Фото дня: Прионы как уникальный класс инфекционных агентов
Так называемые медленные инфекции, скрепи – у овец и куру – у людей, были описаны еще в первой половине ХХ в. Для них были характерны медленно прогрессирующее течениее, поражение только головного мозга (губчатая энцефалопатия) и обязательный смертельный исход. Однако выяснить причину медленных инфекций долгое время не удавалось. Постепенно было доказано, что эти заболевания являются инфекционными, то есть их можно передать от одного животного другому, а также обнаружено, что инфекционный агент устойчив к различным воздействиям (кипячению, УФ и рентгеновскому облучению, обработке органическими растворителями и ферментами, расщепляющими нуклеиновые кислоты). Выдержать такие испытания не могли ни бактерия, ни гриб, ни простейшее. Но и для вируса такие свойства были поразительны.
Выдвигались различные смелые гипотезы для объяснения удивительной устойчивости возбудителя губчатой энцефалопатии. Одна из них, вступавшая в противоречие с основными постулатами молекулярной биологии, гласила, что данные патогены вовсе не содержат нуклеиновых кислот, т.е. генетического материала, а представляют собой инфекционный белок, способный к воспроизведению своих свойств. Удивительно, но в 1982 году эта дерзкая гипотеза нашла подтверждение в экспериментах американского биохимика Стэнли Прузинера. Он подвергал многоступенчатой очистке мозговую ткань зараженных скрепи хомяков, и анализировал содержимое фракций, сохраняющих инфекционную способность. Последняя из таких фракций содержала только низкомолекулярный белок без примесей нуклеиновых кислот. Обнаруженный протеин Прузинер назвал «инфекционный прионный белок», а инфекционную единицу, состоящую из молекул инфекционного прионного белка, предложил именовать «прионом» (от английских слов «белковая инфекционная (частица)» –– «proteinaceous infectious (particles)»). Так был открыт новый класс инфекционных агентов, принципиально отличающихся от известных доныне патогенов –– простейших, бактерий, вирусов, грибов. Научной общественностью это открытие было принято и в полной мере оценено далеко не сразу –– престижную Нобелевскую премию Прузинер получил лишь спустя 15 лет. За эти годы была полностью подтверждена прионная природа возбудителей трансмиссивных губкообразных энцефалопатий и раскрыты некоторые эпизоды «из жизни» прионов, а Европа познакомилась с губкообразной энцефалопатией крупного рогатого скота, получившей известность как «коровье бешенство».
В ходе исследований инфекционных прионных белков была обнаружена удивительная вещь: белок с идентичной аминокислотной последовательностью и такой же молекулярной массой содержится в организме всех млекопитающих, включая человека, независимо от прионной инфекции. Более того, в организме этот «родственник» инфекционного прионного белка выполняет важные функции, в частности, обеспечивает чередование суточных фаз активности и покоя в отдельных клетках и в организме в целом. Таким образом, смертельно-опасный инфекционный прионный белок имеет в организме жизненно-важного двойника –– нормальный (клеточный) прионный белок. Фатальные различия в функциях этих белков обусловлены лишь их трехмерной структурой, т.е. тем, каким образом произошла укладка полипептидной цепочки в пространстве.
Как развивается прионная инфекция? При попадании в здоровый организм молекула инфекционного прионного белка соединяется с молекулой нормального прионного белка, в результате чего в молекуле последнего происходит изменение пространственной структуры (несколько спиральных участков преобразуются в складчатые). Эти перестройки приводят к тому, что молекула нормального белка становится инфекционной и приобретает способность сама «портить» нормальные белки. Таким образом, процесс «размножения» инфекционного прионного белка в организме животного или человека носит лавинообразный характер, а образовавшиеся «неправильные» белки накапливаются преимущественно в мозговой ткани, приводя к ее разрушению. Изменяя пространственную структуру, прионный белок приобретает не только «инфекционность», но также высокую устойчивость. Последнему свойству мы обязаны тем, что остро встал вопрос о возможности передачи смертельно опасного заболевания от животных человеку.
В конце 70-х годов в Великобритании было решено повысить питательную ценность мясо-костной муки – продукта, получаемого путем особой обработки отходов с боен и используемого в качестве пищевой добавки при выращивании крупного рогатого скота. Для этого производители отказались от высокотемпературной обработки сырья в процессе производства. Через несколько лет среди британских коров вспыхнула эпидемия губкообразной энцефалопатии. Вероятнее всего, в производстве мясо-костной муки были использованы туши овец, больных скрепи, а изменение технологического процесса позволило прионам сохранить активность.
Характерным симптомом губкообразной энцефалопатии коров является изменение поведения животных: они становятся беспокойными, агрессивными, раздражительными. Эти проявления породили бытовое название заболевания –– коровье бешенство. Пик заболеваемости пришелся на 1992 год, когда в Британии погибли десятки тысяч животных. Больных коров уничтожали, мясо-костную муку изъяли из рациона домашних животных, эпизоотия пошла на спад, однако отдельные случаи коровьего бешенства в течение нескольких лет регистрировались не только в Англии, но и других странах Западной Европы.
Между тем наиболее трагическими последствиями эпизоотии стали случаи гибели людей вследствие губкообразной энцефалопатии. Вскоре было доказано, что прионы, выделенные из тканей умерших молодых людей, идентичны прионам, выделенным от заболевших и погибших коров. Хотя отсутствуют прямые доказательства того, что погибшие люди заразились, употребляя в пищу говядину, содержащую активные прионы, эта версия на сегодня является наиболее правдоподобной. На сегодняшний день к последствиям эпизоотии коровьего бешенства отнесены более 80 человеческих смертей.
На фото: прионные белки, компьютерная 3-D модель
