În lumea proteinelor, forma acestora determină ce pot şi ce nu pot să facă. Forma este totul. Într-un fel, îţi poţi imagina proteinele ca pe nişte piese de puzzle tridimensionale cu adevărat complicate. În funcţie de forma lor, proteinele pot deveni atât instrumente cât şi materialul suprem de construcţie. O celulă le poate folosi pentru a construi practic orice are nevoie. Dar proteinele reprezintă mai mult decât simple materiale de construcţie. Ele sunt folosite drept mesageri care transmit informaţie: pot recepţiona sau trimite semnale care le schimbă forma şi declanşează reacţii în lanţ extrem de complexe. Pentru celulele tale, proteinele înseamnă totul. Aminteşte-ţi de camera umplută cu orez, piersici şi mere. Toate aceste proteine nu sunt de fapt simple sfere, ci un amestec inimaginabil de complex de angrenaje, roţi, întrerupătoare, şine şi piese de domino.
Câtă vreme celula ta este vie, ea va continua să se mişte şi să-şi schimbe forma. Roţile se învârt şi răstoarnă piesele de domino, care la rândul lor apasă pe întrerupătoare, trag de manete şi transportă bile de-a lungul şinelor, ceea ce face din nou ca roţile să se învârtă şi aşa mai departe. Dacă vrei să devii filosofic, ai putea spune că sufletul celulei robot este reprezentat atât de proteine, cât şi de biochimia care le pune în mişcare.
În celulele tale, unele dintre cele mai comune proteine sunt foarte abundente, fiind prezente în până la jumătate de milion de copii. Altele sunt extrem de specializate, găsindu-se în mai puţin de zece exemplare. Dar ele nu se limitează să plutească la întâmplare şi să-şi îndeplinească propria lor misiune. Toate aceste minuscule piese de puzzle proteice şi aceste structuri din interiorul celulelor tale interacţionează într-o multitudine de moduri inedite şi complicate. Cum reuşesc acest lucru? Mişcându-se încoace şi încolo extrem de repede. Proteinele sunt atât de mici, cântăresc atât de puţin şi există la o scară atât de diferită, încât se comportă într-o manieră foarte ciudată, faţă de ce se întâmplă la nivelul gigantic al omului. La scara proteinelor, gravitaţia nu este o forţă relevantă. În consecinţă, la temperatura camerei, o proteină de dimensiuni medii se poate deplasa în teorie cu aproape cinci metri pe secundă. S-ar putea ca asta să nu ţi se pară foarte rapid, dar aminteşte-ţi că o proteină medie este de un milion de ori mai mică decât vârful degetului tău. Prin comparaţie, dacă în lumea ta te-ai putea deplasa cu aceeaşi viteză, ai fi la fel de rapid ca un avion cu reacţie şi ţi-ai putea pierde viaţa într-o ciocnire frontală cu un obstacol.
În realitate, proteinele nu se pot mişca atât de repede într-o celulă deoarece în faţa lor se interpun extrem de multe molecule. Aşa că ele se ciocnesc şi se izbesc permanent şi în toate direcţiile de molecule de apă şi de alte proteine. Toate moleculele se împing şi sunt împinse la rândul lor. Fenomenul se numeşte mişcare browniană şi descrie deplasarea aleatorie a moleculelor dintr-un gaz sau un fluid. Acesta este motivul pentru care apa este atât de importantă pentru celulele tale – ea permite celorlalte molecule să se deplaseze cu uşurinţă. În pofida, sau poate tocmai datorită haosului mişcării aleatorii, combinat cu viteza de deplasare a pieselor proteice de puzzle, activitatea care are loc în interiorul celulelor este eficientă.6
Hai să încercăm să simplificăm puţin lucrurile. Pentru a-ţi imagina principiile de bază care permit celulelor să asambleze lucrurile, ar fi util să comparăm totul cu un sandvici. Dacă te-ai afla în interiorul unei celule şi ai dori să-ţi faci un sandvici cu gem, cea mai bună metodă ar fi să arunci pâinea şi gemul în aer şi să aştepţi câteva secunde. Având în vedere cât de repede se ciocnesc toate lucrurile în celulă, pâinea şi gemul vor fuziona de la sine, unindu-se într-un sandvici pe care-l vei putea lua direct din aer.7
În microunivers, forma diferită a moleculelor determină care dintre ele se atrag şi care se resping. Prin urmare, forma proteinelor din celulele tale determină cum interacţionează unele cu altele (iar numărul diferitelor tipuri de proteine determină cât de des au loc aceste interacţiuni). Acest proces dă naştere interacţiunilor care stau la baza biochimiei fiecărei celule de pe planetă. Iar aceste interacţiuni au o importanţă fundamentală în biologie şi se numesc căi biologice. Calea biologică este o modalitate sofisticată de a descrie o serie de interacţii între anumite entităţi care, în final, provoacă o schimbare în interiorul celulei. Asta poate însemna asamblarea unor noi tipuri de proteine sau a altor molecule, care la rândul lor pot activa sau dezactiva anumite gene, ceea ce ar duce la o modificare a activităţii întregii celule. Sau calea poate stimula celula să acţioneze şi să manifeste ceea ce am putea numi comportament, cum ar fi să reacţioneze retrăgându-se din faţa unui pericol.
