PRIONY

Pojęcie prionu wprowadził Stanley Prusiner w 1981 r. Prion to białko zbudowane z około 250 aminokwasów, które występuje w komórkach zdrowych - PrPc (prionowa proteina komórkowa) i powiązane są z błonami komórkowymi. Białka te są kodowane przez geny, przy czym mutacja tych genów powoduje powstawanie białka o zmienionej konformacji - białka prionowego patogennego, czyli chorobotwórczego PrPsc. Białko prionowe patologiczne PrPsc ulega kumulacji w we wnętrzu komórki, prowadząc do jej degeneracji i śmierci. Białko patogenne prionowe nie powstaje tylko ze zmutowanych genów, ale także w obecności nieprawidłowych białek prionowych. Posiada zdolności autokatalityczne i ma zdolność zmieniania normalnego białka prionowego w białko prionowe chorobotwórcze. Białka prawidłowe PrPc mają strukturę w przeważającej części alfa-helikalną, czyli spiralnie zwiniętą. Białka prionowe nieprawidłowe mają natomiast w przeważającej części struktury beta-fałdowe, beta-harmonijkowe (beta-karty harmonijkowej - łańcuchy aminokwasów w strukturze III-rzędowej układają się równolegle), co daje im postać liniową. Na podstawie genów zmutowanych powstaje więc białko prionowe z przewagą beta-fałdów. Białka prionowe patogenne PrPsc, które dostały się do organizmu (egzogenne), a także białka prionowe syntetyzowane na podstawie własnych genów zmutowanych (endogeniczne) tworzą ze sobą agregaty, czyli zlepki, które zachowują się jak kryształy. W wyniku krystalizacji tworzą na swój wzór podobne białka chorobotwórcze, które znów się odkładają i ulegają agregacji. W ten sposób białko prionowe patogenne powstaje w wielkich ilościach i w szybkim tempie, wywołując zaburzenia w funkcjach tkanek, organów i układów narządów. Zatem PrPsc po dostaniu się do zdrowej komórki ma zdolność zmienienia konformacji białka prawidłowego w postać chorobotwórczą. Białko prionowe patogenne po wprowadzeniu do organizmu zdrowego wywołuje chorobę, bowiem utrzymuje swoje właściwości chorobotwórcze i autokatalityczne. Obok hipotezy krystalizacji agregatów białka prionowego patogennego, istnieje jeszcze hipoteza „foremki”. „Foremką” jest białko prionowe patogenne PrPsc, które nadaje nieprawidłową formę białkom prionowym normalnym PrPc - w wyniku przylegania (agregacji) i odkształcania.

PrPc - białko prionowe komórkowe normalne.

PrPsc - białko prionowe chorobotwórcze.

W białku prionowym patogennym udział struktur alfa-helikalnych jest mniejsza niż w proteinach prionowych normalnych. Udział struktur beta-harmonijkowych (beta-fałdowych, beta-sheet) jest większy w białku prionowym patogennym.

Białka prionowe są odporne na wysoka temperaturę (inaktywacji ulegają dopiero w temperaturze 300 stopni Celsjusza), promienie nadfioletowe, promienie Roentgena, enzymy proteolityczne. W autoklawie, w temperaturze 131 stopni C podlegają unieczynnieniu po około godzinie. Stężone roztwory wodorotlenku sodu i podchlorynu sodu (około 10-15%) niszczą priony. Spożyte wraz z pokarmem priony przedostają się do układu siateczkowatego (limfatycznego) układu pokarmowego, następnie do śledziony, kłębków Peyera, migdałków i i grudek chłonnych, gdzie ulegają replikacji. Powielone priony są następnie przez komórki limfoidalne przenoszone do tkanki glejowej i nerwowej.

W rozwoju chorób prionowych istotną rolę odgrywają tez białka CtmPrP, które również maja właściwości patogenne i powodują degenerację komórki. PrPsc pobudzają syntezę CtmPrP (błonowe proteiny prionowe z końcem karboksylowym).

Przemiany prionów w komórce zdrowej i chorej.

