31.10.2016 Обновлено: 13.12.2019 4207

Прионы — белки с эффектом царя Мидаса

Эксперт

Голубев Михаил Аркадьевич

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 — 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.

Стенли ПрузинерНа 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

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?

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.