Bine, am prezentat destul de multă informaţie în aceste pagini. Şi nici măcar n-am terminat cu celula, dar suntem pe aproape! Hai să sintetizăm rapid ce am învăţat până acum. Aşadar, celulele sunt pline cu proteine. Proteinele sunt piese de puzzle tridimensionale. Forma lor caracteristică le permite să adere la sau să interacţioneze cu alte proteine în moduri specifice. Serii de astfel de interacţiuni, numite căi, determină anumite răspunsuri celulare. Asta am vrut să se înţeleagă când am spus că celulele sunt roboţi proteici controlaţi de biochimie. Interacţiunile complexe dintre proteine moarte şi stupide dau naştere unei celule vii şi ceva mai puţin stupide, iar interacţiunile complexe dintre celulele relativ stupide dau naştere unui sistem imunitar destul de inteligent.
Aşa cum se întâmplă când discutăm astfel de lucruri, tocmai am dat peste un subiect important şi există riscul de a produce nenumărate confuzii. În cazul nostru, subiectul este următorul: cum şi de ce este posibil ca multe entităţi stupide să dea naştere la ceva care este mai mult decât suma părţilor componente. Acest aspect nu este de regulă abordat atunci când se discută despre sistemul imunitar, dar poate că ar merita să zăbovim puţin asupra lui înainte de a merge mai departe, deoarece adaugă încă un element uimitor cu privire la sistemul imunitar şi la celulele tale, la care nu ne gândim atunci când avem gripă sau urmărim cum se vindecă o rană.
Dar, pentru că toate acestea tind să devină destul de abstracte, avem nevoie de o nouă analogie, aşa că hai să vorbim puţin despre furnici. Furnicile au anumite proprietăţi în comun cu celulele, cea mai importantă fiind că nu sunt prea inteligente. Spunând asta, nu vreau să fiu răutăcios cu furnicile. Dacă iei o singură furnică şi o izolezi, ea se va deplasa încoace şi încolo, incapabilă să facă ceva folositor. Dar dacă aduni mai multe furnici la un loc, ele pot schimba informaţie şi interacţiona unele cu altele, rezultatul fiind că pot realiza lucruri remarcabile împreună. În număr mare, furnicile construiesc structuri complexe cu spaţii specializate, cu am fi camera pentru larve, locuri pentru strânsul gunoiului, sau sisteme complicate de ventilaţie care controlează fluxul de aer. Furnicile se organizează spontan în diferite clase, cu funcţii distincte, cum ar fi explorarea, apărarea sau îngrijirea larvelor. Şi nu fac acest lucru într-un mod aleator, ci în proporţiile cele mai utile pentru supravieţuirea colectivului. Dacă una dintre aceste clase este decimată, de exemplu când un furnicar flămând trece prin zonă, o parte dintre furnicile rămase îşi vor schimba funcţia, pentru a restaura proporţiile corecte ale diferitelor clase. Ele fac toate aceste lucruri în pofida faptului că, la nivel individual, nu sunt prea inteligente. Dar împreună devin mai mult decât o colecţie de indivizi şi sunt capabile de lucruri cu adevărat uimitoare, pe care nu le-ar putea face în izolare. Acest fenomen este întâlnit pretutindeni în natură şi se numeşte emergenţă. El constă în faptul că entităţile au atribute şi abilităţi pe care părţile lor componente nu le posedă. Astfel încât o colonie de furnici, luată ca o entitate, poate realiza lucruri complexe, pe care o furnică nu le poate face de una singură.
