В соответствии с представлениями того времени Умэцу и его коллеги думали, что волшебное исцеление от аллергии с помощью листерии как-то связано с восстановлением баланса иммунных качелей Th1/Th2. Но когда они попытались ввести клетки Th1 мышам, склонным к астме и аллергии, то были поражены: такая инъекция только усугубляла воспаление, развивающееся в легких животного. Эти поразительные результаты помогли Умэцу по-новому взглянуть на противовоспалительный эффект препарата бактериальных клеток.

Умэцу рассуждал так: само по себе то, что легкие не страдающих аллергиями мышей — или людей — не демонстрируют сильного воспаления, еще не означает, что иммунная система не распознаёт аллергены и не реагирует на них. Исследования крови показали, что у всякого человека имеются антитела почти ко всему, что содержится в окружающей среде. Умэцу понял: иммунная система человека, не страдающего аллергиями, не то чтобы не замечает таких антигенов, а распознаёт их как безопасные и активно реагирует, повышая толерантность к ним за счет подавления воспалительных реакций. А значит, источником аллергии было не нарушение равновесия между иммунными клетками Th1 и Th2 (и те и другие вызывают воспаление своего типа), а недостаточная толерантность к аллергенам.

Чтобы проверить это, в 2004 году Умэцу подробнее изучил клетки Th1, реагировавшие на его вакцину из листерии и аллергена у подопытных мышей. Оказалось, что это не обычные T-хелперы. Они не выделяли тех сигнальных молекул, которые указывают иммунной системе, какие зараженные или иным образом поврежденные клетки собственного организма ей атаковать. Эти клетки Th1 выделяли интерлейкиню — универсальный сигнал, приказывающий иммунной системе “отменить боевую готовность”. Этим свойством они напоминали другую недавно открытую породу иммунных клеток, получивших название регуляторных T-клеток, или клеток Τ-reg, помогающих удерживать иммунную систему от атаки тканей собственного организма — то есть от развития аутоиммунных реакций.

Класс регуляторных T-клеток за год до этого открыли японские иммунологи. Кроме того, они показали, что порча главного регуляторного вещества (Foxp3) клеток Τ-reg вызывает развитие фатального сочетания сильнейших аллергий, воспалительных заболеваний желудочно-кишечного тракта и аутоиммунных расстройств. В дальнейшем в лаборатории Умэцу разработанную там листериево-аллергенную вакцину с успехом использовали для выработки толерантности к аллергенам, содержащимся в таких продуктах, как яйца, орехи и плесень, предотвращая развитие угрожающих жизни респираторных и пищевых аллергий. Что особенно важно, при участии этой лаборатории было показано, как безвредные бактерии, такие как убитые клетки листерии, могут способствовать выработке подобной толерантности. И сделать это удалось, задействовав не столь хорошо изученный, но намного более древний отдел иммунной системы.

T-клетки с их способностью узнавать и атаковать определенные антигены входят в состав так называемого адаптивного отдела иммунной системы. Адаптивная иммунная система работает поразительно эффективно: стоит ей однажды встретить определенный антиген, как в ней запускается производство долгоживущих клеток памяти, которые продолжают циркулировать по телу. Когда антиген опять покажет свое молекулярное лицо, эти клетки памяти начнут быстро размножаться, порождая целую армию клонов. Благодаря этому вакцины и некоторые разновидности инфекций и вызывают выработку длительного и даже пожизненного иммунитета.

Механизмами адаптивного иммунитета объясняется то, как иммунная система реагирует на угрозы, с которыми она уже сталкивалась. Но на протяжении большей части XX века иммунологи плохо понимали, каким образом “наивные” (то есть необученные) T-клетки отличают антигены, которые стоит атаковать (связанные с болезнетворными микробами или пораженными клетками), от антигенов, по отношению к которым нужна толерантность (связанных с едой, мусором и пылью, встречающимися нам в повседневной жизни, а также с полезными бактериями, живущими у нас в толстой кишке).

