Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Обратите внимание!
 
  Наука >> Медицина >> Молекулярная биология | Научные статьи
 Посмотреть комментарии[1]  Добавить новое сообщение
 См. также

Курсы лекцийИнфекционные болезни (общее учение)

Научные статьиПатология головного мозга при болезни Крейтцфельдта Якоба: Болезнь Крейтцфельдта - Якоба

Популярные статьиКоровье бешенство: угроза реальная или мнимая?: Возбудитель коровьего бешенства - не вирус и не бактерия

Прионы - новый класс возбудителей инфекционных заболеваний

В.А. Зуев

НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи РАМН, Москва

В начало...


Открытие прионов тесно связано с историей открытия и становления учения о медленных инфекциях, когда в 1954 г. В. Sigurdsson [1-3] изложил результаты своих многолетних исследований массовых заболеваний среди овец, завезенных в 1933 г. из Германии на о. Исландия для развития каракулеводства. Несмотря на явные клинические различия и неодинаковую локализацию повреждений органов и тканей, В. Sigurdsson сумел обнаружить среди изученных им заболеваний принципиальное сходство, которое в современном виде может быть суммировано в виде четырех главных признаков, отличающих медленные инфекции:

- необычно продолжительный (месяцы и годы) инкубационный период;

- медленно прогрессирующий характер течения;

- необычность поражения органов и тканей;

- неизбежность смертельного исхода.

Среди изученных В. Sigurdsson заболеваний овец была подробно исследована давно и хорошо знакомая во многих странах болезнь этих животных, известная под названием "скрепи", полностью отвечавшая всем четырем характеристикам медленных инфекций [3].

Три года спустя в противоположном регионе - на о.Новая Гвинея D.Gajdusek и V.Zigas [4] обнаружили и описали новое заболевание среди папуасов-каннибалов, которое известно сегодня под названием "куру". Болезнь носила массовый характер и успешной передачей сначала шимпанзе, а позднее и низшим обезьянам была доказана ее инфекционная природа [5, 6].

Очень скоро было выявлено большое сходство между эпидемиологий, клиническими проявлениями и патоморфологической картиной при куру у человека и при скрепи у овец, на основании чего стало очевидным, что медленные инфекции могут поражать не только животных, но и людей [7].

Массовый характер медленных инфекций естественно ставил вопрос об их этиологии, и начавшиеся энергичные поиски в этом направлении вскоре принесли свои плоды.

В 1960 г. В. Sigurdsson [8] обнаруживает, что одна из типичных медленных инфекций овец - висна - вызывается вирусом, оказавшимся по структурным, химическим и биологическим свойствам весьма сходным с представителями хорошо известного семейства онкорнавирусов. Вполне понятно, что это открытие в большой мере способствовало укреплению представления о вирусной этиологии всех медленных инфекций человека и животных и на многие годы предопределило поиски в этом, казалось бы, единственно правильном направлении.

Спустя несколько лет утверждению вирусной этиологии якобы всех без исключения медленных инфекций способствовало и открытие вирусной природы известной еще с 1933 г. типичной медленной инфекции детей и подростков - подострого склерозирующего панэнцефалита. Оказалось, что это смертельное заболевание вызывает вирус кори, уже много лет известный как возбудитель широко распространенной детской заразной болезни [9].

За короткое время был накоплен большой и весьма неожиданный фактический материал: оказалось, что очень многие вирусы, давно и хорошо известные как возбудители острых заболеваний, способны при определенных условиях вызывать в организме медленный инфекционный процесс, полностью отвечающий всем четырем признакам медленных инфекций. В числе таких вирусов вскоре оказались вирусы кори, краснухи, герпеса, клещевого энцефалита, лимфоцитарного хориоменингита, африканской лихорадки свиней, инфекционной анемии лошадей, бешенства, вирусы семейства папова, гриппа, иммунодефицита человека и др. [10].

Следует особо подчеркнуть, что уже начиная с первых сообщений В. Sigurdsson в литературе постепенно накапливались данные об особой группе медленных инфекций человека и животных, патоморфология которых весьма существенно отличалась выраженным своеобразием, проявляющимся только в поражении центральной нервной системы, где на основе первично-дегенеративных процессов (без признаков воспаления) развивается характерная картина формирования так называемого губкообразного состояния (status spongiosus) серого и/или белого вещества головного, а иногда и спинного мозга, что может сопровождаться образованием амилоидных бляшек и выраженным глиозом [11].

Подобное своеобразие патоморфологической картины определило и первичное (и до сих пор используемое) название всей группы этих необычных страданий как "трансмиссивные губкообразные энцефалопатии" (ТГЭ). Именно трансмиссивность губкообразных изменений только в центральной нервной системе и является их патогномоничным признаком [10, 11].

