Livet utan genom: vad är prioner. Inte ett virus, inte ett protein, men det heter prion, förkortat prioner

Denna term har andra betydelser, se prioner (betydelser).

De ska inte förväxlas med preoner - hypotetiska elementarpartiklar.

prioner(Engelsk) prion från protein- "protein" och infektion- "infektion", ordet föreslogs 1982 av Stanley Prusiner) är en speciell klass av smittämnen representerade av proteiner med en onormal tertiär struktur och som inte innehåller nukleinsyror. Denna ståndpunkt ligger bakom prionhypotes, det finns dock andra synpunkter angående prioners sammansättning, se Hypoteser om prioners sammansättning.

Prioner kan öka sitt antal genom att använda funktionerna hos levande celler (i detta avseende liknar prioner virus). Ett prion är ett protein med en onormal tredimensionell (tertiär) struktur som kan katalysera den konformationella transformationen av ett normalt cellulärt protein homologt med det till ett liknande (prion). Som regel, när ett protein övergår till priontillståndet, omvandlas dess a-helixar till β-ark. De prioner som uppstår som ett resultat av en sådan övergång kan i sin tur ordna om nya proteinmolekyler; Således startas en kedjereaktion, under vilken ett stort antal felaktigt vikta molekyler bildas. Prioner är de enda kända smittämnen vars reproduktion sker utan deltagande av nukleinsyror. Frågan om prioner ska betraktas som en livsform är för närvarande öppen.

Alla kända prioner orsakar bildningen av amyloider - proteinaggregat som inkluderar tätt packade β-ark. Amyloider är fibriller som växer i ändarna, och fibrillfraktur resulterar i fyra växande ändar. Inkubationstiden för en prionsjukdom bestäms av hastigheten för exponentiell tillväxt i antalet prioner, och den beror i sin tur på hastigheten för linjär tillväxt och fragmentering av aggregat (fibriller). För prionförökning är den initiala närvaron av ett normalt veckat cellulärt prionprotein nödvändig; organismer som saknar den normala formen av prionprotein lider inte av prionsjukdomar.

Prionformen av proteinet är extremt stabil och ackumuleras i den drabbade vävnaden, vilket orsakar vävnadsskada och i slutändan död. Stabiliteten hos prionformen gör att prioner är resistenta mot denaturering av kemiska och fysikaliska ämnen, vilket gör det svårt att förstöra dessa partiklar eller hålla tillbaka deras tillväxt. Prioner finns i flera former - stammar, var och en med lite olika struktur.

Prioner orsakar sjukdomarna överförbara spongiforma encefalopatier (TSE) hos olika däggdjur, inklusive bovin spongiform encefalopati ("galna ko-sjukan"). Hos människor orsakar prioner Creutzfeldt-Jakobs sjukdom, variant Creutzfeldt-Jakobs sjukdom (vCJD), Gerstmann-Straussler-Scheinkers syndrom, dödlig familjär sömnlöshet och kuru. Alla kända prionsjukdomar påverkar hjärnan och andra neurala vävnader och är för närvarande obotliga och i slutändan dödliga.

Alla kända prionsjukdomar hos däggdjur orsakas av PrP-proteinet. Dess form med en normal tertiär struktur kallas PrP (från engelskan. allmänning- vanlig eller cellulär- cellulär), och den infektiösa, onormala formen kallas PrP (från engelskan. skrapie- fårskrapie (skrapie), en av de första sjukdomarna med en etablerad prionnatur) eller PrP (från engelskan. Överförbara spongiforma encefalopatier ).

Proteiner som bildar prioner har också hittats i vissa svampar. De flesta svampprioner har ingen märkbar negativ effekt på överlevnaden, men det finns fortfarande debatt om svampprionernas roll i värdfysiologi och roll i evolutionen. Att klargöra mekanismerna för reproduktion av svamp prioner visade sig vara viktigt för att förstå liknande processer hos däggdjur.

2016 dök ett meddelande upp om närvaron av Arabidopsis thaliana proteiner med prionegenskaper.

Berättelse

Beskrivning av prionsjukdomar

Den första öppna transmissibla spongiforma encefalopatin var fårskrapie. Dess första fall noterades i Storbritannien på 1700-talet. Med denna sjukdom led fåren av svår klåda, vilket gjorde att djuren ständigt gnuggade sig själva. skrapa) om träd, det är därifrån sjukdomens namn kommer. Dessutom upplevde fåren smärta när de rörde på benen och drabbades av svåra anfall. Alla dessa symtom är klassiska tecken på hjärnskada, och denna konstiga sjukdom har förvirrat forskare. Långt senare, 1967, Chandler (eng. Chandler) fann att skrapie också kan påverka möss, vilket utan tvekan var framsteg i studien av denna sjukdom.

På 1900-talet beskrevs även mänskliga prionsjukdomar. På 1920-talet undersökte Hans Gerhard Creutzfeldt och Alfons Maria Jacob en ny obotlig sjukdom i det mänskliga nervsystemet, vars huvudsymptom var bildandet av håligheter i hjärnvävnaden. Därefter uppkallades denna sjukdom efter dem.

År 1957 beskrev Carlton Gajduzek och Vincent Zigas ett neurologiskt syndrom som är vanligt bland Fore-folket som bor på Papua Nya Guineas högland. Denna sjukdom kännetecknades av tremor, ataxi och i de tidiga stadierna - atetoidrörelser. Dessa symtom kompletterades sedan med svaghet och demens, och sjukdomen slutade oundvikligen med döden. På Fore-språket kallas denna sjukdom "kuru", som översatt betyder "darrande" eller "förstörelse"; Detta är namnet som sjukdomen är känd än idag. Det visade sig att orsaken till spridningen av kuru var rituell kannibalism, vilket inte var ovanligt bland Fore. Under religiösa ritualer åt de upp organen från sina mördade släktingar. Samtidigt åt barn hjärnan, eftersom man trodde att den "ökade intelligensen" hos barn. Inkubationstiden för sjukdomen kan vara upp till 50 år, men hos flickor, som är särskilt mottagliga för kuru, kan den vara så lite som fyra år eller mindre. Carlton Gajduzek tilldelades Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1976 för sin upptäckt av Kurus sjukdoms smittsamma natur.

Utveckling av idéer om prioner

På 1960-talet i London, två forskare, radiobiolog Tikvah Alper (eng. Tikvah Alper) och matematikern John Stanley Griffith, antog att vissa överförbara spongiforma encefalopatier orsakas av patogener som helt består av proteiner. Alper och Griffith försökte alltså förklara det faktum att det mystiska smittämnet som orsakar skabb hos får och Creutzfeldt-Jakobs sjukdom är mycket resistent mot joniserande strålning. Den stråldos som krävs för att förstöra hälften av partiklarna i ett smittämne beror på deras storlek: ju mindre partikeln är, desto mindre sannolikt är det att den träffas av en laddad partikel. Så det fastställdes att prionen var för liten för viruset.

Francis Crick insåg vikten av Griffiths proteinhypotes för att förklara spridningen av skabb hos får i den andra upplagan av The Central Dogma of Molecular Biology (1970). Även om Crick hävdade att informationsflödet från protein till protein eller från protein till DNA eller RNA var omöjligt, noterade han att Griffiths hypotes innehöll en möjlig motsägelse till detta (griffith själv såg dock inte på sin hypotes på det sättet). Han formulerade senare sin förfinade hypotes med hänsyn till förekomsten av omvänd transkription, upptäckt 1970 av David Baltimore och Howard Temin.

1982 rapporterade Stanley Prusiner från University of California, San Francisco att hans grupp hade isolerat ett hypotetiskt smittämne (en prion) och att det huvudsakligen bestod av ett enda protein (även om de inte isolerade detta protein förrän två år efter Prusiners rapport ). För sin forskning om prioner tilldelades Prusiner Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1997.

Strukturera

Isoformer

Proteinet som utgör prioner (PrP) finns i alla delar av kroppen hos friska människor och djur. Men PrP finns i de drabbade vävnaderna, som har en onormal struktur och är resistent mot proteaser (enzymer som hydrolyserar proteiner). Som nämnts ovan kallas den normala formen PrP, och den smittsamma formen kallas PrP. Under vissa förhållanden kan vikning av mer eller mindre strukturerade PrP-isoformer uppnås in vitro, som är kapabla att infektera friska organismer, men med en lägre grad av effektivitet än de som isolerats från sjuka organismer.

PrP

PrP är ett normalt däggdjursmembranprotein som kodas av genen hos människor PRNP. mRNA PRNP människa kodar för en polypeptid med en längd på 253 aminosyrarester (aa), som förkortas av cellulära enzymer under mognad. Den mogna formen av PrP består av 208 aminosyrarester och har en molekylvikt på 35-36 kDa. Förutom begränsad proteolys genomgår PrP andra post-translationella modifieringar: N-glykosylering vid positionerna Asn-181 och Asn-197, tillägg av glykosylfosfatidylinositol till Ser-230 och bildning av en disulfidbindning mellan Cys-179 och Cys-214. Aminosyraresterna som är involverade i alla dessa posttranslationella modifieringar är mycket konserverade bland däggdjur.

