Интервью с молодым ученым о том, почему нельзя есть мозг и что такое прионы

Несмотря на распространенное невеселое мнение, в России есть молодые ученые, и они не всегда выглядят как герои «Теории большого взрыва». Их диссертации интересно читать, а их работа вдохновляет. Один из них — Саша Александров, выпускник кафедры вирусологии биофака МГУ. Помимо основной работы в лаборатории молекулярной генетики Института Экспериментальной Кардиологии, он переводит для научного журнала Acta Naturae, а также состоит в московской команде по фризби. Саша занимается очень интересной темой — уникальными белками, которые, также как ДНК и РНК, способны переносить наследственную информацию — прионами.

© case

Что такое прионы — биологическая аномалия или новая форма передачи информации? Как они возникли?

Прион – это признак, который передается не за счет наследования ДНК, а за счет передачи белковых молекул. Для белков важнейшим свойством является их укладка, то есть то, каким образом они свернуты. Белок работает, только если он «свернут» правильно. Так вот, прионные белки могут быть «свернуты» нормальным образом — для работы, и «прионным» — для заражения. Чтобы перейти из одного состояния в другое, белок должен полимеризоваться — собраться в нити. Эти нити могут присоединять к себе молекулы других белков, и заставлять их укладываться в прионную форму. Если такая прионная нить попадает из «больной» клетки в «здоровую», то вместе с ней передается информация об укладке белка.

Вопрос о том, могут ли прионы быть полезны для клетки, или нет, активно исследуется. Дело в том, что у млекопитающих известен только один прионный белок, PrP, и его прионизация вызывает такие болезни как коровье бешенство, куру (болезнь каннибальских племен Папуа Новой Гвинеи) и другие. В то же время существуют прионы дрожжей и некоторых других грибов, и они не всегда вредные.

Чем они отличаются от болезнетворных форм?

Прионы дрожжей — это внутриклеточные белки (в отличие от человеческого белка PrP, который расположен на внешней поверхности клеток).Они тоже могут находится в прионном и нормальном состоянии. Если в клетке прионный белок начал полимеризоваться, то признак проявляется (например, белый цвет клеток), если нет – то признака нет (клетки красные).

У млекопитающих прионный белок расположен на поверхности клеток. Он может находиться нормальном состоянии, а может и в прионном, и, по всей видимости расположение прионных полимеров на поверхности клеток помогает им распространяться, т.е. быть инфекционными. Так, если здоровый папуас съест мозг своего больного дедушки, то через 5-10-20 лет он скорее всего заболеет сам.

По своему устройству прионы дрожжей сходны с прионами и амилоидами человека (болезни Альцгеймера, Гентингтона и Паркинсона), поскольку в основе всех этих явлений лежит альтернативное сворачивание белков и образование белковых полимеров. Поэтому изучение прионов дрожжей поможет смоделировать человеческие заболевания, ну и понять, какую роль играет «белковая наследственность» в эволюции.

Как они попадают в организм?

Прионы млекопитающих и дрожжей могут возникать спонтанно, хотя это довольно редкое событие. Также прионный полимер («цепь» из множества молекул белка) может попасть в организм извне, либо естественным (с пищей), либо искусственным путем (жестокая и любопытная рука исследователя). Кроме того, у дрожжей основной способ попадания приона в клетку – это его передача при делении или скрещивании (да, дрожжи тоже делают это).

Что они делают с клеткой и как распространяются?

На самом деле вредные эффекты прионов не до конца изучены, но есть три основные гипотезы:

• Если белок, из которого состоит прионная цепь необходим для жизни клетки, то в «свернутом» состоянии он становится бесполезен, а клетка перестает нормально функционировать.
• При образовании цепи к полимерам могут прилипать другие белки, которые нужны для нормальной жизнедеятельности клетки.
• Прионный белок может образовывать «незаразные» структуры (цепи или кольца), которые не являются прионами, но сами по себе токсичны

Как действуют прионы на нервную систему, и почему именно на нее?

Если говорить о клинических симптомах, то накопление полимеров PrP в итоге приводит к воспалительным процессам и гибели нервных клеток. Почему это происходит именно в нервной системе – неясно. Однако новейшие данные указывают на то, что у прионного белка есть нормальная функция в нервной системе, что может означать, что именно в этих клетках его много.

Какие болезни вызывают прионы?

У людей прионизация PrP вызывает Болезнь Куру, Крейцфельда-Якоба, фатальную наследственную бессонницу и другие болезни. У животных наиболее хорошо изучены т.н. коровье бешенство (губчатая энцефалопатия), причем болеют ей не только коровы, но и овцы, хомяки и другие животные.

Вот как это происходит в мозге больных коров:

Насколько они могут быть опасны?

Заразиться прионным заболеванием от больного человека можно, если съесть его мозг, что происходит не очень часто в наши времена (по крайней мере в буквальном смысле). Известны случаи заражения человека от коровы или скажем овец от других животных. Однако тут есть одна спасительная особенность. Белок PrP у разных животных немного разный, и оказывается, что между даже слегка разными белками прионная форма передается очень плохо. Так что особенно волноваться не нужно. Хотя конечно исследования на PrP требуют соблюдения строгих правил безопасности.

Как можно лечить болезни, вызванные прионами, и есть ли связь с лечением болезни Альцгеймера и другими заболеваниями, связанными с неправильным фолдингом («сворачиванием») белков?

На данный момент прионные болезни все еще неизлечимы, хотя слегка замедлить их развитие можно. Поскольку между прионными и амилоидными заболеваниями (Альцгеймера, Гентингтона, Паркинсона) есть структурное сходство, то и подходы к их лечению могут быть похожими. К слову, недавно было показано, что у дрожжей есть механизмы, которые удерживают агрегаты внутри клеток, не давая им передаваться при делении. Возможно, что аналогичные механизмы есть и у животных, в таком случае можно было бы пытаться нацелить их на прионы и амилоиды, тем самым помешав им распространяться. Также можно пытаться остановить полимеризацию (образование цепей) за счет блокирования полимеров или за счет их превращения в менее токсичные формы.

В каких направлениях сейчас работают лаборатории, занимающиеся прионами, какое будущее у этих исследований?

Лаборатории ищут лекарства против прионных и амилоидных заболеваний. Кроме того, прионы – это элемент белковой наследственности, роль которой в эволюции неясна. Поэтому изучение прионов именно с биологической, а не медицинской точки зрения тоже очень интересно.

Почему ты пошел в именно в эту лабораторию, и что ты планируешь делать после защиты?

Моя лаборатория имеет множество публикаций международного уровня и в ней работают специалисты разного возраста. Поэтому мне тут интересно и я вижу неплохие научные перспективы, хотя с финансовой точки зрения это был не самый оптимальный выбор. Но поскольку меня интересует именно фундаментальная наука и свобода творчества, то это самый подходящий вариант. После защиты диссертации планирую продолжить изучать прионы дрожжей, возможно попробую наладить коллаборацию с заграничными лабораториями, которые занимаются такими же вещами, поскольку у них сейчас есть много нового оборудования, которое мы в России не можем себе позволить, а у нас есть хорошие идеи и большой опыт. Но в целом мне хочется попытаться заниматься наукой в России, иначе через 10-20 лет у нас уже не останется никакой науки, особенно учитывая пристальное внимание властей к нашей деятельности. Вроде как они пытаются помочь, но обычно их старания только усложняют занятия наукой, отвлекая на всяческую организационную деятельность.