Kmalu po drugi svetovni vojni so avstralski kolonialni upravniki na odmaknjenih planotah Papue Nove Gvineje med pripadniki maloštevilnega plemena Fore opazili nenavadno bolezen. Domačini so jo imenovali kuru, kar v lokalnem jeziku pomeni tresenje. Oboleli namreč postopoma niso bili več zmožni koordinirati svojih mišic, zato so se začeli tresti, občasno pa so se tudi povsem nekontrolirano smejali ali jokali. Ko so se enkrat pokazali prvi simptomi bolezni, je bila smrt obolelega samo še vprašanje mesecev.
Nenavadne prehranjevalne navade domačinov
Ko je leta 1957 na Novo Gvinejo prispel takrat triintridesetletni ameriški zdravnik Carleton Gajdusek, so ga pripovedi kolonialnih oficirjev o skrivnostni bolezni takoj pritegnile. Odpravil se je k plemenu in se lotil natančne analize, da bi odkril pravi vzrok bolezni. Da je lahko Gajdusek raziskoval bolezen, je moral pridobiti vzorce tkiva obolelih domačinov. Največkrat mu je to uspelo tako, da je nekako odkupil truplo umrlega in naredil obdukcijo, včasih kar na kuhinjski mizi svoje koče, vzorce tkiva pa shranil kar v skupnem hladilniku.
Ko je z različnimi testi izločil možnost, da bolezen povzročajo okužbe z virusi ali bakterijami, je preučil še vse okoljske dejavnike, ki bi lahko botrovali izbruhu bolezni. Analiziral je hrano, ki so jo jedli prebivalci plemena, prav tako pa tudi okolico njihovih prebivališč. Vendar mu vzroka bolezni ni in ni uspelo ugotoviti. Še huje: bolezni mu ni uspelo umestiti v nobeno od najbolj splošnih medicinskih kategorij, po katerih razvrščajo obolenja. Videti je bilo, da kuru ni ne genetsko obolenje, ne infekcija, pa tudi ne posledica vpliva okolja ali psihosomatska motnja.
Po dolgem raziskovanju, ki ga je nadaljeval tudi v ZDA, mu je uspelo pokazati, da se bolezen prenaša preko možganskega tkiva. Ko je z vzorcem možganov obolelega okužil možgane zdrave opice, je ta zbolela. Leta 1976 je za svoje raziskave “povsem nove oblike infekcije” dobil Nobelovo nagrado za medicino.
Kmalu je postalo tudi jasno, zakaj se bolezen tako hitro širi predvsem med ženskami in otroki tega plemena. Izkazalo se je, da je za epidemijo bolezni kuru kriv ritualni kanibalizem, ki ga je pleme prevzelo od svojih sosedov. Zanje je bilo namreč značilno, da niso skuhali in pojedli svojih sovražnikov, ampak kar lastne mrtve. Kulinarični obred je bil del njihove kulture poslavljanja od umrlega. Pogreb so simbolno enačili s prebavljanjem in različne dele kuhanega telesa pokojnega so si delili po hierarhični strukturi, prepovedano je bilo le hranjenje z ožjimi člani družine. Če je bila pokojna ženska, so, recimo, njene snahe dobile roke in noge, svakinje pa zadnjico in črevesje. Če je bil pokojni moški, so njegova moda dobile žene stricev.
Zdaj že štiri desetletja na Novi Gvineji kanibalizma ni več, saj so ga kmalu po prihodu uspešno pregnali misijonarji. Vendar še vedno vsako leto za to boleznijo umre nekaj starejših pripadnic plemena Fore, kar pomeni, da je inkubacijska doba lahko tudi zelo dolga. Ocenjujejo, da je za to boleznijo skupaj umrlo skoraj tri tisoč domačinov.
Je kršena centralna dogma molekularne biologije?
Vendar Gajdusek ni bil edini, ki je za raziskovanje tega zanimivega področja medicine prejel Nobelovo nagrado. Leta 1997 je to prestižno znanstveno nagrado dobil še Stanley Prusiner, ki mu je uspelo bistveno nadgraditi Gajduskova spoznanja in razkriti mehanizem, kaj se pri tej in podobnih boleznih resnično dogaja na ravni molekul. (Gajdusek je postal znan tudi kot eden redkih nobelovcev, ki je moral na stara leta v zapor. Leta 1997 so ga v ZDA obsodili na osemnajst mesecev zapora zaradi pedofilije. Tako je za Prusinerjevo Nobelovo nagrado izvedel ravno med prestajanjem kazni.)
Leta 1972 je Prusinerju, takrat še mlademu nevrologu v San Franciscu, za creutzfeldt-jakobovo boleznijo, ki jo danes zaradi norih krav vsi zelo dobro poznamo, umrl pacient. Ker bolezni takrat ni dobro poznal, se je zakopal v literaturo in ugotovil, da so s poskusi na živalih dokazali, da se creutzfeldt-jakobova bolezen, praskavec pri ovcah in eksotični kuru iz Papue Nove Gvineje vsi prenašajo z inficiranjem zdravih z vzorcem bolnih možganov.
Ker je bilo za raziskave dovolj le materiala okuženih ovac, se je odločil, da bo izoliral povzročitelja praskavca, bolezni centralnega živčnega sistema, za katero oboleva drobnica. Metoda takšne izolacije je bila zahtevna, saj je bilo treba iz kužnega tkiva postopoma odstranjevati posamezne tipe molekul in preizkušati, ali povzročijo obolenje. Bolj natančno je šel postopek takole: oboleli živali so vzeli del tkiva možganov ter ga dali v centrifugo, da so se posamezne molekule med seboj ločile. Nato so posamezne ločene vzorce vsakega posebej vbrizgali v miško in preverili, kateri del je še zmeraj kužen. Tega so nato še naprej delili na faze in opazovali, katera še povzroča bolezen.
