15.04.2004 10:02
Основой нанотехнологий будущего могут стать губительные белки - прионы
Радик КАГИРОВ
Напрашивается великолепный сюжет для фантастического фильма. Ученые использовали губительные для людей белки для производства новейших микрочипов, и вдруг через несколько лет оснащенные этими мини-устройствами существа "заболевают" и выходят из-под контроля - начинается восстание машин, повальное сумасшествие "терминаторов".
Повод для такого сюжета реален. Американские исследователи представили результаты работ по проекту создания микроскопических блоков для ультраминиатюрных устройств: основой нанотехнологий будущего могут стать губительные белки - прионы, инфекционные агенты, которые "живут" в головном и костном мозге животных и людей и вызывают нейродегенеративные заболевания (коровье бешенство, болезнь Крейцфельда-Якоба). Термин "прион" придумал американец Стенли Прузинер, получивший в 1997 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Он впервые предположил, что коровье бешенство и другие виды губчатообразной энцефалопатии вызывает белковая молекула, свернувшаяся необычным образом.
Большинство белков поддерживает только одну форму на протяжении всей жизни. Прионы - обычные белки, которые располагаются на поверхности нервных клеток. В нормальном состоянии их молекулы скручены определенным образом. По какой-то причине молекула приона может внезапно изменить свою форму, раскрутиться и приобрести "неправильную" конфигурацию. Более того, они влияют на другие белки того же типа, "заражают" этой способностью. Белки в этих развернутых скоплениях прекращают свои нормальные функции и либо умирают, либо убийственны для клетки и в конечном счете для организма. На месте погибшей нервной клетки образуется пустота, заполненная жидкостью. Постепенно в мозговой ткани образуются микроскопические поры, как дырки в швейцарском сыре. Больной мозг напоминает пористую губку, отчего возникло название этой группы заболеваний - губчатообразная энцефалопатия.
Структурные свойства прионов обеспечивают их высокую стабильность и способность к самовоспроизведению. Нейробиологи из команды Сьюзен Линдквист из Массачусетса недавно установили, что они способны самостоятельно соединяться в сверхтонкие и очень прочные нити. Прионы, извлеченные из генетически модифицированных дрожжей, образовывали волокна длиной до нескольких миллиметров, диаметром около 100 нанометров (миллионная часть миллиметра). Толщина человеческого волоса около 100 000 нанометров.
Белковая нить не проводит электричества - ее покрывают тонким слоем золота. Когда попробовали пропустить ток по этому проводнику, оказалось, что он обладает гораздо меньшим сопротивлением, чем другие микропровода.
Традиционными способами получать такие "проволочки" невозможно, а их толщина на порядок меньше, чем при традиционных технологиях микроэлектроники.
Каково будет в фильме поведение заболевших киборгов, догадаться нетрудно. Симптомы известны. Неровная походка, потом полный паралич ног. Животные теряют в весе и становятся беспокойными, боязливыми - боятся узких проходов, коридоров и загонов. Коровы агрессивны, скрежещут зубами, стараются отделиться от стада, резко реагируют на свет, звук, прикосновение. Целый набор эффектных приемов, с помощью которых можно сыграть "бешеного Терминатора". Полуроботы-получеловеки будут патологически агрессивны и, главное, забудут, на кого работают. У людей происходит нечто подобное - кроме нарушения координации движений и конвульсий, у больных наступает полная потеря памяти.
Оказалось, что прионы имеют прямое отношение к свойствам человеческой памяти. Недавнее исследование подсказывает, что может быть устройством хранения памяти. Весьма удивительно было найти, что определенную роль тут играет прионоподобная деятельность. И это может помочь объяснить одну из наименее понятых функций мозга.
Каусик Си из Колумбийского университета обнаружил, что белок, имеющий отношение к сохранению долговременной памяти, содержал отличительные признаки приона. Белок CPEB (cytoplasmic polyadenylation element binding protein), будучи в состоянии приона, проявляет полезные качества. Он находится в синапсах центральной нервной системы - в переходах, которые соединяют нейроны в мозгу. При обучении формируются новые межнейронные связи, усиливаются прежние. CPEB синтезирует белки, которые усиливают эти соединения, позволяя сохранить память на более длительный период.
При исследовании ученые извлекли CPEB из морского слизня. Это непритязательное существо высоко ценят в нейробиологии, потому что его нейроны настолько большие, что ими можно манипулировать и использовать их как инструмент для исследований. Обнаружено, что CPEB изменял форму и вынуждал другие белки сделать то же самое - в точности как прион. Вторая находка: CPEB выполнял нормальную функцию по синтезу белка, когда был в состоянии приона.
Полученные результаты указывают на то, что прионы участвуют в фундаментальных процессах. Эта находка противоречит точке зрения, что преобразование в состояние приона является однозначно отрицательным - оно может быть эффективным при использовании нормальной функции белка. Не исключено, что в нейронных синапсах млекопитающих прионные свойства CPEB могут быть механизмом, который позволяет хранить долгосрочную память. Теоретически прионы идеальны для этого. Они могут переходить в это состояние быстро и без больших энергозатрат. Состояние приона очень стабильно и может самоподдерживаться в течение месяцев, даже лет.
Исследователи уверены: их ждут новые интересные результаты. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 2000 года Эрик Кэндел заявил, что не будет удивлен, если этот вид прионного механизма будет обнаружен в таких областях, как развитие рака и даже формирование органов. Выходит, полезное и губительное чем-то похожи. Как в драматургии - все балансирует на тонкой грани между добром и злом.
Небольшое количество людей, пострадавших от губчатообразной энцефалопатии - слабое утешение. По мнению некоторых ученых, в Европе ею заражены сотни тысяч людей, но об этом они даже не догадываются. Инкубационный период коровьего бешенства у людей может длиться 30 лет. Вакцина против коровьего бешенства еще не создана. И потому ученые опасаются, что очередная "чума века" еще себя покажет. Но это сюжет для другого фильма. Конечно, по закону хеппи-энда люди найдут способ победить повальную заразу.
Недавно обнаружен фермент, под действием которого белки-прионы разлагаются. Однако пока речь идет лишь об успешном эксперименте "в пробирке". Об этом проинформировала группа американских и голландских ученых. Ферментом, разлагающим эти белки, оказалась кератиназа, выделенная из бактерии Bacillus licheniformis. Один из авторов работы, профессор университета Северной Каролины Джейсон Ших, решил проверить, как воздействует кератиназа на ткани головного мозга животных с прионными заболеваниями. Оказалось, что в присутствии определенного поверхностно-активного вещества (детергента) прион деградирует бесследно. Успех профессора Шиха по разложению болезнетворных прионов с помощью бактериальной кератиназы был достигнут in vitro. Уже запущен проект стоимостью 190 тысяч долларов по изучению воздействия кератиназы на прионы коровьего бешенства у специальной линии мышей. А сегодня с уверенностью можно говорить только об использовании разрушающего воздействия кератиназы на прионы для обеззараживания медицинского и лабораторного оборудования.
В украинских школах будет пятидневка
добавить ресурс
.gif){kind=small}
Переработка мусора:
ТБО и другие проблемы современности:
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.