Прионы — одна из самых больших загадок в биологии и медицине. Возможно, когда-то именно эти неживые вещества, ведущие себя подобно микроорганизмам, привели к исчезновению неандертальцев. Сегодня же они являются объектом огромного интереса со стороны врачей и ученых. MedAboutMe рассказывает о нюансах прионных инфекций и медленных смертельных болезнях, которые они вызывают.
XX век — столетие прионов
XX век можно по праву назвать «столетием прионов»: за это время ученые нашли причину загадочной болезни и столкнулись с массовыми ее проявлениями, которые показали всю серьезность проблемы.
Хотя сами прионы были открыты сравнительно недавно, свою историю в медицине прионные инфекции ведут с XVIII века. Первые упоминания об овечьей почесухе (скрепи) в Англии датируются 1732 годом. Явление было столь распространено, что его даже обсуждали в Британском парламенте. В 1899 году ученые доказали инфекционную природу заболевания: то есть тот факт, что необычное поведение овец, которые в результате умирали в судорогах, заразно и передается через повреждения на коже и пищу. Среди характерных признаков скрепи были очень длительный инкубационный период и специфические поражения тканей и органов.
В 1954 году Б. Сигурдссон представил научному сообществу результаты своих изысканий в области скрепи у исландских овец. А через 3 года ученые описали аналог этой болезни — у аборигенов Новой Гвинеи. Инфекция распространялась в ходе ритуального каннибализма: в знак уважения к умершему соплеменнику аборигены съедали его мозг и, вместе с опытом и мудростью, получали прионы (если таковые у него имелись). Сами жители Новой Гвинеи называли эту болезнь «куру» и считали ее результатом действия злых духов.
На протяжении следующих 30 лет ученые высказывали самые разные догадки на тему прионов. Сама идея «размножения» белковых тел без помощи ДНК или РНК звучала абсурдно и противоречила базовым основам молекулярной биологии. До сих пор существуют приверженцы вирусной теории происхождения прионов. Но в 1982 году Стенли Прузинер объявил об обнаружении инфекционного агента, состоящего практически полностью из белка. Через два года прион был изолирован, а в 1997 году Прузинер получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
В 1986 году в Великобритании разразилась эпидемия трансмиссивной губчатой энцефалопатии рогатого скота. Источником инфекции стала мясо-костная мука, которой выкармливали телят. Изначально при ее производстве сырье (кости, остатки туш животных) обрабатывалось при температуре до 130°С, но в конце 1970-х годов производители изменили технологию и снизили температуру обработки до 110°С. Это и привело к массовому заражению коровьим бешенством. Попутно оказалось, что многие другие виды млекопитающих, которым перепадала мясо-костная мука или части зараженных коров, также болеют губчатой энцефалопатией.
В марте 1996 года англичане сообщили о первых 10 жертвах прионов среди людей. Через месяц стало известно о пострадавших во Франции, а на данный момент число жертв губчатой энцефалопатии среди людей превысило 200 человек только на территории Европы. Число стран, где были зафиксированы случаи коровьего бешенства у животных, к 2006 году достигло 40.
Прионы — форма белковой псевдожизни
Итак, прионы — это группа белков, имеющих определенную трехмерную конфигурацию, которая считается аномальной. При встрече с аналогичным белком нормальной конфигурации прион запускает процесс его превращения в такую же аномальную структуру. Как и легендарный царь Мидас, превращавший в мертвое золото все, к чему он прикасался, прионы трансформируют нормальный белок в себе подобный, способный разносить инфекцию дальше. То есть, стоит подхватить прионную инфекцию, как в организме запускается цепная реакция, медленно, но верно разрушающая ткани мозга (прионы проходят сквозь гематоэнцефалический барьер).
Но, в отличие от царя Мидаса, прионы «переводят на сторону зла» не все белки подряд, а только PrP — прионовый белок (prion protein) или белок, устойчивый к протеазе (protease-resistant protein). Он кодируется геном PRNP (PRioN Protein) и в основном производится в нервной системе, но его можно найти и в других тканях организма. Он имеет две основных изоформы:
- нормальную — PrPC,
- прионную — PrPSc.
За производство прионной формы белка отвечает тот же ген, но имеющий одну или несколько из почти 40 мутаций, известных на сегодняшний день. Постепенно трансформируя подходящие белки, прионы образуют амилоиды — агрегаты белковой природы, сходные с амилоидными бляшками, формирующимися при болезни Альцгеймера. И это приводит к аналогичным последствиям — разрушению нервных клеток. Поэтому прионные инфекции относят к нейродегенеративным заболеваниям.
В ходе уничтожения нейронов на их месте образуются дыры («вакуоли»), а структура ткани мозга начинает в этом месте напоминать губку. Отсюда официальное название этой группы заболеваний — губчатые или спонгиоформные энцефалопатии.
Среди ученых до сих пор не утихают споры на тему, являются ли прионы формой жизни. С одной стороны, они размножаются: был один прион, нашел подходящий белок — стало два приона. С другой стороны, у них нет ДНК (или РНК) — переносчика наследственной информации, как у вирусов, бактерий, грибков и других инфекций.
Для кого опасны прионы?
Прионы опасны для всех форм жизни, у которых есть белок PrP. Прионные болезни уже обнаружены, кроме человека, у овец, коз, коров, норок, оленей, лосей, мулов, кошек (и домашних, и диких), антилоп, страусов и даже у дрожжей. К счастью для всего живого на Земле, прионные инфекции в большинстве своем видоспецифичны. Это значит, что PrP белки разных видов незначительно отличаются друг от друга, поэтому в большинстве случаев у человека нет шансов умереть, скажем, от прионов страуса или дрожжевого грибка.
