Путешествие в каменный век. Среди племен Новой Гвинеи

Издавна для овец была известна такая болезнь, как «трясучка» [1] (в некоторых источниках — «почесуха» [2]) — скрепи (scrapie). Она развивалась медленно и заключалась в постепенном формировании фатальных нарушений в работе ЦНС. Такие патологии называются «энцефалопатиями». Болезнь была инфекционна и передавалась от животного к животному (трансмиссивное заболевание). Все заболевшие овцы погибали. Сходные энцефалопатии были описаны для диких жвачных, для кошек, норок и др. животных.

Долго не могли выделить инфицирующий агент и полагали, что трансмиссивные энцефалопатии имеют вирусную природу и таким образом передаются от одного животного к другому, а инфекционный агент может реплицироваться. Иными словами, если это вирус, то он имеет в качестве хранилища генетической информации нуклеиновую кислоту — ДНК или РНК. Вот она-то и реплицируется в клетках организма-хозяина. Как и у всех вирусов.

Но инфекционный агент при скрепи был резистентен (устойчив) к облучению в высоких дозах, к повышенной температуре и к различным химическим обработкам. Все такие воздействия инактивируют вирусы, поскольку их «сердце» — нуклеиновая кислота, весьма лабильная молекула. Обнаружили также, что инфицирующая фракция, выделенная из мозга погибших от скрепи овец, не содержит ни ДНК, ни РНК. В 1967 г. T. Alper показала, что репликация (воспроизведение) агента скрепи не зависит от нуклеиновых кислот. Был выделен соответствующий инфицирующий фактор — липидный фрагмент клеточных мембран мозга, но оставалось не ясным, как такое вещество может реплицироваться без ДНК или РНК [1, 3, 4].

Через несколько лет (конец 1960-х гг.) англичане I.H. Pattison и K.M. Jones продемонстрировали, что инфекционный агент скрепи является белком относительно малого размера, а англичанин J.S. Griffits обнаружил, что именно этот белок способен передавать болезнь и «воспроизводиться» [3].

Казалось бы, упомянутыми англичанами были заложены основы понимания механизмов возникновения скрепи. Однако, как мы увидим ниже, все лавры достались (и ныне достаются) американцу Стэнли Прузинеру (S.B. Prusner) (правда, он расставил окончательные акценты).

1.2. «Самовоспроизводящийся» белок — «аргумент» в пользу гипотезы о «самозарождении» жизни на Земле

Здесь нам уместно немного отвлечься от собственно прионных патологий и рассказать, какие кажущиеся аргументы это открытие дало в 1960–1970-х гг. в пользу теории биогенеза — теории о «самозарождении» жизни.

Если ты, друг, хорошо учил биологию в старших классах, то, наверное, помнишь всякие «первичные бульоны» Опарина, всякие «коацерватные капли» а также опыты Стэнли Миллера (правильнее их называть опытами С. Миллера — Г. Юри, поскольку и ученик Миллера Г. Юри принял в них весьма активное участие [1]).

Моделируя условия на первобытной Земле, Миллер помещал в закрытую колбу немного воды и заполнял ее смесью газов, которые, по мнению Юри, должны были составлять примитивную атмосферу: водорода, метана и аммиака. Затем через газовую смесь при 80^°С пропускались электрические разряды, имитирующие грозовые разряды. С помощью химического холодильника собирали продукты реакции. Через неделю в газовой фазе были обнаружены окись углерода, двуокись углерода и азот, а в охлажденном конденсате — биологически важные соединения, среди которых — некоторые аминокислоты, входящие в состав белков и ряд простых органических кислот.

В течение последующих двух десятков лет опыт был повторен с использованием самых различных газовых смесей, которые, как полагали экспериментаторы, могли бы существовать в составе примитивной атмосферы. Варьировали температуру (до 1000 °C), добавляли облучение, кварцевый песок и т. п. Изощрялись как могли. В результате получили чуть менее 20 аминокислот и ряд других простых органических соединений [1].

Недавно вполне современные нам исследователи — немцы Клаудия Хюбер (Claudia Huber) и Гюнтер Ватерхаузер (Günter Wächterhäuser) взяли уже смеси аминокислот и подвергли их столь же жестким и длительным воздействиям разной вонючей и ядовитой дряни при высоких температурах и высоковольтных разрядах. И вот, они поимели чуть-чуть дипептидов (соединения двух аминокислот) и совсем слезки трипептидов [5]. Крайне мало.

