Віруси — не найменші наші вороги. Природа має ще менших та набагато більш дивних збудників. Пропоную з ними сьогодні познайомитись, тим самим зокрема вшанувавши пам’ять вчених, які працювали над їхнім відкриттям — зокрема Теодора Дінера, який помер 28 березня у віці 102 років.
Та спершу трішки відсуньмо мікроскоп і згадаймо визначення патогена. Це будь-який живий або неживий агент, який здатний викликати захворювання. Патогенами можуть бути паразити (глисти, до прикладу), гриби, бактерії, найпростіші, віруси, віроїди, пріони. Такий порядок не випадковий: спочатку вказані багатоклітинні складні організми, потім — одноклітинні, але з ядром (та й загалом складніші), далі — одноклітинні без ядра (і простіші), згодом — віруси, які поза клітиною є не живими організмами, а лише шматком генетичної інформації, загорнутим у білок (інколи з ліпідним шаром зверху). Варто не забувати про те, які малі величини ми зараз обговорюємо. Наприклад, еритроцит має діаметр 7–8 мікрометрів, тоді як віруси — в середньому від 0,02 до 0,2 мікрометра (SARS-CoV-2, який викликає ковід, наприклад, має діаметр 0,1 мікрометра). Віруси можуть інфікувати практично всіх — навіть самих себе.
— група вірусів, що можуть розмножуватись у клітині лише за наявності віруса-хазяїна. Фактично, злодій у злодія вкрав: вірус-хазяїн інфікує клітину, дає креслення, що і як збирати, маючи надію зробити копії себе. Але приходить вірофаг, підсовує на побудовану фабрику свої креслення — і тепер клітина продукує більше вірофага й менше оригінального вірусу (часто він стає ще й «кривішим», що іноли добре для клітини, бо це збільшує її шанси на виживання — як, наприклад, у амеб, заражених і , і вірофагом-супутником).
Відомий приклад вірусу-сателіта — це вірус гепатиту D, який може розмножуватись лише в присутності вірусу гепатиту В (це, до речі, найменший вірус, що інфікує людину)1. Суперінфекція, тобто коли на хронічний гепатит В накладається ще гепатит D — дуже велика проблема. Це робить перебіг хвороби серйознішим, шанси на одужання — меншими, а лікування — складнішим.
Зменшуємось далі — і переходимо до віроїдів. Це вже лише шматок РНК — без оболонки, без кодування білків. У них є тільки найголовніше — генетичний матеріал.
Історія їх відкриття чимось нагадує історію відкриття вірусів: так само все почалось із хвороби рослини — картоплі. На початку ХХ століття в США помітили (у СРСР це помітили трохи пізніше, в 1932 році), що якийсь патоген змушував листя втрачати колір, а бульби — зменшуватись і ставати . Масштаби хвороби були не надто загрозливими, тому Служба сільськогосподарських досліджень США потихеньку його вивчала. Після досліджень і відкидання всіх інших підозрілих агентів вирішили, що це був якийсь малий вірус, який, втім, вони так і не змогли виділити. На той час наукове товариство мало цілком стійкий консенсус, що організм без білкової оболонки не може інфікувати інших. Так само були певні, що нічого, легшого за один мільйон , теж не може бути інфекційним агентом. Але не лише це стояло на заваді. Річ у тім, що хвороба не прогресувала в картоплі достатньо швидко для проведення дослідів: учені не могли чекати декілька років, поки отримають новий заражений матеріал або відповідь, чи може їхній матеріал після дослідів інфікувати здорові рослини, бо тоді дослідження займали б настільки багато часу, що ставали б беззмістовними. З тих самих причин мушка дрозофіла стала ледь не основною моделлю для досліджень у генетиків минулого сторіччя: вона розмножується швидко, і є можливість перевірити свої теорії практично одразу.