1,2,3 - synteza protein prionowych naturalnych, tworzenie kompleksów z białkami błony komórkowej. Aparat Golgiego służy do segregacji i opakowywania cząsteczek utworzonych protein oraz transportu w pęcherzykach Aparatu Golgiego w kierunku błony. Utworzone PrPc, czyli normalne priony są wbudowywane do plazmolemmy. Błona komórkowa ulega ciągłym zmianom, a składniki błony podlegają ciągłej wymianie. W naturalnym cyklu białka te są degradowane w lizosomach pod wpływem enzymów /4/. Gdy do organizmy dostaną się priony chorobotwórcze PrPsc wówczas na drodze endocytozy wnikaja do wnetrza komórki. Niestety priony chorobotwórcze są odporne na proteazy lizosomalne, pozostają bez zmian lub ulegają tylko częściowej degradacji /5/. Z elementów prionowych chorobotwórczych w aparatach Golgiego syntetyzowane są patogenne białka prionowe, wbudowywane w błonę komórkową /5/. Ponadto białka prionowe niezmienione mogą być wbudowywane do błony w takiej postaci w jakiej zostały pobrane przez endocytozę. (TGN - trans-Golgi network, pęcherzyki transportowe aparatu Golgiego).

 

CHOROBY PRIONOWE

 

Do chorób prionowych należą między innymi:

1. Curu = kuru - drżenie, „śmiejąca się śmierć” - choroba dotyczy plemion kanibalistycznych, np. na Nowej Guinei. Priony zawarte w ludzkich organach, głownie w mózgu wywołują chorobę objawiającą się zaburzeniami emocjonalnymi, napadem śmiechu lub płaczu, drżeniem nerwowo-mięśniowym, zaburzeniami równowagi, utratą kontroli nad ruchami, wreszcie śmiercią. W obrazie histopatologicznym mózgu widoczne są zmiany zwyrodnieniowe i złogowe wywołane odkładaniem się białka prionowego (złogi amyloidu).

2. Choroba Creutzfeldta-Jakoba - CJD. W latach 1920-1921 Creutzfeldt i Jakob opisali objawy choroby prowadzącej chorego do demencji i utraty kontroli nad ruchami. U zwierząt ta choroba nosi nazwę „choroby szalonych krów” - BSE (Mad Cow Disease - bovine spongiform encephalopathy - gąbczaste zwyrodnienie mózgu u bydła). CJD może wystąpić w każdym wieku. Zakażenie prionami następuje drogą pokarmową (wraz z pokarmem) oraz drogą pozjalitową (wstrzykiwanie preparatów pochodzenia zwierzęcego). Możliwe jest także wnikanie prionów przez uszkodzone nabłonki i naskórek do układu chłonnego, np. jamy ustnej. Rozwija się stopniowo, długotrwale lub szybko. Objawami są: drżenie mięśnie, gwałtowne zmiany stanów emocjonalnych, zaburzenia równowagi i synchronizacji ruchów, nasilająca się utrata kontroli nad wykonywanymi ruchami, zaniki pamięci, senność, apatia, wreszcie omamy wzrokowe i słuchowe, zaburzenia mowy, śpiączka. W tkance nerwowej odkładają się agregaty białka prionowego, co prowadzi do zwyrodnień i zaburzeń w funkcjach neuronów. Choroba prowadzi do zgonu.

3. Choroba Gerstmann-Sträussler-Scheinker'a - GSS - objawia się podobnie jak CJD, lecz ma bardziej długotrwały przebieg (kilkunastoletni). Utrata koordynacji ruchowej.

4. Śmiertelna dziedziczna bezsenność - FFI (Fatal Familiar Insomnia) - objawy są głównie natury psychicznej (utrata tożsamości, halucynacje).

 

Choroby prionowe nie są uleczalne. Jeżeli prionowe białko powstaje ze zmutowanych genów to choroba taka jest dziedziczna.

 

 

Źródła zakażenia prionami patogennymi:

• żywność pochodzenia zwierzęcego

• kosmetyki zawierające proteiny pochodzenia zwierzęcego

• leki pochodzenia zwierzęcego o organopreparaty, w tym żelatyna dodawana do leków

• preparaty krwi

BSE

Gąbczasta encefalopatia krów należy do grupy chorób wywoływanych przez priony. Chorobotwórcze priony są nową klasą zarazków (za ich odkrycie profesor Stanley Prusiner otrzymał w roku 1997 nagrodę Nobla). Choroby przez nie wywoływane są równocześnie zakaźne i dziedziczne.

Przyczyna chorób prionowych tkwi w defekcie glikoproteiny błonowej występującej głównie w tkance nerwowej, w tzw. białku prionowym. Białko prionowe (PrPc) występuje w zdrowym mózgu ludzi i zwierząt. W wyniku zarażenia lub na skutek mutacji genowych białka prionowe PrPc przekształcają się w chorobotwórcze priony PrP.

Charakterystyczną cechą prionów jest to, że przekształcają one na swoje podobieństwo pozostałe białka na zasadzie tzw. efektu domina. Do zapoczątkowania tej reakcji łańcuchowej może wystarczyć tylko jedna cząsteczka prionu, a proces chorobowy postępuje lawinowo w postępie geometrycznym.

Priony gromadzą się w tkance nerwowej, powodując zmiany degeneracyjne w obrębie centralnego układu nerwowego. W ich wyniku powstają ubytki w tkance mózgowej nadające mózgowi wygląd przypominający gąbkę - stąd nazwa choroby "encefalopatia gąbczasta".

Jak dochodzi do zakażenia?

Priony są bardzo odporne na wysoką temperaturę oraz środki odkażające. Zwykłe gotowanie ich nie niszczy, dopiero działanie temperatury powyżej 120 stopni Celsjusza przez około 30 minut unieszkodliwia priony. Taką temperaturę osiąga się w autoklawach (w parze wodnej pod ciśnieniem). Można spalić zainfekowane mięso.

Istnieje duże podejrzenie, że możliwe jest przenoszenie się BSE na ludzi drogą pokarmową w wyniku spożycia mięsa wołowego chorych zwierząt (priony są oporne na enzymy trawienne). Taką drogę zakażenia stwierdzono u bydła oraz u kotów. Nie zaobserwowano go u psów i świń. Mleko wydaje się być potencjalnym źródłem zakażenia cieląt, ale nie stwierdzono, że mleko chorych krów może stanowić zagrożenie dla człowieka.

Prawdopodobnie najczęściej drogą pokarmową mogą zarazić się ludzie. Choroba Creutzfeldta-Jakoba wystąpiła u tych osób w Wielkiej Brytanii, Francji i Niemczech, które miały bezpośredni kontakt z mięsem wołowym - byli to hodowcy bydła, ludzie spożywający duże ilości mięsa oraz kontaktujący się z chorymi zwierzętami. Prawdopodobnie nie ma znaczenia, ile mięsa zjemy. Nie stwierdzono, aby dotknięcie mięsa chorych krów stanowiło zagrożenie dla człowieka.

Eksperymentalnie stwierdzono, że możliwe jest także zakażenie drogą krwiopochodną, wstrzykując zakażoną krew. Uczeni sugerują możliwość zakażenia przez rany i zadrapania. Zakażono tą drogą myszy infekcyjnymi prionami owczymi.

Nie wykazano zarażania się cieląt poprzez łożysko. W długofalowych badaniach prowadzonych w dwóch grupach cieląt (jedną stanowiły cielęta urodzone od krów chorych na BSE, a drugą urodzone od krów zdrowych) stwierdzono ścisły związek między krowami chorymi na BSE a pojawieniem się choroby u potomstwa.

Mimo że białka prionowe różnią się u wielu gatunków budową (sekwencją aminokwasów), istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo przełamywania bariery międzygatunkowej.

W mózgu są produkowane niewielkie ilości prionów, proces destrukcyjny i okres rozwoju choroby u ludzi może więc trwać wiele lat.

