Priony – zagro¿enia biologiczne spuścizn¹ by³ego tysi¹clecia

Priony – zagro¿enia biologiczne spuścizn¹ by³ego tysi¹clecia

BEZPIECZEÑSTWO PRACY 6/2001
mgr MALWINA ANNA ZU¯EWICZ
Akademia Medyczna w Warszawie
Katedra i Zak³ad Mikrobiologii Lekarskiej
yodrêbnienie prionu – patogenu o unikalnych w³aœciwoœciach oraz potwierdzenie
jego udzia³u w neurodegeneracyjnych i
œmiertelnych chorobach ludzi sprawi³o, i¿
poznanie mechanizmów jego dzia³ania
stanowi nie³atw¹ i piln¹ do rozwi¹zania
zagadkê. Zmusza do zastanowienia siê,
jaki jest stopieñ nara¿enia pracowników i
jakie s¹ sposoby ochrony przed rozwojem chorób prionowych.
Ze wzglêdu na poznane mo¿liwoœci
zaka¿enia, wynikaj¹ce z obecnoœci patogenu w miejscu pracy, jak i potencjalne
zagro¿enia, trudne do przewidzenia z powodu niezwyk³ej wytrzyma³oœci na czynniki œrodowiska, nale¿y zwróciæ uwagê
na grupy osób maj¹ce kontakt z potencjalnymi Ÿród³ami zaka¿enia.
Nara¿eni na zaka¿enie prionami s¹
pracownicy uboju byd³a oraz zatrudnieni w przemyœle przetwórstwa miêsa. Stycznoœæ z materia³em zaka¿onym
mog¹ mieæ pracownicy przemys³u farmaceutycznego, gdy do produkcji leków
lub szczepionek wykorzystywane s¹ odpowiednio ¿elatyna i albumina otrzymywane od byd³a. Obecnoœæ prionów wykazano równie¿ w bydlêcych preparatach
hormonalnych. Chocia¿ brak na to danych, to prawdopodobna jest mo¿liwoœæ
zaka¿enia prionami osób maj¹cych kontakt z gatunkami zwierz¹t cierpi¹cych na
choroby prionowe. Kontakt z takimi zwierzêtami maj¹ weterynarze, zootechnicy,
pracownicy lasów, czy ZOO, a tak¿e pracuj¹cy ze zwierzêtami laboratoryjnymi.
Z powodu braku satysfakcjonuj¹cych
metod diagnostycznych i trudnoœci w
oszacowaniu, jaka czêœæ populacji ludzkiej jest zaka¿ona, ka¿dy cz³owiek –
zw³aszcza w roli pacjenta – powinien byæ
traktowany jako potencjalnie zainfekowany prionami. Nara¿ony na zaka¿enie jest
personel medyczny, zw³aszcza wykonuj¹cy zabiegi i badania inwazyjne u chorych z demencj¹.
Dostarczenie dowodów na to, ¿e
przyczyn¹ zachorowañ mog³o byæ spo-
Priony – zagro¿enia biologiczne
spuœcizn¹ by³ego tysi¹clecia
¿ycie wo³owiny zwierz¹t chorych na
g¹bczast¹ encefalopatiê byd³a (BSE),
zmusi³o naukowców i w³adze wielu krajów do podjêcia dzia³añ w celu poznania zjawisk dotycz¹cych prionów [6,11,
13].
Miêdzy innymi nie ma odpowiedzi na
pytanie, jakim Ÿród³em zagro¿enia dla
cz³owieka s¹ inne organizmy. Ustalenie,
czy mo¿liwe jest prze³amanie barier miêdzygatunkowych, nie jest ³atwe. Objawy
chorób prionowych ujawniaj¹ siê po d³ugim okresie, niektóre zwierzêta nie zapadaj¹ na nie, co jednak nie wyklucza ich
roli w przenoszeniu patogenu. Ponadto nie
znana jest dawka infekcyjna, a w organizmie niektórych zwierz¹t stwierdza siê
obecnoœæ kilku form bia³ka prionowego
[10,16].
Trwaj¹ badania nad ustaleniem drogi
zaka¿enia. Naukowcy s¹ zgodni, co do
mo¿liwoœci zainfekowania drog¹ pokar-
mow¹. Proponowany jest nastêpuj¹cy
sposób rozprzestrzeniania siê prionów. Po
ich dostaniu siê do œwiat³a jelita, przenikaj¹ do tkanki limfatycznej przewodu
pokarmowego i naczyniami limfatycznymi docieraj¹ do œledziony, wêz³ów limfatycznych oraz migda³ków. Tam dochodzi
do ich namno¿enia i przedostania siê do
unerwiaj¹cych te narz¹dy nerwów. Nastêpnie poprzez w³ókna nerwowe priony
docieraj¹ do rdzenia krêgowego i mózgu.
