Прионы: Что мы знаем о белках, которые убивают. Открытие прионов Прионы белки или живые организмы

Под прионами необходимо понимать особый класс инфекционных белков с аномальной третичной структурой, лишенных нуклеиновых кислот.

Прионы нельзя отнести к живым микроорганизмам, но их размножение происходит за счет функций живых клеток. Прионы - молекулы белков с аномальной трехмерной структурой, которые имеют способность ускорять трансформацию нормальных белков и преобразовывать их в себе подобные. В большинстве случаев в момент перехода белков из нормальной формы в прионную α-спирали начинают трансформироваться в β-слои. Это дает возможность образовавшимся инфекционным агентам перестраивать новые белковые молекулы, в результате чего происходит запуск цепной реакции, благодаря которой образовывается громадное количество неправильно свернутых молекул.

Данные инфекционные агенты могут существовать в нескольких формах - штаммах, структура каждого незначительно отличается.

Белки, из которых состоят прионы (PrP), можно обнаружить во всех органах и системах человека и млекопитающих. Но в поражённых тканях можно обнаружить PrP с аномальной структурой, который к тому же обладает устойчивостью к протеазам (ферменты, гидролизующие белки).

Нормальную трехмерную форму белка именуют PrPС, а аномальную инфекционную - PrPSс. Если говорить о инфекционной изоформе PrP - PrPSс, то она обладает способностью переводить нормальный PrPС белок в инфекционную изоформу, то есть заменять его трехмерную структуру, что оказывает влияние на дальнейшую взаимосвязь PrP с другими белками.

Информация о физико-химических свойствах прионов

Прионы характеризуются довольно высоким уровнем сопротивляемости к химическим и физическим факторам. Прионы неизменны при высоких температурных значениях (90 °С). Их молекулы являются гидрофобными (боятся контакта с водой). Инфекционные формы прионов (PrPSс) устойчивы ко многим физическим факторам и реагентам, таким как ультрафиолетовое облучение и ионизирующее излучение, нуклеазы, органические растворители, альдегиды, ионные и неионные детергенты.

Прионные заболевания: классификация

Прионы могут вызывать различные патологии у животных (коровье бешенство, трансмиссивные губчатые энцефалопатии). У людей данные инфекционные агенты способны вызывать такие состояния:

• болезнь куру;
• амиотрофический лейкоспонгиоз;
• фатальная семейная бессонница;
• синдром Герстмана - Штраусслера - Шейнкера;
• болезнь Крейтцфельдта - Якоба.

Что касается инкубационного периода при прионных болезнях, то он варьируется от нескольких месяцев до 15-30 лет.

Все перечисленные выше болезни поражают головной мозг, ЦНС, и на сегодняшний день являются неизлечимыми, что всегда заканчивается летальным исходом.

Прионы способны вызывать нейродегенеративные заболевания, это является следствием образования и скопления в ЦНС амилоидных бляшек, которые способствуют разрушению нормальной тканевой структуры. Под разрушением подразумевается образование в тканях полостей, в результате чего их структура становится губчатой.

Принято полагать, что прионные болезни можно заполучить 3 путями:

• Спонтанно;
• Путем прямого заражения;
• Наследственно.

В отдельных случаях для возникновения заболевания необходимо комплексное сочетание этих факторов. Но, как правило, все перечисленные выше прионные болезни возникают по невыясненным причинам спорадически. Если говорить о наследственных факторах заболеваемости, то на такой вариант приходится около 15 % всех известных случаев. Прионное инфицирование может иметь место в таких случаях:

• прием плохо термически обработанной пищи животного происхождения, к примеру: мясо, мозг коров, которые страдают губчатой энцефалопатией;
• при оперативных вмешательствах- трансплантация роговицы глаза, переливание крови, приём БАДов и гормонов животного происхождения, использование зараженного либо плохо простерилизованного хирургического инструментария или кетгута;
• гиперпродукция РгР и другие состояния, в ходе которых стимулируется процесс перехода РгР в РгР.

Согласно данных последних исследований, основной путь заражения - употребление инфицированной пищи. Имеются с ведения, что прионы прекрасно себя чувствуют в тканях и органах мертвых животных (слюна, моча и прочие жидкости).

Прионы находятся в окружающей среде, поэтому заражение может произойти спонтанно при использовании плохо обработанных или нестерильных хирургических инструментов. Они прекрасно сохраняются в почве, благодаря тому, что легко связываются с большинством почвенных минералов.

Как диагностировать прионные заболевания?

На сегодняшний день способов точной диагностики прионных инфекций не разработано. Существуют только следующие методы:

• Электроэнцефалограмма (ЭЭГ);
• Молекулярно-генетическое исследование (метод иммуноблоттинга с использованием МКА-15ВЗ- моноклональных антител, с помощью которых можно распознать PrPSc и РrРс).