Postacie choroby Creutzfeldta-Jakoba

Istnieje szereg postaci tego schorzenia:

• postać klasyczna, sporadyczna - stanowi około 85% wszystkich przypadków CJD,

• jatrogenna choroba Creutzfeldta-Jakoba - spowodowana zabiegami medycznymi: leczeniem ludzkim hormonem wzrostu, przeszczepami opony twardej,

• rodzinna choroba Creutzfeldta-Jakoba - jest związana z mutacją genu PrP; stanowi 10-15% zachorowań

Choroba Creutzfeldta-Jakoba cechuje się charakterystycznymi objawami klinicznymi: zaburzeniami neuropsychiatrycznymi, zmianami w EEG (związanymi z patologicznymi zmianami w centralnym układzie nerwowym). Ostateczne rozpoznanie jest stawiane za pomocą biopsji mózgu i badania histopatologicznego.

Nowy wariant choroby Creutzfeldta-Jakoba

Pojawia się u młodych lub bardzo młodych osób. Na chorobę tę do tej pory występującą w starszym wieku zaczynają chorować i umierać nastolatki. Inaczej niż w znanej dotychczas chorobie Creutzfeldta-Jakoba, od pojawienia się objawów: utraty pamięci, otępienia itp. do zgonu upływa przeciętnie około roku. Ostatnio wykryto tę chorobę u 13-letniej dziewczynki. Istnieją sugestie, że jedynym możliwym wyjaśnieniem zachorowania w tak młodym wieku było zarażenie się pokarmem dla dzieci zawierającym mięso wołowe.

Gąbczasta encefalopatia krów (BSE)

Rozpoznanie opiera się na badaniu klinicznym zwierząt. Chore zwierzęta stają się nerwowe, tracą na wadze, wykazują kłopoty z chodzeniem, intensywnie drapią się, spada mleczność krów.

Na razie nie ma testu wykrywającego chorobę u żywych zwierząt. Jedyne potwierdzenie choroby może dać badanie histopatologiczne tkanki mózgowej. W krajach bogatych (np. w Norwegii) bada się mózg każdego ubitego w rzeźni zwierzęcia.

To jeść czy nie jeść?...

Jednak w dalszym ciągu nie udowodniono, że przyczyną choroby Creutzfeldta-Jakoba u ludzi są infekcyjne priony pochodzące od bydła chorego na gąbczastą encefalopatię.

Niebezpieczeństwo przełamania bariery międzygatunkowej jest jednak duże. Nowy wariant choroby Creutzfeldta-Jakoba, której przyczyna być może tkwi w spożywaniu w dzieciństwie mięsa wołowego lub przetworów wołowych oraz obserwacje z poprzednich lat, coraz bardziej wskazują na taką możliwość. Jednak - jak do tej pory - tak naprawdę nikt nie jest w stanie tego stwierdzić.

Domino śmierci

 Amerykanin Stanley B. Prusiner, uhonorowany Nagrodą Nobla za odkrycie prionów - białkowej substancji zakaźnej atakującej mózgi ludzi i zwierząt - podczas badań stwiedził, że prion istnieje w dwóch postaciach. Jednej - inwazyjnej (PrPsc), będącej przyczyną chorób oraz drugiej (PrPC), nie czyniącej żadnej szkody.

 Zasadnicza różnica między normalnym nieszkodliwym białkiem a formą chorobotwórczą polega na ich odmiennym kształtcie. Odmiana inwazyjna ma niezwykłą właściwość. Otóż przy zetknięciu się z normalnym białkiem niemal natychmiast przekształca je w sobie podobne. Odbywa się to łańcuchowo, na zasadzie domina: zaatakowane i zmienione białko atakuje i przekształca następne, a to kolejne. Jak dotychczas jedynym końcem tych przemian jest śmierć organizmu. Gdy PrPsc nagromadzi się w dużej ilości, dochodzi do zaniku komórek nerwowych.

 We wszystkich chorobach prionowych (atakujących centralny układ nerwowy) mózg zostaje uszkodzony w podobny sposób: komórki nerwowe rozpadają się, a że nie mają zdolności regeneracyjnych, zanikają, tworząc puste przestrzenie. Mózg staje się dziurawy i swoim wyglądem przypomina gąbkę.