Prawdopodobnie w rozprzestrzenianiu
tego patogenu bior¹ udzia³ limfocyty B
(rys. 1) [2, 3].
Stwierdzono mo¿liwoœæ zaka¿enia
prionami po transplantacji narz¹dów pochodz¹cych od zaka¿onego dawcy. Szczególne ryzyko istnieje, gdy przeszczepiana jest opona twarda lub rogówka. Ryzyko zaka¿enia wystêpuje tak¿e po transfuzji krwi, zabiegach chirurgicznych oraz
przy inwazyjnych metodach diagnostycz-
Rys. 1. Drogi zaka¿enia i rozprzestrzenianie siê prionów w organizmie cz³owieka
11
BEZPIECZEÑSTWO PRACY 6/2001
nych – na przyk³ad implantacji elektrod
do mózgu. Prawdopodobne jest równie¿
wnikniêcie patogenu przez uszkodzon¹
skórê [1,4,13,19].
Zainteresowanie chorobami prionowymi trwa od 250 lat. Ju¿ w pierwszej po³owie XVIII wieku zwrócono uwagê na
chorobê owiec – skrapie, której przyczyn¹ – jak siê póŸniej okaza³o – by³y priony. Badania nad schorzeniami prionowymi ludzi rozpoczêto jednak dopiero w XX
wieku. Pierwsz¹ wyodrêbnion¹ jednost-
Rezultatem podjêtego wysi³ku by³o sformu³owanie w 1984 roku teorii prionów
jako zakaŸnego bia³ka, za któr¹ jej twórca otrzyma³ trzynaœcie lat póŸniej nagrodê Nobla. Dziêki uhonorowaniu S. Prusiner’a tym wielkim wyró¿nieniem, œwiat
nauki uzna³ to niewielkie, bo o masie 2730 kDa, bia³ko prionowe – PrP (ang. Prion
Protein) za nowy czynnik zakaŸny. Jednak dla wielu naukowców istniej¹ce dane
nie s¹ wystarczaj¹ce, by przyj¹æ teoriê
S.Prusiner’a.
Rys. 2. Powielanie cz¹steczki prionu poprzez dzia³anie na zmianê konformacji endogennego bia³ka cz³owieka
(PRNP – objaœnienie w tekœcie)
k¹ chorobow¹ by³a kuru – choroba wystêpuj¹ca wœród cz³onków plemienia
Nowej Gwinei rytualnie spo¿ywaj¹cych
mózg zmar³ych cz³onków rodu. Za badania nad rozwojem choroby kuru, w 1976
roku Carleton Gajdusek otrzyma³ nagrodê Nobla. Jednak najwiêksze zas³ugi w
odkryciach zwi¹zanych z prionami nale¿¹ do Stanley’a Prusiner’a, który w 1972
roku, po przebadaniu cierpi¹cego na chorobê Creutzfelda–Jacoba (CJD), rozpocz¹³ badania nad etiologi¹ schorzenia.
12
Wielu badaczy uwa¿a, i¿ prion mo¿e
zawieraæ niewielk¹ iloœæ kwasu nukleinowego, dobrze chronionego przez strukturê bia³kow¹, a jego mechanizm powielania jest podobny jak u znanych od dawna
wirusów. Jednak w odró¿nieniu od wirusów, cz¹steczka prionu nie traci zdolnoœci do namna¿ania siê po dzia³aniu czynników uszkadzaj¹cych kwasy nukleinowe – takich jak nukleazy czy promieniowanie UV [5,7,9,17].
Zaskakuj¹cym i niekorzystnym odkry-
ciem dla zwolenników koncepcji prionów
jako typowych wirusów jest stwierdzenie
obecnoœci bia³ek o sekwencji aminokwasów identycznej z sekwencj¹ bia³ka patogennego. Te endogenne bia³ka wystêpuj¹ w prawid³owych komórkach zarówno ludzi i zwierz¹t, jak i grzybów, a nawet bakterii. Czêsto okreœlane s¹ skrótem
PrPc (ang. Prion Protein cell). Sekwencja
jednego z tych bia³ek jest zapisana w genie PRNP obecnym w ka¿dej ludzkiej komórce. Poziom ekspresji tego genu uzale¿niony jest od typu komórki, a powsta³y produkt stanowi sk³adnik b³ony komórkowej, pe³ni¹c w niej nie poznan¹ jeszcze funkcjê [12,14,21]. U grzyba Podospora anserina bia³ko prionowe niezbêdne jest w cyklu rozwojowym [8]. Równie¿ prawid³owa struktura bia³ka prionowego ludzi jest konieczna do w³aœciwego funkcjonowania uk³adu nerwowego.
