1

W tym względzie, chociaż brakuje im DNA i RNA, zachowują się podobnie jak wirusy, wytwarzając wyraźne, samopodtrzymujące się mutacje strukturalne, które zapewniają wyraźną przewagę ewolucyjną.

Badanie zostało opublikowane w tym tygodniu w internetowym wczesnym wydaniu czasopisma Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Odkryliśmy, że kiedy konkretny szczep prionów jest przenoszony z komórek mózgu do innej linii komórkowej, jego właściwości stopniowo się zmieniają, dając początek wariantowi szczepu, który jest lepiej przystosowany do tego nowego środowiska komórkowego,” powiedział Charles Weissmann, M.D., Ph.D., szef wydziału infekcji w Scripps Florida, który kierował badaniem. „Jeśli te same priony zostaną następnie przeniesione do innej linii komórkowej, zmieniają się ponownie, dostosowując się do nowych komórek gospodarza. A jeśli powrócą do mózgu, priony stopniowo odzyskują swoje pierwotne właściwości. Znaleźliśmy fizyczne dowody na to, że przynajmniej w jednym przypadku, fałda prionu zmieniła się, gdy zmieniły się jego właściwości.”

Ewolucja darwinowska bez DNA

Te nowe odkrycia pojawiają się około rok po tym, jak Weissmann i koledzy opublikowali badanie w wydaniu z 1 stycznia 2010 r. czasopisma Science, które wykazało, że priony były zdolne do ewolucji darwinowskiej.

Ten wcześniejszy badania wykazały również, że priony mogą rozwijać dużą liczbę mutacji i że te mutacje mogą przynieść takie ewolucyjne adaptacje, jak odporność na leki, zjawisko wcześniej znane wystąpić tylko w bakterie i wirusy. Badanie to zasugerowało również, że normalne białko prionowe — które występuje naturalnie w komórkach ssaków — może okazać się bardziej skutecznym celem terapeutycznym niż jego nieprawidłowy toksyczny związek.

„Ponieważ priony mogą dostosowywać się do zmieniających się środowisk, teraz staje się jasne, że znalezienie leków, które będą działać przeciwko nim, będzie trudniejsze niż pierwotnie sądzono” – powiedział Weissmann. „Ale jeśli można opracować lek, który hamuje powstawanie normalnego białka prionowego, można, w istocie, zagłodzić zakaźne priony i zapobiec ich reprodukcji. Takie podejście do leczenia, choć technicznie wymagające, można sobie wyobrazić, ponieważ, jak wykazaliśmy wcześniej, pozbawienie PrP nie jest szkodliwe dla zdrowia – przynajmniej dla zdrowia myszy.”

Folding and Misfolding

Priony, które składają się wyłącznie z białka, są klasyfikowane według odrębnych szczepów, charakteryzujących się czasem inkubacji i chorobą, którą wywołują. Oprócz BSE/choroby szalonych krów u bydła, choroby wywoływane przez priony obejmują trzęsawkę u owiec, przewlekłą chorobę wyniszczającą u jeleni i wariant choroby Creutzfeldta-Jakoba u ludzi. Priony mają zdolność do rozmnażania się, mimo że nie zawierają genomu kwasu nukleinowego.

Komórki ssaków normalnie wytwarzają komórkowe białko prionowe lub PrPC. Podczas infekcji, nieprawidłowe lub źle złożone białko — znane jako PrPSc — przekształca normalne białko prionowe gospodarza w jego toksyczną formę poprzez zmianę jego konformacji lub kształtu. Etap końcowy składa się z dużych arkuszy (polimerów) tych błędnie złożonych białek, co powoduje masowe uszkodzenia tkanek i komórek.

„Zakaźne białko prionowe może składać się na różne sposoby, a w zależności od fałdu, powstaje inny szczep prionowy” – powiedział Weissmann. „Tak długo, jak priony są utrzymywane w tym samym gospodarzu, zachowują swój charakterystyczny fałd, więc szczepy rozmnażają się prawidłowo.”

Gdy priony się rozmnażają, jednak ten fałd nie zawsze jest odtwarzany prawidłowo, więc populacja prionów zawiera wiele wariantów, choć na niskim poziomie.

Nowe badanie wykazało, że gdy populacja prionów jest przenoszona do innego gospodarza, jeden z wariantów może replikować się szybciej — przewaga ewolucyjna — i stać się szczepem dominującym. Ta nowa populacja zawiera również warianty, z których jeden może być wybrany nad innymi, gdy zostanie przeniesiony do innego gospodarza.

„Wynik jest taki, że priony, chociaż pozbawione materiału genetycznego, zachowują się podobnie do wirusów i innych patogenów, w tym, że mogą mutować i podlegać selekcji ewolucyjnej,” powiedział Weissmann. „Robią to poprzez zmianę ich fałd, podczas gdy wirusy ponoszą zmiany w ich sekwencji kwasu nukleinowego.”

Diverse Yet Related

Nowe badanie sugeruje, że populacje prionów stanowią „quasi-gatunek” podobny w naturze do wirusów RNA i retrowirusów, takich jak wirusy grypy i HIV.

Pomysł quasi-gatunku został po raz pierwszy wymyślony przez Manfreda Eigena, niemieckiego biofizyka, który otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1967 roku. Zasadniczo, quasi-gatunek jest złożoną, samonapędzającą się populacją różnorodnych i powiązanych jednostek, które działają jako całość. To był Weissmann, jednak, który w 1978 roku dostarczył pierwsze potwierdzenie teorii poprzez badanie konkretnego bakteriofaga – wirusa, który infekuje bakterie – podczas gdy był dyrektorem Institut für Molekularbiologie w Zurychu, Szwajcaria.

Ale to jest, gdzie porównanie kończy, Weissmann powiedział.

„Fakt, że zachowują się jak wirusy nie oznacza, że są one cokolwiek jak wirus,” powiedział. „Rower jest jak samochód w tym, że dostaje się z jednego miejsca do drugiego, ale nie są one takie same. Efekt końcowy jest jednak taki sam. Priony i wirusy są zarówno w stanie zmienić swoją strukturę, aby przetrwać.”

Pierwszym autorem badania jest Sukhvir P. Mahal z Scripps Research. Inni autorzy to Shawn Browning, Jiali Li i Irena Suponitsky-Kroyter, również ze Scripps Research.

Badanie było wspierane przez National Institutes of Health i Alafi Family Foundation.

.