Priony. Cicha śmierć

Przez wiele miesięcy lekarze z Uniwersytetu Case Western Reserve w Cleveland w stanie Ohio starali się odkryć przyczyny serii tajemniczych zgonów. Nieznana choroba w przerażającym tempie pochłonęła życie dziesięciu osób.

Sekcje zwłok wykazały pewną wspólną cechę: mózgi zmarłych były w niektórych obszarach podziurawione jak gąbka. Do tej pory lekarze spotykali się z czymś takim tylko u osób uzależnionych od narkotyków, które latami faszerowały się heroiną i crackiem. We krwi ofiar nie znaleziono jednak pozostałości tych substancji.

Wyniki analizy zniszczonych regionów mózgu wykazały, że chorzy na długo przed śmiercią musieli mieć zaburzenia myślenia i mowy. Poza tym prawdopodobnie zakłócona była również ich motoryka. Wszystkie te symptomy występują także u ludzi cierpiących na demencję.

– Myślę, że ta choroba istnieje od wielu lat – mówi neuropatolog Pierluigi Gambetti z Cleveland. – Tyle że w niektórych przypadkach była błędnie diagnozowana jako otępienie starcze. Demencja rozwija się jednak przez długie lata, a ta tajemnicza choroba zabija już po sześciu miesiącach.

Co ją powoduje? Dopiero po licznych badaniach tkanek lekarzom udało się znaleźć przyczynę. Co najdziwniejsze, nie są to ani bakterie, ani wirusy, lecz priony. A te są zagadką same w sobie – priony to nie organizmy żywe, ale białka (proteiny). W jaki jednak sposób białko może zainfekować komórki i namnażać się?

Nareszcie udało się zidentyfikować sprawcę. Za śmierć wszystkich tych osób odpowiedzialny jest prion PrPSc. Wkrada się do mózgu swojej ofiary i mobilizuje w nim całą armię swoich sprzymierzeńców.

Zastępy uśpionych wcześniej prionów dziurawią mózg i niszczą miliony komórek nerwowych – pozostaje po nich jedynie gąbczasta tkanka. Dopiero zgon pozwala ujawnić sprawców, gdyż tylko sekcja mózgu może potwierdzić ich obecność.

Są one prawie niewidoczne, niemal niezniszczalne i zawsze niosą śmierć. Dlaczego naukowcy tak poważnie podchodzą do tematu prionów? W 2009 roku zanotowano w Polsce oficjalnie jedynie 18 przypadków wywoływanej przez nie choroby Creutzfeldta-Jakoba.

Lekarzy niepokoi jednak przede wszystkim fakt, że choroby prionowe zdają się dotykać tylko młodych ludzi. Niektórzy pacjenci mieli dopiero kilkanaście lat, ale zaobserwowano u nich objawy jak u cierpiących na schorzenia wieku starczego, np. demencję.

Dlatego wśród lekarzy zrodziło się pytanie: skoro choroba prionowa daje objawy identyczne z demencją, to czy priony mogą być odpowiedzialne również za jej powstawanie? Tę kwestię zbadali lekarze z Cleveland.

Zespół Pierluigiego Gambettiego przeprowadził sekcje zwłok pacjentów chorujących na demencję i w wielu mózgach rzeczywiście znalazł ślady prionów. Tym samym po raz pierwszy udowodniono związek między prionami i schorzeniami wieku starczego, takimi jak choroba Alzheimera.

To doprawdy przewrotny kaprys natury, że nasi najwierniejsi obrońcy mogą stać się naszymi największymi wrogami. Priony pełnią bowiem przede wszystkim funkcję strażników organizmu w komórkach nerwowych mózgu. Posiada je każdy człowiek i każdy kręgowiec. Ich zadaniem jest ochrona komórek przed tzw. stresorami, czyli substancjami toksycznymi, promieniowaniem, gorącem i zimnem.

Tym samym stanowią one część systemu immunologicznego i wydłużają czas życia komórek – mózg pozbawiony prionów starzałby się szybciej. Naukowcy nie wiedzą, czy białka te pełnią jeszcze jakąś funkcję. Czym zatem są?

Priony to specyficzny rodzaj patogenów. Składają się z długiego łańcucha aminokwasów, najmniejszych związków organicznych. Istnieje prawie nieskończona ilość białek – niektóre złożone są tylko z dwóch aminokwasów, inne – z łańcucha nawet 30 000 związków. Ludzkie proteiny prionowe zbudowane są z 253 aminokwasów.