Cam la fel funcţionează şi corpul tău. Celulele tale nu sunt decât pungi umplute cu proteine, controlate de reacţii chimice. Dar luate împreună, aceste proteine alcătuiesc o fiinţă vie care este capabilă de lucruri cu adevărat sofisticate. Si totuşi, celulele noastre rămân roboţi lipsiţi de inteligenţă, chiar mai stupizi decât furnicile, la nivel individual. Dar mai multe celule aflate la un loc şi acţionând împreună pot face lucruri de care o singură celulă nu este capabilă. Cum ar fi să alcătuiască ţesuturi specializate şi sisteme de organe, de la muşchiul care face să-ţi bată inima, până la celulele creierului care te ajută să gândeşti şi să citeşti această frază. Iar o grămadă de celule şi de componente stupide alcătuiesc împreună sistemul tău imunitar – prin interacţiuni complexe care se dovedesc capabile să genereze ceva cu adevărat inteligent.
Trebuie să mergem mai departe. Dar sper că în urma acestei digresiuni ai reţinut următoarele lucruri: celulele sunt maşinării ale vieţii, minunat de complexe. Ele sunt preponderent alcătuite din şi umplute cu piese de puzzle fabricate dintr-o incredibilă diversitate de proteine şi controlate exclusiv de biochimie. Cumva, toate acestea la un loc generează o fiinţă vie care poate simţi mediul înconjurător şi interacţiona cu acesta. Celulele îşi fac treaba fără emoţii şi fără vreun scop anume. Dar şi-o fac extrem de bine şi pentru asta merită recunoştinţa şi puţin din atenţia noastră. În capitolele care urmează, vom antropomorfiza din când în când minusculii noştri roboţi celulari.
Vom vorbi despre ce îşi doresc şi despre ce încearcă să realizeze, despre gândurile, speranţele şi visurile lor. Iar asta le conferă puţină personalitate şi ne uşurează sarcina de a explica anumite lucruri, chiar dacă nu este adevărat. Oricât de uimitoare ar fi celulele tale, te rog ţine minte: celulele nu-şi doresc nimic. Celulele nu simt nimic. Ele nu sunt niciodată triste sau fericite. Ele doar sunt, aici şi acum. Ele sunt la fel de conştiente precum o piatră, un scaun, sau o stea neutronică. Roboţii celulari ascultă de codul lor, care a evoluat şi a suferit modificări timp de miliarde de ani, iar rezultatul este destul de reuşit, având în vedere că în clipa de faţă stai confortabil şi citeşti. Cu toate acestea, dacă le vom privi ca pe nişte amici mititei, s-ar putea să le tratăm cu ceva mai mult respect şi înţelegere, iar cartea de faţă va fi mult mai amuzant de citit, ceea ce este un bun argument pentru a proceda astfel.
Acum, s-ar putea să te întrebi: dacă avem acest imens continent de carne, populat de miliarde de roboţi, cu structură complexă şi destul de prostuţi la nivel individual, dar dotaţi cu inteligenţă colectivă – oare cum reuşesc aceştia să-ţi apere corpul?
Ei bine…
3. Dacă citeşti aceste pagini în afara casei, ei bine, e destul de neplăcut pentru metafora aleasă, nu-i aşa? Aşa că, te rog, imaginează-ţi că te afli undeva în interior.