Тож треба було шукати спосіб пришвидшити досліди. Науковці виявили, що агент чудово передається у помідорів (картопля і помідори — з одного сімейства пасльонових) — і ось через два тижні вони змогли отримати багато нового зараженого листя. Далі — доволі стандартне центрифугування, що, в теорії, легко відсортує вірус із враженого листя в акуратний окремий шар. Далі вчені спробували інфікувати нові рослини тим, що відцентрифугували, і отримали надзвичайно малі рівні зараження. Це одразу натякнуло дослідникам, що не все так просто: бо якби це був вірус, рослини б інфікувалися чудово. Отже, це було щось інше.
Тоді команда вирішила звернутися по допомогу до фітопатолога однієї з нещодавно відкритих вірологічних лабораторій — Отто Дінера. Після цього вирішили центрифугувати за іншою технологією, яка сортує частинки за густиною, і в різних частинках пробірки отримали різні смуги залежно від маси та розміру. Дослід показав, що агент — малий і легкий. До виділеного матеріалу додали фермент, який «з’їдав» РНК, і отримана суміш вже не інфікувала рослини. Вирішили спробувати ферменти для ДНК та поверхневих білків — і вони не мали жодного ефекту.
В принципі, відповідь вже була на поверхні: це принципово новий збудник, що складається лише із генетичної інформації. Він надзвичайно малий і не «упакований» у захисні шари. Але оскільки це було аж надто гучне відкриття, то ще п’ять років проводили виділення й опис агента, перевіряли результати й заповнювали прогалини в доказах. І от після невеликих суперечок наука прийняла існування раніше не відомих істот2.
Наразі всі відомі віріоїди інфікують лише рослини.
Є теорія, що віріоїди — це вітання зі світу, де ще не існувало ДНК і клітиного життя, та й загалом нічого, окрім молекул РНК, що плавали в океані біля геотермальних вулканів. Життю ж треба було з чогось починатись, і РНК — хороший старт, але це тема для іншої статті.
Якщо спуститися ще на рівень нижче, доходимо до пріонів. Це єдиний патоген, який не має генетичного матеріалу, тобто ДНК-РНК. Це «неправильно» згорнутий білок, який під час контакту з іншим білком може його «вивертати» і робити собі подібним.
Зрозуміло, що це не йде на користь організму, і в людей пріони викликають захворювання нервової системи (особливо сильно «псують» мозок): хворобу Кройцфельда-Якоба, Куру та фатальне сімейне безсоння. В останньому випадку помирають від безсоння, в середньому через 18 місяців після початку симптомів, які можуть з’явитися будь-коли між 18 та 60 роками. Це , під час якого в генах кодується неправильний білок, і замість нормального білка створюються пріони. Є лише 70 зареєстрованих сімей-носіїв цього гена, і ви навряд серед них.
Загалом, як і минулого разу, спочатку відкрили захворювання, а потім довго думали, що його спричиняє. У 1920 році неврологи Альфонс Якоб та Ганс-Ґергард Кройцфельд паралельно описали захворювання, що характеризувалося поступовим порушенням функцій мозку — деменцією (це втрата функцій мозку: зміна поведінки, погіршення розумових здібностей, втрата пам’яті), так само втрачається й адекватна робота м’язів — у більшості пацієнтів розвивається дискінезія, тобто мимовильні рухи, втрата координації або самовільне скорочення. Хворобу описали, але наукове співтовариство наступні 60 років розмірковувало, який збудник викликає хворобу.
У 1938 для захворювання зі схожими симптомами, але в овець — скрейпі (бо воно, серед іншого, змушувало овець нестримно чухатись) — теоретичним збудником призначили «повільний вірус», оскільки «інкубаційний період» був дуже довгий. На початку 1950-х у племені Форе Папуа-Нової Гвінеї відкрили Куру — захворювання, що дуже нагадувало скрейпі та Кройцфельда-Якоба. А під кінець 1950-х стало зрозуміло, що це різні прояви одного стану.
