Priony to zakaźne, patologicznie sfałdowane białka, które nie zawierają DNA ani RNA, a mimo to potrafią wywoływać śmiertelne choroby neurodegeneracyjne. Ich wyjątkowość polega na zdolności do przekształcania prawidłowego białka prionowego gospodarza w formę chorobotwórczą, co prowadzi do postępującego uszkodzenia układu nerwowego.
Definicja prionów
Termin prion pochodzi od angielskiego wyrażenia proteinaceous infectious particle, czyli „białkowa cząstka zakaźna”. Oznacza to czynnik zakaźny zbudowany wyłącznie z białka, pozbawiony materiału genetycznego, który w klasycznym ujęciu uznawano za niezbędny dla zakaźności.
To właśnie odróżnia priony od wirusów, bakterii, grzybów i pasożytów. W przypadku prionów źródłem choroby nie jest namnażanie drobnoustroju, lecz konwersja konformacyjna prawidłowego białka komórkowego do nieprawidłowej, patologicznej postaci.
Priony są odpowiedzialne za grupę chorób określanych jako pasażowalne encefalopatie gąbczaste (transmissible spongiform encephalopathies, TSE). Należą do nich między innymi scrapie owiec, gąbczasta encefalopatia bydła (BSE), przewlekła choroba wyniszczająca jeleniowatych (CWD) oraz choroba Creutzfeldta-Jakoba u ludzi.
Prawidłowe białko prionowe i jego patologiczna przemiana
Punktem wyjścia do zrozumienia istoty prionów jest znajomość fizjologicznego białka prionowego, czyli PrP^C^ (cellular prion protein). Jest ono obecne naturalnie w organizmie ssaków, zwłaszcza w neuronach, ale również w innych komórkach, między innymi w tkankach limfatycznych.
Dokładna funkcja PrP^C^ nie została do końca wyjaśniona. Przypisuje się mu udział w przekazywaniu sygnałów komórkowych, ochronie neuronów przed stresem oksydacyjnym, metabolizmie jonów metali oraz utrzymaniu homeostazy błon komórkowych.
Postać patologiczna, czyli PrP^Sc^ (scrapie-associated prion protein), różni się od PrP^C^ nie składem chemicznym, lecz konformacją przestrzenną. Ta sama sekwencja aminokwasowa przyjmuje nieprawidłowy układ bogaty w β-harmonijki, co nadaje białku większą stabilność, nierozpuszczalność oraz oporność na proteazy.
Jak działa prion?
Mechanizm działania prionu jest jednym z najbardziej niezwykłych zjawisk w biologii. PrP^Sc^ działa jak „matryca” nieprawidłowego fałdowania, kontaktując się z prawidłowym PrP^C^ i indukując jego przejście do formy patologicznej.
Proces ten ma charakter autokatalityczny i łańcuchowy. Każda nowo powstała cząsteczka PrP^Sc^ może przekształcać kolejne cząsteczki PrP^C^, przez co w tkance dochodzi do narastającej akumulacji agregatów białkowych.
Nagromadzone patologiczne białko uszkadza neurony, zaburza funkcję synaps, prowadzi do utraty komórek nerwowych i zmian zwyrodnieniowych mózgu. Histopatologicznie obserwuje się charakterystyczną wakuolizację neuropilu, czyli obraz „gąbczastości” tkanki nerwowej.
Dlaczego priony są tak wyjątkowe?
Priony łamią klasyczne zasady mikrobiologii, ponieważ pokazują, że czynnik zakaźny może istnieć bez DNA i RNA. To właśnie dlatego ich odkrycie miało znaczenie przełomowe dla biologii, neurologii i medycyny zakaźnej.
Drugą ich cechą szczególną jest skrajna oporność na czynniki środowiskowe i standardowe metody dezynfekcji. W przeciwieństwie do wielu drobnoustrojów priony nie są łatwo inaktywowane przez promieniowanie UV, typowe stężenia formaliny, rutynową sterylizację czy wiele środków chemicznych.
Trzecią cechą jest brak klasycznej odpowiedzi zapalnej. Organizm nie rozpoznaje patologicznego białka jako typowego obcego antygenu, ponieważ wywodzi się ono z własnego białka gospodarza, co sprawia, że choroba rozwija się skrycie i przez długi czas pozostaje bezobjawowa.
Jakie choroby wywołują priony?
