Бешенство от пива с хлебом

Прионные белки преодолели барьер между биологическими царствами

До сих пор надёжной защитой от коровьего бешенства был отказ от говядины. Теперь в список опасной пищи попали хлеб и пиво: учёным удалось заразить клетки млекопитающих прионными белками дрожжей. Переход прионной инфекции из одного биологического царства в другое потребовал искусственных манипуляций, но исключить возможность их осуществления в дикой природе нельзя.

Коровье бешенство, несколько лет назад заставившее фермеров уничтожить практически всё европейское поголовье крупного рогатого скота, может вернуться совсем в другой форме. Как показали Ина Форберг из Технического университета Мюнхена и её германские и американские коллеги, прионные инфекции могут передаваться нам не только от млекопитающих, но и от куда более «примитивных», на первый взгляд, организмов – дрожжей, избавиться от которых в случае угрозы эпидемии будет гораздо сложнее.

Прионы

(proteinaceous infectious particles) – особый класс инфекционных агентов, чисто белковых, не содержащих нуклеиновых кислот, вызывающих тяжёлые заболевания центральной нервной системы у человека и ряда высших животных.

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.

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 годах, а потом и в 2001 году 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.

Для прионов, в отличие от других инфекционных агентов – бактерий и вирусов — понятие «размножения» весьма условно. Ведь это даже не живые организмы, а всего лишь белки с изменённой пространственной структурой. И в организме хозяина они «воспроизводят себе подобных» из белков с такой же аминокислотной последовательностью, но в здоровом состоянии имеющих другую форму. В результате – кардинальное изменение структуры клеток и межклеточного вещества, а вместе с ними и всей ткани и органа (например, мозга в случае коровьего бешенства).

То есть для заражения необходимо лишь обладать похожим белком, что не такая уж и редкость даже для эволюционно далёких видов.

Прионные инфекции бактерий и дрожжей известны и даже более разнообразны, чем у млекопитающих, но ввиду особенностей развития они до недавнего времени не привлекали внимания медицинских специалистов.

Дело в том, что им для развития необходим не только прионный и здоровый белки, но и так называемый шаперон Hsp104, известный как «белок теплового шока». В здоровой клетке Hsp104 помогает перестраивать белки, потерявшие правильную пространственную форму при каком-либо стрессовом воздействии вроде нагревания или кислой среды. А ведь тем же самым занимаются и прионы, меняющие форму других белков.

Дрожжевым прионам Hsp104 крайне необходим – стоит заблокировать его работу, как через некоторое время культура грибов полностью «излечивается» от прионов – как от NM-HA, ставшего объектом исследования Форберг, так и от других. В цитоплазме млекопитающих тоже есть шапероны, но подобных Hsp104 нет, именно поэтому до недавнего времени считалось, что дрожжевые прионы не способны поразить наш организм.

В цели авторов публикации в Proceedings of The National Academy of Sciences вряд ли входило создавать новое биологическое оружие, тем не менее спокойствия результаты их работы вряд ли принесут:

ученым удалось заразить дрожжевым прионом клетки грызунов.

Паниковать, впрочем, тоже не следует. Во-первых, это были опухолевые клетки нейробластомы, а во-вторых, их с помощью вирусного вектора предварительно «наделили» возможностью синтезировать «здоровый» дрожжевой белок NM-HA. Поскольку для нервных клеток млекопитающих внутриклеточно расположенный NM-HA in vitro не играет никакой определенной роли, то клетки продолжали спокойно делиться, но лишь до тех пор, пока в культуру не добавляли прионную форму белка.

Через некоторое время в клетках формировались нерастворимые нити и «глыбки», точно такие же, как и в пораженных этой инфекцией дрожжах.

В отличие от упомянутого «коровьего бешенства», большинство дрожжевых прионов и HM-NA в том числе не вызывают гибели, лишь замедляя процессы жизнедеятельности. Однако для многоклеточного организма даже такие небольшие перестройки могут оказаться летальны.

Несмотря на многочисленные «искусственные» элементы, внесенные учеными в свою работу, относиться к ней излишне скептически всё-таки не следует.

Во-первых, Форберг и коллегам удалось показать, что для передачи дрожжевого приона млекопитающим достаточно лишь «пары» из прионного и здорового белка безо всяких отсутствующих у нас специфических шаперонов. Во-вторых, прионную форму белка ученые получали из бактериального штамма, что существенно расширяет количество потенциально опасных «переносчиков».

Если конкретный белок HM-NA не синтезируется в нашем организме, ещё не значит, что в «прионном арсенале» дрожжей нет белков, похожих на наши, а устойчивость прионов к высоким температурам и радиации только добавляет беспокойства медикам. Работа Форберг же как нельзя кстати. Принцип «предупреждён – значит вооружен» никто не отменял.