Прионы: Что мы знаем о белках, которые убивают

БЕЛОК — ГЛАВНЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ ОРГАНИЗМА и неизменная составляющая здорового рациона. Хотя белки всегда волновали исследователей, сегодня внимание последних переключилось на особый вид — прионы. В интернете как их только не называют: «идеальные убийцы», «ключ к бессмертию» и даже «молекулы-зомби». Научное сообщество ломает голову над тем, как использовать белки, способные стремительно и неотвратимо разрушить мозг, на благо человечества. Мы решили разобраться, что такое прионы, и спросили экспертов, чем белки-убийцы потенциально могут быть полезны для человека.

Почему о них заговорили

Прионы стали изучать, потому что именно они — причина редких, но очень опасных болезней человека и животных. В их числе так называемое коровье бешенство, почесуха овец и, например, летальная семейная бессонница, при которой человек практически перестаёт спать, а в течение 12–18 месяцев умирает на фоне прогрессирующей деменции. Другой пример прионного заболевания — болезнь Крейтцфельдта — Якоба, приводящая к смерти в течение полугода или года после появления первых симптомов; болезнь поражает головной мозг, поэтому развиваются нарушения памяти и внимания, а затем расстройство координации и судороги. Последняя входит в список самых опасных заболеваний в мире, потому что врачи просто-напросто не знают, что с ней делать. А началось всё с загадочной болезни куру в Папуа — Новой Гвинее, которой, казалось, не было никакого разумного объяснения. 

Как их обнаружили

История об открытии прионов тянет на приключенческий фильм с элементами фантастики: казалось бы, что может быть здоровее жизни на прекрасном острове среди океана, например в Новой Гвинее? Но на живший там народ форе однажды обрушилась болезнь неизвестной природы, которая проявлялась очень сильной тряской, мешающей человеку сначала ходить, затем — стоять и сидеть. В конце концов всё, на что оказывался способен больной, — это лежать и дрожать. Следом наступал паралич, а после — смерть. За необычные клинические проявления местные назвали болезнь куру (в переводе «дрожь»). Для изучения инфекционных заболеваний, в том числе загадочной куру, в Новую Гвинею отправился детский врач и вирусолог Карлтон Гайдушек. У него всё получилось: в 1976 году Гайдушек получил Нобелевскую премию «за открытия, касающиеся новых механизмов происхождения и распространения инфекционных заболеваний», разделив её с Барухом Бламбергом, открывшим вирус гепатита В.

Впрочем, Гайдушек не открыл собственно прионы — он лишь предположил, что вирус вызывает «патогенная частица», которая не видна под микроскопом. Для этого учёному пришлось провести на острове продолжительное время, вскрыть пару сотен умерших представителей форе и даже отсылать их органы (особенно Гайдушека интересовал мозг, который у больных приобретал губчатую структуру) своим коллегам из разных стран. Причиной эпидемии среди народа форе стал ритуальный каннибализм: его практиковали даже после официального запрета властей. Мотивы прозаичны: форе полагали, что вместе с поеданием плоти умершего человека к ним перейдут его ум, способности или таланты.

Что это вообще такое

Поначалу учёные думали, что нашли новый вирус или вирусную частицу. Прионы действительно схожи с вирусами тем, что не имеют клеточной структуры — то есть не состоят из клеток, в отличие от бактерий. При этом вирус представляет собой нуклеиновую кислоту, то есть ДНК или РНК, в белковой оболочке. Но когда на прионы воздействовали средствами, уничтожающими эти кислоты, опасные инфекционные качества сохранялись. Постепенно был сделан вывод, что прион — это просто белок, только с необычной структурой. Все белковые молекулы имеют определённую трёхмерную конфигурацию — если сильно упростить, это то, как цепочка аминокислот уложена в пространстве. Так вот, у прионов эта структура аномальная; удивительно, но при «обычном» химическом составе именно эта аномалия конфигурации делает прион смертельно опасным.  

Как из нормального белка получается аномальный

Название белкам, работающим против человека, дал американский врач Стенли Прузинер. Объединив слова protein (белок) и infection (инфекция), он получил «прионы», обозначил их как новейший тип биологических возбудителей инфекции и впервые описал принцип их действия. В 1997 году и он получил Нобелевскую премию за проделанную работу. Прузинер обнаружил и белок, порождающий прионы — его назвали прионным белком, PrP. Самое интересное, что кодирующий PrP ген содержится в двадцатой хромосоме человека — то есть он имеется в ДНК любого из нас. Но шанс его преобразования в прион минимален, и большинство людей спокойно живут без риска прионных заболеваний. Тем не менее всего одна ошибка в синтезе белка может привести к преобразованию нормального PrPC в аномальный PrPSc.

Как объясняет Валерий Ильинский, генетик и генеральный директор Genotek, прионы — это обычные белки, которые приобрели необычную структуру. Это позволяет им менять структуру аналогичных белков, также превращая их в прионы, то есть происходит процесс, подобный заражению. Для начала заболевания необходимо проявление первого повреждённого белка — это может произойти либо в результате спонтанной ошибки при его синтезе, либо после попадания приона извне, от другого человека или животного. А дальше запускается цепная реакция.

Рустам Зиганшин, кандидат химических наук, отмечает, что причина и механизм преобразования «нормальной» формы прионного белка в опасную сегодня очень слабо изучена. В экспериментах in vitro (в пробирке) для такого преобразования требуются различные дополнительные факторы. В то же время в экспериментах на животных прионные болезни развивались, когда «нормальный» прионный белок вводили мышам, вообще лишённым программирующего его гена. Непонятно, что заставляло его становиться «агрессивным» в этом случае.

Вечная молодость или неизбежная смерть

Сейчас заговорили и о том, что с прионным механизмом могут быть связаны, например, болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона. Если это так, то можно ожидать появления новых методов лечения или профилактики этих серьёзных заболеваний. Интересно, что на прионы по механизму действия похожи и дрожжевые белки — вполне возможно, что дрожжи помогут в изучении этих странных молекул. Возникают и разговоры о том, что именно прионы помогут найти лекарство от разных злокачественных опухолей или ВИЧ-инфекции, да и вообще станут «философским камнем», который приведёт человечество к вечной жизни или вечной молодости. Впрочем, пока эти высказывания необоснованны.

Рустам Зиганшин поясняет, что, как и любые исследования в области биологии, изучение прионных белков расширяет границы наших знаний о живом. С практической точки зрения результаты могут помочь разобраться с тем, как развивается ряд опасных, пока ещё неизлечимых, заболеваний. Возможно, мы получим и инструмент для борьбы с ними. Если понять, как из нормального белка получается аномальный, и научиться контролировать этот процесс, то, может быть, мы сумеем запускать его и в обратную сторону — то есть превращать патологические белки в здоровые, а с ними и возвращать здоровье тканям и органам.