Прионы как и вирусы являются инфекционными агентами

Лекция № 16

В системе органического мира отдельно выделяют неклеточные формы жизни – вирусы (от латинского слова вирус – яд). Их изучает наука вирусология.

Впервые существование вирусов доказал русский ученый Дмитрий Иосифович Ивановский в 1892 году. Исследуя заболевания табака, он с помощью микробиологических фильтров пытался выделить возбудителя табачной мозаики. Но даже фильтры с мельчайшим диаметром пор не смогли его задержать, и отфильтрованный сок больного растения вызывал заболевание здоровых. На основании этого ученый выдвинул предположение о существовании неизвестного в то время науке организма, который по размерам значительно уступает бактериям. Позже было доказано существование аналогичных возбудителей различных заболеваний животных. Все эти невидимые в световой микроскоп организмы получили общее название вирусы. Но систематическое изучение вирусов началось только в 30-е годы ХХ века после изобретения электронного микроскопа.

От представителей других групп организмов вирусы отличаются отсутствием клеточного строения. Это внутриклеточные паразиты. Во внешней среде они не проявляют никаких признаков жизни. Только проникнув в клетки организмов определенного вида и взаимодействуя с их аппаратом синтеза белка, вирусные частички проявляют определенные признаки живого – способность к размножению. Поэтому вирусы считаются неклеточными формами жизни и объединяют в особое царство – Вира.

Каждая вирусная частичка состоит из оболочки, окружающей молекулу ДНК или РНК (в соответствии с этим вирусы называются ДНК- или РНК-содержащими).Вирусы нуклеиновой кислоты имеют разнообразный вид: одно- или двуцепочных спиралей, которые, в свою очередь, бывают линейными, кольцевыми или вторично скрученными. Молекула нуклеиновой кислоты несет наследственную информацию о строении вирусной частички.

Размеры вирусных частичек составляют от 15 до нескольких сотен, иногда – до 2 тысяч (некоторые вирусы растений) нанометров. Жизненный цикл вирусов состоит из двух фаз: внеклеточной и внутриклеточной.

В зависимости от структуры и химического состава оболочки вирусы делят на простые и сложные.

У простых вирусов оболочка состоит из однотипных белковых образований (субъединиц), образующих спиральные или многогранные структуры. Простые вирусы имеют разную форму – палочкообразную, нитчатую, шарообразную, и т.д.

Сложные вирусы покрыты дополнительной мембраной, состоящей из белков и липидов. Эта мембрана расположена над белковой оболочкой и представляет собой часть плазматической мембраны клетки- хозяина. Она может содержать соединения, служащие для распознавания специфических рецепторов на мембране клетки-хозяина и прикрепления к ней вирусной частички (оспа, гепатит В и т.д.). Иногда в мембране вируса содержатся ферменты, обеспечивающие синтез вирусных нуклеиновых кислот в клетке –хозяине и некоторые другие реакции.

Вирусные частички способны длительное время существовать вне организма хозяина т выдерживать влияние солнечных лучей, низкие или высокие температуры, а частички вируса гепатита В – даже кратковременное кипение. Вирус полиомиелита во внешней среде сохраняет способность к заражению хозяина в течение нескольких дней, а оспы – многих месяцев.

Внутрь клетки – хозяина вирусные частички попадают по-разному. У многих сложных вирусов мембранные вирусные частички и клетки сливаются, как в вирусе гриппа. Часто вирусная частичка попадает внутрь клетки в результате пиноцитоза (полиомиелит). Большинство вирусов растений проникает внутрь клеток через повреждения клеточных стенок.