Den rumsliga strukturen av PrP inkluderar en ostrukturerad N-terminal region (aa 23-125 hos människor) och en globulär domän (aa 126-231), bestående av tre a-helixar och ett dubbelsträngat antiparallellt β-ark.

Flera topologiska former av PrP är kända i förhållande till membranet: två transmembrana och en förankrad på membranet av ett glykolipidankare.

PrP bildas i ER och mognar vidare i Golgi-komplexet, varifrån det levereras till plasmamembranet med hjälp av membranvesiklar. Efter detta förankras den antingen på membranet efter förstörelsen av endosomen, eller genomgår endocytos och förstörs i lysosomer.

Till skillnad från den normala, lösliga formen av proteinet sedimenteras prioner genom höghastighetscentrifugering, vilket är standardtestet för förekomst av prioner. PrP har en hög affinitet för koppar(II)katjoner. Betydelsen av detta faktum är oklart, men det kan ha något att göra med dess struktur eller funktion. Det finns bevis för att PrP spelar en viktig roll i cellvidhäftning och överföring av intracellulära signaler, och därför kan vara involverad i kommunikationen av hjärnceller. Funktionerna av PrP är emellertid inte väl förstådda.

PrP

Den infektiösa isoformen av PrP - PrP - kan omvandla det normala PrP-proteinet till den infektiösa isoformen genom att ändra dess konformation (d.v.s. tertiär struktur); detta förändrar i sin tur PrP:s interaktioner med andra proteiner. Även om den exakta rumsliga strukturen för PrP är okänd, har det fastställts att det domineras av β-ark istället för α-helixar. Dessa onormala isoformer aggregeras till högstrukturerade amyloidfibrer, som ackumuleras för att bilda plack. Det är oklart om dessa formationer är orsaken till cellskador eller bara en biprodukt av en patologisk process. Änden av varje fiber fungerar som ett slags frö till vilket fria proteinmolekyler kan fästa, vilket får fibrillen att växa. I de flesta fall kan endast PrP-molekyler som är identiska i den primära strukturen av PrP fästa (därför är prionöverföring vanligtvis artspecifik). Men fall av överföring av prioner mellan arter är också möjliga.

Mekanism för prionreproduktion

Den första hypotesen som förklarade reproduktionen av prioner utan deltagande av andra molekyler, i synnerhet nukleinsyror, var heterodimer modell. Enligt denna hypotes binder en PrP-molekyl till en PrP-molekyl och katalyserar dess övergång till prionformen. De två PrP-molekylerna separeras sedan och fortsätter att omvandla andra PrPs till PrPs. Men prionförökningsmodellen (replikation) måste förklara inte bara mekanismen för prionförökning, utan också varför det spontana uppträdandet av prioner är så sällsynt. Manfred Eigen (lat. Manfred Eigen) visade att den heterodimera modellen kräver att PrP är en fantastiskt effektiv katalysator: den måste öka frekvensen av ett normalt protein som omvandlas till prionformen med 10 gånger. Detta problem uppstår inte om vi antar att PrP endast existerar i en aggregerad (till exempel amyloid) form, där kooperativitet fungerar som en barriär för spontan övergång till prionformen. Dessutom, trots ansträngningar, var det inte möjligt att isolera monomert PrP.

Alternativ fibrillär modell antyder att PrP endast existerar som fibriller, med ändarna av fibrillerna som binder PrP, där det omvandlas till PrP. Om så vore fallet skulle antalet prioner öka linjärt. Men när prionsjukan fortskrider sker en exponentiell ökning av mängden PrP och den totala koncentrationen av infektiösa partiklar. Detta kan förklaras genom att ta hänsyn till fibrillfraktur. I kroppen utförs brytningen av fibriller av chaperoneproteiner, som vanligtvis hjälper till att rensa cellen från aggregerade proteiner.

Tillväxthastigheten för antalet infektiösa prionpartiklar bestäms till stor del av kvadratroten av PrP-koncentrationen. Längden på inkubationsperioden bestäms av tillväxthastigheten, och detta bekräftas av forskning in vivo på transgena möss. Samma grundläggande beroende observeras i experiment med olika amyloidproteiner in vitro.

Mekanismen för prionreplikation har konsekvenser för läkemedelsutveckling. Eftersom inkubationsperioden för prionsjukdomar är extremt lång, behöver ett effektivt läkemedel inte förstöra alla prioner, det räcker bara för att minska graden av exponentiell tillväxt i deras antal. Modellering förutspår att det mest effektiva läkemedlet skulle vara ett som binder till ändarna av fibriller och blockerar deras tillväxt.

Funktioner av PrP

En förklaring till prioninducerad neurodegeneration kan vara störning av PrP-funktionen. Den normala funktionen av detta protein är dock dåligt förstådd. Data in vitro indikerar många olika roller, och experiment på möss som slogs ut för denna gen gav relativt lite information, eftersom dessa djur endast visade små avvikelser från normen. Nyligen genomförda studier på möss har visat att klyvning av PrP i perifera nerver aktiverar reparationen av deras myelinlager av Schwann-celler och att frånvaron av PrP leder till demyelinisering av nerverna.

2005 föreslogs att PrP normalt spelar en roll för att upprätthålla långtidsminnet. Dessutom hos möss som saknar genen Prnp, observeras förändrad hippocampus långsiktig potentiering.

År 2006 visade forskare från Whitehead Institute for Biomedical Research att genuttryck Prnp i hematopoetiska stamceller är nödvändigt för självunderhåll av benmärgen. Studien fann att långlivade hematopoetiska stamceller bär PrP på cellmembranet, och hematopoetiska vävnader med stamceller som saknar PrP har större känslighet för cellulär utarmning.

Hypoteser om prioners sammansättning

Enligt den mest etablerade synpunkten är prioner rent proteininfektiösa medel. Men denna hypotes ( "rent protein" hypoteser) har sina nackdelar, och därför har alternativa åsikter om essensen av prioner dykt upp. Alla ovanstående hypoteser diskuteras nedan.

Hypotes om "rent protein".

Före upptäckten av prioner trodde man att alla smittämnen använder nukleinsyror för reproduktion. Hypotesen "rent protein" postulerar att en proteinstruktur kan föröka sig utan deltagande av nukleinsyror. Denna hypotes ansågs till en början motsäga molekylärbiologins centrala dogm att nukleinsyror är det enda sättet att överföra ärftlig information, men man tror nu att även om prioner kan överföra information utan att nukleinsyror deltar, är de oförmögna att överföra information till nukleinsyror.

Bevis som stöder hypotesen om "rent protein":

• Prionsjukdomar kunde inte på ett tillförlitligt sätt associeras med vare sig virala, bakteriella eller svamppatogener, även om det finns i jäst Saccharomyces cerevisiae icke-dödliga prioner är kända, till exempel Sup35p (se svamp prioner);
• prioninfektivitet är inte känd för att vara associerad med nukleinsyror; prioner är resistenta mot nukleaser och ultraviolett strålning, som har en skadlig effekt på nukleinsyror;
• prioner orsakar inte ett immunsvar;
• i en organism infekterad med en prion från en annan art detekteras inte PrP med aminosyrasekvensen för prion från donatorarten. Följaktligen sker inte replikering av donatorprionet;
• I familjer med en mutation av PrP-genen förekommer ärftliga prionsjukdomar. Möss med en mutation av denna gen utvecklar också prionsjukdom, trots strikt kontroll av boendeförhållandena för att utesluta infektion från utsidan;
• djur som inte har PrP-proteinet är inte mottagliga för prionsjukdomar.

Flerkomponenthypotes

Den låga smittsamheten hos prioner som erhållits från rent protein in vitro har lett till uppkomsten av s.k. multikomponent hypotes, som postulerar att andra kofaktormolekyler krävs för bildandet av en infektiös prion.

2007 erhöll biokemisten Surachai Supattapone och hans kollegor vid Dartmouth College renade infektiösa prioner från PrP, ett samrenande lipidprotein och en syntetisk polyanjonisk molekyl. De visade också att den polyanjoniska molekylen som krävs för prionbildning hade en hög affinitet för PrP och bildade komplex med den. Detta gav dem anledning att anta att den smittsamma prionen inte bara innehåller protein utan även andra molekyler i kroppen, inklusive lipider och polyanjoniska molekyler.

År 2010 erhöll Jiyan Ma och kollegor från Ohio State University en infektiös prion från rekombinant PrP, fosfolipid POPG och RNA syntetiserat av bakterieceller, vilket också bekräftar multikomponenthypotesen. Däremot kunde i andra experiment endast svagt infektiösa prioner erhållas från enbart rekombinant PrP.

