Наукова мережа Пріони - новий клас збудників інфекційних захворювань

Інфекційні хвороби (загальне вчення)

Патологія головного мозку при хворобі Крейтцфельдта Якоба: Хвороба Крейтцфельдта Якоба

Коров'ячий сказ: загроза реальна чи уявна?: Збудник коров'ячого сказу - не вірус і не бактерія

Пріони – новий клас збудників інфекційних захворювань

НДІ епідеміології та мікробіології ім. Н.Ф. Гамалії РАМН, Москва

Відкриття пріонів тісно пов'язане з історією відкриття та становлення вчення про повільні інфекції, коли у 1954 р. В. Sigurdsson [1-3] виклав результати своїх багаторічних досліджень масових захворювань серед овець, завезених у 1933 р. з Німеччини на о. Ісландія у розвиток каракулеводства. Незважаючи на явні клінічні відмінності та неоднакову локалізацію пошкоджень органів і тканин, В. Sigurdsson зумів виявити серед вивчених ним захворювань принципову схожість, яка в сучасному вигляді може бути підсумовована у вигляді чотирьох головних ознак, що відрізняють повільні інфекції:

- незвичайно тривалий (місяці та роки) інкубаційний період;

- повільно прогресуючий характер течії;

- незвичайність ураження органів та тканин;

- неминучість смертельного результату.

Серед вивчених В. Sigurdsson захворювань овець була докладно досліджена давно і добре знайома у багатьох країнах хвороба цих тварин, відома під назвою "скріпи", що повністю відповідала всім чотирьом характеристикам повільних інфекцій [3].

Через три роки в протилежному регіоні - на о.Нова Гвінея D.Gajdusek і V.Zigas [4] виявили та описали нове захворювання серед папуасів-канібалів, яке відоме сьогодні під назвою "куру". Хвороба мала масовий характер і успішною передачею спочатку шимпанзе, а пізніше і нижчим мавпам була доведена їїінфекційна природа [5, 6].

Дуже скоро було виявлено велику подібність між епідеміологіями, клінічними проявами і патоморфологічною картиною при курі у людини і при скріпі у овець, на підставі чого стало очевидним, що повільні інфекції можуть вражати не тільки тварин, але і людей [7].

Масовий характер повільних інфекцій природно ставив питання про їхню етіологію, і енергійні пошуки, що почалися в цьому напрямку, незабаром принесли свої плоди.

У 1960 р. В. Sigurdsson [8] виявляє, що одна з типових повільних інфекцій овець - висна - викликається вірусом, що опинився за структурними, хімічними та біологічними властивостями дуже подібним до представників добре відомого сімейства онкорнавірусів. Цілком зрозуміло, що це відкриття великою мірою сприяло зміцненню уявлення про вірусну етіологію всіх повільних інфекцій людини і тварин і на багато років зумовило пошуки в цьому, здавалося б, єдиному правильному напрямку.

Через кілька років утвердженню вірусної етіології нібито всіх без винятку повільних інфекцій сприяло і відкриття вірусної природи відомої ще з 1933 р. типової повільної інфекції дітей та підлітків - підгострого склерозуючого паненцефаліту. Виявилося, що це смертельне захворювання викликає вірус кору, вже багато років відомий як збудник широко поширеної дитячої заразної хвороби [9].

За короткий час був накопичений великий і дуже несподіваний фактичний матеріал: виявилося, що багато вірусів, давно і добре відомі як збудники гострих захворювань, здатні за певних умов викликати в організмі повільний інфекційний процес, що повністю відповідає всім чотирма ознаками повільних інфекцій. Серед таких вірусів незабаром виявились вірусикору, краснухи, герпесу, кліщового енцефаліту, лімфоцитарного хоріоменінгіту, африканської лихоманки свиней, інфекційної анемії коней, сказу, віруси сімейства папова, грипу, імунодефіциту людини та ін.

Слід особливо наголосити, що вже починаючи з перших повідомлень В. Sigurdsson у літературі поступово накопичувалися дані про особливу групу повільних інфекцій людини та тварин, патоморфологія яких дуже суттєво відрізнялася вираженою своєрідністю, що виявляється лише у поразці центральної нервової системи, де на основі первинно-дегенеративних процесів (без ознак запалення) розвивається характерна картина формування так званого губкоподібного стану (status spongiosus) сірої та/або білої речовини головного, а іноді й спинного мозку, що може супроводжуватися утворенням амілоїдних бляшок та вираженим гліозом [11].