Но все радостно завопили: сами собой получились «биологически важные молекулы» — аминокислоты и даже какие-то «предшественники белков» (забыв, правда, что белки — это не дипептиды и не трипептиды, в белках от десятков до многих сотен остатков аминокислот). Газеты всего мира широко оповещали об этом эксперименте. Некоторые зашли столь далеко, что заявили следующее: «Немецкие химики создали живые клетки из комбинации аминокислот…» (цитировано по [5]). Каждому ясно, что аминокислоты с мелкими пептидами, с одной стороны, и белки клетки, с другой, это две большие разницы.

Однако вернемся к Миллеру — Юри. Получили аминокислоты и еще кое-то (в том числе некоторые нуклеотиды, из которых, как из кирпичей, построена ДНК). Параллельно в СССР функционировал престарелый, давно покойный ныне А.И. Опарин со своим Институтом по биогенезу и коацерватными каплями. В этих каплях, как он полагал, на первобытной Земле находились аминокислоты, которые превращались в белки. Все ломали себе голову, как же могла сама собой образоваться матрица информации — ДНК. Ведь если самовоспроизводящейся матрицы нет, то синтезированные путем драконовских опытов аминокислоты и даже пептиды ни к чему: как они могли реплицироваться сами собой? Даже если они и образовывались на «первичной Земле», то так и оставались там одинокими.

Тогда придумали гипотезу «жизнь без нуклеиновых кислот» — коацерватные капли и микросферы. Согласно ей, первыми информационными молекулами были белки и первые примитивные клетки функционировали без нуклеиновых кислот и без генетических систем. А.И. Опарин (и вместе с ним некоторые биогенетисты-эволюционисты Запада) предположил, что первые «клетки» появились в тот момент, когда вокруг одной или нескольких макромолекул белков, обладавших ферментативной (каталитической) активностью, возникла некая отгораживающая их от среды граница, или мембрана. Одно из следствий этой гипотезы состояло в том, что генетический аппарат, обеспечивающий точное воспроизведение клеточных катализаторов, возник на более поздних стадиях биологической эволюции. Эта гипотеза о возникновении «жизни без нуклеиновых кислот» до сих пор все еще поддерживается некоторыми сторонниками самозарождения живого [5].

Понятно, что приведенный бред, не имеющий никаких оснований ни в законах природы, ни в свойствах живой материи, не поддерживался даже большинством биогенетистов, которые стали придумывать, как лучше объяснить «самозарождение» матрицы ДНК.

Но тут-то и подоспела «самореплицирующаяся» белковая частица скрепи. Биогенетисты ухватились за нее: вот, де, белок, а самовоспроизводится. Радостно оповещали об этом (см., например, старую, но исчерпывающую монографию [1]).

Время показало, что они, мягко говоря, не правы. Стэнли Прузинером было обнаружено, что эта частица вовсе не «самовоспроизводится». Эта частица — просто измененный белок, который в норме присутствует в клетках. И инфицирующий агент просто трансформирует такие же, но нормальные белки, в подобные ему, инфицирующему (подробно будет в разделе 2.3).

1.3. Исследования С. Прузинера

В научной статье [3] (“Chem. and Eng. News”) сказано следующее: «В 1982 г. Стэнли Прузинер — профессор нейрохимии Калифорнийского университета в Сан-Франциско, показал, что нуклеиновые кислоты не связаны с инфекционным агентом скрепи». Это статья 1998 г. [3]. Да, забыли, забыли на Западе, что все это показали еще англичане в 1960-х гг. (см. выше). Вот так-то друг…

Прузинер назвал инфекционный агент «Прион» (“Prions”), что расшифровывается как “proteinaceous infection particles” — белковоподобные инфекционные частицы. Затем он выделил этот белок (что, конечно, похвально и трудоемко весьма) и клонировал кодирующий его ген (и это крайне сложно и важно) [3, 4].

Далее С. Прузинер исследовал причины возникновения не только скрепи, но и так называемого «бешенства» коров (ГЭ КРС), появившегося в 1980-х гг. в Великобритании и передававшегося людям (см.