Смертельный белок: ученые назвали одну из страшных угроз для человечества

Прионные болезни — одни из самых пугающих заболеваний. Это особый вид тяжелых нейродегенеративных болезней человека, которые вызываются особыми возбудителями: прионами. Прионы — белки третичной структуры, способные «ломать под себя» и другие белки, вызывая повреждение нейронов и тканей головного мозга, а также нервных тканей. Эти белковые молекулы могут быть нормальными, а могут быть патологическими. От момента попадания приона в организм до развития заболевания могут проходить годы, даже десятилетия, вплоть до 50 лет.

Прионные болезни стопроцентно смертельные, неизлечимые и очень заразные. Прионы остаются инфекционными агентами даже при 10-миллионном разведении. Человеческий организм не умеет с ними бороться. Он не вырабатывает антитела, т.е. не срабатывает гуморальный иммунитет. Не срабатывает и клеточный иммунитет, лимфоциты не атакуют прионы, поэтому развитие болезни неизбежно.

Но до сих пор методы передачи этих заболеваний людям были довольно экзотическими (например, считается, что папуасы из Новой Гвинеи получали болезнь путем ритуального поедания головного мозга умерших родственников). Прионные заболевания могут быть как инфекционными, так и наследственными. Но каким бы путем прион ни проник в организм, он может стать причиной заражения и другого человека. Прионы вызывают так называемые губчатые энцефалиты. На сегодня известно несколько заболеваний человека, причиной которых являются прионы: болезнь Крейтцфельда-Якоба; болезнь Герстманна-Штреусслера-Шейнкера; болезнь куру (та самая, которая развивалась у аборигенов Новой Гвинеи); семейная фатальная инсомния; болезнь Альпера. Все они неизлечимы. Возможно, прионную природу имеют болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Самые частые проявления прионных болезней у людей: прогрессирующая деменция, нарушение зрения, координации движений, речи, тремор, спонтанность сознания, агрессия, человек теряет человеческий облик и перестает ходить.

Однако до сих пор не было ни одного факта, указывающего на возможность передачи прионных заболеваний от животных к людям. И вот пришли новости о том, что двое охотников с большой долей вероятности умерли от прионного заболевания, которое раньше фиксировали только у оленей. Это CWD — трансмиссивная губчатая энцефалопатия: иными словами, головной мозг превращается в губку. Олени истекают слюной, а потом теряют способность к передвижению и умирают.

В ряде штатов США CWD заражено 25% популяции диких оленей и 70% фермерских. Кроме того, болезнь возникает и у лосей. Летальный исход неминуем. Перед смертью зараженное животное успевает выделить в окружающую среду множество прионных частиц, которые чрезвычайно устойчивы и могут долго ждать своего животного. Большинство способов обезвреживания и обеззараживания оказываются неэффективными при борьбе с ними. Они не погибают при кипячении в течение 2–3 часов, выдерживают холод до -70°С несколько лет, нечувствительны к ультрафиолетовому излучению и радиации, не инактивируются при обработке формалином.

О тревожном случае смерти двух охотников, у которых выявили болезнь Крейтцфельдта-Якоба (природа ее возникновения до сих пор неизвестна, а развивается она спонтанно примерно у 1 человека из 2 миллионов), сообщили исследователи Техасского университета в новой статье в журнале Neurology. Друзья-охотники умерли от редчайшей болезни один за другим. Но странно то, что охотники ели мясо оленей из одной и той же зараженной CWD популяции. Ученые предполагают, что они могли получить дефектные прионы из оленины, вместе с которыми им передалась и прионная болезнь, но пока это лишь гипотеза. Если она подтвердится, можно будет говорить о первых пациентах, заразившихся от оленей хронической изнуряющей болезнью.