Особый механизм проникновения внутрь клетки – хозяина у вирусов – паразитов бактерий, называемых бактериофагами (от греческих слов бактерион – папочка и фагос – пожирать). Частичка бактериофага представляет собой достаточно сложное образование. Она состоит из расширенной головки, содержащей ДНК, чехлообразного отростка с пустым стержнем внутри, напоминающим растянутую пружину, и хвостовых нитей. С помощью этих нитей вирус соединяется с рецепторными участками клетки – хозяина и прикрепляется к ее поверхности. Потом чехлообразный отросток сокращается, вследствие чего стержень проходит через оболочку бактерии и впрыскивает вирусную ДНК внутрь клетки. А пустая оболочка бактериофага остается снаружи.

Попав в клетку, вирусная нуклеиновая кислота передает наследственную информацию в разные участки аппарата, обеспечивающего синтез белка в клетке.

Нуклеиновая кислота некоторых вирусов представляет собой иРНК, которая соединяется с рибосомами клетки – хозяина и принимает непосредственное участие в синтезе вирусных белков. РНК других вирусов, например, СПИДа, пронимает в ядро клетки, где синтезирует ДНК, которая содержит информацию о структуре вирусных частичек, а ДНК, в свою очередь, синтезирует вирусную иРНК.

Синтезированные вирусные белки, накапливаясь в клетке – хозяине, угнетают образование его белков и стимулируют дальнейший синтез веществ, необходимых для строительства вирусных частичек. За счет использования энергетических ресурсов клетки – хозяина в ней синтезируется все больше и больше вирусных белков и нуклеиновых кислот.

Иногда вирусная ДНК встраивается в ДНК клетки-хозяина. При этом одновременно синтезируются как белки клетки, так и белки вирусов. Такая клетка не погибает, но может изменять свои свойства, например, приобретает способность неограниченного роста. Такие формы известны среди бактериофагов и вирусов, вызывающих некоторые виды раковых заболеваний.

Проникая в клетку, вирус вызывает в ней инфекционные процессы. Инфекция (от латинского слова инфецере – заражать, отравлять) – комплекс процессов, происходящих во время взаимодействия возбудителя (вирусы, бактерии, грибы) и организма хозяина. Подобные явления, к которым приводят паразитические животные (простейшие, плоские и круглые черви и т.д.), называются инвазией (от латинского слова инвазио – вторжение, нападение).

Различают острые и хронические вирусные инфекции. Вследствие острой инфекции после размножения вирусных частичек клетка обычно гибнет. При хронической инфекции последовательные поколения вирусных частичек образуются в клетках в течение длительного времени. Иногда инфицированная клетка не теряет способности к делению и может передавать вирусные частички дочерним клеткам.

При скрытой инфекции вирусные частички из инфицированных клеток в окружающую среду не выходят, их часто невозможно обнаружить и в самой клетке (герпес, СПИД и т.д.). Но под влиянием определенных причин, которые их активизируют, скрытая инфекция может приобрести острую или хроническую форму. Людей СС крытой формой заболевания называют носителями инфекции.

Пути проникновения вирусовв организм хозяина бывают разными. При воздушно-капельном здоровый организм заражается от больного, вдыхая воздух с каплями слюны и других выделений последнего (грипп, корь, оспа и т.д.). При пищевом пути вирусы попадают в организм с едой (ящер). В кровь вирусы попадают в организм хозяина тремя путями. 1 путь – через поврежденную, а иногда и неповрежденную кожу (бешенство, оспа, герпес). 2 путь - во время переливания крови, стоматологических операций, использования грязных шприцов (СПИД, гепатит В). 3 путь – с помощью кровососущих насекомых (малярия, энцефалит и т.д.) Половым путем вирусы попадают от одного организма к другому при незащищенном половом акте (СПИД, герпес).

Некоторые насекомые (тля, цикады) и черви переносят возбудителей вирусных заболеваний растений. В организмах человека и животных вирусные частички распространяются с током крови, лимфы, тканевой жидкости, а в растениях – по проводящим тканям.