• МРТ (с ее помощью можно выявить атрофию мозга).
• Исследование ликвора (тест на нейроспецифический белок 14-3-3 при спонтанных случаях заболевания Крейтцфельдта-Якоба).

• Методы полимеразной цепной реакции(ПЦР).
• иммунологическое обследование (идентификация прионов с помощью метода иммуноблоттинга в периферических лимфоцитах).
• Исследование аутопсийного материала (выявление Status spongiosis, признаков церебрального амилоидоза, образование амилоидных бляшек).

При проведении диагностики прионных инфекций необходимо дифференцировать их со всеми патологиями, характерным признаком которых является приобретенное слабоумие, например, нейросифилис, болезнь Паркинсона и Альцгеймера, васкулит, стрептококковый менингит, герпетический энцефалит, миоклонус-эпилепсия, и т.п.)

Информация о лечении прионных заболеваний

На сегодняшний день благодаря компьютерным технологиям ученым удалось найти вещества, которые могут стать лекарством от нейродегенеративных патологий, характеризующихся медленно прогрессирующим поражением головного мозга со смертельным исходом.

Несколько лет назад было обнаружено, что прионы имеют способность разлагаться под воздействием лишайников. Огромное значение имеет проблема исследования такого заболевания как губчатая энцефалопатия и болезнь Крейтцфельдта. Опасность этих заболеваний в том, что до проявления первых симптомов может пройти от месяца до 10-12 лет. На данный момент практически нету возможности определить инфекционное поражение при жизни. Единственным оптимальным способам является исследование ткани мозга уже после смерти пациента.

Ученые пытались разработать методы исследования, при которых возможно было бы использовать для анализов мочу или кровь. Но, к сожалению разработки, пока не увенчались успехом.

На сегодняшний день все известные болезни, спровоцированные инфекционным прионным белком, являются неизлечимыми, но методы терапии активно обсуждаются во всем мире. При губчатых энцефалопатиях иммунный ответ на прионную инфекцию отсутствует, это является результатом того, что в человеческом организме всегда имеется нормальная форма белка PrP.

Пациенты с клиническими симптомами прионных инфекций являются нетрудоспособными. Все патологии характеризуются неблагоприятным прогнозом, болезнь всегда заканчивается смертельным исходом для пациента.

Статью подготовила врач Тютюнник Д.М.

При некоторых дегенеративно-дистрофических заболеваниях человека длительное время выявить причину их возникновения выяснить не удавалось. Лишь с конца XX века были опубликованы первые сообщения, что эту патологию вызывает инфекционный агент белковой природы, который не содержит в себе ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая) кислота. Такие белки были названы прионами (от английского сокращения слов белок и инфекция), а заболевания - прионная инфекция.

Этиология (причины) прионной инфекции

Организм человека состоит в большей степени из белков. Они являются синтетическим материалом для построения клеточных мембран, внутриклеточных структур, большинства ферментов и гормонов. Информация о том, какой белок будет синтезироваться в клетке, содержится в геноме (ДНК или РНК) и определяется последовательностью нуклеотидов. Свойства белка в свою очередь зависят от последовательности его аминокислот. После синтеза белковой молекулы со строго заданным количеством и последовательностью аминокислот, происходит упаковка линейной молекулы белка в трехмерную структуру. Прионы - это белки с измененной трехмерной структурой. Нормальный их аналог представляет собой белок, входящий в состав нейроцитов (клетки нервной системы). Именно поэтому прионная инфекция поражает нервную систему - измененные белки, нарушают нормальную структуру клеточных мембран и приводят к образованию скоплений аномальных белков в межклеточном веществе с разрушением (дегенерация) нейроцитов. Белковые молекулы прионы обладают рядом свойств, которые приводят к развитию патологии и дают ей сходство с любой другой инфекцией:

• При попадании в клетку, они постепенно приводят к изменению упаковки синтезированного белка в правильную трехмерную структуру.
• Обладают способностью к распространению и увеличению количества аномальных белковых молекул - этот процесс происходит постоянно, в определенной прогрессии.
• Имеют возможности к заражению - процесс начинается после попадания в клетку прионов.

В отличие от инфекций, представителей живой материи, прионы являются очень устойчивыми в окружающей среде. Они не разрушаются под действием дезинфицирующих веществ, ультрафиолетового или ионизирующего облучения, высокой температуры.

Эти механизмы и особенности прионов приводят к развитию дегенеративно-дистрофической патологии нервной системы, в первую очередь головного мозга.

Прионы до сих пор вызывают оживленную дискуссию, относительно их положения в природе. Отсутствие генетического материала относит их к неживой материи. Тем не менее, способность к заражению и увеличению количества патологических белковых молекул, указывает на схожесть прионов с живой инфекцией.

