Підготував студент 1 курсу, спеціальності «Біотехнологія» Пенюк О.В

ІРС:Теорія появи пріонів

Пенюк О.В

• Пріонові інфекційні захворювання тварин відомі людству понад 300

років. У другій половині XX століття лікарі зіткнулися із незвичайним

захворюванням людини – поступово прогресуючим руйнуванням

головного мозку, що відбувається у результаті загибелі нервових

клітин. Це захворювання отримало назву губчастої енцефалопатії.

Схожі симптоми були відомі давно, але вони спостерігалися у тварин

(скрейпі овець), і довгий час між ними не знаходили достатнього

обгрунтованого зв'язку.

• Відкриття повільних інфекцій у людини пов’язане з ім’ям Даніеля

Карлтона Гайдушека, який у 60-х роках досліджував хворобу «Куру»

(в перекладі з місцевого діалекту – «смерть, що сміється») у Новій

Гвінеї, у племені Форе.

• Ця хвороба має дуже тривалий латентний період – від кількох місяців

до десятків років (інкубаційний період може тривати понад 30 років!).

• Симптоми – прогресуюче порушення координації рухів,

супроводжуване приступами безпричинного сміху, яке завжди

закінчувалося летальним результатом (ткани головного мозку

перетворювалися на губку).

• Хворобу визнали інфекційною, а причиною її поширення виявився

ритуальний канібалізм (поїдання мозку загиблої людини) у племені

Форе.

Даниель Карлтон Гайдучек

американський вірусолог,

лауреат Нобелевської премії

1976 р., «за відкриття

інфекційного характеру

хвороби Куру»

• У 1920 р. Була вперше описана так звана спорадичнахвороба Крейтцфельдта-Якоба, незалежно один відодного Гансом Герхардом Крейтцфельдтом і АльфонсомМарією Якобом.

• У 1982 році американський біохімік Стенлі Прузінеропублікував роботу, в якій вперше припустив, щокоров’ячий сказ і інші види губчастої енцефалопатіївикликає білкова молекула, що згорнулася незвичайнимчином. Він назвав її “прион”.

• Важливою подією було поширення «коров'ячого сказу» уВеликобританії, епідемія якого була в 1992-1993 рр., апотім і в 2001 р., та охопила кілька європейських держав.

• Новий інтерес до вивчення пріонів виник в 1996 р., колиу Великобританії з'явилася нова форма хворобиКройтцфельдта-Якоба, яка вражала молодих людей до 30років.

• У 1997 р. американському лікареві Стенлі Прузінеру булаприсуджена Нобелівська премія з фізіології та медициниза вивчення пріонів.

Хвороба Крейтцфельдта-Якоба вражає ≈ 1-го з мільйона людей похилого віку. Спочатку у хворого

порушується координація рухів, потім наступає повна втрата пам’яті. У результаті хворий вмирає

від повного руйнування мозку.фа

кти

Стенлі Прузінер

• Пріони (від англ. proteinaceous infectious

particles — інфекційні білкові частинки) —

особливий клас інфекційних агентів, чисто

білкових (тобто таких, що не містять

нуклеїнових кислот), що викликають важкі

захворювання центральної нервової системи

у людей і ряду вищих тварин (так звані

«повільні інфекції»).

• Пріонові інфекції характеризуються

повільним, але неухильним розвитком

симптомів та завершуються загибеллю

хазяїна.

• Пріоний білок має аномальну тривимірну

структуру і здатний прямо каталізувати

структурне перетворення гомологічного

йому нормального клітинного білка в собі

подібний (пріонний).

• Пріон приєднується до білка-мішені й

змінює його конфірмацію.

Тривимірна модель пріону

Пріон під

мікроскопом

• Пріонні білки існують у двохконфірмаціях: нормальній і патогенній,пріоновій. Нормальні білки (природнікомпоненти клітини), стикаючись ізпріонами, можуть перетворюватися напріони. Діяльність клітини з такимибілками порушується, вона гине.Вивільнений пріон може проникати всусідні клітини, також спричиняючи їхзагибель.

