Губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота

В своей курсовой работе я попытался осветить одно из заболеваний группы трансмиссивных (передаваемых) губкообразных энцефалопатий - трансмиссивную губкообразную энцефалопатию крупного рогатого скота. Выбор данной темы обусловлен не только практическим интересом к болезни животных и человека, но и крайне малой изученностью по сравнению с другими заболеваниями. За время исследования болезней группы трансмиссивных губкообразных энцефалопатий (первое заболевание данной группы - скрепи, было зарегистрировано в 1732г.) ученые накопили немало опытных данных, но к разгадке природы заболеваний человечество подошло лишь в конце ХХв.

II. Материалы и методы исследования

Для своей курсовой работы я отбирал официальные документы, научные статьи и публикации из таких источников, как Министерство сельского хозяйства и продовольствия РФ (Минсельхозпрод), Российская академия сельскохозяйственных наук, Российское агентство новостей "Информнаука" (http://informnaura.ru), Центральная научная сельскохозяйственная библиотека. Для поиска материалов в глобальной информационной сети Internet я использовал поисковые системы Апорт! (http://www.aport.ru), Google (http://www.google.com), базу данных "Ветеринарное законодательство" (http://www.agrolink.ru/base_gvc/vetzac/start.html), а также внутренние поисковые системы сайтов Минсельхозпрода (http://www.aris.ru) и журнала Nature (http://www.nature.com).

В своей курсовой работе я использовал материалы пресс-конференции, организованной 24 января в Центральном доме журналиста агентством "Информнаука". Тема: "Губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота, и передача ее человеку через мясо больных животных".

III. Материалы собственного исследования

а) История открытия прионов

Многие вирусы, давно и хорошо известные как возбудители острых инфекционных заболеваний, способны при определенных условиях вызывать в организме людей и животных медленный инфекционный процесс. И в мире бактерий, и в мире вирусов до сих пор продолжают появляться новые фигуранты. На их "черном" счету - болезнь легионеров, лихорадка Эбола, лихорадка Марбург, СПИД и, наконец, "болезнь бешеной коровы", чье необычное название обошло все газеты мира...

В конце ХVII века голландский торговец сукнами Антоний Ван Левенгук, увлекаясь шлифовкой увеличительных стекол, изготовил линзы с 150-300-кратным увеличением и случайно в капле воды впервые увидел новый, неведомый дотоле мир микроорганизмов. Однако прошло еще немало времени, прежде чем все увеличивающиеся отряды охотников за микробами начали открывать возбудителей инфекционных болезней человека и животных.

В самый разгар эры "великих бактериологических открытий", в 1892г., русский физиолог Дмитрий Ивановский докладывает в Санкт-Петербурге результаты своих исследований болезни табака и показывает, что возбудитель табачной мозаики проходит через бактериальные фильтры, то есть фильтры, которые задерживают бактерии. Так было положено начало новой эре "великих вирусологических открытий".

Как это ни покажется странным, но новые вирусные болезни стали известны ученым не только благодаря открытию новых вирусов. Выявилась способность уже известных вирусов вызывать в различных условиях разные формы инфекционного процесса - от бессимптомного до клинически ярко выраженного.

В марте 1954г. в Лондонском университете исландский профессор Бьёрн Сигурдсон прочитал цикл лекций под общим названием "Наблюдения за тремя медленными инфекциями овец". Эти лекции и их необычное название имели довольно продолжительную предысторию.

В 1933г. исландские фермеры в целях развития на острове каракулеводства закупили в Германии большую партию овец. В Гамбурге животных погрузили на корабль и отправили в Исландию. Овцы выглядели совершенно здоровыми. Однако спустя несколько лет в различных районах острова на разных фермах среди привезенных овец начали регистрироваться случаи заболеваний, которые нередко носили массовый характер. Болезнь приносила большие убытки. Фермеры были очень обеспокоены, они никогда не встречались с такими болезнями овец. Не встречались с ними и исландские ветеринары.

Фермеры обратились за помощью в Институт экспериментальной патологии в городе Рейкьявике. Долгие годы, исследуя загадочные заболевания, Б. Сигурдсон подметил четыре их главных отличия: необычно продолжительный (месяцы и годы) инкубационный период, медленно прогрессирующий характер течения, необычность поражения органов и тканей и неизбежный смертельный исход. Заболев, ни одно животное не выживало.

Итак, медленные инфекции обнаружены у овец. Но, может быть, такие необычные инфекции только у овец и встречаются? Так стоит ли о них столько говорить?

Спустя три года в глухих горных районах острова Новая Гвинея американец Карлтон Гайдушек описывает новое заболевание среди папуасов-каннибалов, известное теперь в мировой литературе под названием "куру". Болезнь характеризуется многолетним (до 30 лет!) инкубационным периодом, многомесячным медленно прогрессирующим течением, поражением только головного мозга и обязательным смертельным исходом. Значит, медленные инфекции встречаются не только у животных, но и у людей! Что же является их причиной? Энергичные поиски в этом направлении вскоре принесли свои плоды.