На протяжении нескольких десятилетий все попытки обнаружить возбудителей ТГЭ заканчивались неудачей, хотя инфекционная природа их была точно доказана многочисленными опытами передачи заболеваний различным животным и потому не вызывала сомнений [12, 13].

Вместе с тем на протяжении этих лет накапливались данные, которые не прямо, но косвенно позволяли судить, по крайней мере, о некоторых свойствах возбудителей ТГЭ. И первые же положительные результаты подтвердили если неправомерность, то во всяком случае эффективность вирусологического подхода в изучении этиологии ТГЭ.

Не имея возможности работать с самим этиологическим агентом, исследователи предприняли разностороннее изучение инфицированной мозговой ткани, наиболее высокое содержание инфекционного агента в которой было давно установлено. При этом оказалось, что предполагаемый инфекционный агент:

1) способен проходить через бактериальные фильтры с диаметром пор от 25 до 100 нм;

2) не способен размножаться на искусственных питательных средах;

3) воспроизводит феномен титрования (вызывает гибель зараженных животных при высоких значениях инфицирующей дозы для 50% животных - ИД50); 4) накапливается до титров 105-1011 ИД50 на 1 г мозговой ткани;

5) способен первоначально репродуцироваться в селезенке и других органах ретикулоэндотелиальной системы, а затем в мозговой ткани;

6) способен к адаптации к новому хозяину, что нередко сопровождается укорочением инкубационного периода;

7) характеризуется наличием генетического контроля чувствительности некоторых хозяев (например, у овец и мышей для возбудителя скрепи);

8) имеет специфический (для конкретного штамма) круг хозяев;

9) может изменять патогенность и вирулентность для различного круга хозяев;

10) может селекционироваться из штаммов дикого типа;

11) характеризуется возможностью воспроизведения феномена интерференции (например, медленно репродуцирующегося штамма возбудителя скрепи с быстро репродуцирующимся штаммом в организме мышей);

12) обладает способностью к персистенции в культуре клеток, полученных из органов и тканей зараженного организма [12, 13].

Обнаружение перечисленных выше признаков, характерных для широко известных вирусов человека и животных, достаточно убедительно объясняет многолетний устойчивый интерес вирусологов к возбудителям ТГЭ.

Однако, наряду с приведенными, у возбудителей ТГЭ были обнаружены свойства, которые принципиально отличались от таковых у известных вирусов. Так, возбудители ТГЭ оказались устойчивыми к действию бета-пропиолактона, формальдегида, глютаральдегида, ЭДТА, нуклеаз (РНКазы А и III, ДНКазы I), псораленов, нагревания до 80 њС (при неполной инактивации в условиях кипячения), Уф-лучей, ионизирующей радиации, ультразвука [13]. Более того, ни одним из инфекционных материалов, полученным от животных или людей, погибших от ТГЭ, долгое время не удавалось заразить интактные клеточные культуры.

Перечисленные выше своеобразные свойства дали основание рассматривать возбудителей ТГЭ как "необычные вирусы". В этой связи и сами заболевания некоторое время подразделяли на две группы: медленные инфекции, вызываемые обычными вирусами, и медленные инфекции, вызываемые необычными вирусами [10, 12, 13].

Однако в начале 80-х годов эти нечеткие определения были значительно конкретизированы, а в дальнейшем и уточнены, что целиком и полностью связано с успехами в расшифровке природы возбудителей ТГЭ. Американский биохимик S. Prusiner, используя новые подходы к накоплению и очистке инфекционного начала в мозговой ткани зараженных агентом скрепи хомяков, показал, что возбудителем наиболее распространенной в природе ТГЭ - скрепи (заболевание, которое в природе встречается среди овец и коз) является безнуклеиновый низкомолекулярный (27-30 кДа) белок [14]. S. Prusiner назвал его "инфекционный прионный белок", а в качестве инфекционной единицы предложил наименование "прион". Термин "прион" образован как анаграмма английских слов "белковая инфекционная (частица)" - "proteinaceous infectious (particles)". Прион, как инфекционная единица, состоит из молекул инфекционного прионного белка [15].

Результаты исследований последних 15 лет полностью подтвердили прионную природу возбудителей ТГЭ [16, 17] и на этом основании эти заболевания обозначают теперь как "прионные болезни" [18].

Прионный белок, как оказалось, может существовать в двух формах. Его нормальная или клеточная форма, обозначенная как РrРC (аббревиатура от англ. - Prion Protein of Cell), обнаруживается в организме всех млекопитающих, включая и человека. Ген, кодирующий синтез РrРC, расположен в коротком плече хромосомы 20 у человека и хромосомы 2 - у мыши. Ген является высококонсервативным и очень высокие уровни его экспрессии обнаруживаются в нейронах, где концентрация иРНК для РrРC примерно в 50 раз выше, чем в глии. Более низкие уровни экспрессии гена можно обнаружить и в других тканях. РrР-ген регулируется в процессе развития и поддерживает устойчивую экспрессию во время всей жизни организма [19, 20].

