Прионы вспенили мозги грызунам

Прионные инфекции способны передаваться между видами всего за несколько недель

Страшные прионные инфекции, заставившие уничтожить практически все европейское поголовье крупного рогатого скота в начале этого тысячелетия, могут гораздо быстрее передаваться между видами, чем считалось раньше. Касается ли выявленная закономерность человека, ученые планируют выяснить в самое ближайшее время.

В конце прошлого века биохимик Стэнли Прузинер пополнил список инфекционных агентов прионами, получив за это Нобелевскую премию. В отличие от вирусов и других, даже внеклеточных форм жизни, прионы — отдельные белки, что не мешает им эффективно «размножаться» внутри организма хозяина и даже передаваться от одного организма к другому.

Прионы (proteinaceous infectious particles)

особый класс инфекционных агентов, чисто белковых, не содержащих нуклеиновых кислот, вызывающих тяжлые заболевания центральной нервной системы у человека и ряда высших животных.

Прионный белок, обладающий аномальной трхмерной структурой, способен прямо катализировать структурное превращение гомологичного ему нормального клеточного белка в себе подобный (прионный), присоединяясь к белку-мишени и изменяя его конформацию. Как правило, прионное состояние белка характеризуется переходом α-спиралей белка в β-слои.

Во второй половине XX века врачи столкнулись с необычным заболеванием человека — постепенно прогрессирующим разрушением головного мозга, происходящим в результате гибели нервных клеток. Это заболевание получило название губчатой энцефалопатии. Похожие симптомы были известны давно, но наблюдались они не у человека, а у животных (скрейпи овец), и долгое время между ними не находили достаточной обоснованной связи.

Новый интерес к их изучению возник в 1996 г., когда в Великобритании появилась новая форма заболевания, обозначаемая как «новый вариант болезни Крейтцфельдта-Якоба (nvCJD)».

Важным событием было распространение «Коровьего бешенства» в Великобритании, эпидемия которого была сначала в 1992—1993 гг, а потом и в 2001 г охватила несколько европейских государств, но тем не менее мясо было экспортировано во многие страны. Заболевание связывают с использованием «прионизированной» костной муки в кормах и премиксах, изготовленной из туш павших или заболевших животных, возможно, и не имевших явных признаков заболевания.

За исключением возбудителей «коровьего бешенства», случаев межвидовой передачи прионов до сегодняшнего дня зарегистрировано не было. Инфекционисты из Чили, США и Испании, объединив свои усилия, нашли способ

с помощью прионов хомячка превратить обычные белки мыши в страшнейшие инфекционные агенты — и наоборот.

В организме всех млекопитающих содержится большое количество «предприонного» белка PrP. В нормальной, здоровой форме он не только не опасен, но и выполняет определенные функции, среди которых, возможно, транспорт ионов, передача межклеточных сигналов и даже взросление клеток крови. Самая большая концентрация этого белка — в головном мозге, что и объясняет возникающую при соответствующих нарушениях картину: вспенивание нервной ткани, образование фибрилл и, как следствие, многочисленные неврологические расстройства и смерть.

Ученым пока не известны все детали превращения, но вне зависимости от того, как возникает первый «больной» прион, будь то сбои в работе белоксинтезирующего или белокразрушающего аппарата, через некоторое время эта «больная форма» способствует превращению остальных здоровых белков в таких же «вампиров».

Неандертальцы могли погибнуть из-за прионной инфекции

Неандертальцев погубила привычка лакомиться мозгом своих сородичей, зараженных редким заболеванием, аналогом коровьего бешенства. Как показал британский антрополог, такой сценарий способен объяснить исчезновение многотысячной неандертальской «народности» всего за пару сотен лет.

«Цивилизация» древних неандертальцев была достаточно многочисленна и существовала на территории современной Европы, Западной Азии и Африки в период с 230 до 24 тысяч лет назад. Ученые до сих пор не знают точно, каковы причины тотального вымирания этого вида людей, сосуществовавших с человеком разумным на протяжении десятков тысяч лет.

В качестве таковых в разное время назывались и резкое похолодание, и исчезновение основных объектов охоты этих людей, и конкуренция со стороны человека. Кроме того, долгое время считалось, что неандертальцы были агрессивны и менее склонны к сотрудничеству, чем наши предки кроманьонцы, хотя в настоящее время существуют указания на и достаточно сложную социальную организацию их сообществ, и примитивные верования, и даже – их способность к выработке сложной речи.