Mutacje bia³ka PrP wystêpuj¹ce u cierpi¹cych na choroby prionowe, takie jak:
CJD, œmierteln¹ dziedziczn¹ bezsennoœæ
(FFI), czy chorobê Gerstmann’a – Straussler’a – Scheinker’a (GSS) s¹ przyczyn¹
zaburzeñ przejawiaj¹cych siê, zale¿nie od
schorzenia, ataksj¹, otêpieniem, czy zanikami pamiêci [10,12].
Decyduj¹ca wydaje siê byæ konformacja bia³ka prionowego. Wed³ug jednej z
hipotez patogenne PrP oddzia³uj¹c na formê bia³ka endogennego przyczynia siê do
zmiany jego struktury. Jak w „reakcji ³añcuchowej” dochodzi do przemiany konformacji utworzonej g³ównie z µ-helisy
do postaci nieprawid³owej z przewag¹
struktury b-helikalnej (rys. 2).
Powsta³e cz¹steczki bia³ka wykazuj¹
odmienne w³aœciwoœci, s¹ trudno rozpuszczalne, tworz¹ agregaty, a ich nagromadzenie w komórce prowadzi do jej zmian
morfologicznych i œmierci [12]. Proponowany mechanizm jest zgodny z obserwacj¹, i¿ w uk³adzie nerwowym wystêpuj¹
zarówno prawid³owe jak i nieprawid³owe postacie bia³ka prionowego.
Wszystkie choroby prionowe charakteryzuj¹ siê zmianami zwyrodnieniowy-
BEZPIECZEÑSTWO PRACY 6/2001
mi uk³adu nerwowego, z tego te¿ powodu okreœlane s¹ wspólnie skrótem TSE
(transmissible neurodegenerative disease). Mimo i¿ przebieg ich nie jest jednakowy u poszczególnych gatunków, to ich
wspóln¹ cech¹ jest d³ugi okres inkubacji
trwaj¹cy od kilku miesiêcy do kilkudziesiêciu lat. Wyodrêbnionych postaci TSE
jest kilkanaœcie [20].
Zapadaj¹ na nie zwierzêta gospodarskie: kozy, owce, byd³o oraz inne wystêpuj¹ce w bliskim otoczeniu cz³owieka,
jak: chomiki, œwinki morskie, koty domowe. Na niektóre postaci choruj¹ zwierzêta wolno ¿yj¹ce, czy spotykane w ZOO,
miêdzy innymi: ³osie, jelenie, norki, ma³py, antylopy, pumy, oceloty [20].
Przyk³adami ró¿nych postaci (pasa¿owalnych) chorób zwyrodnieniowych
uk³adu nerwowego (TSE), notowanych
wœród zwierz¹t s¹: zakaŸna encefalopatia
norek, chroniczna wyniszczaj¹ca choroba zwierzyny p³owej, encefalopatia egzotycznych zwierz¹t kopytnych, g¹bczasta
encefalopatia kotów oraz g¹bczasta encefalopatia byd³a (BSE) [20].
Najwiêcej rozg³osu spoœród wymienionych chorób prionowych, wywo³a³a ostatnia z wymienionych. Notowana od 1985 r.
postaæ BSE, okreœlana równie¿ „chorob¹
wœciek³ych krów”, wywo³a³a w zesz³ym
wieku epidemiê, w której pad³o ok. 200
tysiêcy sztuk byd³a. Prawdopodobn¹ przyczyn¹ zachorowañ by³o prze³amanie bariery miêdzygatunkowej po dodaniu do
paszy bydlêcej preparatów otrzymanych
od owiec [18].
Znacznie bardziej niepokoj¹ce sta³y siê
jednak doniesienia dotycz¹ce nowego
wariantu choroby Creutzfelda–Jacoba
(nvCJD), która pojawi³a siê u ludzi poni¿ej 35 roku ¿ycia – odmiennie ni¿ znane
wczeœniej postacie CJD obserwowane u
ludzi po 40 roku ¿ycia.
W sytuacji, gdy choroba jest nieuleczalna i œmiertelna dla ludzi, a szanse na
otrzymanie w nied³ugim czasie leku s¹
niewielkie, jedyn¹ metod¹ ochrony pracowników pozostaje profilaktyka. Na
dzieñ dzisiejszy niemo¿liwe jest zastosowanie szczepionek czy surowic odpornoœciowych, gdy¿ patologiczne bia³ko prionowe jest rozpoznawane przez organizmy
jako w³asne, co przejawia siê brakiem
odpowiedzi uk³adu odpornoœciowego
[20].