В 1960 году Б. Сигурдсон обнаруживает, что одну из типичных медленных инфекций овец - висну, вызывает... вирус, оказавшийся весьма сходным по многим характеристикам с представителями группы хорошо известных онкорновирусов. Это открытие, конечно же, способствовало укреплению представления о том, что и все другие медленные инфекции человека и животных должны являться вирусными заболеваниями, и в большой мере стимулировало поиски именно в этом направлении. А поиски, между тем, приносили новые находки.

Спустя несколько лет еще более ошеломляющим оказалось открытие у, казалось бы, давно и хорошо знакомых нам "домашних" вирусов кори и краснухи способности вызывать медленный инфекционный процесс у детей и подростков. Здесь было чему удивляться. В самом деле, ведь практически все дети переносят корь, однако лишь в редких случаях, спустя несколько лет, у некоторых из них может развиться медленная коревая инфекция, известная под названием "подострый склерозирующий панэнцефалит".

Наиболее ранним признаком болезни служат общее недомогание, утрата аппетита, постепенная потеря веса, жалобы на головокружение и головные боли. Вскоре появляется повышенная раздражительность и необыкновенная забывчивость, что, естественно, начинает сказываться на учебе: ребенок становится плаксивым, а позднее и вовсе неспособным усваивать новое. Болезнь прогрессирует: снижается интеллект, расстраивается речь, изменяется письмо, плохо воспринимается и не запоминается школьный материал. Нарушается двигательная способность, слабеет мышечная сила, ухудшается зрение вплоть до слепоты. Через несколько месяцев наступает смерть.

Выяснилось, что развитие медленной коревой инфекции с наибольшей вероятностью возникнет у тех детей, которые перенесли корь в самом раннем возрасте - до одного года.

Весьма сходную картину дает вирус краснухи. Достаточно безобидный для взрослых и детей, этот вирус в высшей степени опасен для организма плода. В результате заражения беременной вирус краснухи легко проникает через плаценту в ткани плода, где, активно размножаясь, вызывает грубые и зачастую несовместимые с жизнью нарушения в органах и тканях. Это приводит к развитию тяжелых уродств и последующей гибели плода или новорожденного. Более того, оказалось, что длительно присутствуя в организме внешне здорового новорожденного, такой вирус способен, спустя много месяцев или даже лет, вызвать у ребенка развитие прогрессирующего краснушного панэнцефалита. Эта медленная вирусная инфекция характеризуется в течение второго десятилетия жизни комплексом постепенно прогрессирующих нарушений двигательной и умственной функции с неизбежным смертельным исходом.

Два эти примера свидетельствуют о существовании реальных возможностей, когда просто "недруг" может превратиться в абсолютно смертельного врага!

За короткое время вирусологи накопили огромный фактический материал, показывающий, что очень многие вирусы, давно и хорошо известные как возбудители острых инфекционных заболеваний, способны при определенных условиях вызывать в организме людей и животных медленный инфекционный процесс. К вирусам кори и краснухи вскоре добавились вирусы герпеса, клещевого энцефалита, лимфоцитарного хориоменингита, бешенства, африканской лихорадки свиней, инфекционной анемии лошадей, вирусы семейства папова, гриппа, иммунодефицита человека и другие. В настоящее время известно уже около 30 медленных вирусных инфекций, причина которых твердо установлена.

Но вот на что хотелось бы обратить особое внимание. Начиная с первого сообщения Б. Сигурдсона, постепенно, но неуклонно среди все увеличивающегося числа медленных инфекций накапливались сведения об особой группе заболеваний человека и животных, при которых картина поражения организма существенно отличалась выраженным своеобразием. А именно: при этих болезнях патологические изменения наблюдаются только в центральной нервной системе. В чем они выражаются?

Губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота

Без признаков воспаления в головном и иногда спинном мозге обнаруживаются признаки гибели нервных клеток и их отростков. В мозговой ткани образуются вакуоли, количество которых постепенно увеличивается. На основе таких первично-дегенеративных процессов (без признаков воспаления!) в головном и иногда спинном мозге медленно и постепенно развивается картина формирования так называемого "губкообразного состояния" - мозговая ткань на гистологических срезах выглядит как губка из-за огромного количества вакуолей (рис.1 и 2).

Губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота

Кроме того, в мозговой ткани могут образовываться и накапливаться амилоидные бляшки и, что не менее характерно, разрастается глиозная ткань мозга. И больше ничего! Ни иммунологических проявлений, ни признаков воспаления.

Подобное своеобразие патологии определило название всей этой удивительной группы страданий - "трансмиссивные губкообразные энцефалопатии". Именно трансмиссивность губкообразных изменений только в мозговой ткани и есть их уникальный отличительный признак. Заметим в скобках, что губкообразная энцефалопатия может иногда развиваться у боксеров, но она не трансмиссивна, то есть её невозможно передать, например, лабораторным животным.

Теперь зададимся вопросом: кто же вызывает эти особенные медленные инфекции? Наверное, тоже вирусы? Вот только обнаружить их никак не удается. Десятки лет в различных лабораториях мира исследователи пытались выяснить причину этих загадочных трансмиссивных губкообразных энцефалопатий, но все их усилия заканчивались неудачами!

