O úloze mutací v prionových chorobách doteď existovaly dvě teorie. Jedna tvrdila, že mutace dělají z přenašečů jedince náchylnější k infekci prionů vyskytujících se v prostředí, druhá, že samotné mutace mohou být příčinou nemoci a že samovolně dávají vznik generaci infekčních prionů.
Priony prospívají i škodí
Priony mohou prospívat naší mysli tím, že podporují uchování paměťových stop (nedávné poznatky nositele Nobelovy ceny Erica Kandela). Priony ale také jsou příčinou chorobných stavů. Jde o zvláštní infekční záležitosti, kdy infekce se nepřenáší virem ani bakteriemi, nýbrž infekčním proteinem. Infekcí přenesená choroba se neprojeví ani v DNA ani v RNA postiženého.
Z historie dobře známe, že některé prionové choroby, jako BSE, mohou být přeneseny ze zvířat na člověka. Na vznik nemoci se názory různí a jejich rozluštění zajímá farmáře, ale i lékaře a pracovníky dbající nad bezpečností potravin.
Priony jsou špatně poskládané PrP proteiny. V jejich normální formě se s nimi setkáváme v mozku a v nervových tkáních. Při zvláštních okolnostech, jakou je například kontakt s priony nacházejícími se v prostředí, se může protein PrP změnit ze svého normálního tvaru do „zašmodrchaného“, zvaného prion. Jakmile jednou protein změní tvar a stane se prionem, vytváří dlouhé řetězce (shluky), nervová buňka se jich nedokáže zbavit a výsledkem je odumírání mozkové tkáně.
Která ze dvou teorií o úloze mutace je ta správná?
Aby zjistil, zda mutace v PrP genu může být příčinou vzniku infekční prionové choroby, Walker Jackson z týmu Susan Lindquistové z Whitehead Institute for Biomedical Research, vytvořil myš s takzvaným knock-in PrP genem. Jde o zvíře geneticky modifikované. Obdobně, jako lze v genomu provést genový knock-out (vyřazení genu z činnosti), lze složitějšími technikami genetického inženýrství sledovaný gen vyjmout, ve zkumavce jej upravit požadovaným směrem a takto pozměněný jej zase vložit na jeho původní místo zpět do genomu. To vše se neprovádí na tom samém organismu, nýbrž na embryonálních buňkách, ze kterých se pak geneticky upravené myši rodí. V našem případě u pokusných myší zaměnili vědci myší gen pro myší PrP protein (který myšce z genomu vystřihli) za upravený gen, který v sobě měl FFI mutaci. FFI mutace je záležitost lidská a je spojena s chorobou zvanou fatal familial insomnia (FFI). Jde o prionovou nemoc, kterou poprvé objevili u jedné italské rodiny (1974). Později se zjistilo, že ji způsobuje mutace na prionovém proteinovém genu v kodonu 178 a jde o variantu jiného prionového onemocnění zvaného Creutzfeldt-Jakobova choroba. Projevuje se nespavostí, zpočátku střídanou záchvaty nadměrné aktivity (projevy jsou podobné jako u ovčí prionové choroby zvané klusavka). Nemoc se postupně zhoršuje, nespavost je neléčitelná a nemocný vždy umírá na celkové vyčerpání z neschopnosti usnout
.
Myš s lidským genem
To, že si vědci dali tolik práce s přípravou myši nesoucí mutaci způsobující lidskou prionovou chorobu, mělo pro daný cíl velký význam. Snažili se prokázat vliv mutace na vznik nemoci a to, že pracovali s myší s lidským genem, jim umožnilo vyloučit chyby, kdy by došlo u myši k projevu nemoci jež by vznikla přenosem infekce od jiných nemocných myší (tedy infekcí z prostředí). Lidská FFI mutace je řídce se vyskytující onemocnění a přenos infekce do myšího chovu je nepravděpodobný.