Choroby prionowe występują u ludzi i zwierząt. U ludzi do najważniejszych należą choroba Creutzfeldta-Jakoba (CJD), jej wariant związany z BSE, czyli vCJD, kuru, śmiertelna bezsenność rodzinna oraz niektóre dziedziczne encefalopatie prionowe.
U zwierząt najważniejsze są scrapie u owiec i kóz, BSE u bydła, CWD u jeleniowatych, pasażowalna encefalopatia norek oraz gąbczasta encefalopatia kotów (FSE). Wspólną cechą wszystkich tych jednostek jest postępująca neurodegeneracja, długi okres inkubacji i nieuchronnie śmiertelny przebieg.
Z punktu widzenia weterynarii szczególne znaczenie mają priony zwierzęce ze względu na bezpieczeństwo żywności, nadzór epizootyczny i potencjalne ryzyko przekraczania bariery gatunkowej. Najbardziej znanym przykładem takiego przełamania bariery gatunkowej był szczep BSE.
Skąd biorą się priony?
Choroby prionowe mogą powstawać trzema głównymi drogami: sporadycznie, dziedzicznie i zakaźnie. Postać sporadyczna pojawia się bez uchwytnej zewnętrznej przyczyny i prawdopodobnie wynika z samoistnej błędnej zmiany konformacji białka PrP.
Postacie dziedziczne są związane z mutacjami genu PRNP, które zwiększają skłonność białka prionowego do nieprawidłowego fałdowania. Takie mutacje opisano przede wszystkim u ludzi, ale genetyczne uwarunkowania podatności na choroby prionowe mają znaczenie również u wielu gatunków zwierząt.
Postacie zakaźne wynikają z ekspozycji na materiał zawierający PrP^Sc^, najczęściej tkankę nerwową chorego osobnika. Wtedy patologiczne białko po wniknięciu do organizmu inicjuje proces konwersji własnego PrP^C^ gospodarza.
Priony a układ nerwowy
Największe znaczenie patogenetyczne prionów dotyczy ośrodkowego układu nerwowego. To właśnie w mózgu dochodzi do największej akumulacji patologicznego PrP^Sc^ i do najcięższych następstw klinicznych.
Zmiany obejmują przede wszystkim zanik neuronalny, glejozę, odkładanie agregatów białkowych oraz wspomnianą wcześniej gąbczastą degenerację tkanki nerwowej. W odróżnieniu od wielu neuroinfekcji zwykle nie stwierdza się silnego nacieku zapalnego, co jest jedną z cech odróżniających choroby prionowe od zapaleń mózgu.
Objawy kliniczne wynikają z lokalizacji i zakresu uszkodzeń. Mogą obejmować zaburzenia zachowania, otępienie, ataksję, drżenia, utratę koordynacji, ślinotok, przeczulicę, wyniszczenie i inne objawy progresywnej encefalopatii.
Oporność prionów i problem dekontaminacji
Priony są znane z wyjątkowej odporności na inaktywację, co ma ogromne znaczenie dla medycyny, weterynarii i laboratoriów diagnostycznych. Standardowe procedury dezynfekcyjne, wystarczające wobec większości bakterii i wirusów, mogą być wobec prionów nieskuteczne.
Oznacza to, że materiał tkankowy zawierający priony wymaga specjalnego postępowania. Szczególnie niebezpieczne są tkanki o wysokiej zakaźności, przede wszystkim mózg, rdzeń kręgowy i inne elementy ośrodkowego układu nerwowego.
Z praktycznego punktu widzenia priony stanowią wyzwanie nie tylko biologiczne, ale również organizacyjne i prawne. Wymagają specjalnych procedur laboratoryjnych, odpowiedniego zabezpieczenia personelu oraz nadzoru nad materiałami szczególnego ryzyka.
Czy priony są żywe?
Z biologicznego punktu widzenia priony nie są uznawane za organizmy żywe. Nie mają metabolizmu, nie posiadają komórki, nie rozmnażają się w klasycznym sensie i nie zawierają materiału genetycznego.
Jednocześnie wykazują zdolność do szerzenia się w organizmie i przenoszenia choroby. To sprawia, że zajmują wyjątkowe miejsce na pograniczu biologii molekularnej, patologii i zakaźności.
Zamiast klasycznej replikacji prion „powiela się” przez narzucenie swojej nieprawidłowej struktury kolejnym cząsteczkom prawidłowego białka. Dlatego bardziej trafnie mówi się o propagacji nieprawidłowej konformacji niż o namnażaniu.