Саймон Андердаун, старший лектор университета Брукс в британском Оксфорде, выдвинул теорию исчезновения неандертальского человека в результате фатального распространения в его социуме заболевания, родственного современному коровьему бешенству. Это заболевание необратимо ослабило и снизило численность популяций, а распространялось, судя по всему, посредством каннибализма, который неандертальцы активно практиковали.

Сам Андердаун в интервью Discovery подчеркнул, что исчезновение неандертальцев с лица Земли – одна из наиболее интригующих страниц в человеческой эволюции, так как они были очень похожи на нас, имели достаточно развитый мозг, который даже превышал по размерам мозг современного человека, были сильны и выносливы.

В своей работе он обратился к истории племени каннибалов форе, обитавшем на территории Папуа-Новой Гвинеи, о котором сохранилось много документальных свидетельств.

Еще в 1999 году стало понятно, что неандертальцы также практиковали каннибализм. Это ясно показала ужасающая находка, сделанная в пещере на западном берегу реки Роны на территории Франции. Обнаруженные останки костей, пролежавшие в гроте примерно 100–120 тысяч лет позволили археологам предположить, что большая группа неандертальцев полакомилась здесь, по меньшей мере, шестью своими сородичами. На это указывают следы от каменного топора и скребка на костях, которые были оставлены древним мясником, очищавшим мясо от костей и выбивавшим из них мозг.

Причины, побудившие неандертальцев употреблять в пищу соплеменников, до сих пор не установлены. Мы не знаем, была ли это банальная потребность в пище или людей ели из ритуальных соображений.

Однако установлено, что подобная практика среди людей форе, не гнушавшихся в прошлом расчленением и употреблением в пищу человеческого мяса, привела к распространению смертельного недуга, практически уничтожившего племя .

Еще в начале прошлого века антропологи, изучавшие жизнь и быт этого племени, стали обращать внимание на тяжелое физическое расстройство, именуемое в настоящее время «куру», которое поражало только высокогорных обитателей Папуа-Новой Гвинеи – народность форе, или форес. К середине столетия это заболевание достигло масштабов эпидемии и унесло жизни более тысячи человек.

Последовавшие за этими событиями исследования показали, что распространение «куру» связано исключительно с практикой поедания соплеменников среди форе, а сама болезнь – не что иное как одна из форм трансмиссивной губчатой энцефалопатии. Этот класс заболеваний включает в себя и пресловутое коровье бешенство.

По предположению Андердауна, трансмиссивная губчатая энцефалопатия может быть распространена на Земле уже не первый миллион лет.

В процессе развития этот недуг вызывает деградацию нервной системы и в особенности головного мозга, который в ходе разрушения тканей приобретает внешний вид губки для мытья посуды, чему и обязан своим названием. Прогрессирующее заболевание на заключительных стадиях сопровождается выраженным умственным расстройством, потерей способности говорить, а затем и полной потерей возможности двигаться.

Андердаун сумел построить модель на базе истории племени форе, согласно которой оценил скорость распространения заболевания через каннибализм и, соответственно, сделал выводы о темпах снижения численности неандертальского населения Земли. Согласно его расчетам, крупное сообщество, состоящее из пятнадцати тысяч неандертальцев, в результате распространения болезни могло сократиться до критического уровня всего за 250 лет.

Если учесть влияние других факторов, осложняющих жизнь, таких как похолодание климата, сокращение пищевых ресурсов, то такое заболевание могло начисто стереть популяцию неандертальцев и за более короткий срок. Кроме того, неандертальцы на поздних этапах своего существования ощущали конкуренцию со стороны человека разумного.

Еще одним усугубляющим фактором является продолжительный инкубационный период заболевания, так что пораженные неандертальцы могли не проявлять признаков болезни в течение длительного времени. Съевшие же инфицированных собратьев также могли еще достаточно долго не ощущать приближения катастрофы. Потому древние люди, вероятно, и не могли установить связь между поеданием себе подобных и странной болезнью, уносящей жизни родственников и соплеменников.

Еще одним путем переноса губчатой энцефалопатии является обмен орудиями труда, который, несомненно, имел место в прошлом, так как уже в наши дни ученые установили, что белки – прионы, являющиеся возбудителями необратимых процессов в организме, могут передаваться даже через медицинские инструменты, прошедшие стерилизацию.

Новая теория исчезновения неандертальцев остается пока умозрительной – никаких указаний на то, что среди них был распространен недуг, подобный губчатой энцефалопатии, нет. Однако гипотеза уже получила поддержку Ника Бартона, директора оксфордского Института археологии, который согласился с необходимостью переосмысления и более детального изучения процесса вымирания неандертальцев и поиска новых доказательств критической роли в этом каннибализма.