Under 2012 isolerade Supattapone och kollegor en membranlipid fosfatidyletanolamin som en endogen kofaktor som är kapabel att katalysera bildandet av ett stort antal rekombinanta prioner av olika stammar utan deltagande av andra molekyler. De rapporterade också att denna kofaktor krävs för att upprätthålla den infektiösa konformationen av PrP och även bestämmer stamegenskaperna hos infektiösa prioner.

Viral hypotes

Hypotesen om "rent protein" har mött kritik från de som tror att den enklaste förklaringen till prionsjukdomar är deras virala natur. I mer än tio år, Yale University neurohistolog Laura Manuelides Laura Manuelidis) försöker bevisa att prionsjukdomar orsakas av ett okänt långsamt virus. I januari 2007 rapporterade hon och hennes kollegor att de hade hittat viruset i 10 % (eller mindre) av skrapieinfekterade celler i kultur.

Den virala hypotesen säger att TSE orsakas av replikationskompetenta budbärarmolekyler (mest troligt nukleinsyror) som binder till PrP. Det finns kända stammar av prioner förknippade med TSE, inklusive bovin spongiform encefalopati och skrapie, som kännetecknas av specifika biologiska egenskaper, som enligt anhängare av den virala hypotesen inte kan förklaras av hypotesen "rent protein".

Argument för den virala hypotesen:

• Variation mellan stammar: prioner varierar i infektionsförmåga, inkubationsperiod, symtom och hastighet av sjukdomsprogression, påminner om skillnader mellan virus, särskilt RNA-virus(virus som innehåller RNA som det enda ärftliga materialet);
• Den långa inkubationstiden och den snabba utvecklingen av symtom på prionsjukdomar liknar lentiviral infektion. Till exempel fortsätter HIV-inducerad AIDS på ett liknande sätt;
• I vissa celler av linjer infekterade med skrapie eller Creutzfeldt-Jakobs sjukdom hittades virusliknande partiklar som inte bestod av PrP.

Nyligen genomförda studier av spridningen av bovin spongiform encefalopati i burfria system och i kemiska reaktioner med renade komponenter talar tydligt emot den virala naturen hos denna sjukdom. Dessutom talar det ovan nämnda arbetet av Jiyan Ma emot den virala hypotesen.

Prionsjukdomar

Prioner orsakar neurodegenerativa sjukdomar eftersom de bildar extracellulära aggregat i det centrala nervsystemet och bildar amyloida plack som förstör normal vävnadsstruktur. Förstörelsen kännetecknas av bildandet av "hål" (hålrum) i vävnaden, och vävnaden får en svampig struktur på grund av bildandet av vakuoler i neuroner. Andra histologiska förändringar som observeras i detta fall är astroglios (en ökning av antalet astrocyter på grund av förstörelsen av närliggande neuroner) och frånvaron av inflammatoriska reaktioner. Även om inkubationsperioden för prionsjukdomar vanligtvis är mycket lång, fortskrider sjukdomen snabbt när symtom uppstår, vilket leder till hjärnförstörelse och död. De resulterande neurodegenerativa symtomen kan innefatta kramper, demens, ataxi (störning av motorisk koordination), beteende- och personlighetsförändringar.

Alla kända prionsjukdomar, gemensamt kända som transmissibel spongiform encefalopati (TSE), är obotliga och dödliga. Ett speciellt vaccin har tagits fram för möss, kanske kan det hjälpa till att utveckla ett vaccin mot prionsjukdomar för människor. Dessutom tillkännagav forskare 2006 att de med hjälp av genteknik hade fått en ko som saknade den gen som är nödvändig för bildandet av prioner, det vill säga teoretiskt sett är den immun mot TSE. Denna slutsats är baserad på studien att möss som saknade den normala formen av prionprotein var resistenta mot scrapie prion.

Prioner påverkar många olika däggdjursarter och PrP-proteinet är mycket likt i alla däggdjur. På grund av de små skillnaderna mellan PrPs mellan olika arter är överföring från en art till en annan ovanlig för prionsjukdom. En variant av mänsklig prionsjuka (Creutzfeldt-Jakobs sjukdom) orsakas dock av en prion som vanligtvis drabbar kor och orsakar bovin spongiform encefalopati, som överförs genom förorenat kött.

Sätt att inträffa

Man tror att prionsjukdom kan förvärvas på 3 sätt: genom direkt infektion, ärftlig eller sporadisk (spontan) infektion. I vissa fall krävs en kombination av dessa faktorer för att sjukdomen ska utvecklas. Till exempel, för att skrapie ska utvecklas krävs både infektion och genotypspecifik känslighet. I de flesta fall uppstår prionsjukdomar spontant av okänd anledning. Ärftliga sjukdomar står för cirka 15 % av alla fall. Slutligen är en minoritet ett resultat av miljöåtgärder, det vill säga de är iatrogena till sin natur eller är ett resultat av prioninfektion.

Spontan händelse

Sporadisk (det vill säga spontan) prionsjukdom förekommer i en population hos en slumpmässig individ. Detta är till exempel den klassiska versionen av Creutzfeldt-Jakobs sjukdom. Det finns två huvudhypoteser angående den spontana förekomsten av prionsjukdomar. Enligt den första av dem sker en spontan förändring i det hittills normala proteinet i hjärnan, det vill säga en posttranslationell modifiering äger rum. En alternativ hypotes är att en eller flera celler i kroppen någon gång genomgår en somatisk mutation (det vill säga inte ärvd) och börjar producera det defekta PrP-proteinet. Hur som helst så är den specifika mekanismen för den spontana förekomsten av prionsjukdomar okänd.

Ärftlighet

Huvudartikel: PRNP

Genen som kodar för det normala PrP-proteinet, PRNP, lokaliserad på kromosom 20, identifierades. Vid alla ärftliga prionsjukdomar sker en mutation av denna gen. Många olika mutationer (cirka 30) av denna gen har isolerats, och de resulterande mutanta proteinerna är mer benägna att vikas till en onormal (prion) form. Alla sådana mutationer ärvs på ett autosomalt dominant sätt. Denna upptäckt visade ett hål i den allmänna teorin om prioner, som säger att prioner endast kan omvandla proteiner med identisk aminosyrasammansättning till prionformen. Mutationer kan förekomma i hela genen. Vissa mutationer leder till sträckning av oktapeptidupprepningarna vid N-terminalen av PrP-proteinet. Andra mutationer som leder till ärftlig prionsjukdom kan förekomma vid positionerna 102, 117 och 198 (Gerstmann-Straussler-Scheinkers syndrom), 178, 200, 210 och 232 (Creutzfeldt-Jakobs sjukdom) och 178 (fatal familjär sömnlöshet).

Infektion

Enligt modern forskning är det främsta sättet att få prionsjukdomar genom att äta förorenad mat. Man tror att prioner kan stanna kvar i miljön i resterna av döda djur, och de finns även i urin, saliv och andra kroppsvätskor och vävnader. På grund av detta kan infektion med prioner också uppstå vid användning av osterila kirurgiska instrument (för mer information, se avsnittet "Sterilisering"). De kan också finnas kvar i jorden under lång tid genom att binda till lera och andra jordmineraler.

Ett team av forskare från University of California, ledd av nobelpristagaren Stanley Prusiner, bevisade att prioninfektion kan utvecklas från prioner som finns i gödsel. Och eftersom gödsel finns runt många vattendrag och på betesmarker, ger detta en möjlighet för prionsjukdomar att spridas brett. År 2011 rapporterades upptäckten av prioner som överfördes genom luften i aerosolpartiklar (dvs luftburna droppar). Denna upptäckt gjordes under ett experiment på möss infekterade med skrapie. Också 2011 publicerades preliminära bevis för att prioner kan överföras av humant menopausalt gonadotropin från urin, som används för att behandla infertilitet.

Sterilisering

Spridningen av smittämnen som innehåller nukleinsyror beror på nukleinsyror. Men prioner ökar sitt antal genom att ändra strukturen hos proteinets normala form till en prionform. Därför måste sterilisering mot prioner innebära att denatureras till ett tillstånd där de inte kan ändra konfigurationen av andra proteiner. Prioner är i allmänhet resistenta mot proteaser, värme, strålning och formalinlagring, även om dessa åtgärder minskar deras smittsamhet. Effektiv desinfektion mot prioner måste innefatta hydrolys av prioner eller skada/förstörelse av deras tertiära struktur. Detta kan uppnås genom att behandla med blekmedel, natriumhydroxid och starkt sura rengöringsmedel. Att spendera 18 minuter vid 134°C i en förseglad ångautoklav kommer inte att inaktivera prioner. Ozonsterilisering studeras för närvarande som en möjlig metod för att deaktivera och denaturera prioner. Renaturering av ett helt denaturerat prion till ett smittsamt tillstånd har inte registrerats, men för delvis denaturerade prioner under vissa artificiella förhållanden är detta möjligt.