 Postępujące ubytki tkanki początkowo wywołują tylko drżenie ciała i trudności z utrzymaniem równowagi, potem następuje zanik koordynacji ruchowej oraz fizyczna i umysłowa dezorganizacja organizmu. Zmiany te ostatecznie prowadzą do śmierci.

Jakie testy na BSE?

 Profesor Wiesław Magdzik, konsultant krajowy ds. higieny i epidemiologii, stwierdził, że aby dowiedzieć się, czy bydło nie jest zakażone, należy badać je po uboju i nie czekać na objawy chorobowe.

 Rada Sanitarno-Epidemiologiczna Kraju uważa za konieczność wprowadzenie badania mózgu bydła bezpośrednio po uboju. Badanie jest kosztowne. Jeden test kosztuje 120 PLN.

 Polski test wykrywający BSE ma czułość 99,6 %. Jest stosowany wobec zwierząt, które wykazywały objawy neurologiczne (mają zachwiania równowagi, są otępiałe) i nie były jednocześnie chore na wściekliznę. Polega na badaniu fragmentów tkanki nerwowej pobranej z mózgów martwych zwierząt, które miały neurologiczne objawy chorobowe.

 Za granicą wykorzystuje się inne testy, których czułość jest oceniana na 100%:

WKŁAD PAWŁOWA W ROZWÓJ NEUROFIZJOLOGII

Pawłow Iwan Piotrowicz (1849-1936), fizjolog rosyjski. Członek AN w Petersburgu, później AN ZSRR oraz Royal Society w Londynie, od 1890 profesor Wojskowej Akademii Medycznej w Petersburgu w zakresie farmakologii oraz fizjologii. Od 1891 kierownik wydziału fizjologii Instytutu Medycyny Doświadczalnej oraz Instytutu Fizjologii ANZSRR. Laureat Nagrody Nobla w dziedzinie medycyny w 1904. Twórca teorii o unerwieniu odżywczym serca, autor licznych doświadczeń i publikacji z zakresu fizjologii trawienia. Wprowadził nowe metody badania procesów trawiennych za pomocą przetok przełykowych, żołądkowych (tzw. izolowany żołądeczek Pawłowa), śliniankowatych, trzustkowych i in., umożliwiające pomiar ilości, ustalenie składu wydzielin gruczołów trawiennych. Na podstawie obserwacji zjawiska wydzielania śliny pod wpływem bodźców pokarmowych stworzył pojęcie odruchu warunkowego, które zapoczątkowało nową dziedzinę nauki nazwaną przez Pawłowa fizjologią wyższych czynności nerwowych, zajmującą się różnymi reakcjami organizmów ludzi i zwierząt wynikającym z procesów nerwowych. Doświadczenia Pawłowa polegały m.in. na podawaniu zwierzętom pokarmu z równoczesnym sygnałem dźwiękowym w pierwszej fazie eksperymentu, następnie zaś włączano dany sygnał dźwiękowy gdy zwierzę nie było karmione. W ten sposób możliwe stało się ustalenie zasad powstawania odruchów warunkowych, uczenia się danego odruchu przez zwierzę. Pawłow przeprowadzał zabiegi chirurgiczne na mózgu zwierząt, ustalając związek poszczególnych ośrodków w mózgu z reakcją zwierzęcia na bodźce, uczeniem się przez nie odruchów itp. Badając sposoby reagowania zwierząt na bodźce, określił niektóre przyczyny powstawania nerwic u zwierząt, opracował również metody ich leczenia, dając początek tzw. psychiatrii eksperymentalnej. Jest również twórcą teorii tzw. drugiego układu sygnałów, która powstała w wyniku doświadczeń nad wyższymi funkcjami układu nerwowego ludzi i zwierząt. Opublikował: Wykłady o czynności mózgu (1927, wydanie polskie 1955), Dwadzieścia lat badań wyższej czynności nerwowej (zachowania się) zwierząt (1923, wydanie polskie 1952).

---