Организм хозяина защищается от вирусных инфекций. В ответ на попадание вирусных частичек в организм человека и животных, вырабатываются особые защитные белки – иммуноглобулины. Они представляют собой антитела и способны обезвреживать определенные вирусы и не допускать их проникновения внутрь клеток. Для противодействия каждому вирусу вырабатывается определенный иммуноглобулин. Если же вирусная частичка все же проникает сквозь мембрану, в клетке образуются другие защитные белки – интерфероны, которые угнетают размножение вирусов. В отличие от иммуноглобулина, интерфероны не обладают специфичностью, поэтому их применяют для борьбы с разными вирусными заболеваниями. В гемолимфе членистоногих обнаружены особые ферменты, расщепляющие вирусные частички. Некоторые виды лейкоцитов способны распознавать и уничтожать инфицированные вирусами клетки. У растений также обнаружены вещества, способные противостоять вирусам.

В одних случаях вследствие перенесенного заболевания или благодаря прививкам организм приобретает стойкий иммунитет к определенному вирусу (оспа, корь, энтерит, чумка собак и др.), в других возможно повторное заболевание (грипп).

Вирус иммунодефицита человека угнетает иммунную систему, поэтому больной СПИДом может погибнуть от любой инфекции. К сожалении, эффективных способов борьбы со СПИДом до сих пор не найдено.

Вирусы играют определенную роль в природе. Так, они регулируют численность своих хозяев. Считается, что вирусы играют определенную роль в эволюции прокариотов, поскольку могут передавать наследственную информацию от одной бактериальной клетки к другой, как внутри одного вида, так и между разными видами, встраиваясь в ДНК клетки-хозяина.

В жизни человека вирусы играют преимущественно отрицательную роль. Они вызывают многие заболевания человека, домашних животных и культурных растений. У человека вирусы поражают органы дыхания (грипп), пищеварения (гепатит), нервную систему (энцефалит, бешенство), кожу и слизистые оболочки (герпес, корь, ветряная оспа), клетки разных систем органов (оспа, малярия), угнетают иммунные реакции (СПИД), приводят к некоторым видам раковых заболеваний. У домашних животных они вызывают ящур парнокопытных, энтерит и чумку собак, чуму кур и другие заболевания. Некоторые из них (ящур) опасны и для человека.

Вирусы являются возбудителями опасных болезней культурных растений – мозаичность, пятнистость, и др. Бактериофаги часто вредят микробиологической промышленности, уничтожая культуры полезных микроорганизмов.

Во избежание заражения вирусами необходимо придерживаться правил личной гигиены, не пить сырую воду, не употреблять немытые овощи и фрукты, недостаточно кулинарно обработанные мясо и рыбу, использовать меры защиты против укусов кровососущих насекомых и клещей. Беспорядочные половые связи и наркомания - основные пути распространения СПИДа.

Больных инфекционными болезнями людей и животных необходимо изолировать от здоровых до полного выздоровления (карантин) и лечить с помощью антивирусных препаратов. Следует также уничтожать кровососущих членистоногих – переносчиков вирусных инфекций.

Особое значение для борьбы с вирусными заболеваниями имеют профилактические прививки, вследствие которых в организме вырабатывается иммунитет к возбудителям определенного заболевания. Именно благодаря профилактическим прививкам удалось победить смертельно опасные заболевания – оспу и полиомиелит. Профилактические прививки делают и животным.

Некоторые виды бактериофагов используются для лечения бактериальных заболеваний, например, дизентерии. Вирусов – паразитов насекомых используют в биологическом методе борьбы с вредными видами.

Кроме вирусов, существует и другой класс болезнетворных микроорганизмов – прионы.

Прионный белок, обладающий аномальной трёхмерной 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.

Открытие прионов состоялось во второй половине XX века, когда 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.

Пути переноса причинного фактора болезни, механизмы проникновения прионов в организм и патогенез заболевания изучены пока недостаточно.

В 1997 г. американскому врачу Стенли Прузинеру была присуждена Нобелевская премия за изучение прионов.