4. Te-ai putea întreba de ce se întâmplă asta. Ei bine, am putea sta mult de vorbă despre acest subiect, de altfel extrem de fascinant, dar ar însemna să ne abatem de la tema noastră. Aşa că ne rezumăm la a spune că totul depinde de cât de mare eşti. Dacă pentru tine, la scară umană, apa pare a fi o substanţă uniformă, atunci când eşti de dimensiunile unei proteine, o singură moleculă de apă e destul de mare şi poţi să simţi când te izbeşte. Prin urmare, ţi-ar fi mult mai greu să înoţi prin apă.
5. Unii dintre voi veţi merge mai departe cu calculele şi veţi obţine numere şi mai incredibile. Patruzeci de mii de miliarde de celule ori doi metri înseamnă aproximativ 80.000.000.000.000 metri, ceea ce reprezintă de fapt de cinci ori distanţa Pământ-Pluto şi înapoi. Dar există un amănunt pe care nu l-am menţionat în introducerea noastră despre corp: marea majoritate a celulelor tale nu au în realitate ADN. Globulele tale roşii reprezintă cam 80% din numărul total de celule şi ele nu au nucleu deoarece sunt umplute până la refuz cu molecule care conţin fier şi care transportă oxigen. Prin urmare trebuie să te consolezi să faci un singur drum Pământ-Pluto şi retur.
6. Nu trebuie să înţelegem de aici că atât de complicatele celule umane se bazează exclusiv pe hazard. Celulele posedă o multitudine de dispozitive complexe şi uimitoare, care le permit să transporte lucruri exact acolo unde-şi doresc, dar pe care le vom ignora aici. Dacă chiar vrei să ştii: există proteine transportoare care se deplasează de-a lungul schelăriei celulare. Partea lor cea mai remarcabilă este că arată ca nişte picioare gigantice, caraghioase, care se deplasează ca prin magie, şi, dacă vrei să te distrezi puţin, ar trebui să urmăreşti filmuleţe cu ele pe Youtube.
7. În realitate, lucrurile se petrec ca şi cum ai arunca în aer mii de felii de pâine şi mii de borcane cu gem. Celulele tale n-au ce face cu un singur sandvici cu gem, pentru că au nevoie de cât mai multe lucruri de tot felul pentru ca treaba să meargă bine.
4. Imperiile şi regatele sistemului imunitar
Imaginează-ţi că ai fi marele arhitect al sistemului imunitar. Sarcina ta este să organizezi apărarea împotriva milioanelor de intruşi care vor să-ţi invadeze corpul. Poţi să construieşti ce sisteme defensive vrei, dar contabilii îţi reamintesc că întregul organism are un buget limitat, nu are resurse de irosit şi te roagă politicos să fii cumpătat. Cum ai aborda această sarcină monumentală? Ce fel de forţe ai desfăşura pe front şi pe care le-ai ţine în rezervă? Cum te-ai putea asigura că eşti capabil să reacţionezi viguros la o invazie subită, fără să rişti să-ţi epuizezi prea rapid armata? Cum ai putea să acoperi întinderea masivă a corpului şi să faci faţă milioanelor de inamici diferiţi pe care trebuie să-i înfrunţi? Din fericire, sistemul tău imunitar a găsit mai multe soluţii frumoase şi elegante la aceste probleme.
Aşa cum am sugerat în capitolul precedent, sistemul imunitar nu este un tot unitar, ci este alcătuit din mai multe componente. Sute de mici organe şi câteva destul de mari, o reţea de vase şi ţesuturi, miliarde de celule cu zeci de specializări distincte şi miliarde de miliarde de proteine izolate.8
Toate aceste componente formează straturi şi sisteme suprapuse, şi prin urmare este util să ţi le imaginezi ca pe nişte imperii şi regate, care apără împreună continentul reprezentat de corpul tău. Le putem organiza în două regate foarte diferite, care corespund celor mai puternice şi mai ingenioase principii pe care le-a inventat natura pentru a-ţi apăra continentul de carne: regatul sistemului imunitar înnăscut şi regatul sistemului imunitar adaptativ.
