Губчатая энцефалопатия: прионы и вирусы в одной упряжке | Научные открытия и технические новинки из Германии | DW | 25.10.2011

Посетите новый сайт DW

Зайдите на бета-версию сайта dw.com. Мы еще не завершили работу. Ваше мнение поможет нам сделать новый сайт лучше.

  1. Inhalt
  2. Navigation
  3. Weitere Inhalte
  4. Metanavigation
  5. Suche
  6. Choose from 30 Languages
Реклама

Наука

Губчатая энцефалопатия: прионы и вирусы в одной упряжке

Классические возбудители инфекционных болезней - это простейшие, бактерии, вирусы и грибы. Сравнительно недавно к ним добавились прионы - патогенные белки. Но механизмы развития прионных заболеваний пока изучены слабо.

Пространственная структура приона

Пространственная структура приона

У человека много врагов, но самые опасные и беспощадные из них столь малы, что их невооруженным глазом не видно. Это патогенные микроорганизмы. О болезнетворных бактериях, простейших и вирусах знает каждый. И о том, что столь же опасными для здоровья и даже жизни человека могут быть грибковые инфекции - микозы, - тоже слышали, наверное, очень многие, тем более, что бактерии, вирусы и грибы как возбудители болезней известны уже очень давно. Однако есть совершенно особый, чрезвычайно необычный класс патогенов, о самом существовании которого еще каких-нибудь два десятка лет назад никто даже и не подозревал.

Речь идет о прионах - аномальных инфекционных белках, за открытие которых американец Стэнли Прузинер (Stanley Prusiner) в 1997 году удостоился нобелевской премии. Прионы вызывают у животных и у человека тяжелые, на сегодняшний день неизлечимые заболевания центральной нервной системы - губчатую энцефалопатию. Коровье бешенство у крупного рогатого скота, скрейпи у овец и коз, ряд сходных болезней у кошек и грызунов, а также куру и синдром Кройцфельдта-Якоба у человека - все это хоть и различные, но близкие нейродегенеративные заболевания, вызываемые прионами.

"Медленные вирусы" оказались патогенными белками

Долгое время считалось, что возбудителями этих недугов являются вирусы, а поскольку срок инкубационного периода таких заболеваний исчисляется годами, то эти гипотетические вирусы называли медленными. Но у "медленных вирусов" были и другие особенности. Так, если обычные вирусные инфекции вызывают иммунный ответ организма (воспалительный процесс, повышение температуры, выработку антител и интерферона), то на "медленные вирусы" организм так не реагировал. Кроме того, все известные вирусы состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), заключенной в белковую оболочку, а разрушить нуклеиновую кислоту и тем самым инактивировать вирусы можно кипячением, воздействием формальдегида, ультрафиолетового или ионизирующего излучения, но в борьбе против "медленных вирусов" все эти средства оказались неэффективными. И, наконец, обычные вирусы, хоть и крайне малы, все же видны в электронный микроскоп. Но ни выделить, ни хотя бы разглядеть "медленные вирусы" ученые так и не смогли. Вместо этого они обнаружили инфекционные белки.

Молекулы белка характеризуется первичной, вторичной, третичной, а иногда и четвертичной структурами. Первичная структура отражает последовательность аминокислотных остатков, из которых эта молекула состоит. Вторичная структура - это конформация, способ скручивания молекулы в пространстве (например, спираль). Третичная структура - это пространственная конфигурация уже скрученной молекулы (скажем, та же спираль, но еще и изогнутая). Ну, а четвертичная структура может образовываться за счет взаимодействия между молекулами, она свойственна лишь некоторым белкам, например, гемоглобину.

Изменение конформации делает белок патогенным и инфекционным

Каждый белок имеет свою неизменную структуру, по которой клетка его и идентифицирует. Белок с незнакомой клетке структурой является для нее чужеродным и подлежит инактивации. Так вот, оказалось, что в организме всех млекопитающих, включая и человека, имеется определенная группа белков, способных существовать в двух формах - нормальной и аномальной. Пока такой белок находится в нормальной форме (ее именуют альфа-конформацией), он хорошо растворяется в биологических жидкостях и способен выполнять свойственную ему функцию.

Пока, правда, ученые не знают, какую именно. Однако изредка этот белок по непонятной причине принимает аномальную форму - ее называют бета-конформацией. Такой "неправильный" белок и именуется прионом. То есть это собственный белок организма, вследствие изменения конформации обретший патогенные свойства. Вообще-то и альфа-, и бета-конформация прионного белка - спираль, но в молекуле аномального белка примерно на 10 процентов меньше изогнутых участков, чем в молекуле белка нормального. В результате аномальный белок образует нерастворимые агрегаты, лишь заполняющие клеточное пространство, но не выполняющие никаких функций.

Накапливаясь, эти вредные белки со временем разрушают нервную систему организма. Но прионы - не только патогенные, но еще и инфекционные белки: сталкиваясь со своими нормальными двойниками, они переводят и их в свою конформацию, как бы заражают. Точно так же прионы ведут себя и в чужом организме: попав в него, они могут вызывать появление бета-конформаций нормальных белков, кодируемых тем же геном, что и они сами. И процесс этот практически необратим.

Прионная инфекция активирует эндогенные ретровирусы

Многое в этой картине еще требует углубленных исследований, но сама по себе прионная природа губчатой энцефалопатии сомнений сегодня не вызывает. Не оспаривают ее и ученые Берлинского института по изучению животных в условиях зоопарков и дикой природы имени Лейбница. Однако они полагают, что к развитию этого заболевания причастны и вирусы, но не те, что нападают на организм извне, а те, что в него уже интегрированы. Это так называемые эндогенные ретровирусы. Внедряясь некогда в процессе эволюции в организм животного или человека, они навсегда оставались в составе ДНК его клеток и превратились в новый генетический элемент его генома.

Большинство таких включений не выполняют никаких функций - по крайней мере, науке эти функции неизвестны, - и образуют то, что нередко называют бесполезной, или мусорной ДНК. Профессор Алекс Гринвуд (Alex Greenwood), американский вирусолог, работающий в берлинском Институте по изучению животных в условиях зоопарков и дикой природы, поясняет: "До десяти процентов наследственного материала млекопитающих приходятся на долю эндогенных ретровирусов. Если иметь в виду, что собственно человеческие гены составляют лишь 2-3 процента генома, можно сказать, что все мы не столько люди, сколько вирусы".

Проводя опыты на мышах, профессор Гринвуд и его коллеги обнаружили, что повышенная активность эндогенных ретровирусов в геноме вызывает симптомы, сходные с симптомами губчатой энцефалопатии. Чтобы проверить гипотезу о такой взаимосвязи, берлинские исследователи связались с сотрудниками Немецкого центра приматов в Геттингене. Там в экспериментах на макаках изучают болезнь Кройцфельдта-Якоба. "Мы сравнили активность генов в головном мозге здоровых животных и животных, инфицированных прионами, - говорит профессор Гринвуд. - И оказалось, что эта инфекция действительно вызывает повышенную активность тех участков генома, которые являются наследственным материалом некоторых эндогенных ретровирусов".

Сегодня губчатая энцефалопатия считается неизлечимой, поскольку никаких средств борьбы с прионами у медиков нет. Но если ключевую роль в развитии этой болезни действительно играют эндогенные вирусы, это может изменить ситуацию, поскольку препараты, эффективно подавляющие ретровирусы, уже существуют.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман

Контекст