• Життєвий цикл пріонів має своїособливості. За нормальних умов пріони— це нешкідливі клітинні білки, протевони мають природну здатністьперетворюватися на стійкі структури, якіспричиняють смертельні захворюванняголовного мозку в людей і тварин.

Два варіанти просторової конфігурації

пріонового білку: a – нормальна

конфігурація (переважають альфа-спіралі);

b – “патологічна” конфігурація (переважає

бета-складчастий шар).

α-спіраль

β-складчастийшар

До кінця механізм спонтанного виникнення

пріонних інфекцій не з'ясований. Вважається (але

ще не повністю доведено), що пріони утворюються в

результаті помилок у біосинтезі білків. Мутації

генів, що кодують пріонний білок, помилки

трансляції — вважаються головними кандидатами

на механізм виникнення пріонів.

• При потраплянні в клітину пріон перетворює нормальний подібний до себе білок наінфекційну форму. При цьому амінокислотна послідовність клітинного білка залишаєтьсяпопередньою, а змінюється лише його третинна структура. Пріонна форма білка моженакопичуватися в клітині у вигляді кристалів та ниток – фібрил, які спричиняють патологічнізміни.

• “Неправильні” розпрямлені молекули прионів легко склеюються одна з іншою, на нервовійклітині утворюються білкові бляшки, що призводить до виражених неврологічних симптомів(зниження тонусу м'язів, недоумство, втрата пам'яті і безсоння…), клітина гине. На місцізагиблої нервової клітини утворюється порожнина заповнена рідиною. Поступово весьмозок перетворюється на дірчасту субстанцію, схожу на губку, і людина (тварина) гине.Насамперед це відбувається у нейронах головного мозку – так розвивається губчастаенцефалопатія.

Мал. Перетворення

нормального клітинного

білка (світлий колір) на

пріоновий білок (темний

колір) з утворенням

особливих ниток

(фібрил). 2. Фібрили

• Згідно з інформацією Всесвітньої організаціїохорони здоров'я, керівних органівЄвропейського союзу, Міжнародногоепізоотичного бюро, за останні роки уєвропейських країнах значно підвищиласьзахворюваність спонгіоформною енцефалопатієювеликої рогатої худоби. Так, тільки уВеликобританії було зареєстровано більше 18тисяч випадків пріонних інфекцій, більше як 1300— у Ірландії, більше як 800 — у Франції,Португалії.

скрейпі овець і кізСказ корів

(губкоподібна енцефалопатія)

захворювання

головного мозку

курей, кішок, оленів та ін.

Інкубаційний період

коров’ячого сказу у корів

складає від 3 до 8 років.

Інформація для

міркувань

Хвороба

Крейтцфельдта-

Якоба

Фатальне

сімейне

безсоння

хвороба

Куру

Синдром Герстмана -

Штройслера -

Шейнкера

Губчасті енцефалопатії

ШЛЯХИ ЗАРАЖЕННЯ:

•вживання в їжу яловичини, що містить нервову тканину із голів хворої худоби;

•спонтанна трансформація пріонного протеїну у пріон;

•пріонні спадкові захворювання, спричинені мутацією гена пріонного білка;

•тимчасовий контакт тканини з матеріалом, що містить пріони (використані хірургічні

інструменти, заражені пріонами, трансплантація органів тощо).

НАСЛІДКИ: спричиняють ураження сірої речовини

головного мозку і призводять до рухових порушень, психічних

розладів, недоумства, смерті.

Гістологічний препарат, ураженої пріонами тканини із

утворенням характерної губчастої структури.

1. З їжею до корови2. Від тварини до тварини

при поїданні екскрементів

3. З їжею до людини

4. Ураження півкуль

головного мозку

Мал. Один з ланцюжків передачі збудника хвороби

Хворобою Крейтцфельдта-Якоба в

світі захворіло 153 людини (143 у

Великобританії, 6 у Франції).

• Пріони-подібні білки знайдені в природних

популяціях дріжджів та інших мікроміцетів.

• Дослідження пріонів дріжджів підтвердили гіпотезу

про те, що перетворення білків у пріонний стан

залежить тільки від білків. Було показано, що пріони,

екстраговані з клітин, можуть служити «зерном»

утворення пріонів у пробірці.