До конца механизм спонтанного возникновения прионных инфекций не ясен. Считается (но ещё не полностью доказано), что прионы образуются в результате ошибок в биосинтезе белков. Есть данные, дающее основание считать, что прионы являются не только инфекционными агентами, но и имеют функции в нормальных биопроцессах.

Человек может заразиться прионами, содержащимися в пище, так как они не разрушаются ферментами пищеварительного тракта. Беспрепятственно проникая через стенку тонкого кишечника, они в конечном итоге попадают в центральную нервную систему. Так переносится новый вариант болезни Крейтцфельдта-Якоба (nvCJD), которой люди заражаются после употребления в пищу говядины, содержащей нервную ткань из голов скота, больных бычьей губчатой энцефалопатией (BSE, коровье бешенство).

На практике доказана возможность прионов заражать организм мышей воздушно-капельным путем.

Прионы могут проникать в тело и парентеральным путем. Были описаны случаи заражения при внутримышечном введении препаратов, изготовленных из человеческих гипофизов Эта форма болезни Крейтцфельдта-Якоба обозначается как ятрогенная (1CJD).

Особую группу прионовых заболеваний представляют собой наследственные (врожденные) болезни, вызванные мутацией гена прионового белка, который делает возникший прионовый белок более подверженным спонтанному изменению пространственной конфигурации и превращения их в прионы. К этой группе наследственных заболеваний относится и наследственная форма болезни Крейтцфельдта-Якоба (fCJD), которая наблюдается в ряде стран мира.

При прионовой патологии наивысшая концентрация прионов обнаружена в нервной ткани заражённых людей. Значительное количество прионов встречается в лимфатической ткани. Наличие прионов в биологических жидкостях, включая слюну, пока не было однозначно подтверждено.

Фото: M24.ru/Евгения Смолянская

За свою историю человечество сталкивалось с огромным количеством войн, эпидемий, стихийных бедствий и других катаклизмов. В XXI веке, когда с эпидемиями, казалось, было покончено, у человечества появился новый вызов – прионы. Что это такое, чем они грозят людям и почему прионами так интересуются ученые всего мира – в материале M24.ru.

Ты помнишь, как все начиналось

В двадцатые годы прошлого столетия врачи столкнулись с новым и неизведанным доселе заболеванием. Немецкий невропатолог Ганс Герхард Крейтцфельдт наблюдал в своей клинике одну пациентку – 20-летнюю девушку. На начальной стадии болезни у нее была нарушена чувствительность в руках и ногах, быстро прогрессировали расстройства памяти, нервной деятельности, больная все чаще впадала в бессознательное состояние. Через несколько месяцев девушка умерла от расстройств дыхания и сердечной деятельности. Невропатолог, который в будущем станет видным нацистским врачом и будет принимать участие в программе "Эвтаназия", задокументировал ход болезни.

Спустя несколько месяцев доктор Альфонс Мария Якоб из Гамбурга столкнулся с тремя аналогичными пациентами. Молодые люди страдали от расстройств нервной деятельности, глотания, практически не осознавали происходящее вокруг и вскоре умерли. При вскрытии Якоб увидел интересное явление, которое раньше врачам наблюдать не приходилось, – поражен у больных был только мозг. Была зафиксирована массовая гибель клеток серого вещества головного мозга, а сохранившиеся нейроны отличались необычным набуханием. Ни в одном другом органе не было зафиксировано никаких патологических изменений. В память о двух первооткрывателях заболевание получило название болезни Крейтцфельдта – Якоба.

В те далекие годы вирусология как наука находилась еще в зачаточной стадии. Поэтому заболеванию было суждено долгое время оставаться в забвении. Этому поспособствовали Великая депрессия и Вторая мировая война. И лишь в пятидесятые годы прошлого века ученые начали активно интересоваться, что же все-таки происходит с людьми, которым не посчастливилось подхватить болезнь Крейтцфельдта – Якоба.

