Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 63. Пріонні захворювання

Поміркуйте

  • Чим різняться між собою α-спіральна та β-складчаста структури білкової молекули?

Згадайте

  • Клітинні форми життя
  • Білки
  • Рівні організації білка
  • Конформація молекули

Пріонні інфекції

Пріони є особливим класом інфекційних агентів, що викликають невиліковні захворювання ЦНС людини та тварин — губкоподібні енцефалопатії. Нині не виявлено жодної нуклеїнової кислоти, яка була б асоційована з пріонами. Інфекційний пріонний білок з аномальною третинною структурою здатний каталізувати структурне перетворення гомологічного йому нормального клітинного білка на подібний до себе — пріонний (мал. 63.1). У результаті цього змінюються вторинна і третинна структури білка. У молекулі збільшується кількість бета-складчастих ділянок і зменшується кількість ділянок у формі альфа-спіралі.

Особливостями пріонних захворювань є те, що до них не формується імунітет, їхній інкубаційний період може тривати кілька десятків років, а ефективного методу лікування цих захворювань не існує.

Мал. 63.1. Нормальна і пріонна конформації молекули білка

На відміну від більшості інших збудників інфекційних захворювань, зокрема вірусів, пріони дуже стійкі до різноманітних фізико-хімічних факторів.

Пріонні хвороби належать до групи нейродегенеративних захворювань. У загальній популяції вони трапляються вкрай рідко та реєструються у вигляді інфекційних та спадкових форм. У людини відомо кілька захворювань, які спричиняються пріонами: куру, хвороба Крейтцфельдта — Якоба, синдром Герстмана — Шрауслера — Шейнкера та смертельне родинне безсоння.

Серед досліджень пріонних захворювань найбільш відомим у світі стало з'ясування природи хвороби куру. Це захворювання виявили в 1950-х роках у племені фора в гірському районі Нової Гвінеї. У процесі розвитку захворювання, як і у випадку інших пріонних інфекцій, уражається головний мозок, наслідком чого стають тремтіння кінцівок, порушення ходи та розлади розумової діяльності на більш пізніх стадіях захворювання. На останній стадії куру хворі нездатні самостійно ходити і навіть їсти. Захворювання поки що є невиліковним.

Спосіб передачі цього захворювання є дуже специфічним. Основним шляхом поширення куру став ритуальний канібалізм, бо в племені фора вважалося, що поїдання померлого — це найвищий прояв шани до нього. Імовірно, свого часу епідемія розпочалась зі смерті однієї людини від хвороби Крейтцфельдта — Якоба. А потім захворювання поширювалося аліментарним шляхом (через їжу). Масштаби епідемії були значними для відносно невеликого племені. Так, у 1957 році від куру померло приблизно 200 людей.

Дізнайтеся більше

Для групи пріонних захворювань було запропоновано термін «конформаційні захворювання». Таким чином відображалось те, що причиною патологічних процесів в організмі ставала зміна просторової конформації білкових молекул.

Після заборони канібалізму на початку 1960-х років кількість захворювань поступово зменшувалася. Але люди продовжували помирати від цього захворювання ще довго. Причиною цього був дуже довгий інкубаційний період захворювання. Він міг тривати більше 50 років. Останній випадок захворювання було зареєстровано 2005 року (за іншими даними — 2009-го).

Шляхи зараження пріонами

Людина може заразитися пріонами, що містяться в їжі, оскільки вони не руйнуються ферментами травної системи. Безперешкодно проникаючи через стінку тонкого кишечнику, вони потрапляють у центральну нервову систему. Так переноситься новий варіант хвороби Крейтцфельдта — Якоба (nvCJD, нвХКЯ), якою люди заражаються після вживання в їжу м'ясних або молочних продуктів, отриманих від хворих на губчасту енцефалопатію корів (BSE, коров'ячий сказ).

Пріони можуть проникати в організм й парентеральним шляхом. Були описані випадки зараження після внутрішньом'язового введення препаратів, виготовлених із гіпофізу людини (головним чином, гормони росту для лікування карликовості), а також зараження мозку інструментами під час нейрохірургічних операцій, оскільки пріони стійкі до застосовуваних у цей час термічних і хімічних методів стерилізації. До такої форми належить ятрогенна хвороба Крейтцфельдта — Якоба (1CJD, яХКЯ).

За поки що невідомих умов в організмі людини може відбутися спонтанна трансформація пріонного протеїну в інфекційний пріон. У такий спосіб виникає так звана спорадична хвороба Крейтцфельдта — Якоба (sCJD, сХКЯ), уперше описана 1920 року незалежно Крейтцфельдтом і Якобом. Припускають, що спонтанне виникнення цієї хвороби пов'язане з фактом постійного виникнення в людському організмі невеликої кількості пріонів, які ефективно ліквідуються клітинним апаратом Гольджі. Порушення цієї здатності до самоочищення клітин може призвести до підвищення рівня пріонів вище гранично припустимої норми й до їх подальшого неконтрольованого поширення. Причиною виникнення спорадичної хвороби Крейтцфельдта — Якоба, згідно з цією теорією, є порушення функції апарата Гольджі в клітинах.

Особливу групу пріонних захворювань становлять спадкові хвороби, спричинені мутацією гена пріонного білка. Ці мутації призводять до підвищєння схильності клітинного білка до спонтанної зміни просторової конфігурації й перетворення його на інфекційний пріон. До цієї групи захворювань належить і спадкова форма хвороби Крейтцфельдта — Якоба (fCJD, сХКЯ), яка спостерігається в деяких країнах світу.

Практична робота

Визначення індивідуальних біоритмів

1. Виміряйте частоту серцевих скорочень кожні 2 години з 8:00 до 20:00 протягом трьох днів.

2. Обчисліть середнє значення частоти серцевих скорочень для кожної години вимірювання. Побудуйте графік зміни частоти серцевих скорочень залежно від часу доби. Визначте ступінь ритмічності змін цього показника.

3. Сформулюйте висновки.

Практична робота

Моделювання поширення глобальної інфекції ресурсами комп'ютерної гри «Plague Inc»

1. Виберіть інфекцію, поширення якої ви будете вивчати.

2. Задайте початкові параметри моделювання.

3. Спостерігайте за моделлю поширення інфекції та збережіть результати.

4. Сформулюйте висновки.

Ключова ідея

Причиною пріонних інфекцій є зміна конформації білка нервових клітин, яка може відбуватися під впливом зовнішнього фактора або самостійно. Профілактика пріонних інфекцій є більш ефективним засобом боротьби з ними, ніж лікування.

Запитання та завдання

1. Чому звичайна стерилізація продуктів, отриманих із хворих корів шляхом термічної обробки, не перешкоджає зараженню пріонним захворюванням? 2. Чому лікування пріонних інфекцій є складнішим, ніж їх профілактика?