Prioner och tungmetaller

Nyligen genomförda studier tyder på att onormal tungmetallmetabolism i hjärnan spelar en viktig roll i PrP-associerad neurotoxicitet, även om det är svårt att förklara mekanismen bakom detta med den information som finns tillgänglig hittills. Det finns hypoteser som förklarar detta fenomen med det faktum att PrP spelar en viss roll i metabolismen av metaller, och dess störning på grund av aggregationen av detta protein (i form av PrP) till fibriller orsakar en obalans i metabolismen av tungmetaller i hjärnan. Enligt en annan synvinkel förstärks PrP-toxiciteten genom införandet av PrP-bundna metaller i aggregat, vilket leder till bildandet av PrP-komplex med redoxaktivitet. Den fysiologiska betydelsen av vissa PrP-metallkomplex är känd, men den för andra är det inte. De patologiska effekterna av PrP-bundna metaller inkluderar metallinducerad oxidativ skada och, i vissa fall, omvandling av PrP till en PrP-liknande form.

Potentiell behandling och diagnos

Tack vare datormodellering kunde forskare hitta föreningar som kunde bota prionsjukdomar. Till exempel kan en förening binda till ett spår i PrP och stabilisera dess struktur, vilket minskar mängden skadligt PrP.

Nyligen har antiprionantikroppar beskrivits som kan passera blod-hjärnbarriären och verka på cytosoliska prioner.

Under det senaste decenniet har vissa framsteg gjorts när det gäller att inaktivera prioninfektion i kött med hjälp av ultrahögt tryck.

2011 upptäcktes att prioner kan brytas ned av lavar.

Problemet med att diagnostisera prionsjukdomar, i synnerhet bovin spongiform encefalopati och Creutzfeldt-Jakobs sjukdom, är av stor praktisk betydelse. Deras inkubationsperiod sträcker sig från månader till decennier, under vilken tid individen inte upplever några symtom, även om processen att omvandla normala hjärnans PrP-proteiner till PrP-prioner redan har börjat. För närvarande finns det praktiskt taget inget sätt att upptäcka PrP annat än genom att testa hjärnvävnad med neuropatologiska och immunhistokemiska metoder efter döden. Ett karakteristiskt kännetecken för prionsjukdomar är ackumuleringen av prionformen av PrP-proteinet, men det finns i mycket låga koncentrationer i lättillgängliga kroppsvätskor och vävnader, såsom blod och urin. Forskare har försökt utveckla en metod för att mäta andelen PrP, men det finns fortfarande inga helt accepterade metoder för att använda material som blod för detta ändamål.

År 2010 beskrev en grupp forskare från New York ett sätt att upptäcka PrP även när dess andel i hjärnvävnad är lika med en på hundra miljarder (10). Denna metod kombinerar amplifiering med en ny teknologi som kallas Surround Optical Fiber Immunoassay (SOFIA) och några specifika antikroppar mot PrP. Efter amplifiering för att koncentrera allt PrP som eventuellt finns i provet, märks provet med ett fluorescerande färgämne med antikroppar för specificitet och laddas slutligen i ett mikrokapillärrör. Därefter placeras detta rör i en speciell apparat så att det är helt omgivet av optiska fibrer och allt ljus som sänds ut på röret absorberas av färgämnet, som tidigare exciterats av lasern. Denna teknik gör det möjligt att detektera PrP även efter ett litet antal cykler av övergång till prionformen, vilket för det första minskar möjligheten att förvränga resultatet av experimentella artefakter, och för det andra påskyndar proceduren. Forskarna använde denna teknik för att testa blodet från till synes friska får som faktiskt var infekterade med skrapie. När sjukdomen blev uppenbar undersöktes också deras hjärnor. Således kunde forskarna jämföra blod- och hjärnvävnadstester från djur med symtom på sjukdomen, de med latent sjukdom och de som inte var infekterade. Resultaten visade tydligt att ovanstående teknik gör det möjligt att upptäcka PrP i kroppen långt innan de första symtomen visar sig.

Antiprionaktivitet hittades i astemizol.

Svamp prioner

Huvudartikel: Svamp prioner

Proteiner som kan överföra sin konformation genom nedärvning, det vill säga icke-mendelsk ärftlighet, upptäcktes i jäst Saccharomyces cerevisiae Reed Wickner Reed Wickner) i början av 1990-talet. På grund av deras likhet med däggdjursprioner kallades dessa alternativa ärftliga proteinkonformationer jästprioner. Senare upptäcktes prioner i svampen Podospora anserina.

Susan Lindquist Group Susan Lindquist) från Whitehead Institute visade att vissa svampprioner inte är associerade med något sjukdomstillstånd men kan spela en fördelaktig roll. Men NIH-forskare har visat att svamp prioner kan minska cellviabiliteten. Därför förblir frågan om huruvida svampprioner är patogena agens eller om de spelar någon fördelaktig roll olöst.

Från och med 2012 är 11-12 prioner kända i svampar, inklusive: sju in Saccharomyces cerevisiae((se illustration). Sådana celler har ett förändrat fysiologiskt tillstånd och en förändrad nivå av uttryck av vissa gener, vilket ledde till hypotesen att i jäst kan bildningen av prioner spela en adaptiv roll.

Artikeln om upptäckten av Mca1-prion avvisades därefter eftersom experimentresultaten inte kunde återskapas. Noterbart är att de flesta svampprioner är baserade på glutamin/asparaginrika upprepningar, med Mod5 och HET-s som undantag.

Studier av svamp prioner stöder starkt hypotesen om "rent protein", eftersom renade proteiner isolerade från celler med proteiner i prionform visade förmågan att omordna proteiner av normal form till prionform in vitro, och samtidigt bevaras egenskaperna hos denna prionstam. En del ljus kastades också över priondomäner, det vill säga proteindomäner som ändrar konformationen av ett annat protein till ett priondomän. Svampprioner har hjälpt till att introducera en möjlig övergångsmekanism från normalformen till prionformen, vilket gäller alla prioner, även om svampprioner skiljer sig från smittsamma däggdjursprioner i avsaknad av en kofaktor som är nödvändig för reproduktion. Funktioner hos priondomänen kan variera mellan arter. Till exempel, egenskaperna som är inneboende i priondomänerna hos svampprioner finns inte i däggdjursprioner.

Som nämnts ovan förs svampprioner, till skillnad från däggdjursprioner, vidare till nästa generation. Med andra ord har svampar en mekanism prion (protein) arv, vilket kan fungera som ett slående exempel på verkligt cytoplasmatiskt arv.

" - obekräftad upptäckt.

Prioner måste förstås som en speciell klass av infektiösa proteiner med en onormal tertiär struktur, utan nukleinsyror.

Prioner kan inte klassificeras som levande mikroorganismer, men deras reproduktion sker på grund av levande cellers funktioner. Prioner är proteinmolekyler med en onormal tredimensionell struktur som har förmågan att påskynda omvandlingen av normala proteiner och omvandla dem till liknande proteiner. I de flesta fall, vid övergångsögonblicket för proteiner från normalformen till prionformen, börjar α-helixar att omvandlas till β-ark. Detta gör det möjligt för de resulterande infektionsmedlen att omarrangera nya proteinmolekyler, vilket resulterar i lanseringen av en kedjereaktion på grund av vilken ett stort antal felaktigt vikta molekyler bildas.

Dessa smittämnen kan existera i flera former - stammar, strukturen på var och en är något annorlunda.

Proteinerna som utgör prioner (PrP) finns i alla organ och system hos människor och däggdjur. Men i de drabbade vävnaderna kan man hitta PrP med en onormal struktur, som också är resistent mot proteaser (enzymer som hydrolyserar proteiner).

Den normala tredimensionella formen av proteinet kallas PrPC, och den onormala infektionsformen kallas PrPSc. Om vi ​​pratar om den infektiösa isoformen av PrP - PrPSс, har den förmågan att omvandla det normala PrPС-proteinet till en infektiös isoform, det vill säga ersätta dess tredimensionella struktur, vilket påverkar det ytterligare förhållandet mellan PrP och andra proteiner.

Information om prioners fysikalisk-kemiska egenskaper

Prioner kännetecknas av en ganska hög nivå av resistens mot kemiska och fysikaliska faktorer. Prioner är oförändrade vid höga temperaturer (90 °C). Deras molekyler är hydrofoba (de är rädda för kontakt med vatten). Infektiösa former av prioner (PrPSс) är resistenta mot många fysikaliska faktorer och reagens, såsom ultraviolett bestrålning och joniserande strålning, nukleaser, organiska lösningsmedel, aldehyder, joniska och nonjoniska detergenter.

Prionsjukdomar: klassificering

Prioner kan orsaka olika patologier hos djur (galna ko-sjuka, transmissibel spongiform encefalopati). Hos människor kan dessa smittämnen orsaka följande tillstånd:

• kuru sjukdom;
• amyotrofisk leukospongios;
• dödlig familjär sömnlöshet;
• Gerstmann-Straussler-Scheinkers syndrom;
• Creutzfeldt-Jakobs sjukdom.

Vad gäller inkubationstiden för prionsjukdomar varierar den från flera månader till 15-30 år.