Что на сегодня известно о прионах и чего нам ждать в будущем, рассказала микробиолог, ассистент кафедры науки педагогического факультета Manchester Metropolitan University Виктория Доронина:

— Прионы были открыты в 1980-х годах Стэнли Б.Прусинером, американским неврологом. Прусинер ввел термин «прион», что означает «белковая инфекционная частица», для описания уникального инфекционного агента. Его открытие бросило вызов традиционному пониманию инфекционных агентов, поскольку у прионов нет нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), и они размножаются, заставляя нормальные белки неправильно сворачиваться в аномальную форму приона. Это открытие фундаментально изменило наше понимание инфекционных заболеваний.

— Чем прионы отличаются от вирусов, бактерий, паразитов? Можно ли их назвать мертвыми организмами?

— Паразитами обычно называют живые организмы, обычно эукариотические, т.е. имеющие ядро, которые живут в организме хозяина и его ослабляют. Бактерии — безъядерные организмы, которые могут быть, в зависимости от вида, либо симбионтами человека, либо вызывать заболевание. Хотя у них нет ядра, это сложные организмы с клеточными структурами и набором нуклеиновых кислот — ДНК и нескольких типов РНК. И наконец, вирусы — это молекулы ДНК или РНК, упакованные в белковую оболочку. Вирусы инертны, пока не попадут в организм, где они захватывают ресурсы клетки для своего размножения. У растений встречаются вирусы без белковой оболочки — вироиды, т.е. это чистая нуклеиновая кислота. Уже много десятков лет ведутся философские дебаты о том, являются ли вирусы живыми организмами: в определение живого организма входят обмен веществ и способность к размножению, у вирусов есть только второе.

Ну а прионы — это чистые белки, и в этом их основное отличие от всех остальных видов инфекционных агентов. В прионах нет нуклеиновой кислоты, да и размножаться в смысле «воспроизводиться на основе генетического материала» они не могут, только переводить уже имеющийся похожий белок в другую форму.

У Станислава Лема есть рассказ о роботе, который был свидетелем смерти космонавтов после аварии на космическом корабле, там есть фраза: «Кто может пережить смерть? Только мертвый». Прионы нельзя назвать мертвыми организмами, потому что они никогда не были организмами и никогда не были живыми. С тем же успехом можно назвать мертвым организмом пресс, который на заводе штампует детали.

— Почему прионы обладают такой сверхустойчивостью к факторам окружающей среды?

— Именно потому, что прионы — чистый белок, который гораздо более устойчив к условиям окружающей среды, чем нуклеиновые кислоты, которые легко разрушаются ультрафиолетом, даже не очень высокой температурой. Мало того что прионы — это белки; прионы — белки в очень устойчивой форме т.н. «бета-листа», в котором отдельные белковые цепи взаимодействуют между собой. Отдельные молекулы присоединяются друг к другу, как блоки «Лего», образуя агрегаты, которые устойчивы как к попыткам клетки их растащить на отдельные молекулы и восстановить исходную форму, так и к внешним физическим воздействиям. Поэтому прионы нельзя уничтожить высушиванием, поверхностно-активными веществами, спиртом, формальдегидом и даже не всяким автоклавированием, которое сочетает высокую температуру и давление. Так что прионы могут передаваться при хирургических операциях. Когда я работала в Манчестерском университете научным сотрудником, изучая прионы в дрожжах (неопасны для человека), у нас была ДНК, которая позволяла производить человеческий PrP (прион) в дрожжах. Но никто, включая меня, не осмелился их использовать, хотя теоретически, если их не есть, возможность заражения крайне низка.

— В течение истории прионные болезни выявляли у оленей, лосей, овец, крупного рогатого скота. Есть ли еще какие-то животные-переносчики?

— Не думаю, что их можно называть переносчиками, потому что обычно переносчиками называют промежуточного хозяина, который распространяет болезнетворный организм или вирус. В случае прионов белок уже находится в организме и выполняет свои функции, пока в результате мутации не переходит в прионную форму. Белок, который был определен как первый прион, PrP, есть у всех млекопитающих. Он также найден у птиц, амфибий и рыб — т.е., вероятно, есть у всех позвоночных, хотя его меньше и функции не изучены у немлекопитающих.