Оскільки експеримент з інфікуванням здорових овець зараженим матеріалом (мізки та спинномозкова рідина) показав, що здорові тварини інфікуються, стало очевидно: йдеться про якийсь інфекційний агент. Відкриття факту, що після інфікування можуть хворіти й миші, додало хмизу в жар. Щоб звузити коло пошуків, почали експерементувати й шукати, що може знешкодити цього агента. Вивчали взаємодію препарата з формаліном, ультрафіолетом, високою температурою, тиском, тощо. Почали припускати, що винуватцем може бути білок. Це було абсолютно дикою ідеєю для науки того часу, бо тільки нещодавно до кінця розібралися з тим, що спадкову інформацію переносить ДНК-РНК. Вперше голосно ця ідея прозвучала у 1967 році, з часом вчені отримували дедалі більше непрямих доказів. Та лише в 1982 цей білковий збудник знайшли і виділили. Відтоді термін «пріони» твердо увійшов у науку (і приніс Нобелівську премію 1997 року)3.
Як працюють пріони? Існує білок C, який кодується на ділянці двадцятої хромосоми. Це мембранний білок, тобто він існує у клітинній стінці (щоправда, ми не до кінця розуміємо, що саме він там робить). Але все добре лише доти, поки він не зустрінеться із таким самим білком, але в іншій формі — який його перетворить на собі подібного. Хоча «розмноження» пріонних білків є експонентним, інкубаційний період дуже довгий.
Ці аномальні білки з часом накопичуються в такій кількості, що утворюються амілоїдні бляшки — скупчення білка — що заважає мозку працювати, оскільки замість працьовитих клітин маємо блоки дуже стійкого матеріалу.
Є три варіанти виникнення такої проблеми. Перший — спадково («погані» гени); другий — інфікуваня (наприклад, поївши м’яса від худоби, хворої на ); третій — спорадично, тобто точна причина не встановлена.
Інколи шлях зараження може бути доволі несподіваним. І тут Франція нам дає два цікавих випадки. У першому ця країна наклала мораторій на дослідження пріонів після того, як другий випадок зараження науковця в лабораторії був підтверджений у 2021 році. Перший випадок, на жаль, закінчився смертю через 10 років після того, як дослідниця вколола великий палець щипцями під час роботи із зараженим матеріалом. Їй було лише 33 роки — на жаль, науковці теж гинуть у боротьбі з захворюваннями.
Другий випадок також трагічний. До того, як у Франції почали використовувати штучний людський гормон росту (на роки пізніше, ніж в інших країнах), використовували людський, який виділяли із гіпофізу мертвих людей (інколи навіть не у Франції, а в Болгарії, за декілька франків за штуку, напівпідручними методами). І ось маємо не менш ніж 200 випадків захворювання пріонами4.
Лікування, як ви розумієте, ще не винайшли. Адже як видаляти матеріал, який помолекульно сам організм і виробляє та акуратненько складає в доволі інертні, щільні блоки? Щоправда, зараз відбуваються дослідження препарату, який буде блокувати розмноження ще здорового пріонного білка. Також антитіла чи молекули можуть блокувати перетворення нормального білка. Варіанти для досліджень є, але все одно ліки явно не за рогом.
Летальність теж стовідсоткова. Це пригнічує, але за нас грає той факт, що захворювання трапляється відносно рідко — лише 1-2 випадки на один мільйон населення на рік5.
Специфічних порад щодо профілактики немає. Вони доволі очевидні й просто з точки зору здорового життя: не їжте мізки нещодавно померлих людей, не їжте м’ясо скажених корів (особливо їхні мізки), не використовуйте неправильно простерилізований медичний інструментарій.
Тому надзвичайно маленьких небезпек у нас достатньо — і треба пам’ятати, що паразити бувають не тільки за північно-східним кордоном, а ще й під електронним мікроскопом.