Пути возникновения прионной инфекции

Дегенеративно-дистрофическая патология нервной системы, вызванная прионами, может развиваться несколькими путями, к которым относятся:

• Спонтанное развитие - прионы возникают спонтанно, без видимых причин или провоцирующих факторов, причем подвержен их появлению, может быть любой человек, независимо от возраста, пола или расовой принадлежности. Считается, что патология развивается из-за ошибочной трехмерной упаковки единственной молекулы, которая запускает процесс прионной инфекции.
• Заражение - этот путь заболевания реализуется при попадании приона в организм человека.
• Генетическая предрасположенность - изменения в гене, который несет информацию о структуре белков клеток нервной системы, передаются по наследству от родителей детям.

Это основные пути развития патологии, самым частым из них является генетическая предрасположенность, несколько реже заражение и очень редко дегенеративно-дистрофическая патология развивается спонтанно.

Об инфекционной природе прионной инфекции свидетелсьтвует частое развитие патологии нервной системы, вызванной прионами, среди некоторых племен аборигенов Новой Гвинеи, где имели место случаи каннибализма. При этом прионы попадали в организм здоровых людей. При устранении каннибализма в этих племенах, заболеваемость прионных инфекций резко снизилась.

Симптомы прионной инфекции

Период времени от образования или попадания в организм человека единственной молекулы специфического патологического белка приона до развития клинической симптоматики (инкубационный период) составляет около 30-50 лет. У женщин этот период несколько короче. Известны случаи развития патологии в течение нескольких лет. Дегенеративно-дистрофическое заболевание нервной системы проявляется изменениями ее функционирования с появлением таких проявлений:

• Нарушение двигательной функции - развитие тремора (дрожание) рук и атаксия (нарушение походки, при этом она напоминает человека в состоянии алкогольного опьянения).
• Деменция - выраженное снижение умственных способностей человека.
• Бессонница - нарушение биологического ритма человека, при котором он не может уснуть длительный период времени. Причем применение снотворных средств при этом не оказывает практически никакого эффекта. Такая бессонница значительно изматывает человека и может привести к смерти (в литературе такой симптом имеет название - смертельная бессонница).
• Дизартрия - нечленораздельная речь при поражении речевого центра головного мозга.
• Непроизвольный смех и немотивированная эйфория. Одной из форм прионной инфекции является заболевание «гуру» в племенах Новой Гвинеи, что в переводе означает - «трясущийся смех».

Все эти симптомы указывают на постепенное разрушение нейроцитов различных центров головного мозга. По мере прогрессирования патологии, прионные белки откладывают в сосудисто-двигательном и дыхательном центре продолговатого мозга с последующей смертью от остановки дыхания и сердечной деятельности.

От момента появления первых признаков, до летального исхода промежуток времени значительно меньше, в сравнении с инкубационным периодом, составляет от 1-го года до нескольких лет.

Диагностика

К сожалению, на сегодняшний день эффективных методик ранней диагностики этой патологии нет. Обычно заболевание диагностируется на стадии клинических симптомов, при появлении характерных признаков дегенеративно-дистрофических процессов в головном мозгу.

Лечение прионной инфекции

Терапевтические мероприятия, при этой патологии являются сугубо симптоматическими. Остановить или хотя-бы замедлить процесс изменения белков в нервной системе пока не удается.

Многие ученые пытаются разработать вакцину для профилактики и лечения прионной инфекции, ее суть заключается в выключении гена, отвечающего за синтез белка в организме, который может стать предшественником прионов.

Подготовка к ЗНО. Биология.
Конспект 37. Вирусы. Прионы. Вироиды

Вирусы

Прионы

Прионы – особый класс инфекционных агентов, представленных белками с аномальной третичной структурой и не содержащих нуклеиновых кислот. Белок с аномальной трёхмерной (третичной) структурой, способный катализировать конформационное превращение гомологичного ему нормального клеточного белка в себе подобный (прион).
Для размножения приона необходимо исходное наличие нормально уложенного клеточного прионного белка; организмы, у которых отсутствует нормальная форма прионного белка, не страдают прионными заболеваниями. Прионная форма белка чрезвычайно стабильна и накапливается в поражённой ткани, вызывая её повреждение и, в конечном счёте, отмирание. Устойчивы к денатурации под действием химических и физических агентов, поэтому уничтожить эти частицы или сдержать их рост тяжело.
Все известные прионные заболевания млекопитающих вызываются белком PrP . У различных млекопитающих – трансмиссивные губчатые энцефалопатии у, в том числе губчатую энцефалопатию крупного рогатого скота («коровье бешенство»). У человека прионы вызывают болезнь Крейтцфельдта-Якоба, вариант болезни Крейтцфельдта-Якоба (vCJD), синдром Герстмана-Штраусслера-Шейнкера, фатальную семейную бессонницу и куру. Все известные прионные заболевания поражают головной мозг и другие нервные ткани, в настоящее время неизлечимы и в конечном итоге смертельны.