Затем, в конце восьмидесятых и в начале девяностых, исследователи открыли древнее семейство белков, назвав их толл-подобными рецепторами. Их обнаружили на поверхности иммунных “клеток-разведчиков”, работа которых состоит в том, чтобы ловить чужеродные вещества и предъявлять их генерал-майорам — T-клеткам. В ходе дальнейшего изучения этих белков ученые поняли, что толл-подобные рецепторы представляют собой молекулы распознавания образов, реагирующие на уникальные для микробов генетические маркеры. Например, первые два открытых толл-подобных рецептора, TLR1 и TLR2, связываются с липопептидами (жирными белками) на поверхности грамположительных бактерий. Активацию TLR3 вызывает вирусная РНК. TLR4 узнаёт характерные выступы на поверхности липополисахаридной оболочки грамотрицательных бактерий. TLR5 реагирует на химическое прикосновение жгутика (то есть “хвоста”) плавающих бактерий. Толл-подобные рецепторы еще одной разновидности связываются с “голыми генами” (неметилированной ДНК), которыми пользуются все бактерии и многие вирусы.

У растений и беспозвоночных животных толл-подобными рецепторами усыпана поверхность клеток многих типов. Около 400 миллионов лет назад в ходе эволюции адаптивного иммунитета рыб и высших позвоночных клетки, несущие толл-подобные рецепторы, взяли на себя особую роль: они начали ловить микробов и другие чужеродные вещества и предъявлять их предварительно обработайте останки T-клеткам в качестве антигенов. Важнейшие из этих антиген-предъявляющих клеток — напоминающие осьминогов дендритные клетки, которые концентрируются под слизистыми оболочками дыхательной системы и пищеварительного тракта, протягивая свои длинные щупальца наружу, сквозь нежную выстилку соответствующих органов, и собирая пробы всевозможных бактерий, частиц пищи и Других веществ, проносящихся или ковыляющих мимо.

После открытия толл-подобных рецепторов иммунологи увидели в дендритных клетках разведчиков и военных советников. Исследования показали, что эти клетки не просто предъявляют антигены T-клеткам для распознавания, но и производят при этом выплеск сигнальных цитокинов, которые позволяют им сообщать, заслуживает ли атаки данный антиген.

Затем, в 2001 году, иммунологи из Рокфеллеровского университета сообщили, что научились заставлять дендритные клетки выполнять ровно противоположную функцию — выключать адаптивный иммунный ответ. Им удалось это сделать, в течение долгого времени многократно стимулируя толл-подобные рецепторы этих клеток. Дальнейшие исследования подтвердили это неожиданное открытие, показав, что при отсутствии явных признаков опасности (таких как повреждения тканей) дендритные клетки реагируют на длительное присутствие бактериальных продуктов, таких как липополисахариды, выделяя успокаивающий цитокин толерантности — интерлейкин-10. Это, в свою очередь, приводит к созреванию наивных Г-клеток, которые при этом превращаются не в вызывающие воспаления клетки Th1 или Th2, а в регуляторные T-клетки, передающие сигнал, выделяя еще больше успокаивающих иммунную систему цитокинов.

Когда Дейл Умэцу и его стэнфордские коллеги вылечивали мышей от астмы с помощью вакцины из убитых клеток листерии, они обнаружили, что можно извлечь дендритные клетки из организма мыши, которую лечили такой вакциной, ввести эти клетки другой мыши, страдающей от астмы, и вылечить ими от астмы и вторую мышь. Кроме того, они обнаружили, что астму у мышей можно облегчать, вводя больным мышам всего лишь обрезки бактериальной ДНК. Умэцу говорит, что это демонстрирует возможность выключения вызывающего астму воспаления под действием бактерий или их ДНК не за счет простого смещения равновесия от аллергического иммунного ответа Th2 в сторону убивающего клетки ответа Th1, а за счет использования недавно открытого сигнального пути толерантности.

Эти данные прекрасно согласуются с данными Эрики фон Мутиус о здоровье фермеров и следующим из них выводом, что ранний и постоянный контакт с бактериями, присутствующими в постельных принадлежностях и в воздухе, способствует защите детей от аллергии и астмы. Это подтвердили и дальнейшие исследования семей фермеров, показавшие, что у тех сравнительно немногих фермерских детей, у которых аллергии или астма все же развиваются, имеются мутации в генах толл-подобных рецепторов, регистрирующих присутствие бактерий.