В то же время ученые открывают еще два заболевания, которые по своим симптомам и течению весьма и весьма напоминают описанный выше страшный недуг – куру и скрейпи. Первая болезнь была распространена среди народности форе на острове Папуа – Новая Гвинея, а вторым страдали овцы по всему миру. Но важным оказалось другое: симптомы болезней несколько отличались от болезни Крейтцфельдта – Якоба, но характер поражений был практически идентичен – образование пустот в тканях головного мозга и массовая гибель нервных клеток.

Казалось бы, все ясно. Имеется болезнь, ее вызывает какой-то вирус или бактерия, давайте разберемся, кто является возбудителем и устраним причину. Но не тут-то было! Все оказалось не так просто.

"Познавательные фильмы": Вакцины

Исследования

Ученым удалось достаточно быстро установить, почему болеют папуасы. Выяснилось, что заболевают только те из них, кто участвовал в ритуальном поедании тел погибших от куру родственников. Согласно местным верованиям того времени, дети должны были обязательно отведать мозга умершего, считалось, что от этого у них прибавится ума. Неизвестно, прибавлялось ли у детей от этого ума, но все малолетние, участвовавшие в таких трапезах, обязательно оказывались зараженными куру.

Особенно масштабные исследования развернулись с агентом скрейпи. Для начала определили его размеры, они оказались стандартными для вирусов – 17–27 нанометров. После этого вирусологи всего мира стали разбираться в свойствах неизвестного возбудителя заболевания, и тут их ждали сюрпризы. Оказалось, что инфекционный агент совершенно невосприимчив к формалину, пепсину и трипсину, не реагирует на ферменты, разрушающие ДНК и РНК, устойчив к кипячению, ультрафиолетовому излучению и. проникающей радиации! С такими вирусами ученым сталкиваться еще не приходилось.

Фото: M24.ru/Александр Авилов

Больше того, возбудителя заболевания никак не удавалось увидеть в электронный микроскоп, что было уж совсем странно. В то время ученые уже умели распознавать вирусные частицы намного мельче, чем 17 нанометров, но вирус скрейпи (почесуха) так никто и не увидел – наблюдали лишь фрагменты клеточных мембран.

Еще одной интересной загадкой оказалось всякое отсутствие иммунного ответа организма больных. Организм людей, больных куру, и овец, страдавших от скрейпи, никак не реагировал на течение заболевания. При обычных болезнях, вроде гриппа и простуды, в организме увеличивается синтез интерферона (отвечает за иммунитет), что ведет к быстрому выпуску антител, которые соединяются с вирусными частицами и растворяют их. Ученые пытались обнаружить признаки хоть каких-либо антител, но потерпели неудачу.

Отчаявшиеся исследователи начали выдвигать гипотезы, что возбудителем является не вирус, а молекула полисахарида или же белка, но подтверждения эта версия так и не нашла. Ученые топтались на месте, пока в 1982 году американский невролог Стэнли Прузинер не заявил об открытии нового класса инфекционных агентов – прионах.

Что такое прион

До открытия прионов считалось, что болезни человека и животных могут вызываться исключительно живыми организмами или хотя бы вирусами, содержащими нуклеиновую кислоту. Однако все оказалось не так просто. Прион – это особый вид белка, который присутствует в любом человеческом организме.

Выяснилось, что либо под воздействием непонятных факторов, либо из-за мутаций в организме некоторых людей нормальный прионный белок, входящий в состав клеточных мембран, заменяется "неправильным". Второй вид прионного белка имеет другую структуру, вызывает гибель клеток, но самое интересное – способен самостоятельно размножаться (без каких-либо ДНК и РНК!) и менять нормальные прионы в соседних клетках на дефектные.

"Познавательный фильм": Вирусы и защита от эпидемий

Таким образом, прионы оказались единственным видом инфекционных агентов, которых никак нельзя причислить к живым существам. Ведь, по своей сути, они не содержат никакой генетической информации и самостоятельно синтезируются организмом.