Подібна своєрідність патоморфологічної картини визначила і первинну (і досі використовувану) назву всієї групи цих незвичайних страждань як "трансмісивні губкоподібні енцефалопатії" (ТГЕ). Саме трансмісивність губкоподібних змін лише у центральній нервовій системі і є їхньою патогномонічною ознакою [10, 11].

Протягом кількох десятиліть усі спроби виявити збудників ТГЕ закінчувалися невдачею, хоча інфекційна природа їх була точно доведена численними дослідами передачі захворювань різним тваринам і тому не викликала сумнівів [12, 13].

Разом з тим, протягом цих років накопичувалися дані, які не прямо, але побічно дозволяли судити принаймні про деякі властивості збудників ТГЕ. І перші ж позитивні результати підтвердили якщо неправомірність, то принаймні ефективність вірусологічного підходу ввивченні етіології ТГЕ

1) здатний проходити через бактеріальні фільтри з діаметром пір від 25 до 100 нм;

2) не здатний розмножуватися на штучних живильних середовищах;

3) відтворює феномен титрування (викликає загибель заражених тварин при високих значеннях інфікуючої дози для 50% тварин - ІД50); 4) накопичується до титрів 105 -1011 ИД50 на 1 г мозкової тканини;

5) здатний спочатку репродукуватися в селезінці та інших органах ретикулоендотеліальної системи, а потім у мозковій тканині;

6) здатний до адаптації до нового господаря, що нерідко супроводжується укороченням інкубаційного періоду;

7) характеризується наявністю генетичного контролю чутливості деяких господарів (наприклад, у овець та мишей для збудника скріпи);

8) має специфічне (для конкретного штаму) коло господарів;

9) може змінювати патогенність та вірулентність для різного кола господарів;

10) може селекціонуватися із штамів дикого типу;

11) характеризується можливістю відтворення феномена інтерференції (наприклад, штаму, що повільно репродукується, збудника скріпи з швидко репродукується штамом в організмі мишей);

12) має здатність до персистенції в культурі клітин, отриманих з органів та тканин зараженого організму [12, 13].

Виявлення перелічених вище ознак, притаманних широко відомих вірусів людини і тварин, досить переконливо пояснює багаторічний стійкий інтерес вірусологів до збудників ТГЭ.

Однак, поряд з наведеними, у збудників ТГЕ виявили властивості, які принципово відрізнялися від таких у відомих вірусів. Так, збудники ТГЕ виявилися стійкими до дії бета-пропіолактону, формальдегіду,глютаральдегіду, ЕДТА, нуклеаз (РНКази А та III, ДНКази I), псораленів, нагрівання до 80 њС (при неповній інактивації в умовах кип'ятіння), УФ-променів, іонізуючої радіації, ультразвуку [13]. Більше того, жодним із інфекційних матеріалів, отриманим від тварин або людей, які загинули від ТГЕ, тривалий час не вдавалося заразити інтактні клітинні культури.

Перелічені вище своєрідні властивості дали підстави розглядати збудників ТГЕ як "незвичайні віруси". У зв'язку з цим самі захворювання деякий час поділяли на дві групи: повільні інфекції, викликані звичайними вірусами, і повільні інфекції, викликані незвичайними вірусами [10, 12, 13].

Однак на початку 80-х років ці нечіткі визначення були значно конкретизовані, а надалі й уточнені, що цілком пов'язано з успіхами в розшифровці природи збудників ТГЕ. Американський біохімік S. Prusiner, використовуючи нові підходи до накопичення та очищення інфекційного початку в мозковій тканині заражених агентом скріпи хом'яків, показав, що збудником найбільш поширеної в природі ТГЕ - скріпи (захворювання, яке в природі зустрічається серед овець і кіз) є безнуклеїновим. 27-30 кДа) білок [14]. S. Prusiner назвав його "інфекційний пріонний білок", а як інфекційна одиниця запропонував найменування "пріон". Термін "пріон" утворений як анаграма англійських слів "білкова інфекційна (частка)" - "proteinaceous infectious (particles)". Пріон, як інфекційна одиниця, складається з молекул інфекційного пріонного білка [15].

Результати досліджень останніх 15 років повністю підтвердили пріонну природу збудників ТГЕ [16, 17] і на цій підставі ці захворювання позначають тепер як "пріонні хвороби" [18].