Alla sjukdomar som listas ovan påverkar hjärnan, centrala nervsystemet och är idag obotliga, vilket alltid slutar med döden.

Prioner kan orsaka neurodegenerativa sjukdomar; detta är en konsekvens av bildandet och ackumuleringen av amyloidplack i det centrala nervsystemet, vilket bidrar till förstörelsen av normal vävnadsstruktur. Förstörelse betyder bildandet av håligheter i vävnader, som ett resultat av vilket deras struktur blir svampig.

Det är allmänt accepterat att prionsjukdomar kan förvärvas på tre sätt:

• Spontant;
• Genom direkt infektion;
• Ärftlig.

I vissa fall är en komplex kombination av dessa faktorer nödvändig för uppkomsten av sjukdomen. Men som regel uppstår alla ovanstående prionsjukdomar sporadiskt av okända orsaker. Om vi ​​talar om ärftliga faktorer av sjuklighet, står detta alternativ för cirka 15% av alla kända fall. Prioninfektion kan uppstå i följande fall:

• intag av dåligt termiskt bearbetad mat av animaliskt ursprung, till exempel: kött, hjärnor hos kor som lider av spongiform encefalopati;
• under kirurgiska ingrepp - hornhinnatransplantation, blodtransfusion, intag av kosttillskott och hormoner av animaliskt ursprung, med användning av kontaminerade eller dåligt steriliserade kirurgiska instrument eller catgut;
• hyperproduktion av RgR och andra tillstånd under vilka processen för övergång av RgR till RgR stimuleras.

Enligt nyare studier är den huvudsakliga smittvägen konsumtion av förorenad mat. Det är känt att prioner trivs i vävnader och organ hos döda djur (saliv, urin och andra vätskor).

Prioner finns i miljön, så infektion kan uppstå spontant genom användning av dåligt behandlade eller osterila kirurgiska instrument. De är perfekt bevarade i jorden på grund av att de lätt binder till de flesta jordmineraler.

Hur diagnostiseras prionsjukdomar?

Hittills har inga metoder utvecklats för att korrekt diagnostisera prioninfektioner. Det finns bara följande metoder:

• Elektroencefalogram (EEG);
• Molekylär genetisk forskning (immunoblotting-metod med användning av MKA-15VZ monoklonala antikroppar, som kan användas för att känna igen PrPSc och PrPc).

• MRT (med dess hjälp kan du upptäcka hjärnatrofi).
• CSF-undersökning (test för neurospecifikt protein 14-3-3 vid spontana fall av Creutzfeldt-Jakobs sjukdom).

• Metoder för polymeraskedjereaktion (PCR).
• immunologisk undersökning (identifiering av prioner med immunoblottingmetoden i perifera lymfocyter).
• Studie av obduktionsmaterial (detektering av Status spongiosis, tecken på cerebral amyloidos, bildning av amyloida plack).

Vid diagnostisering av prioninfektioner är det nödvändigt att skilja dem från alla patologier, vars karakteristiska egenskap är förvärvad demens, till exempel neurosyfilis, Parkinsons och Alzheimers sjukdom, vaskulit, streptokockmeningit, herpetisk encefalit, myoklonus epilepsi, etc.)

Information om behandling av prionsjukdomar

Idag har forskare, tack vare datorteknik, kunnat hitta ämnen som kan bli ett botemedel mot neurodegenerativa patologier som kännetecknas av långsamt progressiva hjärnskador med dödlig utgång.

För flera år sedan upptäcktes att prioner har förmågan att sönderfalla när de utsätts för lavar. Problemet med att studera sjukdomar som spongiform encefalopati och Creutzfeldts sjukdom är av stor betydelse. Faran med dessa sjukdomar är att det kan ta från en månad till 10-12 år innan de första symtomen visar sig. För närvarande finns det praktiskt taget inget sätt att fastställa en smittsam lesion under livet. Det enda optimala sättet är att studera hjärnvävnad efter patientens död.

Forskare har försökt utveckla forskningsmetoder där det skulle vara möjligt att använda urin eller blod för analys. Men tyvärr har utvecklingen ännu inte varit framgångsrik.

Hittills är alla kända sjukdomar orsakade av ett infektiöst prionprotein obotliga, men behandlingsmetoder diskuteras aktivt över hela världen. I spongiform encefalopati finns det inget immunsvar mot prioninfektion, detta är resultatet av det faktum att den normala formen av PrP-proteinet alltid finns i människokroppen.

Patienter med kliniska symtom på prioninfektioner är funktionshindrade. Alla patologier kännetecknas av en ogynnsam prognos; sjukdomen slutar alltid med döden för patienten.

Artikeln utarbetades av doktor Tyutyunnik D.M.

Prioner (engelska prion från protein - "protein" och infektion - "infektion").

Termen föreslogs av personen som lade grunden till modern kunskap om dessa proteiner - Stanley Prusiner 1982.

Nu vet vi att detta är patologiska proteiner som orsakar ett antal encefalopatier hos människor (Creutzfeldts sjukdom - Jacobus syndrom Gerstmann - Straussler - Schenker, dödlig familjär sömnlöshet, Kuru, etc.), boskap (galna ko-sjuka, skrapie hos får) och fåglar . Typ av överföring, patogenes etc. i dessa sjukdomar liknar det inte virus eller bakterier. Men först till kvarn.

Berättelse

Den första sjukdomen från listan över prionsjukdomar som beskrivs av människor är scrapie - fårskabb. År 1700, i England (landet med den största populationen av tamfår vid den tiden), beskrevs följande symtom - svår klåda, smärta i armar och ben vid rörelse och krampanfall. Sjukdomen utvecklades inom en vecka. Utbrott förekom i olika län. Veterinärer och läkare ryckte på axlarna, utan att veta källan till sjukdomen. Alla symtom pekade på hjärnskador.

På 1900-talet hade inga nya uppgifter lagts till om vilken typ av sjukdom som drabbade de stackars fåren. Och så, på 1920-talet, beskrev Hans Gerhard Creutzfeldt och Alfons Maria Jacob var för sig (båda 1920, men Creutzfeldt tidigare) en obotlig skada på det mänskliga nervsystemet, som senare fick sitt namn efter dem.

Anpassat galleri: inga bilder hittades

Den patologiska bilden beskrevs (fokala lesioner av hjärnvävnad). Ett första försök gjordes att klassificera symtom. Definitionen av sjukdomen var "spastisk pseudoskleros eller encefalopati med spridda foci i ryggmärgens främre horn, extrapyramidala och pyramidala system."

Histologiskt prov av hjärnan som visar mikrohåligheter

Hans Gerhard Creutzfeldt hade som tysk neurolog sina band till nazismen. Eftersom han inte var partimedlem fungerade han som medicinsk expert i frågor om ärftlighet, det vill säga han löste frågor om tvångssterilisering och dödshjälp.

Det finns olika versioner om hans verksamhet på detta område. Vissa skriver att Creutzfeldt räddade människor från dessa ingrepp genom att dölja patologier och korrigera sjukdomshistorier, andra att läkaren fortfarande var inblandad i att skicka människor till dödsläger och till Kielkliniken (där ”eutanasi” genomfördes).

De brittiska ockupationsmyndigheterna hittade i alla fall inga spår av brott i hans fall och den 60-årige läkaren fortsatte sin verksamhet i München.

Historien om prionsjukdomar utvecklades ytterligare. År 1957 upptäckte Carlton Gajdushek och Vincent Zigas en sjukdom som i klinisk bild liknar Creutzfeldt-Jakobs sjukdom (sjukdomen bar nu namnen på dessa två läkare). Om sjukdomen som upptäcktes på 20-talet drabbade invånare i Västeuropa, drabbade den nya representanter för en stam i Nya Zeeland.

Det föreslogs att denna patologi orsakas av ett virus. Den kliniska bilden, kännetecknad av tremor, kramper och huvudvärk, studerades.

Baserat på det faktum att angränsande stammar inte utövade kannibalism och hjärnätande och inte led av liknande patologier, började teorier dyka upp om att viruset fanns i hjärnvävnad och kunde överföras genom näring.

1967 genomfördes det första framgångsrika experimentet med infektion av försöksmöss med biologiska vätskor från får infekterade med skrapie. Resultatet var positivt. Mössen utvecklade samma symtom som "donatorerna". Bevisen för att sjukdomen är smittsam har ökat.

Intressant nog tilldelades Gaidushek 1976 Nobelpriset för upptäckter om nya mekanismer för uppkomsten och spridningen av infektionssjukdomar i samband med studiet av Fore-stammens sjukdom. Fram till slutet av sitt liv var han säker på att det orsakades av virus.

Som nämnts ovan lades grunden för kunskap om prioner av Stanley Prusiner.

Lite från hans biografi. Född i USA 1942. Hans förfäder är emigranter från det ryska imperiet, av judiskt ursprung, tvingade att lämna landet på grund av judiska pogromer.