Естественно, исследователей заинтересовал самый главный вопрос – а зачем вообще в человеческом организме нужны прионы? В настоящее время известно уже достаточно много прионных болезней. Все они являются экстремально редкими, самая распространенная – болезнь Крейтцфельдта – Якоба – наблюдается у одного из миллиона человек. Также известно о синдроме Герстманна – Штраусслера – Шайнкера, фатальной семейной бессонице и куру. Некоторые исследователи включают в группу прионных заболеваний человека также болезнь Альперса у детей, амиотрофический лейкоспонгиоз (описан белорусскими учеными в конце прошлого века, болели работники одной из ферм) и спонгиоформный миозит (мышечное истощение).

Все эти заболевания являются смертельными, и лекарств от них пока не предложено. Но все же зачем организм синтезирует прионы? Какую он отводит роль для них?

Зачем нужны прионы?

В 70-е годы прошлого века два английских исследователя – Паттисон и Джебет – изучали на мышах действие вещества под названием купризон. В нормальных условиях оно связывает в организме ионы меди. Животным включили купризон в обязательную диету с целью посмотреть, какое действие он произведет на грызунов. И поразились! После 30 с лишним дней купризоновой диеты совершенно здоровые до этого мыши превратились в тяжелобольных. Причем все признаки заболевания полностью отвечали симптомами скрепи. Часть мышей, участвовавших в эксперименте, вскрыли и посмотрели – оказалось, что в головном мозгу животных произошли абсолютно те же изменения, что и при прионных болезнях.

Возник вопрос: а что если купризон мышам больше не давать? Попробовали – и через несколько дней грызуны выздоровели. Уже через 30 дней у них исчезли и вызванные купризоном изменения в мозговой ткани.

Спустя много лет было выяснено, что прионы весьма и весьма похожи на положительно заряженные частицы двухвалентной меди. И изменения, которые они вызывают в организме, практически идентичны. Таким образом, исследователи сделали вывод о том, что в нормальном состоянии прионы отвечают за оборот металлов, в частности меди. Но эти данные пока остаются лишь гипотезой.

Фото: ТАСС/Станислав Красильников

Еще одна группа американских исследователей принялась копать в другом направлении. Им удалось получить данные, что прионы помогают клеткам мозга прикрепляться друг к другу и участвуют в передаче сигналов внутри клетки. Это означает, что отсутствие прионов или их дефекты не позволяют клеткам мозга получать сигнал о других клеток, что ведет к развитию тяжелых нарушений в работе нервной и других систем организма.

Но самым интересным является предположение о том, что прионы участвуют в механизмах клеточного старения. Не секрет, что долгое время прионные болезни относили к группе старческих болезней, потому что вызываемые ими изменения весьма сходны с другими заболеваниями (вроде болезни Пика, Альцгеймера и других неврологических недугов). Наличие прионной инфекции как бы подталкивает организм к ускоренному старению. Естественно, это ставит очень важный вопрос: если лекарство от таких болезней будет найдено, не станет ли оно своеобразным ключом к долголетию или даже бессмертию организма? Но ответ на этот вопрос пока дать невозможно, поскольку функции прионов изучены еще недостаточно хорошо.

Способы заражения

В заключение поговорим о способах заражения. Их четыре. В первом и самом распространенном случае заболевание возникает как бы из ниоткуда. То есть жил себе человек, да вдруг взял и заболел. Этот путь возникновения болезни называется спорадическим и, кстати сказать, является наиболее распространенным. По нынешним представлениям, это происходит спонтанно под действием каких-то пока не установленных факторов.

Второй способ – наследственный. Некоторые виды болезней являются семейными и возникают из-за мутаций. В свою очередь, гены передаются потомству. Известно около 40 семей, страдающих фатальной бессоницей. Каждый десятый страдающий болезнью Крейтцфельдта – Якоба – страдает семейной формой этого заболевания.

