Нобелевские лауреаты в иммунологии

Формулировка нобелевского комитета: «за его открытие прионов – новой биологической причины инфекций».

Вначале 1970-х годов в клинике Калифорнийского университета Прузинер наблюдал пациента, который медленно умирал от ВКЯ. При этом возбудителя столь грозного заболевания никак не удавалось выявить. Этот «медленный вирус», как его тогда называли, поразил воображение Прузинера, и он подумал, чт

о определение молекулярной структуры этого неуловимого агента могло бы стать прекрасной темой для исследовательской работы.

Чем больше он читал о куру и скрапи, тем больше его интересовала эта проблема. Прузинер получил место ассистента и начал обустраивать лабораторию для изучения скрапи в 1974 году, хотя было довольно трудно получить финансирование по этой тематике. Пробы упорно выявляли только белок, но не нуклеиновые кислоты.

Прузинер решил точно идентифицировать болезнетворное начало. Этому препятствовала длительность инкубационного периода болезни. Всякий раз произведя заражение животных, Прузинер был вынужден использовать множество мышей в каждом эксперименте терпеливо ждать около 200 дней до появления симптомов заболевания. Усилия по очищению ускорились, когда было показано, что скрапи может быть привита хомякам, у которых инкубационный период заметно короче.

После десяти лет усилий Прузинер и его коллеги выделили инфекционный агент из мозга больных хомяков. Эксперименты упорно свидетельствовали, что он состоял из одиночного белка, который Прузинер назвал прионом (англ. prion от Proteinaceous Infectious particle белковая инфекционная частица).

В сотрудничестве с коллегами Прузинер выделил прион-белок PrP (англ. Prion protein), определил часть последовательности аминокислот. Далее получение антител к прион-белку сделало возможным определение его локализации в клеточной мембране.

Выводы, к которым пришел Прузинер в первой половине 1980-х годов, вызвал естественное недоверие вирусологов. Его взгляды явно противоречили традиции согласно которой структура белка определяется информацией, хранимой и переносимой нуклеиновыми кислотами. Большинство биологов и врачей не желали даже всерьез рассматривать идею о существовании прионов, поскольку абсолютно все открытые за почти полтора столетия инфекционные агенты (вирусы, бактерии, грибы, простейшие) обязательно содержали в себе генетический материал (ДНК или РНК). При разрушении нуклеиновых кислот болезнетворность агента исчезала. Прузинер проявил должное упорство, и к началу 1990-х годов доказательства существования прионов возобладали над всеобщим скептицизмом. Теория прионов была принята значительной частью научного сообщества.

Ген приона (Prnp) обнаружили в 1985 году у млекопитающих и птиц, а затем и у человека [8]. Оказалось, что нормальный прионовый белок - обычный компонент лейкоцитов, но особенно часто он встречается на поверхности нейронов мозга.

Обнаружение гена приона у всех исследованных (нормальных!) животных; заставило задуматься о том, как могут прионы быть причиной тяжелейших заболеваний мозга. Казалось очевидным, что Прузинер ошибся.

Пришлось ввести различие между двумя формами прион-белка. Нормальная форма РгР получила обозначение РгРС, а прионная - РгРSс (где Sс означает scrapie). В отличии от нормальной, прионная форма повышенно гидрофобии и склонна к образованию агрегатов, она также более устойчива к протеазам. РгРSс имеет конформацию с повышенным содержанием β-складчатой структуры, он чрезвычайно стабилен и резистентен к действию ферментов, органических растворите и высоким температурам (выше 100 °С).

Механизм инфицирования предполагается таким: РгРSс, связываясь с клеткой, способствует превращению РгРС в РгРSс. Иногда превращение РгРС в РгРSс происходит спонтанно - спорадическое возникновение прионного заболевания. Причина наследственных прионных болезней - измененный ген, кодирующий белок, который повышенно склонен к спонтанному превращению в РгРSс. Журналисты тотчас окрестили нормальный РгРС «доктором Джекилем», а патогенный РгРSс - «мистером Хайдом», подчеркнув тем самым, что одна и та же сущность может иметь два противоположных проявления. При смешивании in vitro РгРС с РгРSс нормальный белок превращается в прионный очень медленно: за несколько месяцев или лет РгРSс накапливается до уровня, приводящего к повреждению та мозга.

Точный механизм прионного превращения еще не известен. Согласно гетеродимерной модели самого Прузинера, мономер РгР катализирует переход РгРС в РгРSc через образование комплекса РгРС/РгРSс. Полимеризационная модель рассматривает прион как упорядоченный полимер РгР, или одномерный кристалл. Его присутствие вызывает дальнейшую полимеризацию, подобно тому, как это происходит с истинными кристаллами. Различия, которые не только существуют между отдельными штаммами прионов, но и передаются от одного животного другому, лучше объясняются полимерной моделью (различная закладка РгР в фибриллы). Предполагается, что так же образуются и фибриллы амилоидообразующих белков. Возможно даже, что прионы - инфекционная разновидность амилоидных фибрилл.

Прузинер предположил, что наследственные формы прионных заболеваний зависели от мутаций в гене приона. Уверенность в том, что это, возможно, появилась после того, как мутантные гены были перенесены мышам. Эти трансгенные мыши заболели болезнью, сходной со скрапи. В 1992 году исследователи смогли уничтожить ген, кодирующий прионы у мышей, получив так называемых «мышей с выбитыми прионами». Было показано, что эти мыши полностью резистентны к заражению прионами. Более того, когда ген приона был повторно введен мышам, они снова стали восприимчивы к прионной инфекции. Пока непонятно, почему остаются здоровыми мыши prion knock-out. Выходит, что нормальный белок приона не является обязательным для жизни.

Заключение

Открытие двух фундаментальных механизмов иммунитета превратило иммунологию из собрания эмпирических правил в строгую научную дисциплину. Ее развитие в XX веке дало человечеству средства зашиты от десятков инфекций. Широкое распространение приобрела практика прививок, то есть создания искусственного активного иммунитета к возбудителям инфекционных болезней. Некоторые из этих болезней, в том числе одно из наиболее опасных, натуральная оспа, вообще исчезли. На основе теории антителообразования Ландштейнер создал учение о группах крови, применение которого спасло жизнь миллионам людей. Однако в период Второй мировой войны неудачные попытки лечения ожогов пересадкой донорской кожи привели к пониманию того, что иммунные реакции не ограничиваются сопротивлением микробам.

Получила развитие неинфекционная иммунология, обеспечившая относительный успех пересадок органов и тканей. Позднее стало понятно, что иммунная система также подавляет развитие раковых клеток, постоянно появляющихся в любом здоровом организме. Таким образом, иммунитет теперь рассматривается как всеобъемлющая система самозащиты организма от проникновения в него инородных частиц и от злокачественного перерождения собственных клеток (иммунный надзор за поддержанием генетической стабильности организма). В последние десятилетия XX века взаимодействие иммунологии и генетики позволило значительно углубить понимание механизмов иммунитета и их возможных нарушений и на этой основе многократно повысить эффективность защиты здоровья человека и полезных животных.

 Скачать реферат