Regatul sistemului imunitar înnăscut conţine toate sistemele de apărare pe care le posezi de la naştere şi care pot fi declanşate la doar câteva secunde de la momentul invaziei. Este vorba despre sisteme de apărare simple, pe care le-am moştenit de la primele animale multicelulare de pe Pământ şi care sunt absolut esenţiale pentru supravieţuirea ta. Una dintre trăsăturile principale ale acestui regat este că reprezintă o parte destul de inteligentă a sistemului tău imunitar. El are abilitatea de a distinge sinele de celălalt. Iar în momentul în care detectează prezenţa celuilalt, intră imediat în acţiune. Cu toate acestea, armele sale nu sunt croite pentru a identifica un anumit inamic specific, ci ele tind să fie eficiente împotriva unei game cât mai largi de inamici obişnuiţi. De exemplu, el nu are arme specializate împotriva anumitor tipuri de bacterii E. Coli, ci împotriva bacteriilor în general. Este conceput pentru a fi eficient asupra unui spectru cât mai larg de inamici. Gândeşte-te la el ca la un set de scule pentru începători: are toate instrumentele de bază, dar nu şi pe cele specializate pe care le-ai găsi într-un set mai avansat. Dar în absenţa sculelor de bază, cele specializate sunt aproape inutile.
Fără sistemul tău imunitar înnăscut ai fi copleşit şi ucis de microorganisme în doar câteva zile sau săptămâni. El este responsabil cu munca grea şi se implică în mai toate luptele. Marea majoritate a sutelor de milioane de celule-soldat şi celule-grănicer ale corpului tău fac parte din sistemul imunitar înnăscut. Ele sunt asemenea unor tipi duri care preferă să spargă capete decât să convingă prin discuţii şi argumente. Cele mai multe microorganisme care reuşesc să te invadeze sunt ucise de sistemul tău imunitar înnăscut chiar fără să-ţi dai seama. Deoarece sistemul imunitar înnăscut este prima linie de apărare, el nu este responsabil doar să direcţioneze soldaţii acolo unde apare primejdia, ci trebuie să ia şi anumite decizii cruciale: Cât de periculoasă este invazia? Ce fel te inamic te atacă? Este oare necesar şi armament mai greu?
Aceste decizii sunt esenţiale pentru că vor influenţa ce tip de muniţie va folosi întregul tău sistem imunitar. O invazie bacteriană necesită un cu totul alt tip de răspuns decât una virală. Prin urmare, chiar în timp ce au loc ostilităţile, sistemul imunitar înnăscut culege date şi informaţii şi apoi ia decizii care în multe cazuri îţi pot hotărî soarta. Dacă sistemul tău imunitar înnăscut decide că un atac este suficient de periculos, el are abilitatea de a activa a doua linie de apărare şi de a o mobiliza să se alăture luptei.
Regatul sistemului imunitar adaptativ conţine super-celule specializate care coordonează şi susţin prima ta linie de apărare. El conţine fabrici care produc atât armament greu alcătuit din proteine, cât şi celule speciale care vânează şi ucid celulele tale infectate, în cazul infecţiilor virale. Trăsătura sa caracteristică este specificitatea. O specificitate incredibilă. Sistemul imunitar adaptativ „cunoaşte“ orice posibil intrus. Ştie cum se numeşte, ce a mâncat la micul dejun, culoarea sa preferată şi cele mai intime speranţe şi visuri ale acestuia. Sistemul imunitar adaptativ are la îndemână câte un răspuns specific pentru orice posibil microorganism care există în momentul de faţă pe planetă – şi chiar pentru oricare altul care ar putea evolua în viitor. Gândeşte-te cât de bizar este acest lucru. Dacă eşti o bacterie, tot ce-ţi doreşti este să pătrunzi într-un organism uman şi să găseşti un loc unde să te reproduci când, deodată, apar nişte agenţi de securitate care-ţi cunosc numele, faţa, istoricul personal şi secretele tale cele mai ascunse, şi în plus sunt şi înarmaţi până în dinţi.
Această apărare uluitor de specifică şi modul în care funcţionează vor fi tema următoarelor capitole, dar pentru moment trebuie să reţii doar că Sistemul imunitar adaptativ posedă cea mai mare bibliotecă din universul cunoscut, cu câte o fişă pentru orice inamic actual sau viitor. Mai mult, el este capabil şi să reţină totul despre un inamic pe care l-a întâlnit o singură dată. Acesta este motivul pentru care majoritatea bolilor nu reuşesc să te afecteze decât o dată în viaţă. Dar complexitatea şi cunoştinţele vin la pachet şi cu unele dezavantaje.
