидовую гемотрансфузию законодательно запретили.
Как мы теперь понимаем, Артуру Кога и первым пациентам Жан-Батиста Дени крупно повезло. От таких экстремальных процедур они навряд ли могли оздоровиться, а вот погибнуть — запросто. Кровь животного одного вида нельзя переливать особи другого вида, так как состав этих образцов крови разный и организм реципиента воспримет биоматериал донора как нечто чужеродное и враждебное.
Вероятно, участники экспериментов остались в живых, потому что им переливали довольно скромные объемы крови: Кога получил от овцы 9–10 унций жидкости, а первый подопытный Дени — 12. С такой угрозой их иммунные системы справились.
Попарное склеивание
В XIX веке открытые попытки гемотрансфузии возобновились, и на сей раз кровь уже переливали от человека к человеку. Ситуации были незавидные: как правило, на столы первых трансфузиологов попадали женщины с маточным кровотечением, а сами трансфузиологи были изначально акушерами. Донорами для женщин выступали их мужья. Первые такие переливания в Англии провел Джеймс Бланделл в 1818 году, в России — Андрей Вольф в 1832-м.
Пациенткам очень повезло с мужьями: реакции отторжения чужой крови не убили их, хотя могли бы. Ведь состав этой жидкости отличается не только у представителей разных видов, но и у отдельных индивидов. Это экспериментально показал в 1900 году австрийский врач Карл Ландштейнер. В то время он увлекался иммунологией и смотрел, как клетки разных организмов реагируют друг на друга.
Четырьмя годами ранее Ландштейнер обнаружил, что бактерии, которым в питательную среду добавили сыворотку — человеческую кровь, лишенную форменных элементов и главного отвечающего за свертывание белка, собираются в группки, будто бы склеиваясь, и оседают. Отсюда ученый вывел, что какие-то вещества в сыворотке крови заставляют бактериальные клетки слипаться друг с другом. Процесс слипания назвали агглютинацией, загадочные вещества — агглютининами.
Логично, что агглютинины должны как-то находить клетки, которые надо подвергнуть слипанию. Но ведь в крови тоже содержатся клетки, и «родные» агглютинины сыворотки никак на эти клетки не воздействуют — судя по тому, что кровь у людей в норме в организме не сворачивается.
Отсюда вытекало два предположения. Первое: на форменных элементах крови, как и на бактериях, есть какие-то вещества, которые образуют пары с агглютининами сыворотки. Второе: у каждого конкретного человека эти вещества подобраны так, чтобы не слипаться с собственными агглютининами.
Эти предположения Ландштейнер проверил, взяв образцы крови у себя и еще пяти сотрудников лаборатории. Для всех образцов он отделил сыворотку от самых массовых форменных элементов, эритроцитов, и стал комбинировать эти составляющие крови разными способами.
Иногда эритроциты агглютинировали при контакте с чужой сывороткой, иногда нет. Бывало и такое, что клетки его крови склеивались и выпадали в осадок, если к ним добавляли сыворотку одного коллеги, но оставались в норме, когда к ним приливали сыворотку другого донора. Это означало, что существует несколько разновидностей агглютининов и веществ второй группы (они получили название агглютиногены).
Реакция агглютинации эритроцитов крови второй группы (A) с сыворотками крови всех групп. Эритроциты не склеились при контакте с сывороткой группы A и с физиологическим раствором (K — контроль), в котором агглютининов нет.
Ландштейнер выделил три группы крови: A, B и 0 (у нас их часто называют второй, третьей и первой соответственно). Эти буквы обозначают типы агглютиногенов, которые содержатся на эритроцитах данной группы. На клетках нулевой группы ни A-, ни B-агглютиногенов нет. Чуть позже ученики австрийца нашли кровь еще одной группы, где у эритроцитов присутствовали сразу и A-, и B-агглютиногены. Она получила название AB (синоним — четвертая).
Открытие групп крови не осталось незамеченным. Ему быстро нашли клиническое применение: стали переливать людям кровь от тех доноров, которые имели ту же группу крови, что и сами пациенты, или, в крайнем случае, кровь нулевой группы. Она не вызывает склеивания эритроцитов при смешивании с родной кровью, так как в ней нет соответствующих агглютиногенов.
Агглютинины и агглютиногены в крови разных типов
Позже были найдены другие вещества, способные вызвать агглютинацию, и появились новые системы групп крови. Самая известная из них — резус. При гемотрансфузии учитывают, помимо ландштейнеровских групп, как минимум наличие или отсутствие резус-фактора.
Обнуляй
Агглютинины (вещества в сыворотке) — это антитела, то есть белки. Агглютиногены (вещества на поверхности эритроцитов) — это антигены, то есть то, что вызывает реакцию антител. Белками они быть не обязаны, номинально в роли антигена может выступить что угодно.