• Один із найдобріше вивчених білків, схильних до

утворення пріонів у дріжджів – фактор термінації

трансляції, який утворює так названі PSI-клітини.

Такі клітини мають змінений фізіологічний стан і

змінений рівень експресії деяких генів, що дозволило

висунути гіпотезу про те, що у дріжджів утворення

пріонів може грати адаптативну роль.

Клітини дріжджів

S. cerevisiae

під оптичним

мікроскопом

пріонні білки «не бояться»

термічної обробки(вкрай стійкі до дії підвищених

температур!)

навіть при автоклавуванні при 134°C протягом 18

хвилин неможливо досягти повного руйнування

пріонів, і пріони «виживають» у формі, здатній

викликати зараження. Стійкість до високих

температур ще більше зростає, якщо пріони

засохнуть на поверхні металу або скла, або якщо

зразки перед автоклавуванням були піддані дії

формальдегіду.

ніякі сучасні прийоми

технологічної обробки і

приготування їжі (пастеризація,

стерилізація, соління, квашення,

заморожування) неефективні

стосовно інфекційного пріона у

харчових продуктах

пр

ик

ла

ди

кип'ятіння білка за

температури 100°С протягом 7

годин не знешкоджує пріони

— збудників коров'ячого

сказу.

приклади

Ні. До нового інфекційного білка не тільки

вакцину не підбереш, він ще й на диво

стійкий до будь-якого роду дій, та і механізм

передачі інфекції поки що не зовсім

зрозумілий.

•Надійно пріони ліквідовують дезінфікуючі

реактиви – сильні окисники, що мають руйнівну

дію на протеїни.

•У майбутньому: створення нових інструментів, із

урахуванням підвищених вимог до очищення та

знезараження.

•Сьогодні – одноразове використання медичних

інструментів згідно з принципами ВООЗ потрібно

в разі обслуговування пацієнтів з діагностованим

пріонним захворюванням або у випадку підозри на

нього.

•Проведення аналізу туш тварин на

м’ясокомбінатах.

дуже стійкі до звичайних

методів дезінфекції

Іонізуюче, ультрафіолетове або

мікрохвильове випромінювання

на них практично не діє.

Дезінфекційні засоби, що

зазвичай використовуються в

медичній практиці, діють на них

лише в дуже обмеженій формі.

приклади

вивчати аномальні приони

вельми складно

нерозчинні,

стійкі до дії ферментів,

температури та інш.

• Після того, як було показано, що губкоподібна енцефалопатія викликається пріонами,для встановлення діагнозу стало можливим визначати сам збудник захворювання.Біохімічними методами виділяють прионні білки і вивчають їх під електронниммікроскопом – якщо молекули їх склеєні між собою, утворюють нитки, то наявністьпатогенних прионів в мозку сумніву не підлягає.

• Поки немає можливості проводити дослідження на живих тваринах. Найбільшаскладність діагностування полягає в тому, що аналіз проводиться виключно на мозкузабитих корів.

• Останніми роками був розроблений метод діагностики хвороби Кейтцфельдта-Якоба улюдей. Використовують антитіла до аномальних прионів. Реакцію проводять,відбираючи проби спинномозкової рідини або роблячи зріз тканини з миґдалин.

• На крупних м’ясокомбінатах в Європі імунологічний аналіз проводять за 10 годин, покитуша готується до переробки. Якщо патогенні пріони виявлені, тушу спалюють привисокій температурі.

За останніми даними, для повного знищення

збудника коров’ячого сказу потрібна

температура не менша 1000 градусів! Тим

часом будь-яка бактерія легко знищується

простим “кип’ятінням” в автоклаві протягом 5

хвилин при 120 градусах.

Є дані, що дають підставу вважати, що

пріони є не тільки інфекційними агентами,

але й мають функції в нормальних

біопроцесах. Існує гіпотеза, що через пріони

здійснюється механізм генетично

обумовленого стохастичного старіння.