Stanley Prusiner själv tog examen från University of Pennsylvania 1968 och arbetade som neurologibo vid University of California School of Medicine (San Francisco).
1970 drabbades han första gången av Creutzfeldt-Jakobs sjukdom.

Patienten som behandlades av Prusiner hade ingen patogen upptäckt.

Efter att ha blivit nära involverad i denna forskning vände sig neurologen till en annan läkares, Siggurdsons arbete, som identifierade vissa mönster i sjukdomar som var obegripliga vid den tiden. Dessa mönster blev:

- ovanligt lång (månader och år) inkubationsperiod;

- kursens sakta progressiva karaktär;

- ovanlig skada på organ och vävnader;

- dödens oundviklighet.

De då kända sjukdomarna som uppfyllde dessa kriterier var Creutzfeldt-Jakobs sjukdom, Kuru hos människor och skrapie, som började drabba inte bara får, utan även getter.

Det var från biologiska vätskor (cerebrospinalvätska, urin, sädesvätska, saliv) från får som led av ofta förekommande sjukdomar som förberedelser för infektion och vidare forskning förbereddes.

Experiment utfördes på möss. Det visade sig att inkubationstiden varar 100-200 dagar. Sjukdomen utvecklas hos alla försöksmöss.

Framsteg gjordes efter uppkomsten av hamstrar i laboratoriet. Deras inkubationsperiod var mycket kortare, men de kliniska manifestationerna var fortfarande desamma.

Så efter 10 (!) år av mödosamt arbete med infektion, slakt av djur, rengöring och undersökning av materialet, identifierades ett patogent föremål. Experiment antydde starkt att det bestod av ett enda protein, som Prusiner kallade en prion.

Trots den enorma evidensbas som samlats in under år av forskning har teorin inte fått allmän acceptans. De flesta virologer på den tiden (och det var redan 1982) behandlade uttalandet med misstro.

Den främsta orsaken till detta var patogenens brist på sin egen genotyp. Det fanns bara aminosyror, inga nukleinsyror.
Utan att tappa inspirationen fortsatte Siggurdson att studera den märkliga agenten. Dess aminosyrasekvens avslöjades. Vidare gjorde produktionen av antikroppar mot prionproteinet det möjligt att bestämma dess lokalisering i cellmembranet.

Forskarkarriären gick bra. 1980 blev han professor i neurologi och 1988 professor i biokemi.
1982 publicerade han en vetenskaplig artikel om en helt ny typ av patogen.

Läkaren och vetenskapsmannen fick universellt erkännande på 90-talet. 1997 fick han Nobelpriset för sin upptäckt av prioner, en ny biologisk princip för infektion.

En annan orsak till det ökande intresset för denna patologi är epidemin av galna ko-sjukdomen, eller bovin spongiform encefalopati, som svepte över Storbritannien (det fanns 179 tusen nötkreatur med symtom på sjukdomen).

Vad är prioner och vad är deras verkningsmekanism på kroppen (moderna idéer)?

Faktum är att människokroppen och många andra levande varelser innehåller PrP C-proteiner. På ryska - den normala formen av prionproteiner (de upptäcktes efter Siggurdsons forskning, varför namnet är så konstigt). Dess längd, aminosyrasekvens och sekundära struktur är kända. Det är viktigt att veta att den slutliga strukturen består av tre α-helixar och ett dubbelsträngat antiparallellt β-ark.

De har en intressant egenskap, nämligen att de fälls ut genom höghastighetscentrifugering, vilket är ett standardtest för närvaron av prioner. Det finns bevis för att PrP spelar en viktig roll i cellvidhäftning och överföring av intracellulära signaler, och därför kan vara involverad i kommunikationen av hjärnceller. Funktionerna av PrP är emellertid inte väl förstådda.

(a) normal (b) patologi

Experiment på möss som saknar dessa proteiner visar att frånvaron av PrP leder till nervdemyelinisering. Det är möjligt att prionproteiner normalt stöder långtidsminnet.

Men det här är normalt.

Ibland uppstår "problem" och proteiner som kallas PrP Sc (infektiösa prioner) dyker upp. De skiljer sig åt genom att istället för α-helixar dominerar β-ark i dem.

Detta leder till förändringar i interaktionen mellan andra proteiner och det nya proteinet.
Det skulle inte vara så illa om bara ett protein producerades per kropp. Problemet är att när proteinet (!) väl har bildats börjar det förändra andras struktur.
Låt oss överväga huvudmekanismerna för reproduktion av PrP Sc

Till att börja med, mekanismerna för deras utseende i kroppen

Man tror att prionsjukdom kan förvärvas på tre sätt: genom direkt infektion, ärftlig eller sporadisk (spontan) eller kombinationer därav.

Sporadisk (dvs spontan) prionsjukdom förekommer i en population hos en slumpmässig individ. Detta är till exempel den klassiska versionen av Creutzfeldt-Jakobs sjukdom. Det finns två huvudhypoteser angående den spontana förekomsten av prionsjukdomar. Enligt den första av dem sker en spontan förändring i det hittills normala proteinet i hjärnan, det vill säga en posttranslationell modifiering äger rum. En alternativ hypotes säger att en eller flera celler i kroppen någon gång genomgår en somatisk mutation (det vill säga inte ärvd) och börjar producera det defekta PrP Sc-proteinet. Hur som helst så är den specifika mekanismen för den spontana förekomsten av prionsjukdomar okänd.

Det andra är infektion.. Enligt modern forskning är det främsta sättet att få prionsjukdomar genom att äta förorenad mat. Man tror att prioner kan stanna kvar i miljön i resterna av döda djur, och de finns även i urin, saliv och andra kroppsvätskor och vävnader (blod, cerebrospinalvätska). På grund av detta kan infektion med prioner också uppstå vid användning av osterila kirurgiska instrument. Detta gör det svårt att sterilisera kirurgiska instrument eller anordningar i slakteriet. Prioner är i allmänhet resistenta mot proteaser, värme, strålning och lagring i formalin, även om dessa åtgärder minskar deras förmåga att bli infekterad.

Effektiv desinfektion mot prioner måste involvera hydrolys eller skada/förstöring av deras tertiära struktur. Detta kan uppnås genom att behandla med blekmedel, natriumhydroxid och starkt sura rengöringsmedel. Att spendera 18 minuter vid 134°C i en förseglad ångautoklav kommer inte att inaktivera prioner.

Ozonsterilisering studeras för närvarande som den främsta moderna metoden för att deaktivera och denaturera prioner. Renaturering av ett helt denaturerat prion till ett smittsamt tillstånd har inte registrerats, men för delvis denaturerade prioner under vissa artificiella förhållanden är detta möjligt.

Det är också värt att komma ihåg att dessa proteiner kan finnas kvar i jorden under lång tid på grund av bindning till lera och andra jordmineraler. Bli inte paranoid, men teoretiskt sett kan de finnas överallt.

År 2011 rapporterades upptäckten av prioner som överfördes genom luften i aerosolpartiklar (dvs luftburna droppar). Också 2011 publicerades preliminära bevis för att prioner kan överföras av humant menopausalt gonadotropin från urin, som används för att behandla infertilitet.

Teoretiskt, med bara ett sjukt djur med prionsjuka, är det möjligt att förstöra hela nationer och länder genom att helt enkelt tillsätta dess benmjöl till fodertillsatser och sälja dem till önskat tillstånd.
En liknande situation inträffade i slutet av 80-talet i Storbritannien (galna ko-epidemi). Sedan, troligen av okunnighet (och inte av illvillig avsikt), inträffade ovanstående process, som krävde livet på cirka 200 människor (från och med 2009) och 179 tusen nötkreatur.

Prionförökning

Den tredje mekanismen är genetisk. Den öppnades nyligen och passar inte alls in i helhetsbilden. Genen som kodar för det normala PrP-proteinet, PRNP, lokaliserad på kromosom 20, identifierades. Vid alla ärftliga prionsjukdomar sker en mutation av denna gen.

Ett "förvrängt" prionprotein som har kommit in på ett eller annat sätt börjar förändra strukturerna hos proteiner nära det i sin struktur, vilket gör dem till samma patogena agens.

Huvudhypotesen som närmast återspeglar denna process är mycket enkel. En PrP Sc-molekyl fäster till en PrP C-molekyl och katalyserar dess övergång till prionformen. De två PrP Sc-molekylerna separeras sedan och fortsätter att omvandla andra PrP Sc till PrP Sc.

Men upplägget väcker fler frågor än svar.

Klinik

Låt oss prata om sjukdomar och kliniska manifestationer.

Teoretiskt kan det förekomma i alla levande varelser som har PrP c

Här är några exempel.

Hos får och getter, som nämnts ovan, är den huvudsakliga manifestationen skrapie.

Kor kännetecknas av galna ko-sjukdomen (bovin spongiform encefalopati).

Hos minkar - Överförbar minkencefalopati. Och så vidare.

Manifestationer av sjukdomar har registrerats hos katter, vilda artiodactyler och strutsar.