Фото: M24.ru/Михаил Сипко

Третий способ – ятрогенный. Это означает, что заражение прионами произошло по вине медицинских работников при проведении каких-либо оперативных вмешательств. Однако описаны лишь несколько таких случаев, и все они произошло в 70-е годы прошлого века, когда о свойствах прионов еще никто не знал. Так, одна женщина заболела после того, как ей пересадили роговицу глаза от страдавшего болезнью Крейтцфельдта – Якоба мужчины.

А вот последний способ наиболее коварен и опасен. Дело в том, что человек восприимчив к прионам, которые поражают крупный рогатый скот. И при употреблении в пищу мяса больных животных заболевают и люди – у них развивается болезнь Крейтцфельдта – Якоба. В девяностые годы прошлого века настоящая эпидемия этого страдания разразилась в Англии.

Лечения пока нет. Однако ученые уже выяснили, что некоторые виды прионов разлагаются лишайниками, другим удалось описать особые антиприонные антитела (к инфекционным прионам).

Иными словами, перед исследователями стоит весьма непростая задача, которая не только поможет найти лекарство от тяжелых заболеваний, но и, возможно, поможет открыть секрет долголетия. Для этого нужно только одно – понять прионы.

Несмотря на то, что в наше время медицина развивается с большой скоростью, в ней остается еще много тайн. Одной из таких тайн являются заболевания, вызываемые прионами. Прионы являются инфекционными агентами, устроенными проще, чем вирусы, но при этом способными вызывать инфекционные заболевания, которые на современном этапе развития медицины не поддаются лечению.

Другой инфекционный агент, имеющий крайне простую структуру, это вироиды. Однако для медицины вироиды не представляют особого интереса, так как вызывают заболевания только у растений.

В этом реферате мы подробно рассмотрим свойства и строение и прионов, и вироидов, так как оба этих инфекционных агента являются весьма интересными с точки зрения биологической науки.

Прионы - инфекционные агенты нового типа

В результате обработки PrPSc протеиназой К образуется протеазоустойчивый фрагмент с молекулярной массой 27-30 кДа (молекулярная масса PrP варьирует от 33 до 35 кДа в зависимости от степени гликозилирования). Выявление протеазоустойчивого фрагмента PrPSc с молекулярной массой 27-30 кДа после обработки протеиназой К соскоба ткани миндалевидных желез до сих пор используется при диагностике прионных заболеваний.

На основании имевшихся к 1982 г. экспериментальных данных С. Прузинер сформулировал прионную концепцию. Эта концепция подразумевала следующее:

- инфекционным агентом является белок PrPSc,

- инфекционный агент PrPSc может реплицировать себя в отсутствие нуклеиновой кислоты,

- превращение белка из нормальной формы (PrPC) в инфекционную (PrPSc) происходит путем конформационного перехода,

- конформационный переход PrPC в PrPSc может происходить

спонтанно, приводя к спорадическим формам прионных болезней. Он может быть вызван поступлением в организм патологической формы PrPSc извне (приобретенные формы прионных заболеваний). Наконец, переход может произойти из-за мутаций в гене Prnp, способствующих образованию PrPSc из PrPC (наследственные формы прионных заболеваний).

К настоящему времени концепция прионов получила убедительные экспериментальные подтверждения. Если размножение PrPSc после попадания в организм происходит путем наведения патологической конформации на PrPC, то организмы, лишенные PrPC, должны быть устойчивы к прионной инфекции. Это и было показано с использованием трансгенных мышей, гомозиготных по делеции гена Prnp (Prnp0/0). Введение гомогената мозга мышей, больных скрэйпи, трансгенным мышам Prnp0/0 не приводило к развитию болезни ввиду отсутствия нормального PrPC. Более того, оказалось, что в отсутствие PrPC не происходит не только репликации приона, но и повреждения нервной ткани. PrPC также необходим для транспорта инфекционного агента периферическими нервами к центральной нервной системе.