Но из каждого правила есть исключения. Прионы, губительные для коров, вызывают у человека один из вариантов болезни Крейтцфельдта-Якоба. А подхватить коровий прион можно, съев зараженное мясо. Правда, не каждый человек, употребивший бифштекс коровы, которая скончалась от губчатой энцефалопатии рогатого скота, заболеет. Для заражения необходима комбинация факторов, в число которых входит генетическая предрасположенность к таким инфекциям.
Сегодня выделяют следующие разновидности прионных болезней человека:
- Куру.
Упоминавшаяся выше болезнь гвинейских аборигенов, сегодня практически полностью искорененная в силу отказа племен от каннибализма.
- Синдром Герстмана-Штраусслера-Шейнкера.
Крайне редкое, наследственное заболевание с инкубационным периодом от 5 до 30 лет.
- Фатальная семейная бессонница (FFI).
Тоже очень редкое и передающееся по наследству заболевание, в результате которого человек погибает от необратимых повреждений мозга на фоне бессонницы.
- Болезнь Крейтцфельдта-Якоба (CJD).
Она же — коровье бешенство или трансмиссивная спонгиоформная энцефалопатия и др. Эта болезнь существует в нескольких модификациях. Выделяют спорадическую (sCJD), наследственную (fCJD) и ятрогенную (iCJD) формы. А с 1955 года, после вспышки коровьего бешества в Великобритании — новый вариант nvCJD.
Статистика, собранная в отношении болезни Крейтцфельдта-Якоба, показывает, что только в 1-5% случаев человек может получить прионную инфекцию путем заражения извне, например, при пересадке органов и тканей. В 10-15% случаев заражение является наследственным заболеванием. И, наконец, в 85% случаев причина внезапного развития болезни остается неизвестной. Чаще всего, она поражает людей в возрасте от 40 до 69 лет.
Уничтожить прионы: миссия невыполнима
Иммунная система ничего не имеет против прионной версии белка, принимая PrPSc за «своего» и не подозревая о его вреде для здоровья . Поэтому никакого сопротивления со стороны организма аномальный белок не встречает. Инкубационный период прионных болезней может длиться десятками лет, за что они вошли в список «медленных инфекций». Но с момента появления первых симптомов времени у жертвы практически не остается, и она довольно быстро погибает.
Ученые давно бьются над проблемой ранней диагностики прионных заболеваний, но пока их поиски не увенчались особым успехом. В биологических жидкостях, то есть в крови и моче, прионы присутствуют в столь малых концентрациях, что определить их довольно сложно. Самый точный метод их выявления — анализ образцов тканей мозга, но его можно провести только посмертно. О ранней и массовой диагностике, таким образом, пока речи не идет.
Лекарств против прионов не существует. Они настолько просты, что близки к совершенству в плане противостояния любых угроз. Это всего лишь хорошо упакованный белок. Его невозможно уничтожить кислотой, УФ-излучением, ферментами, разрушающими другие белки, и даже ионизирующая радиация бессильна против прионных частиц — настолько они малы.
Единственная возможность лишить прион его инфекционных свойств — необратимо разрушить его конфигурацию, денатурировать его. И даже в этом отношении прионы исключительно устойчивы: кипячение в течение часа или автоклавирование при температуре 134°С на протяжении 18 минут не убивает их. Опытным путем удалось выяснить, что для разрушения их третичной структуры (определяющей прионную конфигурацию), можно обработать их, например, хлорной известью или сильными щелочами. В общем и целом, «тактика выжженной земли» позволяет справиться с прионами, но они при этом погибают последними.
Можно ли защитить здоровье человека?
Организм человека сам производит белок PrP, неправильная конфигурация которого приводит к смертельному заболеванию. Почему бы не избавиться от этого белка? Если найти способ «выключить» ген, который его кодирует — человечество и иные живые существа, подверженные прионным заболеваниям, были бы надежно защищены от них. Но нет. Сделать это невозможно по той простой причине, что данный ген и данный белок жизненно необходимы. При их отсутствии (или «отключении») вокруг нервных волокон перестает формироваться миелиновый слой — своего рода, изолирующая защитная оболочка для отростков нервных клеток. А это приводит к болезням периферической нервной системы и, как следствие, к параличам.
Меры профилактики: запрет на мясо и лекарства
Раз пока не получается справиться с прионами, остается одно: строгие меры профилактики. Если страна-поставщик мясной продукции объявляет о том, что на ее территории выявлены случаи коровьего бешенства, в подавляющем большинстве случае другие страны отказываются закупать у нее мясо до решения проблемы со вспышкой прионных инфекций.
Особое внимание уделяется использованию различных органов и тканей крупного рогатого скота для производства лекарств, косметических средств и медицинских изделий. Безопасных частей зараженного животного не существует. Это, кстати, привело к тому, что в Великобритании по итогам эпидемии было запрещено производство и использование большого числа лекарств, производимых из тканей и органов коров. И в России под запрет попали некоторые препараты (кортикотропин, лактин и питуитрин для инъекций и др.). Некоторые лекарственные средства (актовегин, солкосерил) запрещены в одних странах (США) и разрешены в других (Россия).
Справится ли человечество с прионами — покажет время. А пока банальный совет: не покупайте мясо, чистота которого не подтверждена санитарными сертификатами. Прионные инфекции встречаются крайне редко, и жить с ними можно очень долго, но исход у них один.