Нормальный прионный белок РrРC играет чрезвычайно важную роль в жизнедеятельности организма: он участвует в передаче нервных импульсов и, самое главное, клеточный прионный белок играет определяющую роль в поддержании так называемых "циркадианных" ритмов (от лат. cirka - около и dies - день), регулируя суточные циклы активности и покоя в клетках, органах и в организме в целом [21, 22].

В организме людей и животных, страдающих прионными заболеваниями, прионный белок обнаруживается в другой форме, обозначаемой как РrРSc. Подобная аббревиатура обусловлена тем, что природным резервуаром инфекционной формы прионов служат овцы и козы, у которых спонтанно может развиваться уже упомянутое выше заболевание под названием "скрепи" (Scrapie) [23].

Конверсия РrРC в РrРSc представляет собой посттрансляционный процесс, включающий глубокое конформационное изменение, которое и является фундаментальным событием, лежащим в основе размножения инфекционных прионов. Следует добавить, что помимо приобретенной прионным белком инфекционности, другими его принципиальными отличиями от нормальной (клеточной) изоформы оказываются: приобретенная высокая устойчивость к нагреванию, ультрафиолетовому свету, проникающей радиации и переваривающему действию протеазы К. На этом основании сам S. Prusiner дал наиболее лаконичное определение понятия "прион", определив его как "малую белковую инфекционную частицу, устойчивую к инактивирующим воздействиям, которые модифицируют нуклеиновые кислоты" [24].

Представленные характеристики инфекционного прионного белка достаточно убедительно свидетельствуют о том, что прионы представляют собой совершенно новый класс инфекционных агентов, принципиально отличный от мира простейших, бактерий, грибов, вирусов и вироидов. Эти отличия выглядят еще более рельефными при рассмотрении процессов размножения инфекционных прионов и особенностей вызываемых ими заболеваний.

Механизм накопления инфекционного прионного белка в зараженном организме сегодня точно не известен. Однако имеющиеся сведения и представление о том, что это посттрансляционный процесс, дают основание считать, что инфицирующий прионный белок вызывает в здоровом до этого организме трансформацию нормального (клеточного) прионного белка в его инфекционную форму за счет его конформационных (пространственных) изменений. В этом случае речь идет об изменении третичной или даже четвертичной структуры исходного белка РrРC. Таким образом, процесс накопления инфекционного прионного белка происходит не в результате синтеза в зараженном организме молекул PrPSc de novo, а вследствие конформационных изменений уже синтезированных нормальных молекул РrРC под влиянием молекул инфекционного прионного белка РrР. Есть основания считать, что в этом процессе определенную роль играет еще какой-то белок "X", выполняющий функцию шаперона. Схематически процесс накопления инфекционного прионного белка представлен на рисунке. Он предусматривает прежде всего необходимость контакта двух молекул. В результате под влиянием одной молекулы РrРSc происходит трансформация контактирующей с ней одной молекулы РrРC в ее инфекционную форму. Таким образом всего в организме образуются две молекулы РrРSc. Следующий этап включает в себя уже влияние двух молекул РrРSc, под воздействием которых сразу образуются еще две (а всего их будет четыре) молекулы РrРSc и т.д. Таким образом, как видно из приведенной схемы, процесс накопления инфекционного прионного белка носит лавинообразный характер [25, 26].

Схема процесса накопления молекул инфекционного прионного белка

Группа прионных заболеваний включает такие болезни животных (табл. 1), как уже упоминавшаяся выше скрепи овец и коз, трансмиссивная энцефалопатия норок, хроническая изнуряющая болезнь некоторых видов оленей и лосей, губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота, губкообразная энцефалопатия кошек и губкообразная энцефалопатия экзотических копытных [27].

Таблица 1. Современная классификация прионных болезней человека и животных
Нозологическая форма Естественный хозяин
Болезнь Kрейтцфельда- Якоба Человек
Kуру Человек
Синдром Герстманна-Штреусслера-Шейнкера Человек
Смертельная семейная бессонница Человек
Скрепи Овцы и козы
Трансмиссивная энцефалопатия норок Норки
Хроническая изнуряющая болезнь Олени и лоси
Губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота Kоровы и быки
Губкообразная энцефалопатия кошек Kошки
Губкообразная энцефалопатия экзотических копытных Антилопы и большой куду

У человека прионные болезни представляют редкие страдания, регистрирующиеся с частотой один на миллион в общей популяции в год. Исключение составляют лишь несколько регионов в мире, где заболеваемость оказывается значительно выше: в Словакии, Израиле и Чили [28].

Далее...


Посмотреть комментарии[1]
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования