Реферат на тему: Дисциплина Микробиология, вирусология, иммунология

Введение

Несмотря на то, что в наше время медицина развивается с большой скоростью, в ней остается еще много тайн. Одной из таких тайн являются заболевания, вызываемые прионами. Прионы являются инфекционными агентами, устроенными проще, чем вирусы, но при этом способными вызывать инфекционные заболевания, которые на современном этапе развития медицины не поддаются лечению.

Другой инфекционный агент, имеющий крайне простую структуру, это вироиды. Однако для медицины вироиды не представляют особого интереса, так как вызывают заболевания только у растений.

В этом реферате мы подробно рассмотрим свойства и строение и прионов, и вироидов, так как оба этих инфекционных агента являются весьма интересными с точки зрения биологической науки.

Глава 1. Прионы

1.1 Прионы - инфекционные агенты нового типа

Природа инфекционного агента, вызывающего прионные заболевания, долгое время оставалась неизвестной. В 1966 году было обнаружено, что агент, вызывающий скрэйпи, обладает необычными свойствами: устойчив к ионизирующей радиации и ультрафиолету. Это поставило под сомнение популярную в то время гипотезу о том, что скрэйпи вызывается вирусом. В 1967 году Д.Гриффит высказал предположение, что инфекционный агент не содержит генетического материала, а представляет собой измененную форму одного из клеточных белков, самоподдерживающуюся за счет автокаталитического механизма. В начале 80-х годов С.Прузинер с соавторами выделили и очистили агент, вызывающий скрэйпи, из мозга больных животных и описали его свойства. Выяснилось, что он устойчив к нагреванию, сохраняет активность после обработки протеиназой К, мочевиной, хаотропными солями, SDS и агентами, повреждающими ДНК-нуклеазами и псораленами. Было также обнаружено, что данный инфекционный агент чувствителен к ионизирующей радиации в присутствии кислорода, то есть проявляет свойства, характерные для гидрофобных белков, связанных с липидами. Агент, вызывающий скрэйпи, получил название "прион" (prion - proteinacious infectious particle). Этот агент представляет собой белок, названный PrP (Prion Protein). На основании определения первичной структуры белка PrP был идентифицирован кодирующий его ген, названный Prnp. Ген Prnp присутствует в геноме всех млекопитающих, а также у птиц и рыб. PrP является мембранным белком, который в основном экспрессируется в клетках центральной нервной системы и лимфоретикулярной ткани. Нормальная форма белка PrP обозначается PrPC. Патологическая форма этого белка, обуславливающая инфекционность, была названа PrPSc (форма PrP, связанная со scrapie). PrPSc неотличим от PrPC по аминокислотной последовательности, но имеет другую конформацию (рис.1). Пространственная структура рекомбинантного PrPC впервые была определена методом ядерного магнитного резонанса. Аминоконцевой район белка PrPC в растворе не структурирован, его карбоксиконцевая часть формирует глобулу и состоит из трех α-спиралей и короткого участка с β-структурой. Было обнаружено, что PrPC содержит 42% α-спиралей и 3% β-структур, тогда как PrPSc содержит 30% α-спиралей и 43% β-структур (рис. 2). Вследствие этого предположили, что приобретение инфекционных свойств белком PrP связано с конформационным переходом, при котором происходит образование β-складчатого слоя. В отличие от нормальной формы PrP, его патологическая форма устойчива к протеиназе К.

В результате обработки PrPSc протеиназой К образуется протеазоустойчивый фрагмент с молекулярной массой 27-30 кДа (молекулярная масса PrP варьирует от 33 до 35 кДа в зависимости от степени гликозилирования). Выявление протеазоустойчивого фрагмента PrPSc с молекулярной массой 27-30 кДа после обработки протеиназой К соскоба ткани миндалевидных желез до сих пор используется при диагностике прионных заболеваний.

На основании имевшихся к 1982 г. экспериментальных данных С. Прузинер сформулировал прионную концепцию. Эта концепция подразумевала следующее:

инфекционным агентом является белок PrPSc,

инфекционный агент PrPSc может реплицировать себя в отсутствие нуклеиновой кислоты,

превращение белка из нормальной формы (PrPC) в инфекционную (PrPSc) происходит путем конформационного перехода,

конформационный переход PrPC в PrPSc может происходить

спонтанно, приводя к спорадическим формам прионных болезней. Он может быть вызван поступлением в организм патологической формы PrPSc извне (приобретенные формы прионных заболеваний). Наконец, переход может произойти из-за мутаций в гене Prnp, способствующих образованию PrPSc из PrPC (наследственные формы прионных заболеваний).

К настоящему времени концепция прионов получила убедительные экспериментальные подтверждения. Если размножение PrPSc после попадания в организм происходит путем наведения патологической конформации на PrPC, то организмы, лишенные PrPC, должны быть устойчивы к прионной инфекции. Это и было показано с использованием трансгенных мышей, гомозиготных по делеции гена Prnp (Prnp0/0). Введение гомогената мозга мышей, больных скрэйпи, трансгенным мышам Prnp0/0 не приводило к развитию болезни ввиду отсутствия нормального PrPC. Более того, оказалось, что в отсутствие PrPC не происходит не только репликации приона, но и повреждения нервной ткани. PrPC также необходим для транспорта инфекционного агента периферическими нервами к центральной нервной системе.