Men vi är intresserade av mänskliga sjukdomar.

Creutzfeldt-Jakobs sjukdom. ICD-10 kod A81.0; F02.1.
Kod A motsvarar infektionssjukdomar (A81 - infektionssjukdomar i nervsystemet).

Kod F – psykiska störningar, F02 – demens.

Mörkgrön spridning K-Y Ljusgrön - galna kosjukan

Grundläggande kliniska kriterier för diagnos

• snabbt framskridande - över 2 år - (”förödande”) demens med sönderfall av alla högre kortikala funktioner; pyramidala störningar (spastisk pares);
• extrapyramidala störningar (koreoatetos);
• myoklonus;
• ataxi, akinetisk mutism;
• dysartri;
• epileptiska anfall;
• synstörningar (diplopi)

Stadier av sjukdomen:

1. Prodromal period- Symtomen är ospecifika och förekommer hos cirka 30 % av patienterna. De uppträder veckor och månader innan de första tecknen på demens uppträder och inkluderar asteni, störningar i sömn och aptit, uppmärksamhet, minne och tänkande, viktminskning, förlust av libido och förändringar i beteende.
2. Inledande period- De första tecknen på sjukdomen kännetecknas vanligtvis av synstörningar, huvudvärk, yrsel, ostadighet och parestesi. Hos majoriteten av patienterna utvecklas det gradvis, mindre ofta - en akut eller subakut debut. I vissa fall, som i de så kallade amyotrofa formerna, kan neurologiska tecken föregå uppkomsten av demens.
3. Utökad period- Det finns vanligtvis progressiv spastisk förlamning av extremiteterna med åtföljande extrapyramidala tecken, tremor, stelhet och karakteristiska rörelser. I andra fall kan det finnas ataxi, nedsatt syn eller muskelflimmer och övre motorneuronatrofi.

Det finns flera kliniska former:

Spontant – klassisk (sCJD)

Enligt moderna begrepp (prionteorin) uppstår prioner i denna form av sjukdomen spontant i hjärnan, utan någon synlig yttre orsak. Sjukdomen drabbar vanligtvis personer över 50 år och uppträder med en sannolikhet på 1-2 fall per miljon invånare. Inledningsvis visar det sig i form av kort minnesförlust, humörförändringar och förlust av intresse för vad som händer runt omkring. Vidare fortskrider symtomen på demens med alla efterföljande konsekvenser.

Ärftlig (fCJD)

Sjukdomen förekommer i familjer där skador på genen för prionproteinet ärvs. Ett defekt prionprotein är mycket mer mottagligt för spontan omvandling till ett prion. Sjukdomens tecken och förlopp liknar den klassiska formen.

Iatrogen (1CJD)

Sjukdomen orsakas av oavsiktligt införande av prioner i patientens kropp under medicinsk intervention. Källan till prioner brukade vara vissa droger, instrument eller hjärnhinnor som togs från döda människor och användes för att stänga såret under hjärnkirurgi. Sjukdomens tecken och förlopp liknar den klassiska formen.

Nytt alternativ (nvCJD)

Sjukdomen uppträdde första gången 1995 i Storbritannien och sedan dess har inte mer än 100 personer dött av den. Troligtvis blev de infekterade med köttprodukter som innehöll bovina prioner.

• psykiska störningar och sensoriska störningar,
• Global kognitiv funktionsnedsättning och ataxi är karakteristiska.
• Flera fall av sjukdomen som började med kortikal blindhet (Heidenhain-variant) har beskrivits.
• Episyndromet representeras också av myokloniska anfall.
• cerebellära symtom upptäcks hos 100 %.

Den huvudsakliga diagnostiska metoden är intravital hjärnbiopsi. MRT och PET-metoder används också.Det finns patognomoniska symtom vid elektroencefalografi.

Gerstmann-Straussler-Scheinkers syndrom är en sällsynt, vanligtvis familjär, dödlig neurodegenerativ sjukdom som drabbar patienter mellan 20 och 60 år. Kod A81.9. Nio betyder här "Långsamma virusinfektioner i centrala nervsystemet, ospecificerat."

Syndromet förekommer hos personer i åldern 40-50 år och kännetecknas främst av cerebellär ataxi, sväljnings- och fonationsstörningar, progressiv demens under 6 till 10 år (sjukdomens genomsnittliga varaktighet är 59,5 månader), varefter döden inträffar. Inkubationstiden varar från 5 till 30 år.

Lite studerat. Forskning bedrivs på laboratoriemöss och hamstrar.

Fatal familjär sömnlöshet - en sällsynt obotlig ärftlig (övervägande ärftlig prion) sjukdom där patienten dör av sömnlöshet. Endast 40 familjer är kända för att vara drabbade av denna sjukdom.

ICD-koden är densamma som den föregående.

Sjukdomen börjar mellan 30 och 60 år, med ett genomsnitt på 50. Sjukdomen varar från 7 till 36 månader, varefter patienten dör.

Det finns 4 stadier av sjukdomsutveckling.

• Patienten lider av allt svårare sömnlöshet, panikattacker och fobier. Detta stadium varar i genomsnitt 4 månader.
• Panikattacker blir ett allvarligt problem, och hallucinationer ansluter sig till dem. Detta stadium varar i genomsnitt 5 månader.
• Fullständig oförmåga att sova, åtföljd av snabb viktminskning. Detta stadium varar i genomsnitt 3 månader.
• Patienten slutar prata och reagerar inte på sin omgivning. Detta är det sista stadiet av sjukdomen, varar i genomsnitt 6 månader, varefter patienten dör.

Sömntabletter hjälper inte. Alls.

Kuru, nästan aldrig förekommer nuförtiden, på grund av utrotningen av kannibalism.

Intressant nog gjorde amerikanska forskare 2009 en oväntad upptäckt: vissa medlemmar av Fore-stammen, tack vare en ny polymorfism av PRNP-genen som dök upp i dem relativt nyligen, har medfödd immunitet mot kuru.

För närvarande finns det inte ett enda sätt att stoppa eller hämma utvecklingen av prionsjukdomar.

Det pågår mycket forskning.
Huvudriktningar:

• Medicin – ett läkemedel som kan bota eller stoppa/bromsa utvecklingen av en sjukdom
• Vaccin är ett sätt att förebygga sjukdomar
• Genteknik används också för att producera djur som är immuna mot prionsjukdomar.

Hur förändringar i genotyp och proteinsammansättning kommer att påverka deras liv är fortfarande ett mysterium.

En av genetikers största upptäckter visade sig vara lite uppmärksammad av världspressen. Världens ledande forskares titaniska arbete med att dechiffrera det mänskliga genomet har slutförts – nu känner vi till den kemiska strukturen hos alla våra gener. Men av någon anledning var det ingen sensation. Det visade sig att inte all information som behövs för normal tillväxt och utveckling av människokroppen finns registrerad i gener. Även om cirka 100 000 gener har dechiffrerats, "fungerar" bara en tredjedel i människokroppen. Varför detta händer är fortfarande okänt, men det är välkänt att genernas kemiska struktur kodar främst för den kemiska strukturen hos de proteiner som utgör vår kropp. Men var informationen om den rumsliga organisationen av vår kropp, karaktären och förmågorna hos en person registreras, vet vetenskapen ännu inte. Forskare har återigen blivit övertygade om att människans empiriska, materiella kunskap om Guds visdom är en oändlig process.

En av de största upptäckterna inom biologin på 1900-talet är prioner. Den amerikanske biokemisten Stanley Prusiner som upptäckte dem tilldelades välförtjänt Nobelpriset 1997. Faktum är att proteinmolekyler i levande organismer har tre nivåer av rumslig struktur. De två första är den primära och sekundära helixen, som påminner om dubbelspiralen hos en elektrisk lampa. Den tertiära strukturen är den mest komplexa, som utåt påminner om en boll, volymetrisk rumslig konfiguration av denna tvånivåspiral. De viktigaste funktionerna som utförs av protein i en levande cell och i kroppen som helhet beror direkt på den tertiära strukturen.

Galna ko-sjukan. Denna sjukdom påverkar hjärnan hos kor, men kan också överföras till människor genom nötkött som konsumeras som mat. Infektion är sällsynt – men om den inträffar är det nästan omöjligt att förhindra döden.

Det måste sägas att sådana sjukdomar - de så kallade långsamma infektionerna - har varit kända för läkare ganska länge (under lång tid trodde man att de orsakades av ett visst "långsamt" virus, som aldrig isolerades). Dessa inkluderar kuru, familjär dödlig sömnlöshet och liknande sjukdomar hos däggdjur. Deras smittsamma natur etablerades först 1957 för kuru, upptäckt av den amerikanske virologen Daniel Carleton Gajdushek i Nya Guinea. Denna sjukdom var vanlig bland Fore-stammen, vars traditioner föreskrev att söner äter sina avlidna föräldrars råa hjärnor. Gaidushek bevisade sambandet mellan Kuru-infektion och rituell kannibalism och lade ner mycket ansträngning på att utrota denna farliga sed. Sjukdomen besegrades och 1976 tilldelades Gajdushek, tillsammans med Baruch Blumberg, Nobelpriset.