Окончательное доказательство концепции прионов долгое время сдерживалось невозможностью получения значительного количества PrPres - формы PrPSc, образуемой in vitro, которая устойчива к частичному протеолизу и способна вызывать болезнь при введении экспериментальным животным. Недавно было показано, что фрагмент рекомбинантного PrP мыши с 89 по 231 аминокислоту, экспрессированный в Escherichia coli, образует амилоидные фибриллы in vitro, которые при введении трансгенным мышам, экспрессирующим этот же фрагмент PrP, приводят к развитию неврологической картины прионного заболевания.

Разработка системы циклической амплификации прионной формы

белка PrP, с помощью которой возможно формирование значительного количества PrPres in vitro, позволила получить и продемонстрировать ее инфекционность. Начальной матрицей для образования белка PrPres служил PrPSc - патологический белок из гомогената мозга хомяков, зараженных скрэйпи. Инкубация минимального количества PrPSc (гомогенат мозга хомяков, больных скрэйпи, разводили в 104 раз) с избытком PrPC приводила к образованию агрегатов PrPres. Агрегаты PrPres разрушали ультразвуком на более мелкие, разводили в 10 раз суспензией, содержащей избыток PrPC, и инкубировали снова. В результате много раз повторенного циклического процесса, включающего инкубацию PrPres с PrPC, разрушение агрегатов ультразвуком и последующее разведение, достигалось уменьшение содержания исходного инфекционного агента в реакционной смеси от 104 раз (в первом цикле) до 1055 раз (в заключительном). Образование PrPres в первом цикле происходило на матрице PrPSc, в последующих циклах превращению PrPC в инфекционную форму способствовал PrPres, полученный in vitro. Биохимические и структурные свойства PrPres оказались такими же, как свойства PrPSc, изолированного из мозга больных животных. Интрацеребральное введение PrPres здоровым хомякам индуцировало у них скрэйпи и приводило к смерти. Гистологический анализ мозга умерших животных показал губчатую дегенерацию нервной ткани, неотличимую от таковой у животных, зараженных PrPSc, образованным in vivo. Однако оказалось, что PrPres гораздо менее инфекционен, чем патологический белок, продуцируемый in vivo. Причины таких различий в инфекционности пока не выяснены.

Метод циклической амплификации прионного инфекционного агента эффективен для диагностики губчатых энцефалопатий человека, поскольку позволяет детектировать PrPSc в тканях и биологических жидкостях человека на ранних стадиях развития болезни.

Передача прионной инфекции между видами млекопитающих ограничена межвидовыми барьерами. Губчатые энцефалопатии передаются между особями одного вида или особям близкородственных видов. Например, болезнь Крейцфельда-Якоба передается от человека человеку, и от человека шимпанзе; скрэйпи же передается среди овец и коз, но не передается шимпанзе. Также неизвестны случаи заражения скрэйпи человека. В то же время межвидовые барьеры не абсолютны. Например, возможно заражение хомяков скрэйпи и коз болезнью Крейцфельда-Якоба. Межвидовые барьеры могут выражаться не столько в невозможности передачи инфекции животным отдаленного вида, сколько в удлинении инкубационного периода, а также в том, что заболевают не все, а какая-то часть экспериментально зараженных животных. Считается, что межвидовые барьеры вызваны различиями в первичной структуре PrP у млекопитающих разных видов. Подтверждением этому послужили следующие наблюдения. Трансгенные мыши, экспрессирующие PrP хомяка, оказались высокочувствительны к заражению прионами хомяка в отличие от мышей дикого типа. Передача болезни Крейцфельда-Якоба от человека мыши ограничена межвидовым барьером, однако трансгенные мыши, экспрессирующие PrP человека, подвержены заражению этой болезнью. Впоследствии выяснилось, что передача прионной инфекции ограничена не только отличиями в первичной структуре белка PrP, но и штаммовой принадлежностью приона.