PrP — первый из прион-образующих белков, но не единственный. Сейчас накапливаются данные о том, что другие человеческие белки, которые накапливаются во время болезни Альцгеймера и Паркинсона — тау и амилоид бета, — это прион-подобные белки. Есть данные об их передаче во время использования гормонов и трансплантов, которые были взяты у людей с заболеванием. Через много лет после использования у реципиентов развивался ранний Альцгеймер. Потенциально довольно большое количество человеческих белков способны становиться прионами, но нейродегенеративные заболевания вызываются прионизацией белков нервной системы.

— Сообщается о первом возможном случае передачи прионной болезни человеку от оленя. Какими могли быть пути передачи?

— Ученые несколько последних лет наблюдали за распространением нейродегенеративного заболевания, вызванного прионами, среди оленей и лосей Северной Америки. Отличие этого приона от предыдущих в том, что он способен передаваться животным через слюну. «Коровье бешенство» передавалось людям, когда они ели мясо зараженных животных, а потом через хирургические инструменты. Но эти источники довольно легко изолировать, и эпидемия «коровьего бешенства» в нулевых быстро закончилась. У оленей здоровому животному достаточно съесть траву, на которую попала слюна зараженного животного.

В первом случае передачи оленьего приона людям, похоже, охотники съели мясо убитого оленя — оленьи стейки с кровью. Это тот же путь заражения, что у «коровьего бешенства». Однако «коровье бешенство» не передается со слюной, оно стало распространяться среди скота, когда животным стали скармливать костную муку, сделанную из остатков больных животных.

— Чем новая ситуация опасна и чревата?

— Сейчас есть два вопроса: могут ли люди заразиться оленьим прионом от контакта со слюной оленей? Могут ли заразившиеся любым путем люди передавать прион со своей слюной?

Если ответ на первый вопрос «да», можно ожидать заражения не только среди людей, съевших мясо, но и среди обычных туристов, которые не там сели в лесу. Если ответ на второй вопрос «да» — это значит, что может начаться или уже началась эпидемия «оленьего бешенства», поскольку симптомы проявляются через несколько лет, за которые человек может заразить много других.

— Какова вероятность, что прионная болезнь начнет распространяться среди людей массово?

— Это зависит от ответа на вопросы выше. Передача через слюну животных к людям не так опасна, как передача от человека к человеку. Первое можно сравнить с SARS — вирусом-предшественником ковида, когда пандемии не случилось, второй — с COVID-19, где вирус передается воздушно-капельным путем. Но в отличие от любых вирусных заболеваний вакцин против прионных болезней нет.

— Есть ли хоть какой-то шанс, что человечество научится справляться с этим заболеванием? Каковы возможные пути поиска лекарства или превентивных мер?

— Против тау и бета-амилоида разработаны некоторые лекарства, которые замедляют развитие болезни, если их начать принимать достаточно рано. Но эти лекарства только получили разрешение на использование, они дорогие и не вылечивают, а только замедляют симптомы развития болезни Альцгеймера. История с лекарствами против прионных болезней похожа на историю с вакцинами против COVID-19. После волны «коровьего бешенства» их стали разрабатывать, но, когда эпидемия не произошла, их просто бросили разрабатывать.

— Что можно сделать уже сейчас?

— Начать с запрета охоты и потребления мяса всех оленей и лосей в Северной Америке. В идеале и на посещение леса, чтобы уменьшить вероятность заражения людей слюной больных животных, но это уже карантин, а карантинов люди, как оказалось, очень не любят. И, естественно, нужно дать денег ученым на исследование «оленьего бешенства».

Во избежание прионных заболеваний во многих странах мира запрещены лекарственные препараты, полученные из животных (органопрепараты), потому что причины возникновения прионных болезней обусловлены в том числе и использованием их биологических тканей. Среди таких препаратов – актовегин, солкосерил, сирепар.