De mystiska agenterna för "långsam infektion" upptäcktes först 1982 av den amerikanske biokemisten Stanley Prusiner, och 1997 belönades hans upptäckt med Nobelpriset.

Den här forskaren föreslog termen "prion" (från engelskan prion - proteininfektion) för att beteckna det protein som orsakar ett antal allvarliga sjukdomar. Prioner är extremt ovanliga och på många sätt fortfarande mystiska formationer. Själva termen "prion" är fortfarande obekant även för många biologer, för att inte tala om allmänheten. Samtidigt är upptäckten av prioner, naturligtvis, en av de mest lysande prestationerna inom molekylär genetik under de senaste tjugo åren.

Det är tydligt att det patogena medlet måste föröka sig, annars utgör det inte ett hot mot den infekterade organismen. Hittills visste vetenskapen bara ett sätt att reproducera virus och levande organismer (från encelliga till högre djur) - genom bärare av ärftlighet, DNA- och RNA-molekyler (deoxiribonuklein- och ribonukleinsyror).

Prioner – inte celler eller virus, utan bara speciella proteinmolekyler – innehåller varken DNA eller RNA. Men en gång i en cell kan prioner infektera den och i viss mening föröka sig i den.

Prusiner fick reda på vad de täta snören och plackarna som bildas i hjärnan på ett djur som drabbats av prionsjukan är gjorda av. Det visade sig att molekylerna i ett av proteinerna finns i nervvävnadens celler i två former - normala och "onormala" (prion). Båda typerna av protein har en identisk sekvens av aminosyror, men deras molekyler skiljer sig åt i rumslig förpackning. Och om ett normalt protein inte på något sätt stör cellens liv (även om det fortfarande inte är helt klart vad dess funktion är), så bildar det "onormala" proteinet (aka prion), när det väl är i nervvävnaden, olösliga aggregat.

Men här är det märkligaste: det visar sig att normala proteinmolekyler, så snart de kommer i kontakt med prioner, själva förvandlas till dem och ändrar sin rumsliga struktur! Endast ett litet antal prioniserande molekyler räcker för att starta en kedjereaktion som är destruktiv för cellen. En prion fungerar som ett smittämne som infekterar normala molekyler och på så sätt reproducerar sin rumsliga struktur. Detta är hans metod för reproduktion.

Det som har sagts passar uppenbarligen inte in i de befintliga idéerna om sätten att överföra ärftlig information i en cell.

Vi fick lära oss i skolan att alla egenskaper hos en proteinmolekyl bestäms av sekvensen av dess aminosyror, som avläses från en RNA-molekyl, som i sin tur syntetiseras på en gen, det vill säga på en DNA-matris. Upptäckten av prioner visade dock att aminosyrornas sekvens inte bestämmer alla dess egenskaper.

En kort historia av upptäckten av prioner

Alla egenskaper (karaktärer) hos levande organismer bestäms av gener. Förändringar i egenskaper uppstår som ett resultat av förändringar (mutationer) i gener. Detta beror på det faktum att information om strukturen hos proteiner och RNA, huvudmolekylerna som utför cellulära funktioner, "registreras" i det DNA som generna består av, på ett speciellt sätt. När en mutant cell delar sig får dottercellerna en mutant kopia av genen; Så uppstår nedärvning av förändrade egenskaper. Mönstren för nedärvning av mutationer följer vissa regler som kallas Mendelska mönster. Denna sanning är oföränderlig och utom tvivel, men som det har blivit tydligt under de senaste åren behöver den betydande tillägg. Detta tillägg är förknippat med studiet av vissa egenskaper hos ett genetiskt modellobjekt - Saccharomyces jäst (känd i vardagen som bagerijäst).

Jästens värde som genetiskt objekt beror på att det å ena sidan är en encellig organism; å andra sidan är jästcellen mycket lik i sin organisation cellerna hos högre organismer, inklusive människor. Det räcker med att säga att av de 24 tusen gener som utgör det mänskliga genomet, liknar cirka 2 tusen gener jästgener i struktur och funktion.

Utmärkt genetisk studie av jäst har gjort det möjligt att visa att utseende och nedärvning av vissa egenskaper inte kan förklaras inom ramen för klassiska begrepp. Frekvensen av deras förekomst är flera storleksordningar högre än frekvensen av mutationer; behandling av celler med vissa kemiska medel i mycket låga koncentrationer "botar" dem (det vill säga de återgår till sitt normala tillstånd), men detta botemedel är reversibelt - förändring sker igen. Nedärvningen av dessa egenskaper i en serie av cellgenerationer motsvarar inte Mendelska lagar.

En förklaring av deras natur föreslogs först av den amerikanske genetikern Reed Wikner 1994. Han föreslog det

Dessa egenskaper bestäms inte av mutationer i DNA, utan av en speciell konformationsförändring i proteinmolekyler, som stöds autokatalytiskt, vilket bestämmer möjligheten för deras arv.

En analog av ärftliga proteindeterminanter är däggdjursprioner - en speciell klass av smittämnen, rent protein, i motsats till virus som inte innehåller nukleinsyror, orsakande medel för sådana neurodegenerativa sjukdomar som "galna ko-sjukdom", Creutzfeldt-Jakobs sjukdom hos människor , etc. Priontransformation är baserad på Proteinerna från jäst och däggdjur genomgår liknande transformationer i strukturen av proteinmolekylen. Wikners hypotes gällde endast två ärftliga priondeterminanter kända vid den tiden. Under de följande åren hittades ytterligare fem prioner i jäst, och en prion upptäcktes i subsporaformen.

Det blev gradvis uppenbart att prion (protein) arv i lägre organismer inte är något exceptionellt. Dessutom började idéer uttryckas att prionproteinomvandling tillåter celler att anpassa sig till de förändrade förhållandena för jästexistens mer effektivt än vad som sker på grund av den klassiska mekanismen som är förknippad med förekomsten av mutationer och efterföljande naturligt urval. Vid proteinärftlighet sker en förändring av en cells egenskaper utan att dess genetiska material förändras, det vill säga den är reversibel.

Upptäckten av S. Prusiner tvingade forskare att tala om en ny typ av ärftlighet - prion, proteinärftlighet, d.v.s. informationsöverföring kan inte bara ske genom geners kemiska struktur. För närvarande har förekomsten av sådan ärftlighet bevisats av både inhemska och utländska forskare. Det är särskilt viktigt för oss att vi här observerar överföringen från protein till protein av strukturell, tredimensionell information, som kan koda för den rumsliga organisationen av levande organismer (strukturen av vår kropp, de individuella anatomiska egenskaperna hos olika människor, nationer och lopp).

En mycket äldre upptäckt av mänskligheten är telegonin. För första gången stötte boskapsuppfödare på detta fenomen. De blev snabbt övertygade om att det viktigaste för att bevara rasen var att skydda renrasiga djur från oavsiktlig korsning, eftersom även om befruktning inte inträffade, skulle en sådan hona aldrig producera en ren ras i framtiden. Det vill säga, på något sätt sker en överföring av ärftlig information som ingår i honans ärftliga apparat, och hennes efterföljande avkomma bildas på grundval av denna ärftlighet som är bortskämd av "främlingen". *

* Kapitsa S.P., Kurdyumov S.P., Malinetsky G.G. Synergetik och framtidsprognoser. - M., 2001

Ett slående exempel är de experiment som genomfördes under 1900-talets första hälft med att korsa fullblodshästar med mer tåliga hovdjur – zebror. När stona, efter en serie misslyckade korsningar med zebror av hankön, återigen överfördes till stuterier, började de föda föl från fullblodshingstar med en färg som replikerade de vertikala ränderna hos en zebra, vilket aldrig observerades hos normala hästar .

Och det andra exemplet. 1957, Moskva. World Festival of Youth and Students. Denna semester - "frihetens och kärlekens apoteos" - slutade för några av våra älskare av "afrikanska passioner" med födelsen av svarta barn, och för dem som lyckades, så att säga, göra "utan konsekvenser", sådana "konsekvenser". ” inträffade för deras söner och döttrar. Ja, ja, det var deras vita barn, födda i ett lagligt äktenskap från vita män, som plötsligt började få svarta barn! Detta betyder att våra förfäder inte var så dumma, som bevarade sina döttrars ära och sa: "Ett ärligt hus är mer värt än livet!" Och ett upplöst liv passar uppenbarligen inte ungdomarna för framtida bruk. Sådana människor skryter sällan av hälsa och livslängd.

Mekanismen för detta mystiska fenomen var oförklarlig ur den klassiska genetikens synvinkel på 1900-talet, men nu, när vi vet om förekomsten av prionärftlighet, kan vi ta en ny titt på detta problem. När man förberedde artikeln användes material från publikationen Gazeta.ru.