Prve hipoteze so govorile o nekakšnih počasnih virusih, a se je izkazalo, da ekstrakt obolelih možganov še vedno povzroči okužbo, tudi če s sevanjem v njem uničijo vse nukleinske kisline, v katerih je zapisan dedni material virusov. Prav tako so ugotovili, da z dodatkom encimov, ki deformirajo proteine, vzorec ni več tako kužen, kar pomeni, da so zelo verjetno glavni povzročitelji bolezni proteini.
Proteini so zelo pomembne molekule našega telesa, ki jim pravijo tudi roboti narave. Proteini so namreč tisti, ki v celicah izvajajo najrazličnejša opravila. Zgrajeni so iz dolgih verig aminokislin, ki pa se ne plazijo po celici kot dolge kače, ampak se takoj po nastanku oblikujejo v zapletene strukture. Šele v tej obliki postanejo namreč aktivni in lahko opravljajo najrazličnejše naloge. Protein z imenom hemoglobin, recimo, po krvi nosi kisik.
Vendar pa nikomur ni bilo jasno, kako se lahko proteini razmnožujejo, če ni zraven tudi zapisa DNK ali RNK, v katerem bi bila spravljena navodila za njihovo izdelavo. Po klasični teoriji, na kateri temelji vsa moderna biologija, je dedni material spravljen v molekulah DNK, in na osnovi teh podatkov se v celicah proizvajajo proteini, ki nato za telo opravljajo najrazličnejše naloge. Po tej teoriji, ki ji pravijo tudi centralna dogma molekularne biologije, poteka prenos informacije le v smeri od DNK k proteinom in nikakor ne obratno. Protein ne more proizvesti navodil za svojo izgradnjo in jih zapisati v genom celice. Česa takega gotovo ni sposoben. Nasprotno pa celica lahko proizvaja proteine, katerih načrte za izgradnjo ima shranjene v svojem dednem zapisu.
Slabi zgledi vlečejo tudi med molekulami
Postavljenih je bilo kar nekaj hipotez, ki so poskušale najti odgovor na to uganko skrivnostnih kužnih proteinov, a nazadnje se je za pravilno izkazala morda najbolj nenavadna hipoteza, ki je Prusinerju prinesla tudi Nobelovo nagrado. Ker se je zavedal, da je promocija pomembna tudi znotraj znanosti, je za svojo inovativno idejo potreboval še atraktivno ime. Hotel je nekaj preprostega, kar bi šlo hitro v ušesa in bi zvenelo podobno kot že uveljavljena znanstvena poimenovanja, kot so kvark, proton, nevtron, elektron… Tako se je rodil prion.
Po navadi je stabilna samo ena oblika proteina. Prioni so med proteini posebnost, saj imajo dve stabilni obliki. Običajna naravna oblika se nahaja v zdravih organizmih, medtem ko druga oblika povzroča bolezen. Najbolj nenavadno pa je, da ima “slab” prion zelo veliko moč novačenja. Če se sreča z “dobrim” prionom, ga bo ob njunem stiku zelo verjetno spremenil v “slabega”. Takšna misija spreobračanja pa ima za posledico, da se lahko ob prisotnosti le peščice “slabih” prionov postopoma večina prionov pretvori v “slabe”. In ravno to se zgodi pri prionskih boleznih. V primeru prionov gre tako za proteine, ki se lahko množijo, ne da bi bili pri tem udeleženi geni.
Pri spontani creutzfeldt-jakobovi bolezni pride do nastanka prvih “slabih” prionov po naključju in ti potem začnejo svojo misijo spreobračanja. Približno v letu dni od prvih simptomov pacient podleže bolezni. Nekatere družine, na srečo jih je le nekaj sto na vsem svetu, so genetsko nagnjene k temu, da so zaradi malo spremenjenega genetskega zapisa prionskega proteina bolj podvržene tej bolezni. S “slabimi” prioni pa se lahko tudi okužimo. Največ primerov je bilo, ko so se ljudje okužili med preiskavami možganov, saj so zdravniki večkrat uporabili recimo iste elektrode, preko katerih so se z obolelega pacienta “slabi” prioni prenesli na zdrave in začeli svojo morilsko misijo.
Mutacija v zapisu gena za prionski protein pa lahko povzroči tudi nenavadno bolezen, ki so jo poimenovali fatalna družinska nespečnost. Prvič so jo opisali v osemdesetih letih pri neki ugledni italijanski družini, kjer so že več stoletij predniki umirali v srednjih letih zaradi nenavadnih simptomov, ki jih je vedno spremljala nespečnost. Nekje med petintridesetim in šestdesetim letom nekateri člani družine nenadoma niso mogli več normalno zaspati. Težav se ni dalo odpraviti niti z močnimi uspavalnimi tabletami in so se le še stopnjevale iz meseca v mesec, dokler ni pacient zaradi izčrpanosti padel v komo, in še preden je preteklo leto od prvih simptomov, je tudi umrl.
Zdravila proti prionskim boleznim še ni. Zelo težko je namreč preprečiti, da “slab” prion ne bi spreobračal drugih prionov na kriva pota, ko je enkrat v telesu. Običajna zdravila, s katerimi se uspešno spopadamo z virusi in bakterijami, tu odpovedo. Priona v živem telesu se skorajda ne da “ubiti”.