Считается, что изменения идут лишь на уровне конформации — пространственной организации молекулы белка. То есть непосредственно последовательность аминокислот в белке остается прежней, изменяется лишь его объемная структура. Но и этого вполне достаточно, чтобы полностью разрушить нервную ткань. По мере того как прионы-вампиры вступают в контакт со здоровыми молекулами, процесс прогрессирует всё больше и больше.

Поскольку молекулы белков у представителей разных биологических видов отличаются уже на первом уровне организации — последовательности аминокислот, то передача возбудителя между видами, казалось бы, неизбежно должна сопровождаться мутациями, для возникновения которых необходимы несколько лет.

Как показали Клаудио Сото и его коллеги, мутации — вовсе не обязательная составляющая процесса.

За пару недель работы с пробирками им удалось преодолеть межвидовой барьер. Для этого понадобилось лишь смешать небольшое количество «больных» мышиных прионов с достаточным количеством «невинных» белков из нервной ткани хомячка. На переподготовку здоровых белков и превращение их в страшные инфекционные агенты ушло всего лишь две недели.

После этого белки хомячка стали «заразными» и приводили к скорой гибели всех попадавших под их воздействие щекастых грызунов.

Как отмечают авторы публикации в Cell, проявления этой инфекции были даже более разнообразными, чем все описанные до сегодняшнего дня. Изменениям подвергались различные участки мозга, да и микроскопическая картина сильно отличалась в каждой группе. Ученые объясняют это тем, что «здоровая» конформация у прионов одна, в то время как «больных» несколько. А процесс межвидовой передачи должен сопровождаться большим разнообразием, нежели передача внутривидовая.

После непродолжительных изысканий процесс удалось повернуть и в обратную сторону, превратив «здоровые» мышиные белки в больные под влиянием прионов хомячка.

Сото считает, что их исследование не только подчеркивает возможность межвидовой передачи прионной инфекции без мутаций, но и позволит больше узнать о природе этих загадочных и с каждым днем все более пугающих молекул.

Прионы стойки к обычным методам дезинфекции

Ионизирующее, ультрафиолетовое или микроволновое излучение на них практически не действует. Дезинфекционные средства, обычно используемые в медицинской практике, действуют на них лишь в очень ограниченной мере. Наджно ликвидируют прионы лишь дезинфицирующие реактивы — сильные окислители, разрушающе действующие на протеины.

Другое затруднение представляет собой стойкость прионов к высоким температурам. Даже при автоклавировании при 134 °C в течение 18 минут невозможно достичь полного разрушения прионов, и прионы «выживают» в форме, способной вызвать заражение. Стойкость к высоким температурам ещ более возрастает, если прионы засохнут на поверхности металла или стекла или если образцы перед автоклавированием были подвергнуты действию формальдегида.

В Великобритании, где новый вариант болезни Крейтцфельдта-Якоба является очень серьзной проблемой, по этим причинам уже используются одноразовые хирургические инструменты для тонзиллэктомии. В будущем напрашивается альтернативное решение: создания новых инструментов, с учтом повышенных требований к очистке и обеззараживанию. Одноразовое использование инструментов согласно принципам ВОЗ требуется в случае стоматологического обслуживания пациентов с диагностированным прионным заболеванием или в случае подозрения на него.

Намного более сложным решением этой проблемы является лечение пациентов группы риска. К ним относятся пациенты, которые подверглись операциям, при которых была использована потенциально заражнная тврдая мозговая оболочка, или пациенты из семей с наследственной формой болезни Крейтцфельдта-Якоба. ВОЗ в этом случае не требует никаких специальных мер. Британский Консультационный научный комитет по губчатой энцефалопатии в свом решении в 1998 г. счл возможным ограничиться более тщательной очисткой и обеззараживанием инструментов, в сочетании с более длительным автоклавированием.

Бояться есть чего, ведь прионные инфекции широко распространены среди диких зверей, и, хотя плотность их населения поменьше, чем у британских коров, их не так просто отследить и уничтожить. С учетом того, что эти белки очень устойчивы ко всем видам стерилизации и термической обработки и при этом легко передаются через пищу, охота на оленей и лосей в Соединенном Королевстве, пока возглавляющем рейтинг по упомянутым инфекциям, может оказаться не таким уж и безобидным занятием.

Сейчас Сото и его коллеги занимаются созданием настоящего «биологического оружия» — пытаются повторить свой эксперимент с инфекционными прионами от оленей и здоровыми «предприонами» человеческой нервной ткани. Если эксперимент удастся, то любую охотничью добычу придется сдавать на экспертизу.