Рафаил Нудельман - Неизвестное наше тело. О полезных паразитах, оригами из ДНК и суете вокруг гомеопатии...
Это прионы. Профессор Вейсман из Института Скриппса во Флориде обнаружил у прионов такие эволюционные свойства, как способность адаптации к новым условиям и быстрое появление новых, резистентных форм в среде, содержащей те или иные ингибиторы. «Эти свойства, — говорит Вейсман, — сближают прионы со всеми обычными биологическими видами живых существ, позволяя назвать их „псевдовидом“».
Почему «псевдо»? Потому что прионы — не живые существа, не микроорганизмы и даже не вирусы. Прионы — это просто особый класс белковых молекул. Но особость их состоит в том, что они способны воспроизводить себе подобных, хотя не содержат никаких генов. Более того — размножившиеся прионы имеют тенденцию склеиваться или срастаться в разного рода большие колонии — микросети, микропленки, длинные цепи и т. п. В некоторых условиях такие колонии могут быть даже полезны организмам. Например, прионы некоторых бактерий, склеиваясь, образуют пленку, которая помогает колониям этих бактерий удерживаться на разных поверхностях. А уже упоминавшийся выше нейробиолог Эрик Кандель открыл, что сгустки прионов одного морского моллюска играют важную роль в образовании долговременной памяти — они помечают синапсы, помогая им связаться в единую цепь, хранящую некое воспоминание.
Однако у склеивания прионов есть оборотная сторона, и ее вред превышает любую их пользу. Как известно на нынешний день, клубки прионов, образующиеся в клетках мозга, вызывают около двадцати различных нейродегенеративных болезней, почти всегда неизлечимых и смертельных. Самые известные среди них — это нашумевшее в свое время коровье бешенство, овечья почесуха и болезнь Кройцфельда — Якоби у человека. А исторически первым исследованным прионным заболеванием была болезнь куру, некогда хронически распространенная среди людей племени форе на Новой Гвинее, а в 1950-е годы даже вызвавшая эпидемию. В свое время она считалась одной из величайших медицинских загадок. Непонятно было, почему куру, распространяясь как инфекция, не вызывает тех признаков, которые обычно сопровождают инфекцию. Она, в частности, не вызывала никакой ответной реакции защитных систем организма. Загадочным был и ее диморфизм: она поражала женщин и детей в восемь-девять раз чаще, чем мужчин. Решение загадки предложил Даниэль Гайдушек (в 1976 году получивший за это Нобелевскую премию). Он показал, что пересадка обезьянам клеток мозга умерших от куру людей вызывает у них аналогичное заболевание, а затем выдвинул гипотезу, что болезнь людей форе передается из поколения в поколение в ходе присущих этим людям каннибалистических ритуалов (поедания мяса умерших родичей); при этом женщинам и детям много чаще мужчин достаются объедки, в том числе мозги покойников, зачастую зараженные переносчиком болезни. И действительно, отказ племени от этих ритуалов вскоре свел эпидемию на нет.
Гайдушек не сумел опознать возбудителя болезни, и только в 1982 году Стенли Прузинер из Калифорнийского университета, проведя тщательное исследование клеток больных овец, предположил, что таким переносчиком является особый белок, который он назвал «прионом» (от слов «протеин» и «инфекция»). Его гипотеза вызвала яростное сопротивление и длительную дискуссию в научной прессе, но в последующие десять лет Прузинер вместе с Вейсманом и другими сотрудниками сумели ее убедительно доказать, выделив загадочный белок, и в 1997 году Прузинер был удостоен за это открытие Нобелевской премии. Справедливость требует отметить, что предположение о белковой природе возбудителя некоторых нейродегенеративных болезней первой выдвинула еще в 1967 году Тиква Альпер, открывшая, что этот возбудитель не разрушается УФ-лучами, которые всегда разрушают ДНК; но тогда эта мысль показалась совсем уж еретической, поскольку противоречила основной догме, утверждавшей, что информация передается только от ДНК к белку, но не от белка к белку и т. п.
Сегодня уже известно, что предшественники прионов, или, как их называют, «нормальные прионы» (они именуются PrPC), — это вполне нормальные белки в мембранах клеток многих видов живых существ, включая человека; известны все 400 с лишним аминокислот, составляющие эти белки (они несколько различаются у разных видов животных); известна и их пространственная структура (они в основном свернуты в так называемые альфа-спирали). Установлено, что в результате каких-то «сбоев» в процессе деления клетки молекулы этих белков способны претерпевать изменение структуры — из «в основном спиральных» они становятся «в основном листовыми» (то есть складываются в виде так называемых бета-листов). В этом состоянии (его наименование «PrPSc») они становятся весьма инфекционными (и называются просто «прионами»).