Pod mikroskopem wyglądają jak świderki makaronu połączone za pomocą cienkich drucików (grafika poniżej). Zwykłe białka prionowe określane są jako PrPC, po polsku: prionowe proteiny komórkowe. Istnieje jednak również inny rodzaj białek prionowych.

Jest to niejako ich mroczny bliźniak o nazwie: PrPSc (prion protein scrapie), określany w ten sposób od trzęsawki (ang. scrapie), choroby, która atakuje mózg i po raz pierwszy została wykryta u owiec.

Co zaskakujące, prion patogenny, czyli wywołujący chorobę, posiada identyczną liczbę i sekwencję aminokwasów jak zwykły. Jedyna różnica polega na tym, że proteiny związane z trzęsawką mają nieco inny kształt.

Te nieznaczne zmiany strukturalne sprawiają, że „ochroniarz” przeobraża się w „zabójcę”. Istotne są dwie kwestie: 1. Zmieniona struktura działa jak pancerz ochronny. Dzięki niemu złośliwy prion jest właściwie nie do zniszczenia: wytrzymuje temperaturę ponad 200 stopni Celsjusza. 2. Prion reprodukuje się.

Zmusza dobre priony PrPC do przeobrażenia swej struktury. Następuje reakcja łańcuchowa, której nie da się zatrzymać – przyjazne priony zaczynają coraz szybciej mutować i zamieniają się w zabójców. Komórki nerwowe dostrzegają wprawdzie szkodnika, ale nie są w stanie go zniszczyć.

Śmiercionośne priony kumulują się, a komórka gospodarza nie ma szans w konfrontacji z masą białka i umiera. W ten sposób powstają ubytki w tkance móz­gowej. Pacjenci tracą pamięć, są zmęczeni i zdezorientowani. Nie mogą już kontrolować swojego organizmu i popadają w pewnego rodzaju śpiączkę.

– Od momentu pierwszej diagnozy chorym zostaje jeszcze sześć miesięcy życia – mówi neuropatolog Gabi Schelzke. – Choroba prionowa zawsze jest śmiertelna. W jaki jednak sposób zabójcy w ogóle dostają się do organizmu?

Patogenne priony rozprzestrzeniają się na dwa sposoby. W 85 proc. przypadków zabójcze białka powstają ze zwykłych prionów, i to zupełnie niespodziewanie. Dlaczego? Lekarze nie potrafią odpowiedzieć na to pytanie. Testy wykazały, że może to dotknąć każdego i w dowolnym momencie – wydaje się, że nie ma na to reguły.

Drugi sposób rozprzestrzeniania się to przeniesienie: kiedy priony dostają się z jednego organizmu do drugiego. W rzadkich przypadkach zostają przeniesione przez krew, na przykład podczas transfuzji. Najczęściej jednak przekazywane są za pośrednictwem żywności, jak w przypadku plemienia kanibali Fore w Papui-Nowej Gwinei.

Priony trafiają z jelita do mózgu za pośrednictwem dróg nerwowych. Czy są one zatem wyłącznie problemem kanibali? W roku 1996 w Wielkiej Brytanii pojawiła się nowa odmiana choroby Creutzfeldta-Jakoba.

Dotknięte nią osoby spożywały skażoną prionami wołowinę. Gąbczasta encefalopatia bydła, lepiej znana jako „choroba wściekłych krów”, powstała właśnie na skutek swego rodzaju kanibalizmu. Aby ograniczyć wysokie koszty paszy, produkowano mączkę paszową dla krów z pewnych części bydła nienadających się do spożycia przez ludzi.

Priony przetrwały tę procedurę i zainfekowały kolejne krowy. Zwierzęta szły na rzeź, a następnie przetwarzano ich rdzenie kręgowe i mózgi. W Wielkiej Brytanii na skutek tego kanibalistycznego żywienia zmarło łącznie ponad 150 osób.

Prawdziwa liczba ofiar BSE może być jednak o wiele wyższa. Nikt nie wie, ile zgonów spowodowanych chorobą prionową przypisano innym przyczynom.

1. Infiltracja: zabójcze priony przenikają do komórek nerwowych w mózgu. Tam natrafiają na właściwe priony komórkowe.

2. Werbunek: szkodliwe priony zmuszają te prawidłowe do przemiany na własny obraz i podobieństwo – to początek reakcji łańcuchowej.

3. Atak: priony kumulują się. Neurony rozpoczynają proces zaprogramowanego samobójstwa, by pokonać napastników. Ale akurat oni to przeżyją.