Так называемые прионные болезни (например, коровье бешенство) характеризуются изменением тканей головного мозга (образуются полости, и мозг приобретает губчатую структуру). Болезнь ведет к деградации умственных и физических способностей и в итоге убивает человека или животное.
Причина — прионы, особый класс инфекционных агентов, имеющих белковую природу. Они размножаются за счет работы клеток, в которых располагаются. В этом отношении они очень похожи на вирусы, которым для существования и выживания также приходится заражать клетки хозяина.
На сегодня известно, что прионы — это аномально свернутые инфекционные агенты, которые вызывают изменения в структуре нормальных белков. Специалисты впервые открыли прионы в 1980-х годах. Тогда же им приписали роль виновников фатальных нарушений работы мозга, которые назвали общим термином трансмиссивные губчатые энцефалопатии, или прионные болезни.
Прионы могли бы показаться безобидной "ошибкой" природы, если бы они не вызывали целый каскад разрушительных процессов, во время которых прионы "захватывают" здоровые белки поблизости и вызывают образование микроскопических полостей в тканях мозга. Все это приводит к устойчивому и необратимому ухудшению состояния больного.
Самым распространенным прионным расстройством является болезнь Крейтцфельдта-Якоба. Зачастую недуг приводит к слабоумию, потере памяти, нарушению двигательных навыков, потере зрения и, в конечном итоге, смерти человека. Летальный исход наступает в 85% случаев при легкой форме, а в случае тяжелой излечение и вовсе невозможно.
Ученые считают, что 90 процентов прионных заболеваний человека возникает самопроизвольно, и лишь 9-10 процентов — это результат генетики. Менее одного процента — следствие поедания останков зараженных животных. (Тревогу вызывает тот факт, что прионы в мясе не разрушаются в ходе обычных методов приготовления.)
Случаи передачи прионов через кровососущих насекомых достаточно редки, но длительные инкубационные периоды таких болезней (заболевание может скрываться в головном мозге в течение 30 лет, прежде чем нанесет серьезный ущерб) и высокая устойчивость к лечению вызывают серьезную озабоченность специалистов.
Авторы нового исследования в своей статье в журнале Nature делают вывод, что на сегодняшний день контролировать распространение таких болезней и лечить их очень тяжело.
Например, молекулярные процессы, определяющие ход этих опасных заболеваний мозга, плохо изучены. По этой причине все исследования прионов невероятно важны, и недавняя работа демонстрирует долгожданный прогресс.
Как уже отмечалось выше, команда исследователей под руководством Джири Сафара впервые создала в лаборатории искусственный штамм человеческих прионов. Ранее ученые уже создавали синтетические прионы, но они были характерны лишь для грызунов. Благодаря последним исследователи смогли получить некоторые данные и изучить ранее неизвестные детали прионных заболеваний, но только у мышей и хомяков. Тем не менее "смертельные белки" действуют в организме людей немного по-другому: они отличаются как по структуре, так и по механизму репликации.
В новой же работе команда Сафара использовала человеческий белок приона и при помощи некоторых ухищрений сумела заставить кишечную палочку создать "высоко разрушительный синтетический человеческий прион".
В рамках исследования ученые выяснили, что соединение под названием ганглиозид GM1 (ganglioside GM1, молекула, регулирующая связь между клетками) отвечает за запуск репликации и передачу прионной болезни. По словам авторов работы, это открытие невероятно важно, поскольку теперь специалисты могут начать создавать лекарства, блокирующее эту молекулу.
Кроме того, исследователи выяснили, что простое наличие неверно сложенных белков не вызывает тяжелое прионное заболевание. Важны определенные изменения в аминокислотных цепях в структуре приона, которые определяют, как быстро он реплицируется, насколько он "заразен" и на какие структуры мозга нацеливается.
Результаты работы также показали, что полученные синтетические человеческие прионы являются инфекционными для трансгенных мышей, которые были генетически изменены таким образом, чтобы их организмы создавали некоторые человеческие белки. В двух отдельных экспериментах рекомбинатный человеческий прион привел к серьезной неврологической дисфункции у зараженных мышей в среднем спустя 224-459 дней.
Впрочем, исследователи пока не могут точно сказать, как именно этот искусственный прион будет влиять на мозг человека.
По мнению Сафара, исследование является переломным моментом. "Ранее наше понимание природы прионов было ограничено. Возможность создавать синтетические человеческие прионы в пробирке позволит нам достичь гораздо более глубокого понимания структуры и репликации прионов", — говорит ученый.
Данное исследование позволит разработать ингибиторы (замедлители) их репликации и распространения по мозгу. Новое открытие также поспособствует пониманию того, как болезни, причиной которых являются прионы, развиваются в человеческом мозге.