Knock-out versus knock-in
Dřívější genetické pokusy, vedené snahou připravit zvířata odolná k prionovým chorobám, využívaly většinou techniku genového knokautu (knock-out). Nejde o nic jiného, než o zničení genu. Ničit je podstatně jednodušší a o takto vzniklém skotu bez prionů psal Osel například zde) Později se techniky genového inženýrství vyvinuly tak, že bylo možno geny nejen ničit, ale také vkládat opravené zpět do genomu. Způsobů, kterými je to možno provést je více, ale většinou jde o virem (vektorem) vpašovávané geny. Při přenosu při němž asistují upravené viry se gen zabudovává všude, kam se mu nesenou informaci podaří „nacpat“. Většinou jde o zabudování do náhodného místa v genomu. Ćasto k tomu dojde i tam, kde nemá. Nevýhody takových zákroků netřeba rozvádět. Zde zmiňovaná technika (knock-in) dovoluje pomocí specifických enzymů vyjmout jen daný gen z jeho místa a zase jej po úpravě na stejné místo vložit zpátky. Je tak zaručeno, že gen bude skutečně funkční a pokud se nějaká změna v jeho funkci projeví, je možné ji připisovat na vrub onomu zkoumanému genu (jeho variantě).
Knock-in myš s lidským genem a vývoj nemoci
Veškeré zdravotní změny u „knock-in myší“ připravených v laboratoři Whitehead prenesením mutovaného lidského genu (způsobujícího u lidí FFI) lze přičítat na vrub pouze onomu jednomu genu, který vědci myši do genomu vpašovali. Nikdo nemůže vznést námitku, že výsledek mohl být zapříčiněn přirozenou infekcí ze zamořeného prostředí.
Knock-in myšky s lidským genem pro prionovou chorobu se zpočátku vyvíjely normálně. V době jejich dospělosti ale u nich propukly stejné příznaky jako u lidí trpících chorobou FFI. Záchvaty přehnané aktivity vystřídala apatie a poruchy spánku. Rozbor myších mozků vykazoval poškození typická pro lidi – především měly poškozenou oblast thalamu.
Když si Jacksonův tým potvrdil, že u myší s lidskou mutací genu pro prionovou chorobu FFI se stejná choroba vyvine i u myší nesoucí tuto mutaci, provedl přenos prionů. Izolované priony z mozku nemocných myší (myší nemocných v důsledku lidské mutace), injikoval zdravým myším. Také ony po čase propadly nemoci, čímž se prokázala infekčnost mutací navozených prionů.
Závěr
Tým spolupracovníků Susan Lindquistové vytvořil infekční priony a udšlal to mutací genu pro prionový protein. Jde o mutaci, jež vede k záměně jedné aminokyseliny v proteinovém řetězci. Dokázali tím, že zmíněná mutace je zodpovědná za vznik nemoci a že mutací vznikající protein je infekční. Umně naplánovaným pokusem se jim podařilo vyrazil z ruky argumenty oponentům této teorie, kteří by jejich výsledky zcela jistě označili za neprůkazné – například v důsledku možného vlivu prostředí.
Jejich pokus s konečnou platností potvrdil platnost jedné z výše zmíněných teorií o vzniku prionových chorob. Je to důkaz, že záměna jedné aminokyseliny v proteinu vede k tomu, že se tento protein stává infekčním.
O tom, jaké nebezpečí hrozí lidem, jež jsou v kontaktu s nemocnými zpráva nehovoří. Z dřívějších pozorování v postižených rodinách se lze domnívat, že riziko velké nebude. Nicméně z malérů, které prosákly ven z britských nemocnic je známo, že přenos prionů chirurgickými nástroji je možný, stejně jako přenos nakaženou krví. Zpochybnit nelze ani přenos alimentární cestou. Z poznatků získaných na knock-in myších plyne poučení - půjčovat si injekční jehly, či provozovat orální sex s osobou s mutací FFI doporučit rozhodně nelze.