за

• виконують певні функції у нормальних біохімічних і фізіологічних процесах (гіпотеза, що через пріони здійснюється механізм генетично зумовленого старіння);

припу-

щенням

• беруть участь у міжклітинному розпізнаванні і клітинній активації;

• пріони відповідають за зв'язок між нейронами;

вчених

• клітинний пріонний білок підтримує навколодобові ритми активності і спокою у клітинах, тканинах, органах і в організмі в цілому.

BBC NEWS

• Чарльз Вайсман, керівник відділу Скріппса Флориди інфектології який очолював дослідження, заявив: "На перший погляд, у вас є такий самий процес мутації і адаптивної зміни в пріонів як ви бачите на віруси.

• Це своєчасне нагадування, що стосується пріонові не йдуть і що контролює, щоб зупинити патологічні пріонипередаються людині через систему харчування або при переливанні крові необхідно енергійно підтримується

• Професор Джон Колліндж, Медичний дослідницький рада Prion Unit

• "Це означає, що ця модель еволюції Дарвіна, здається, повсюдно активно.

• "В вірусів, мутація пов'язана зі зміною послідовності нуклеїнової кислоти, що призводить до опору.

• "Тепер, це адаптивність переїхав на один рівень нижче по пріонів і згортання білків - і стає ясно, що вам не потрібнонуклеїнової кислоти (ДНК або РНК) для процесу еволюції."

• Клітини ссавців зазвичай виробляють клітинного білка пріонів або PrPC.

• Під час інфекцій, таких, як людської форми коров'ячого сказу, відомого як вБКЯ, аномальні або Неправильно згорнутібілки перетворити нормальний білок пріон хост в свою токсичну форму шляхом зміни його конформації або форму.

• "Це, на загальну думку, що колись клітинний білок пріон був перетворений в аномальній формі, не було ніякихподальших змін", сказав пан Вайсман.

• "Але були натяки, що щось відбувається.

• "При передачі пріонів від овець до мишей, вони ще більше загостритися протягом довгого часу.

Автор статті надрукованої в 2001р

• висловив припущення про те, що «прі-

• они, як і протоонкогени, є одним із меха-

• нізмів іммортальності(безсмертя)». Ця гі-

• потеза несподівано знайшлапідтверджен-

• ня в дослідженняхНобелівського лауреата

• Д. Гайдушека (цит. за [10]), який одержав

• фантастичні дані про те, щомозкова ткани-

• на, заражена пріонами, післяобвуглювання

• при 600 °С зберігає інфекційнівластивості.

Теорія не знайшов кого!• у ссавців пріони й аміло-

• їдні білки звичайно асоціюються з тяжкими

• хворобами, то в дріжджів і гриба Podospora

• спадкове переключення активності білків,

• викликане їхнім переходом у пріонний стан,

• скоріш за все має адаптивне значення.

• Таким чином, пріони — білки, що мають

• як інфекційні, так і генетичні властивості. У

• зв’язку з цим можна висловити припущен-

• ня, що під час виникнення первинних до-

• клітинних форм життя (метаболізму) певні

• білки, за відсутності коду нуклеїнових кис-

• лот, могли брати участь у реплікації (відтво-

• ренні) подібних до себе білкових молекул.

• Хрестоматійне для сучасної науки уявлен-

• ня про передачу інформації для синтезу біл-

• ка шляхoм ДНК РНК білок уже істот-

• но доповнене відкриттям ревертази (зворот-

• ної транскриптази), яке довело можливість

• зворотної передачі інформації від РНК до

• ДНК

Полімеризаційна модель

• модель (гіпотеза) • конформаційної

перебудови нормального • пріонного білка в

патогенний, яка теж базу-• ється на білково-білковій

взаємодії і пояс-• нює утворення

патогенним пріоннимбілком

• фібрилярних чипаличкоподібнихагрегатів

• (амілоїдні бляшки)

Дякую за увагу!

• А також я знайшов не великий фільм в якому розповідається про пріонів, а такоє деякі теорії їх виникнення та видатних вчених які займались(займаються) вивченням пріонів! Вибачте за москаль****

©Пенюк О.В