Spre deosebire de sistemul imunitar înnăscut, cel adaptativ nu este încă gata de luptă la momentul naşterii. El trebuie să fie antrenat şi optimizat de-a lungul mai multor ani. Începe prin a fi tabula rasa, o coală albă, şi devine din ce în ce mai puternic, pentru ca apoi, pe măsură ce îmbătrâneşti, să-şi piardă din forţă. Un sistem imunitar adaptativ slab este unul dintre motivele pentru care cei vârstnici şi cei foarte tineri au adesea un risc mult mai mare de a muri de diferite boli decât cei aflaţi la vârsta mijlocie. Mamele trebuie chiar să le transfere nou-născuţilor prin intermediul laptelui matern câte puţin din imunitatea lor adaptativă, pentru a-i ajuta să supravieţuiască şi a le oferi o anumită protecţie!
Deşi ar fi mai la îndemână să consideri sistemul tău imunitar adaptativ ca reprezentând o formă de apărare mai sofisticată, de fapt unul dintre lucrurile cele mai importante pe care le face este să-ţi întărească sistemul de apărare înnăscut, motivându-ţi celulele-soldat înnăscute să lupte mai îndârjit şi mai eficient (dar despre asta vom mai vorbi puţin mai târziu).
Pentru moment, hai să sintetizăm: sistemul tău imunitar se compune din două regate majore, imunitatea înnăscută şi cea adaptativă. Sistemul tău imunitar înnăscut este gata de luptă încă de la naştere şi poate decide dacă o entitate aparţine sinelui, sau este străină. El este responsabil de lupta corp la corp, îndârjită şi murdară, dar are şi rolul de a determina din ce categorie generală face parte inamicul şi cât este de primejdios. În sfârşit, are abilitatea de a activa cea de-a doua linie de apărare: sistemul imunitar adaptativ, care are nevoie de câţiva ani după ce te-ai născut pentru a putea acţiona în mod eficient. Acesta este specific şi se poate baza pe o bibliotecă extrem de vastă în lupta sa cu orice inamic posibil pe care natura i l-ar putea scoate în cale, luptă în care foloseşte arme superputernice. Deşi este el însuşi extrem de puternic, una dintre sarcinile sale cele mai importante este să întărească sistemul imunitar înnăscut.
Aceste două regate sunt interconectate într-o manieră profundă şi uluitor de complexă. În aceste interacţiuni dintre cele două sisteme putem percepe ceva din magia şi frumuseţea sistemului tău imunitar.
Pentru a putea explora cele două regate cu gradul de atenţie pe care îl merită, restul cărţii este organizat în trei părţi majore. În partea a doua, vom trece printr-o invazie a unor bacterii care îţi penetrează pielea, iar în partea a treia vom fi martorii unui atac surpriză al virusurilor asupra mucoaselor tale. În partea a patra vom vedea cum se îmbină toate aceste lucruri şi vom discuta despre anumite disfuncţii şi boli, de la cele autoimune şi până la cancer.
Vino, deci, să vedem ce se întâmplă când graniţele tale sunt invadate.
8. Ai auzit probabil că posezi globule albe ale sângelui şi că ele ar fi celulele tale imune, sau cam aşa ceva. Ei bine, chiar dacă acest termen are utilitatea lui în contextul potrivit, el practic nu înseamnă altceva decât „celule ale sistemului imunitar“ şi nu cred că imunologia şi-a făcut un serviciu inventând acest termen. „Globulele albe ale sângelui“ se referă la atât de multe tipuri distincte de celule, care fac lucruri atât de diferite, încât nu este prea util dacă vrei să înţelegi ce se petrece. Aşa că poţi să uiţi de „globulele albe ale sângelui“, pentru că nu vom mai folosi acest termen.
PARTEA 2
DISTRUGERI CATASTROFALE
5. Cunoaşte-ţi duşmanii