Знаменитый К. Гайдушек еще в 50-х годах развернул настоящий госпиталь в поселении людоедов на острове Новая Гвинея, стремясь всесторонне исследовать куру и постараться выяснить причину этого смертельного заболевания. Поиски, надо сказать, велись с завидным упорством: мозгом людей, умерших от куру, заражали десятки разнообразных образцов клеточных культур, различных лабораторных животных, начиная от мышей и кончая обезьянами, но все попытки были тщетными. Лишь спустя несколько лет ученому, получившему за эти работы Нобелевскую премию, удалось на шимпанзе доказать инфекционную природу куру и не более того! А возбудитель куру, впрочем, как и других трансмиссивных губкообразных энцефалопатий человека и животных, оставался загадкой. Тогда еще никто даже и не предполагал, что многолетние поиски вирусов-возбудителей трансмиссивных губкообразных энцефалопатий есть не что иное, как тяжелое, но безрезультатное движение по ложному пути...

Шло время, и постепенно накапливались косвенные сведения, если не о природе, то во всяком случае о некоторых свойствах загадочных возбудителей этих загадочных заболеваний. Вирусологи считали, что это вирус: не размножается (в отличие от бактерий) на искусственных питательных средах, не виден в световом микроскопе (правда, и в электронном тоже не виден), проходит через бактериальные фильтры. Что еще нужно?

Но будем объективны и признаем, что в то же самое время накапливались и не совсем обычные сведения. Так, например, стало известно, что зараженная мозговая ткань не теряет своей инфекционности после облучения ультрафиолетовым светом. А ведь ультрафиолетовые лампы, широко применяемые для стерилизации воздуха в операционных и лабораториях, называются "бактерицидными", хотя правильнее было бы называть их и "вирусоцидными", так как под действием ультрафиолетовых лучей погибают не только бактерии, но и вирусы.

Возбудитель легко противостоял переваривающему действию некоторых весьма активных ферментов. Еще более удивительной оказалась устойчивость возбудителей трансмиссивных губкообразных энцефалопатий к рентгеновым лучам, убивающим, как известно, вообще все живое. И, наконец, совсем непонятна повышенная устойчивость инфекционного материала к нагреванию - инфекционность сохранялась даже после 15-минутного кипячения. Здесь было над чем задуматься. И, как всегда в таких случаях, появлялись предположения, гипотезы, одна другой фантастичнее.

Неизвестно, чем бы это все закончилось, если бы в 1982г. молодой американский биохимик из Сан-Франциско Стэнли Прузинер не подошел к решению этой проблемы как биохимик. Он взял мозговую ткань зараженных хомяков (в мозге которых накапливается наибольшая концентрация инфекционного агента) и постепенно начал её чистить, одновременно строго следя за сохранением инфекционной способности.

Оказалось, что инфекционность связана с низкомолекулярным белком, не содержащим никакой нуклеиновой кислоты. Это было открытие нового класса инфекционных агентов, принципиально отличающихся от простейших, бактерий, вирусов и даже вироидов. Все известные доныне инфекционные агенты, к какому бы классу они ни относились, обязательно содержат одну из двух нуклеиновых кислот, а иногда и обе одновременно. И даже простейшие из них - вироиды, которые в противоположность вирусным частицам и вовсе лишены белковой оболочки, - и те представлены изолированной молекулой рибонуклеиновой кислоты, обладающей инфекционностью.

В чем же загадка инфекционного белка, открытого С. Прузинером? Он лишен нуклеиновых кислот, но одновременно, как выяснилось, обладает свойствами, не наблюдающимися у других возбудителей инфекционных заболеваний. Грандиозность этого открытия была такова, что сразу его даже не смогли по достоинству оценить. Лишь в 1997г., через 15 лет, С. Прузинер получил Нобелевскую премию "за открытие прионов" (обнаруженный им белок он назвал "инфекционный прионный белок ").

б) Что такое прион?

Прионы представляют собой беспрецедентный класс инфекционных агентов, составленных только из измененных белковых молекул хозяина. Прионы не содержат нуклеиновых кислот и, таким образом, отличаются от всех известных микроорганизмов, таких как бактерии, грибки, вирусы и вирусоподобные частицы. После многократных пассажей в культуре было доказано, что патогенные прион-протеины, способные к трансмиссии, являются мутантами клеточной изоформы нормального прион-протеина. К настоящему времени установлено 18 различных мутаций человеческого гена PrP, которые связаны с различными прионовыми болезнями.

Прион-протеин (PrP) представляет собой сиалогликопротеид с молекулярной массой 33000-35000 дальтон, кодируемый единственным геном, расположенным у человека в 20 хромосоме. Он состоит у человека приблизительно из 254 аминокислот, включая 22-членный N-терминальный сигнальный пептид. Прион PrP-с найден у всех млекопитающих. Его жизненный полупериод составляет несколько часов, но он хорошо сохраняется в течение развития. Прионы очень устойчивы к различным физико-химическим воздействиям (табл. 1).

Таблица 1 Характеристика устойчивости прионов к различным воздействиям

.Реактивы