Metod¹ zapobiegania pozostaje zatem
wypracowanie i stosowanie odpowiednich procedur postêpowania z materia³em
zakaŸnym i eliminacja patogenu ze œrodowiska pracy. Ze wzglêdu na wyj¹tkowo wysok¹ opornoœæ prionów na œrodki
fizykochemiczne, konieczne jest zweryfikowanie stosowanych metod dezynfekcji i sterylizacji [16,17]. Obecnie, by nie
dopuœciæ do rozprzestrzeniania siê czynnika zakaŸnego, likwidowane s¹ stada
zwierz¹t. W przysz³oœci byæ mo¿e zostan¹ wykorzystane metody genetyczne do
otrzymania zwierz¹t niepodatnych na zaka¿enie prionami.
PIŒMIENNICTWO
[1] Adam D.: Tissue donations slump after revelations about misuse. Nature 409:655/2001
[2] Aguzzi A.: Blood simple prion diagnostics.
Nature medicine 7: 289-290/2001
[3] Brown P.: Spongiform encephalopathies:
B-lymphocytes and neuroinvasion. Nature 390:
662-663/1997
[4] Brown P., Preece M.A., Will R.G.: „Friendly fire” in medicine; hormones, homographs
and Creutzfeldt - Jacob disease. Lancet 340:2417/1992
[5] Bruce M.E., Dickinson A.G.: Biological
evidence that scrape agent has an independent
genome. Journal of General Virology 68: 7989/1987
[6] Bruce M.E., Will R.G., Ironside J. W., Mc
Connell I., Drummond D., Suttie A., McCardle., Chree A., Hope J., Brikett C., Cousens S.,
Fraser H., Brrostock C.: Transmissions to mice
indicate that ‘new variant’ CJD is caused by
the BSE agent. Nature 389: 498-501/1997
[7] Chesebro B.: BSE and prions: uncertainties about the agent. Science 279: 42-43/1998
[8] Coustou V., Deleu C., Saupe S., Begueret
J.: The protein product of the het-s heterokaryon incompatibility gene of the fungus „Podo-
spora anserinae” behaves as a prion analog.
P.N.A.S. USA 94: 9773-9778/1997
[9] Farquar C.F., Somerville R.A., Bruce M.E.:
Straining the prion hypothesis. Nature 391:345346/1998
[10] Goldfarb L.G., Brown P.: The transmissible spongiform encephalopathies. Annul Rev.
Microbiol. 46: 57-65/1995
[11] Hill A.F., Desbrusalais M., Joiner S., Sidle K.C.L., Gowland I., Collinge J., Doey L.J.,
Lantos P.: The same prion strain causes v CJD
and BSE. Nature 389, 448-450/1997
[12] Harris D.A.: Cellular biology of prion diseases. Clinical Microbiology Reviews 12:429444/1999
[13] Lasmezas C.I., Deslys J.P., Demaimay R.,
Adjou K.T., Hauw J-J., Dormont D.: BSE transmission to macaques. Nature 381:743-744/
1996
[14] Laurenson I. F. Whyte A.S., Fox C., Babb
J.R.: Contaminated surgical instruments and
variant Creutzfeldt-Jacob disease. Lancet
354:1823/1999
[15] Liebman S.W.: The shape of the species
barrier. Nature 410:161-162/2001
[16] Manuelidis L.: Decontamination of
Creutzfeldt-Jacob disease and other transmissible agents. J Neurovirol. 3:62-65/1997
[17] McDonnell G., Russell D.: Antiseptics and
disinfectants: activity, action and resistance.
Clinical Microbiology Reviews 12:147-179/
1999
[18] Schiermeier Q.: Testing times for BSE.
Nature 409: 658-659/2001
[19] Sivakumaran M.: Transmission of BSE by
blood transfusion. Lancet 356: 1771-1772/
2000
[20] Tyler K.L.: Prions and prion diseases of
the central nervous system (Transmissible neurodegenerative disease). In: Principles of infectious diseases. Mandell G.L., Bennett J.E.,
Dolan R. (Eds.) Churchill Livingston. 2000,
1971-1985
[21] Wickner R.B., Taylor K.L., Edskes H.K.,
Maddelein M.-L., Moriyama H., Roberts B. T.:
Prions in Sacharomyces and Podospora spp.:
protein-based inheritance. Microbiology and
Molecular Biology Reviews 63: 844-861/1999
13