Окончательное доказательство концепции прионов долгое время сдерживалось невозможностью получения значительного количества PrPres - формы PrPSc, образуемой in vitro, которая устойчива к частичному протеолизу и способна вызывать болезнь при введении экспериментальным животным. Недавно было показано, что фрагмент рекомбинантного PrP мыши с 89 по 231 аминокислоту, экспрессированный в Escherichia coli, образует амилоидные фибриллы in vitro, которые при введении трансгенным мышам, экспрессирующим этот же фрагмент PrP, приводят к развитию неврологической картины прионного заболевания.

Разработка системы циклической амплификации прионной формы

белка PrP, с помощью которой возможно формирование значительного количества PrPres in vitro, позволила получить и продемонстрировать ее инфекционность. Начальной матрицей для образования белка PrPres служил PrPSc - патологический белок из гомогената мозга хомяков, зараженных скрэйпи. Инкубация минимального количества PrPSc (гомогенат мозга хомяков, больных скрэйпи, разводили в 104 раз) с избытком PrPC приводила к образованию агрегатов PrPres. Агрегаты PrPres разрушали ультразвуком на более мелкие, разводили в 10 раз суспензией, содержащей избыток PrPC, и инкубировали снова. В результате много раз повторенного циклического процесса, включающего инкубацию PrPres с PrPC, разрушение агрегатов ультразвуком и последующее разведение, достигалось уменьшение содержания исходного инфекционного агента в реакционной смеси от 104 раз (в первом цикле) до 1055 раз (в заключительном). Образование PrPres в первом цикле происходило на матрице PrPSc, в последующих циклах превращению PrPC в инфекционную форму способствовал PrPres, полученный in vitro. Биохимические и структурные свойства PrPres оказались такими же, как свойства PrPSc, изолированного из мозга больных животных. Интрацеребральное введение PrPres здоровым хомякам индуцировало у них скрэйпи и приводило к смерти. Гистологический анализ мозга умерших животных показал губчатую дегенерацию нервной ткани, неотличимую от таковой у животных, зараженных PrPSc, образованным in vivo. Однако оказалось, что PrPres гораздо менее инфекционен, чем патологический белок, продуцируемый in vivo. Причины таких различий в инфекционности пока не выяснены.

Метод циклической амплификации прионного инфекционного агента эффективен для диагностики губчатых энцефалопатий человека, поскольку позволяет детектировать PrPSc в тканях и биологических жидкостях человека на ранних стадиях развития болезни.

Передача прионной инфекции между видами млекопитающих ограничена межвидовыми барьерами. Губчатые энцефалопатии передаются между особями одного вида или особям близкородственных видов. Например, болезнь Крейцфельда-Якоба передается от человека человеку, и от человека шимпанзе; скрэйпи же передается среди овец и коз, но не передается шимпанзе. Также неизвестны случаи заражения скрэйпи человека. В то же время межвидовые барьеры не абсолютны. Например, возможно заражение хомяков скрэйпи и коз болезнью Крейцфельда-Якоба. Межвидовые барьеры могут выражаться не столько в невозможности передачи инфекции животным отдаленного вида, сколько в удлинении инкубационного периода, а также в том, что заболевают не все, а какая-то часть экспериментально зараженных животных. Считается, что межвидовые барьеры вызваны различиями в первичной структуре PrP у млекопитающих разных видов. Подтверждением этому послужили следующие наблюдения. Трансгенные мыши, экспрессирующие PrP хомяка, оказались высокочувствительны к заражению прионами хомяка в отличие от мышей дикого типа. Передача болезни Крейцфельда-Якоба от человека мыши ограничена межвидовым барьером, однако трансгенные мыши, экспрессирующие PrP человека, подвержены заражению этой болезнью. Впоследствии выяснилось, что передача прионной инфекции ограничена не только отличиями в первичной структуре белка PrP, но и штаммовой принадлежностью приона.

Оглавление

- Введение

- Прионы .1 Прионы - инфекционные агенты нового типа

- Штаммы прионов

- Механизмы прионного перехода

- Прионные заболевания человека

- Перспективы лечения прионных заболеваний Глава 2. Вироиды

- Общие представления о вироидах

- Классификация вироидов

- Происхождение вироидов

- Способность к репликации

- Заключение

- Список литературы

- Приложения

Заключение

В заключение можно сделать вывод о том, что хоть и на данном этапе развития науки заболевания, вызываемые прионами и вироидами, не поддаются лечению, все же есть предпосылки к продвижению в том направлении. Одной из таких предпосылок является подробное изучение структуры этих инфекционных агентов, что в будущем должно помочь при создании методов борьбы с ними. Так же изучение прионов и вироидов имеет особую научную ценность, так как их свойства в будущем могут быть использованы на благо человечества. Но пока что нам предстоит еще очень много узнать об этих необычных явлениях природы.

Список литературы

1. И.С.Шкундина, М.Д.Тер-Аванесян. Прионы. Успехи биологической химии, т. 46, с. 3-42. М.: ФГУ Российский кардиологический научно-производственный комплекс Росздрава, 2006 г.

. С.Г.Инге-Ветчомов, В.М.Адрианова. Генетика 6. М., 1970 г

. М.Д.Тер-Аванесян, А.Р.Дакеаманская, В.В.Куширов, В.Н.Смирнов. Генетика.М., 1994.