Пріонний білок, яквиявилося, може існувати у двох формах. Його нормальна або клітинна форма, позначена як РrР C (абревіатура від англ. – Prion Protein of Cell), виявляється в організмі всіх ссавців, включаючи і людину. Ген, що кодує синтез РrР C розташований в короткому плечі хромосоми 20 у людини і хромосоми 2 - у миші. Ген є висококонсервативним і дуже високі рівні його експресії виявляються в нейронах, де концентрація іРНК для РrР C приблизно в 50 разів вища, ніж у глії. Нижчі рівні експресії гена можна знайти й інших тканинах. РrР-ген регулюється у процесі розвитку та підтримує стійку експресію під час усього життя організму [19, 20].

Нормальний пріонний білок РrР C відіграє надзвичайно важливу роль у життєдіяльності організму: він бере участь у передачі нервових імпульсів і, найголовніше, клітинний пріонний білок відіграє визначальну роль у підтримці так званих "циркадіанних" ритмів (від лат. cirka - близько і dies - день) , регулюючи добові цикли активності та спокою в клітинах, органах та в організмі в цілому [21, 22].

В організмі людей і тварин, які страждають на пріонні захворювання, пріонний білок виявляється в іншій формі, що позначається як РrР Sc . Подібна абревіатура обумовлена тим, що природним резервуаром інфекційної форми пріонів служать вівці та кози, у яких спонтанно може розвиватися згадане вище захворювання під назвою "скріпи" (Scrapie) [23].

Конверсія РrР C в РrР Sc є посттрансляційним процесом, що включає глибоке конформаційне зміна, яке і є фундаментальною подією, що лежить в основі розмноження інфекційних пріонів. Слід додати, що крім набутої пріонним білком інфекційності, іншими його важливими відмінностями від нормальної(клітинної) ізоформи виявляються: набута висока стійкість до нагрівання, ультрафіолетового світла, проникаючої радіації та перетравлюючої дії протеази К. На цій підставі сам S. Prusiner дав найбільш лаконічне визначення поняття "пріон", визначивши його як "малу білкову інфекційну частинку, стійку до інактивуючим впливам, які модифікують нуклеїнові кислоти" [24].

Представлені характеристики інфекційного пріонного білка досить переконливо свідчать про те, що пріони є абсолютно новим класом інфекційних агентів, принципово відмінний від світу найпростіших, бактерій, грибів, вірусів і віроїдів. Ці відмінності виглядають ще більш рельєфними при розгляді процесів розмноження інфекційних пріонів і особливостей захворювань, що викликаються ними.

Механізм накопичення інфекційного пріонного білка в зараженому організмі сьогодні достеменно не відомий. Однак наявні відомості та уявлення про те, що це посттрансляційний процес, дають підстави вважати, що інфікуючий пріонний білок викликає в здоровому до цього організмі трансформацію нормального (клітинного) пріонного білка в його інфекційну форму за рахунок його конформаційних (просторових) змін. І тут йдеться про зміну третинної чи навіть четвертинної структури вихідного білка РrР C . Таким чином, процес накопичення інфекційного пріонного білка відбувається не в результаті синтезу в зараженому організмі молекул PrP Sc de novo, а внаслідок конформаційних змін вже синтезованих нормальних молекул РrР C під впливом молекул інфекційного пріонного білка РrР Sс. Є підстави вважати, що у процесі певну роль грає ще якийсь білок " X " , виконує функцію шаперона. Схематично процес накопиченняінфекційного пріонного білка представлений малюнку. Він передбачає насамперед необхідність контакту двох молекул. В результаті під впливом однієї молекули РrР Sc відбувається трансформація контактує з нею однієї молекули РrР C в її інфекційну форму. Таким чином, всього в організмі утворюються дві молекули РrР Sc . Наступний етап включає вже вплив двох молекул РrР Sc , під впливом яких відразу утворюються ще дві (а всього їх буде чотири) молекули РrР Sc і т.д. Таким чином, як видно з наведеної схеми, процес накопичення інфекційного пріонного білка носить лавиноподібний характер [25, 26].

Група пріонних захворювань включає такі хвороби тварин (табл. 1), як вже згадуване вище скріпи овець і кіз, трансмісивна енцефалопатія норок, хронічна виснажлива хвороба деяких видів оленів і лосів, губкоподібна енцефалопатія великої рогатої худоби, губкоподібна тичних копитних [ 27].