Вироиды

Вироиды – инфекционные агенты, представляющие собой низкомолекулярную одноцепочечную кольцевую РНК, не кодирующую собственные белки. Вызывают болезни растений. Механизм репликации вироидов окончательно не выяснен. Предполагается, что вироиды в клетках растений индуцируют синтез вироидных РНК, используя ферменты растений хозяев. Не кодируют каких либо белков, в т.ч. и специфических ферментов репликации, и не функционируют в качестве информационных РНК.
Вироиды от хозяина к хозяину обычно передаются при вегетативном размножении, а также механически. Некоторые виды распространяются через семена и пыльцу. Только для вироида «планто мачо» томата обнаружена передача с помощью насекомых переносчиков, а именно тлей.
Самые малые вироиды scRNA (малые цитоплазматические РНК) вируса жёлтой крапчатости риса имеют длину всего 220 нуклеотидов. Для сравнения: геном самого маленького известного вируса, способного вызывать инфекцию, имеет размер около 2000 оснований.

Прионные болезни - группа нейродегенеративных заболеваний, характеризующихся прогрессирующим поражением головного мозга и летальным исходом.

Код по МКБ-10

А81.9. Медленные вирусные инфекции ЦНС неуточнённые.

Что вызывает прионные болезни?

Причина прионных болезней человека и животных - белок, названный прионом - конформер (конформационная форма) нормального клеточного белка, обнаруживаемого в организме всех млекопитающих и человека. В организме человека ген, кодирующий синтез клеточного прионного белка, обозначают как PRNP. Неинфекционный, «клеточный» прионный белок принято обозначать как РrР с (индекс «С» - начальная буква англ. слова cell - клетка). «Клеточный» прионный белок участвует в передаче физиологических сигналов, взаимодействуя с компонентами синапсов, то есть принимает участие в функционировании сигнальных систем клеток, в частности нейронов. Полупериод жизни РrР с составляет 4-6 ч.

Для обозначения конформационной формы клеточного прионного белка, имеющей инфекционные свойства, используют обозначение PrP Sc . Инфекционность прионного белка обозначают первые буквы наиболее распространённой прионной болезни - скрепи - «Sc» (от англ. scrapie). Инфекционные формы прионов - низкомолекулярные (молекулярная масса 27-30 кДа) белковые частицы, иногда обозначаемые как РrР27-30. длина их полипептидной цепи составляет 253-254 аминокислотных остатка.

Процесс накопления инфекционного прионного белка обусловлен контактом двух молекул - исходного белка РrР с и инфекционного прионного белка PrP Sc . В процессе взаимодействия с нормальным клеточным белком РrР c инфекционный белок индуцирует в нём структурные (конформационные) изменения и превращает его в себе подобный, необратимо инфекционный белок. Таким образом, процесс накопления инфекционного прионного белка происходит не в результате синтеза в заражённом организме молекул PrP Sc , а вследствие конформационных изменений уже присутствующих в организме нормальных молекул РrР с. Процесс накопления инфекционного прионного белка носит лавинообразный характер.

Если клетки инфицируются одиночными инфекционными молекулами, число молекул РrР Sс. образующихся в течение суток, достигает 500-1000, в течение года - до полумиллиона. Это неизмеримо меньше по сравнению со скоростью размножения бактерий и вирусов (многие миллионы частиц в течение часов), что объясняет большую длительность инкубационного периода прионовых болезней.

Прионы различных видов животных имеют серьёзные отличия в первичной структуре. Поскольку инфекционный прион только инициирует процесс конверсии нормального клеточного гомолога в PrPS в результате инфекционного процесса появляются прионы со свойственной только этому виду первичной структурой. Получены молекулярно-биологические доказательства преодоления прионами межвидовых барьеров и способности адаптироваться к новому хозяину, то есть доказана возможность передачи возбудителя прионных инфекций от животных к человеку.

Морфология прионов

Прионы в инфицированных клетках обнаруживают преимущественно в микросомальной фракции. Морфологически прионы в тканях организма представлены полимерной формой (агрегированные молекулы инфекционного прионного белка РrР27-30) и выглядят как палочковидные элементы (фибриллы). По ультраструктурным и гистохимическим свойствам они идентичны амилоиду, но этот амилоидоподобный материал неинфекционен, так как инфекционными свойствами обладают только индивидуальные молекулы прионов.

Физико-химические свойства прионов

Для прионов характерен необычно высокий уровень резистентности к химическим и физическим факторам, нетипичный даже для термостабильных белков. Прионы стабильны при температуре 90 °С в течение 30 мин и инактивируются только при автоклавировании в течение 30 мин при 135 °С. Инфекционные молекулы прионов гидрофобны и имеют выраженную тенденцию к агрегации между собой и с клеточными белками и структурами. Прионы (PrP Sc) резистентны к следующим физическим воздействиям и реагентам: альдегидам, нуклеазам, органическим растворителям, неионным и ионным детергентам, ультрафиолетовому облучению и ионизирующей радиации.

Патогенез прионных болезней

Первично репродукция прионов осуществляется в дендритных клетках, лимфатических железах, селезёнке и тимусе. PrP Sc аккумулируется в клетках, накапливаясь в цитоплазматических везикулах. Прионы могут распространяться путём аксонального транспорта, из селезёнки через грудной лимфатический проток и далее по нервным стволам, наступает поражение головного мозга и верхних отделов спинного мозга. Штаммовые различия проявляются в длительности инкубационного периода, топографии поражаемых структур мозга, специфичности по отношению к хозяину.

Характерно полное отсутствие иммунного ответа и воспалительной реакции организма-хозяина на инфекцию, что предопределяет хроническое, прогрессирующее без ремиссий, течение болезни.

Прионы индуцируют апоптоз инфицированных клеток. Доказана способность молекул PrP Sc создавать блокаду репликации генома митохондрий и вызывать их дегенерацию. Накопление PrP Sc в синаптических структурах и связанная с этим дезорганизация синапсов, возможно, служат причиной развития глубоких неврологических дефектов и деменции. В морфологическом плане отмечают общие черты у всех прионных болезней. Вследствие повреждающего действия прионов происходит вакуолизация и гибель нейронов, в результате чего мозг визуально выглядит подобно губке (спонгиоформное перерождение). Макроскопически определяют атрофию головного мозга. Гистологически выявляют спонгиоформную дегенерацию, атрофию и утрату нервных клеток, разрастание глии (астроцитарный глиоз), гибель волокон белого вещества (лейкоспонгиоз), амилоидные бляшки, содержащие прионный белок, а также отсутствие воспалительных реакций. Заболевания данной группы патогистологически отличаются соотношением интенсивности спонгиоза, амилоидоза и глиоза в мозговой ткани, кроме того, у каждой из этих болезней имеются существенные клинико-эпидемиологические особенности. В отличие от вирусных медленных инфекций отсутствует процесс демиелинизации.

Какие симптомы имеют прионные болезни?

Синдром Герстманна-Штреусслера-Шейнкера

Синдром Герстманна-Штреусслера-Шейнкера - редкое семейное заболевание, которое относят к генетически обусловленным формам спонгиозных энцефалопатии с аутосомно-доминантным типом наследования (мутации гена PRNP). Заболевание регистрируют с частотой 1 случай на 10 млн населения. Клинические проявления болезни регистрируют на 3-м или 4-м десятилетии жизни. В отличие от болезни Крейтцфельда-Якоба деменция может не проявляться. Начальные проявления болезни - мозжечковые нарушения. В зависимости от локализации мутации в PRNP, в развернутой стадии болезни могут доминировать мозжечковые или экстрапирамидные расстройства, паралич взора или глухота и слепота. Продолжительность болезни 4-5 лет.

Семейная смертельная бессонница

Синоним: фатальная семейная инсомния.

Впервые описана в 1986 г. Семейная смертельная бессонница - редкое заболевание, наследуемое по аутосомно-доминантному типу. При этом заболевании регистрируют мутацию в 178-м кодоне, которую также регистрируют и у больных болезнью Крейтцфельда-Якоба. Какое заболевание будет развиваться, зависит от того, какая аминокислота находится в положении 129: если метионин, то развивается семейная смертельная бессонница, если валин, то развивается болезнь Крейтцфельда-Якоба. Описана семья, в которой зарегистрирована мутация в 183-ем кодоне. К 2003 г. описано 26 семей из итальянских и итало-американских семей. Заболевание может дебютировать в возрасте от 25 лет до 71 года и имеет вариабельное по длительности течение (от 6-13 мес до 24-48 мес). Основные симптомы заболевания: некурабельная бессонница, утрата циркадных ритмов, двигательные расстройства и деменция. К ранним симптомам относят вегетативные нарушения: изменения потоотделения и саливации, запоры, гипертензию, тахикардию, тахипноэ, иногда лихорадки. Спонгиозные поражения в коре головного мозга встречают редко, преимущественно они локализуются в ядрах таламуса.

Куру

Код по МКБ-10

А81.8. Другие медленные вирусные инфекции ЦНС.

Симптомы куру

Куру была первой болезнью из группы прионных, инфекционность которой была доказана экспериментальным заражением обезьян биологическим материалом, полученным от людей. Куру - эндемическая медленная инфекция, встречающаяся в восточной части о. Новая Гвинея. Впервые болезнь была обнаружена в 1953 г., а затем описана американским исследователем D, Gajdusek в 1957 г. Заболевание было выявлено у племён народности форе, которые практиковали обычаи ритуального каннибализма. Представители данных племён, включая детей, употребляли в пищу мозг своих предков без термической обработки. Когда традиции каннибализма были упразднены законодательным порядком, заболеваемость на острове резко упала, и в конце XX века случаи заболевания регистрировались только у лиц, родившихся до 1956 г., когда произошла официальная отмена каннибализма. Заболевание может начаться в возрасте от 5 до 60 лет и старше. Инкубационный период длительный, от 5 до 30 лет (в среднем 8,5 лет). Центральный клинический симптом этого заболевания - прогрессирующая мозжечковая атаксия. Затем присоединяются дизартрия, тремор головы, неконтролируемый смех («куру» переводится как «смеющийся» или «дрожащий от страха»). Заболевание длится от 4 мес до 3 лет. Больные погибают от дыхательной недостаточности или бронхопневмонии на фоне выраженной мышечной гипотонии и мышечной слабости. Деменция наступает только на поздних стадиях болезни. ЭЭГ обычно не изменена. На вскрытии выявляют атрофию мозжечка, преимущественно червя. Микроскопически также наибольшие изменения локализуются в мозжечке. Они выражаются в утрате нейронов, глиозе и амилоидных бляшках. В коре большого мозга изменения представлены неярко выраженным спонгиозом нейроглии.

Как диагностируются прионные болезни?

Диагностика прионных болезней не разработана.

ЭЭГ. Установлено, что у 60-80% больных болезнью Крейтцфельда-Якоба выявляют 0,5-2,0 Гц генерализованные двух-трёхфазные комплексы, повторяющиеся с частотой 1 раз в секунду (сходные характеристики ЭЭГ бывают и при других патологиях головного мозга). Однако негативный результат ЭЭГ не может служить основанием для отмены диагноза болезни Крейтцфельда-Якоба.

МРТ имеет невысокую диагностическую значимость, так как у 80% обследованных регистрируют неспецифические сигналы. Тем не менее МРТ позволяет выявить атрофию мозга, выраженность которой усугубляется по мере прогрессии заболевания.

Исследование ликвора. Возможно проведение теста на наличие нейроспецифического белка 14-3-3. Данное исследование методом ИФА или вестерн-блоттинга демонстрирует хорошую чувствительность и специфичность при спорадических случаях болезни Крейтцфельда-Якоба как на ранних, так и на поздних стадиях заболевания. При семейных формах и ятрогенной болезни Крейтцфельда-Якоба этот метод менее информативен (специфичность около 50%).

Исследование крови. Возможна идентификация прионов методом иммуно-блоттинга в периферических лимфоцитах.

Молекулярно-генетические исследования. В настоящее время разработаны методы иммуноблоттинга с применением моноклональных антител (МКА-15ВЗ), позволяющих распознавать PrP Sc и РrР с.

Применяют методы ПЦР, позволяющие проводить секвенирование генома человека и анализ локализации мутаций гена PRNP.

Исследование аутопсийного материала. Выявляют Status spongiosis (формы вакуолизации нервной ткани), признаки церебрального амилоидоза, образование характерных амилоидных бляшек.

Биологические методы диагностики. Трансгенные мыши, несущие ген. кодирующий нормальный РrР человека, рекомендованы ВОЗ для тестирования инфекционной активности материалов, подозрительных на контаминацию прионами.

Дифференциальная диагностика прионных болезней

Дифференциальная диагностика прионных болезней, в том числе и болезни Крейтцфельда-Якоба проводится со всеми болезнями, одним из проявлений которых бывает деменция: болезнью Альцгеймера, васкулитами, нейросифилисом. стрептококковым менингитом, герпетическим энцефалитом, миоклонус-эпилепсией, болезнью Паркинсона и т.д.

Одно из величайших открытий генетиков оказалось малозамеченным мировой прессой. Завершена титаническая работа ведущих ученых мира по расшифровке генома человека - теперь нам известно химическое строение всех наших генов. Но сенсации почему-то не произошло. Оказалось, что в генах записана далеко не вся информация, необходимая для нормального роста и развития человеческого организма. Хотя расшифровано около 100 000 генов, реально "работает" в организме человека только одна треть. Почему это происходит, пока неизвестно, но зато хорошо известно, что химическая структура генов кодирует, в основном, химическое строение белков, из которых построен наш организм. Но где записана информация о пространственной организации нашего тела, характере и способностях человека, наука пока не знает. Ученые еще раз убедились в том, что эмпирическое, материальное познание человеком Премудрости Божией есть процесс бесконечный.

Одно из крупнейших открытий биологии XX века - прионы. Обнаруживший их американский биохимик Стэнли Прузинер в 1997 году был заслуженно удостоен Нобелевской премии. Дело в том, что белковые молекулы в живых организмах имеют три уровня пространственной структуры. Два первых - это первичная и вторичная спираль, напоминающие двойную спираль электролампы. Третичная же структура - это сложнейшая, внешне напоминающая клубок, объемная пространственная конфигурация этой двухуровневой спирали. От третичной структуры напрямую зависят важнейшие функции, которые выполняет белок в живой клетке и организме в целом.

Коровье бешенство. Эта болезнь поражает мозг коров, но может передаваться и человеку через говядину, употребляемую в пищу. Заражение случается редко - однако если оно произошло, то предотвратить летальный исход практически невозможно.

Надо сказать, что подобные болезни - так называемые медленные инфекции - уже довольно давно известны медикам (долгое время считалось, что они вызываются неким «медленным» вирусом, который так никогда и не был выделен). К их числу относятся куру, семейная смертельная бессонница, а также аналогичные заболевания млекопитающих. Их инфекционная природа впервые была установлена в 1957 году для куру, открытой американским вирусологом Даниелем Карлтоном Гайдушеком в Новой Гвинее. Болезнь эта была распространена в племени форе, традиции которого предписывали сыновьям есть сырой мозг умерших родителей. Гайдушек доказал связь заражения куру с ритуальным каннибализмом и затратил немало сил для того, чтобы искоренить этот опасный обычай. Болезнь была побеждена, а в 1976 году Гайдушек совместно с Барухом Бламбергом был удостоен Нобелевской премии.

Загадочные агенты «медленной инфекции» были найдены лишь в 1982 году американским биохимиком Стенли Прусинером, а в 1997−м его открытие было отмечено Нобелевской премией.

Этот исследователь и предложил термин «прион» (от английского prion - белковая инфекция) для обозначения белка - возбудителя ряда тяжелых заболеваний. Прионы - крайне необычные и во многом еще загадочные образования. Сам термин «прион» пока незнаком даже многим биологам, не говоря уж о широкой публике. Вместе с тем открытие прионов - это, безусловно, одно из ярких достижений молекулярной генетики последних двадцати лет.

Понятно, что болезнетворный агент должен размножаться, иначе он не представляет угрозы зараженному организму. До сих пор науке был известен только один способ размножения вирусов и живых организмов (от одноклеточных до высших животных) - при посредстве носителей наследственности, молекул ДНК и РНК (дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая кислоты).

Прионы - не клетки и не вирусы, а всего лишь особые белковые молекулы - не содержат ни ДНК, ни РНК. Однако, попав в клетку, прионы способны заражать ее и, в известном смысле, размножаться в ней.

Прусинер выяснил, из чего состоят плотные тяжи и бляшки, которые образуются в мозгу животного, пораженного прионным заболеванием. Оказалось, что молекулы одного из белков существуют в клетках нервной ткани в двух формах - нормальной и «аномальной» (прионной). Обе разновидности белка имеют идентичную последовательность аминокислот, однако их молекулы различаются по пространственной упаковке. И если нормальный белок ничуть не мешает клетке жить (хотя до сих пор не вполне понятно, какова его функция), то «аномальный» белок (он же прион), попав в нервную ткань, образует нерастворимые агрегаты.

Но вот что самое странное: оказывается, нормальные молекулы белка, стоит им вступить в контакт с прионами, сами превращаются в них, меняют свою пространственную структуру! Достаточно лишь небольшого числа прионизирующих молекул, чтобы запустить цепную реакцию, разрушительную для клетки. Прион выступает как инфекционный агент, заражающий нормальные молекулы и таким способом воспроизводящий свою пространственную структуру. Это и есть его способ размножения.

Сказанное явно не вписывается в сложившиеся представления о путях передачи наследственной информации в клетке.

Нас в школе учили, что все свойства белковой молекулы определяются последовательностью ее аминокислот, которая считывается с молекулы РНК, а та, в свою очередь, синтезируется на гене, то есть на матрице ДНК. Открытие прионов показало, однако, что последовательность аминокислот определяет далеко не все ее свойства.

Краткая история открытия прионов

Все свойства (признаки) живых организмов определяются генами. Изменение признаков происходит в результате изменений (мутаций) генов. Это связано с тем, что в ДНК, из которой состоят гены, особым образом «записана» информация о структуре белков и РНК – основных молекул, выполняющих клеточные функции. При делении мутантной клетки дочерние клетки получают мутантную копию гена; так происходит наследование измененных признаков. Закономерности наследования мутаций подчиняются определенным правилам, известным как менделевские закономерности. Эта истина непреложна и не подлежит сомнению, однако, как выяснилось в последние годы, она нуждается в существенном дополнении. Это дополнение связано с изучением некоторых признаков у модельного генетического объекта – дрожжей-сахаромицетов (известных в быту как пекарские дрожжи).

Ценность дрожжей как генетического объекта связана с тем, что, с одной стороны, это одноклеточный организм; с другой стороны, дрожжевая клетка по своей организации очень похожа на клетки высших организмов, в том числе человека. Достаточно сказать, что из 24 тысяч генов, из которых состоит геном человека, около 2 тысяч генов сходны с генами дрожжей по структуре и функциям.

Прекрасная генетическая изученность дрожжей позволила показать, что появление и наследование некоторых признаков невозможно объяснить в рамках классических представлений. Частота их возникновения на несколько порядков превышает частоту возникновения мутаций, обработка клеток некоторыми химическими агентами в очень низких концентрациях «излечивает» их (т. е. они возвращаются в нормальное состояние), однако это излечивание обратимо – изменение возникает вновь. Наследование этих признаков в ряду клеточных поколений не соответствует менделевским закономерностям.

Объяснение их природы первым предложил американский генетик Рид Викнер в 1994 году. Он предположил, что

Эти признаки определяются не мутациями в ДНК, а особым конформационным изменением белковых молекул, поддерживаемым автокаталитически, что и определяет возможность их наследования.

Аналогом белковых наследственных детерминантов являются прионы млекопитающих - особый класс инфекционных агентов, чисто белковых, в отличие от вирусов, не содержащих нуклеиновых кислот, возбудители таких нейродегенеративных заболеваний, как «коровье бешенство», болезнь Крейцфельда-Якоба у человека и др. В основе прионного превращения белков дрожжей и млекопитающих лежат сходные преобразования структуры белковой молекулы. Гипотеза Викнера касалась всего двух прионных наследственных детерминантов, известных в то время. В последующие годы у дрожжей было найдено еще пять прионов, один прион был обнаружен у плесневого гриба подоспоры.

Постепенно становилось ясно, что прионная (белковая) наследственность у низших организмов не является чем-то исключительным. Более того, стали высказываться идеи, согласно которым прионное превращение белков позволяет клеткам приспосабливаться к меняющимся условиям существования дрожжей более эффективно, чем это происходит, благодаря классическому механизму, связанному с возникновением мутаций и последующим естественным отбором. В случае белковой наследственности изменение свойств клетки происходит без изменения ее генетического материала, то есть оно обратимо.

Открытие С. Прузинера заставило ученых говорить о новом типе наследственности - прионной, белковой наследственности, т.е. передача информации может происходить не только через химическую структуру генов. В настоящее время существование такой наследственности доказано как отечественными, так и зарубежными учеными. Для нас особенно важно, что здесь наблюдается передача от белка к белку структурной, трехмерной информации, в которой может кодироваться пространственная организация живых организмов (строение нашего тела, индивидуальные анатомические особенности разных людей, народов и рас).

Гораздо более древнее открытие человечества - телегония. Впервые с этим явлением столкнулись животноводы-селекционеры. Они быстро убедились, что для сохранения породы самое главное - уберечь породистых животных от случайного скрещивания, поскольку даже если зачатия при этом и не произошло, такая самка в будущем чистой породы уже никогда не даст. То есть каким-то образом происходит передача наследственной информации, которая включается в наследственный аппарат самки, и ее последующее потомство формируется уже на основе этой испорченной "чужаком" наследственности. *

* Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. - М., 2001

Яркий пример - проведенные еще в первой половине XX века опыты по скрещиванию породистых лошадей с более выносливыми копытными животными - зебрами. Когда после ряда неудачных скрещиваний с зебрами-самцами кобыл вновь перевели на конезаводы, то у них от породистых жеребцов стали рождаться жеребята с окрасом, повторяющим вертикальные полосы зебры, чего у нормальных лошадей никогда не наблюдалось.

И второй пример. 1957 год, Москва. Всемирный фестиваль молодежи и студентов. Этот праздник - "апофеоз свободы и любви" - закончился для некоторых наших любительниц "африканских страстей" рождением чернокожих детей, а для тех, кто ухитрился, так сказать, обойтись "без последствий", такие "последствия" наступили у их сыновей и дочек. Да-да, именно у их белых детей, рожденных в законном браке от белых мужей, вдруг стали рождаться черные дети! Значит, не так уж глупы были наши предки, хранившие честь своих дочерей и говорившие: "Честной дом - дороже жисти!". Да и молодцам беспутная жизнь впрок явно не идет. Такие люди редко могут похвастаться здоровьем и долголетием.

Механизм этого загадочного явления был необъясним с точки зрения классической генетики XX века, но теперь, зная о существовании прионной наследственности, можно по-новому взглянуть на эту проблему. При подготовке статьи использовался материал издания Газета.ру.