Znaczenie prionów w weterynarii
W weterynarii priony mają znaczenie wykraczające daleko poza pojedyncze jednostki chorobowe. Są istotne dla epizootiologii, bezpieczeństwa produktów pochodzenia zwierzęcego, regulacji prawnych dotyczących materiałów szczególnego ryzyka oraz nadzoru nad chorobami zakaźnymi zwierząt.
Doświadczenia związane z epidemią BSE pokazały, że choroba prionowa zwierząt może mieć konsekwencje gospodarcze, społeczne i zdrowotne o bardzo dużej skali. Z tego powodu monitorowanie TSE pozostaje jednym z ważnych elementów systemów nadzoru weterynaryjnego.
Dla lekarza weterynarii znajomość prionów jest ważna również w diagnostyce różnicowej postępujących chorób neurologicznych. Mimo że choroby prionowe są rzadkie, należą do grupy schorzeń o bardzo wysokim znaczeniu biologicznym.
Czy istnieje leczenie chorób prionowych?
Obecnie nie istnieje skuteczne leczenie przyczynowe chorób prionowych. Wynika to z faktu, że celem patologicznego procesu jest własne białko organizmu, a sam mechanizm choroby opiera się na zmianie jego konformacji, a nie na obecności drobnoustroju, który można zniszczyć antybiotykiem lub lekiem przeciwwirusowym.
Podejmowano liczne próby opracowania terapii blokujących agregację PrP^Sc^, stabilizujących PrP^C^ lub ograniczających jego ekspresję. Mimo obiecujących wyników eksperymentalnych żadna metoda nie stała się standardem skutecznego leczenia klinicznego.
Dlatego najważniejsze pozostają profilaktyka, kontrola źródeł zakażenia, nadzór nad materiałami ryzyka i ścisłe procedury diagnostyczno-sanitarne.
FAQ
Czy prion to wirus?
Nie. Prion nie jest wirusem, ponieważ nie zawiera materiału genetycznego i nie wykorzystuje klasycznych mechanizmów replikacji wirusowej. Jest to patologicznie zmienione białko o właściwościach zakaźnych.
Czy każdy kontakt z prionem prowadzi do choroby?
Nie zawsze. Rozwój choroby zależy od dawki materiału zakaźnego, drogi ekspozycji, gatunku gospodarza oraz cech jego białka prionowego. Istotną rolę odgrywa także bariera gatunkowa i uwarunkowania genetyczne.
Czy priony występują tylko w mózgu?
Nie, choć najwyższe znaczenie zakaźne mają zwykle tkanki układu nerwowego. W zależności od choroby i gatunku patologiczne białko może występować również w innych tkankach, na przykład w układzie limfatycznym lub niektórych narządach obwodowych.
Czy choroby prionowe zawsze kończą się śmiercią?
Tak, według obecnej wiedzy klinicznej choroby prionowe są śmiertelne. Przebieg może być wolniejszy lub szybszy, ale proces neurodegeneracyjny ma charakter postępujący i nieodwracalny.
Dlaczego organizm nie zwalcza prionu jak infekcji?
Ponieważ prion powstaje z własnego białka organizmu. Układ odpornościowy nie rozpoznaje go tak skutecznie jak obcego patogenu, dlatego nie dochodzi do typowej odpowiedzi immunologicznej zdolnej do zatrzymania choroby.
Czy priony mają znaczenie tylko historyczne?
Nie. Choć niektóre epidemie, jak BSE, należą już do historii, priony nadal pozostają ważnym problemem biologicznym i weterynaryjnym. Dotyczy to zwłaszcza nadzoru nad CWD, bezpieczeństwa biologicznego i badań nad neurodegeneracją.
Przypisy
- Prusiner S.B. Prions. Proceedings of the National Academy of Sciences.
- Prusiner S.B. Prion diseases and the BSE crisis. Science.
- Aguzzi A., Calella A.M. Prions: protein aggregation and infectious diseases. Physiological Reviews.
- Soto C., Satani N. The intricate mechanisms of neurodegeneration in prion diseases. Trends in Molecular Medicine.
- EFSA. Transmissible spongiform encephalopathies (TSE).
- WHO. Guidelines on tissue infectivity distribution in transmissible spongiform encephalopathies.
- NINDS. Transmissible Spongiform Encephalopathies.
- CFS Public Health. Prion diseases overview.
- Geschwind M.D. Prion Diseases. Continuum.
- Aguzzi A., Lakkaraju A.K.K. Cell Biology of Prions and Prionoids. Neuron.