Довольно часто это олигосахариды и полисахариды — длинные молекулы из мелких углеводов вроде глюкозы. Они содержатся в оболочках бактерий и выступают в роли опознавательных знаков для других клеток, а нередко и защищают хозяев. Полисахариды в массе своей не растворяются в воде, а только набухают и ослизняются. Скользкую клетку сложнее ухватить, а к ее поверхности тяжелее подвести молекулы антибиотиков или какие-то другие вредные соединения: слизь поглотит и остановит их.
Строение антигенов на поверхности эритроцитов групп крови 0, A, B и AB
Подобная защита пригодилась бы не только бактериям. Она есть и у клеток других организмов. На поверхности клеток животных нередко присутствует гликокаликс. Таким образом, если микробу понадобится проникнуть в животную клетку или хотя бы как-то закрепиться на ее настоящей, неуглеводной поверхности, ему придется побороться с чужими углеводами.
Такое сплошь и рядом происходит в кишечнике человека, а конкретно в толстой кишке. Ее населяют бактерии-симбионты, и для того, чтобы не быть выкинутыми наружу вместе с калом, им приходится цепляться за стенки кишки, а для этого — разрушать углеводную защиту ее стенок.
Это знали исследователи из Университета Британской Колумбии (Канада). Прошерстив кишечный микробиом человека, они обнаружили бактерию Flavonifractor plautii, ферменты которой не просто расщепляют какие-то сложные сахара, а наиболее эффективно действуют на A-агглютиногены — те, что присутствуют у эритроцитов второй группы крови, A. Они выделили ген, кодирующий этот фермент, и проверили его работу вне бактериальных клеток.
Несколько модификаций — и фермент оказался достаточно активным: небольшого количества его молекул хватало, чтобы отщепить от A-агглютиногенов на поверхности человеческих эритроцитов практически все составляющие и оставить только самый скелет олигосахаридной молекулы.
Впервые авторы сообщили об этом на съезде Американского химического общества (ACS) в 2018 году, а в июне 2019-го, за несколько суток до Всемирного дня донора крови, вышла научная статья в Nature Microbiology.
Находка ценна тем, что потенциально увеличивает запас универсальной донорской крови почти в два раза. Встречаемость группы крови А у европеоидов — 40 процентов, группы 0 — 45 процентов, а именно из A планируется получать 0.
0h h/h, или Бомбейская группа
Кровь, обработанную ферментом кишечной бактерии, можно переливать любому человеку, как и кровь нулевой группы. Активных агглютиногенов А оставаться в ней не должно. Но в данном случае антигены не устраняются полностью с поверхности эритроцитов, а только становятся короче. От них остается одинаковый олигосахаридный костяк, называемый H-антигеном.
Схема синтеза различных типов антигенов эритроцитов
У подавляющего большинства людей в сыворотке крови нет агглютининов, реагирующих на этот агглютиноген. Однако, как водится, есть исключения — и таким пациентам нельзя переливать ни «природную», ни модифицированную кровь нулевой группы. Дело в том, что большинство процессов в нашем организме многоступенчаты и управляются не одним геном, а множеством. В управленческих сетях обычно встречается несколько узлов, и они выстроены в определенной иерархии.
Построением A- и B-агглютиногенов на поверхности эритроцитов управляют свои ферменты. Они, как любые другие белки, кодируются определенными генами, в данном случае I. У этого гена, известного всем по школьным генетическим задачам, три аллеля, один рецессивный (i или I0) и два доминантных (IA и IB). Есть ген, который управляет этим построением, h. Мутации в нем (а точнее, сразу в двух его копиях, генотип h/h) приводят к тому, что эритроциты не получают A- и B-агглютиногенов независимо от того, какие варианты гена I в них присутствуют.
H-агглютиноген тоже получается нетипичным, укороченным, так что группа крови тут даже не нулевая. Но именно к ней такую кровь относят стандартные процедуры выявления, основанные на агглютинации с разными сыворотками (как делал сам Ландштейнер): ведь в ней нет обычных агглютиногенов.
Проблемы бы не было, если бы содержание агглютининов было однозначно связано с наличием агглютиногенов. Но антитела сыворотки крови у человека с мутацией в гене h могут быть какими угодно, в том числе против H-агглютиногена. Если у него самого такого агглютиногена нет, все в порядке. Если H-антиген попадет в кровь такого пациента, случится агглютинация.
Строение антигенов на поверхности эритроцитов групп крови 0, A, B и 0h (бомбейской)
К счастью, подобная мутация встречается нечасто (в среднем у 0,0004 процента населения мира) и в основном в Южной Азии. Ее впервые обнаружили у жителя Бомбея, потому необычная группа крови получила название бомбейской, или 0h. Таким людям не стоит переливать кровь нулевой группы и нельзя будет проводить трансфузию крови, модифицированной бактериальным ферментом по рецепту канадцев.
Впрочем, есть надежда, что у микроскопических обитателей человеческого кишечника найдется и такая молекула, которая сможет превращать обычные агглютиногены в бомбейский. Ведь обладателям бомбейского фенотипа, как и всякому человеку на земле, может понадобиться срочное переливание крови.
Источник: N+1