Как только такая испорченная молекула попадает в мозг, происходит следующее: встречаясь с нормальным прионом, она немедленно изменяет структуру этого белка, превращая его в свое подобие; затем эти две испорченные молекулы изменяют структуры следующих встреченных ими нормальных прионов; и в результате этот процесс «заражения» (то есть изменения структуры) расширяется сначала по всей клетке, а потом и по другим клеткам мозга. При этом «испорченные» молекулы имеют тенденцию склеиваться в цепь, свободный конец которой работает как квазифермент: он понуждает все приближающиеся к нему нормальные молекулы прионов тут же превращаться в испорченные и приклеиваться к нему; тем самым цепь непрерывно удлиняется. Такие цепи рождаются из каждого испорченного приона, так что невольно вспоминается выражение: «Паршивая овца все стадо портит» — тем более справедливое здесь потому, что первыми, у кого этот процесс был изучен, стали именно овцы.
На последнем этапе этого процесса цепи, состоящие из испорченных прионовых молекул, спонтанно скручиваются в амилоидные бляшки, которые покрывают целые участки мозга. С этого момента развитие нейродегенеративной болезни идет очень быстро. Испорченные прионы не поддаются ни воздействию протеаз (молекул, разрушающих другие испорченные белки), ни обработке теплом или излучением. Они также резистентны к химическим веществам, которые пытались применять для их разрушения (смотри описанные в начале результаты Вейсмана). Поэтому остановить или замедлить развитие болезни нельзя. В тех участках мозга, которые покрыты такими амилоидными бляшками, постепенно образуются многочисленные вакуоли, из-за чего эти участки приобретают характерную губчатую структуру и теряют способность функционировать. Наступает смерть.
Тем не менее исследователи не теряют надежды и продолжают поиски. Но в последнее время в ходе этих поисков произошло существенное изменение. Оно не приближает пока к победе над прионными болезнями, но весьма расширяет фронт исследований, обещая — в случае успеха — куда больше, чем только излечение болезни Кройцфельда — Якоби или предотвращение новых вспышек коровьего бешенства. В последние годы многие ученые стали подозревать, что тот процесс, который лежит в основе прионных болезней, имеет куда более широкую распространенность и повинен также в целом ряде других человеческих нейродегенеративных заболеваний, в том числе таких важнейших, как болезни Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона и некоторые иные.
Эту мысль высказывали уже давно, но окончательное свое оформление она получила в недавней статье двух ведущих специалистов по молекулярной биологии нейродегенеративных заболеваний — американского нейробиолога Лари Уокера и немецкого ученого Матиаса Юкера. Их статья, озаглавленная «Самораспространение патогенных белковых агрегатов в нейродегенеративных заболеваниях», опубликованная в августе 2013 года, начиналась со слов: «Вот уже много лет ученые предполагали, что ключ к пониманию старческих нейродегенеративных заболеваний может быть найден в необычной биологии прионных болезней. В последнее время эта гипотеза получила сильную экспериментальную поддержку. В примечательно широком спектре болезней, от болезни Альцгеймера и до бокового амиотрофического склероза, были обнаружены специфические белки, способные неправильно скручиваться, порождая агрегаты, которые становятся зародышами такого же структурного изменения, неправильного свертывания и агрегирования других таких же белков. Эти зародыши, таким образом, становятся самораспространяющимися переносчиками болезни, наподобие прионов. Их отличие от прионов состоит лишь в том, что они не имеют инфекционного характера, то есть не могут быть переданы другому человеку, вызывая у него такую же болезнь».
О какой «экспериментальной поддержке» говорят авторы? Еще в мае 2009 года группа американских ученых показала, что нейрофибриллярные клубки тау-белка, будучи внесены в здоровые клетки мыши, побуждают нормальные молекулы «тау» к такой же структурной перестройке. В июле того же года европейские исследователи ввели такие клубки в мозг живой мыши и обнаружили, что это вызвало массовое изменение нормальных тау-белков и их агрегацию в месте инъекции. А в начале 2012 года, как мы уже знаем, Дафф и Смол обнаружили «прионоподобный» характер распространения таких тау-клубков по всему мышиному мозгу.
