【狂牛症話題】普恩蛋白也向病毒學會了變種?

。 美國的研究發現,雖然普恩蛋白(Prion)只是一小段折疊出錯的蛋白質,根本沒有核酸,但是它卻具有演化的能力。這打破了過去病原學研究中的假設:所有病原體都具有可複製的核酸。

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普恩蛋白的結構示意圖

編譯? ∣? 盧愛羅

  新研究發現,引發狂牛症的致病原:普恩蛋白(Prions, proteinaceous infectious particles,意為『蛋白質傳染性粒子』),在牛、羊、實驗室老鼠或人類等不同物種間轉移時,能產生新變種,並在含有抑制藥物的細胞內存活下來。

  一般認為,普恩蛋白昰種錯誤折疊版本的腦蛋白PrP,不含DNA或RNA,因此無法產生突變。但普恩蛋白們仍有種種不同的特性,推測很可能是由於蛋白質不同的折疊方式和形狀造成的。去年(2009年)12月31日在《Science Express》發表的研究中,科學家估計了普恩蛋白在養殖的人類神經細胞中突變的速率。此外,研究更顯示出,一旦出現變種,他們在細胞中維持低量存活,而造成細胞中多變異的普恩蛋白族群。

  韋斯曼(Charles Weissmann)博士在美國佛羅里達州的斯克利比研究院(Scripps Florida)傳染病原學部門主持這項研究。他表示,從表面上看來,普恩蛋白與病毒有著完全一樣的自我適應和突變的過程。

  為追踪普恩蛋白的突變,韋斯曼的團隊在每個培養皿中混合一個被普恩蛋白感染的人類神經細胞與一千個未受感染的人類神經細胞。被感染的細胞中包含一個特定的普恩蛋白,能受到一種稱為苦馬豆素(swainsonine)的藥物的抑制。然後,讓這些細胞在有苦馬豆素存在的培養皿中生長。因為每個培養皿一開始只有一個受藥物抑制的普恩蛋白,當有任何其他細胞感染了普恩蛋白時,就表示耐藥菌株已經產生,並釋放且感染其他細胞。根據細胞分裂的速率與感染細胞的數量,可粗略估普恩蛋白變異的速率。

cattle@wiki
食物受到普恩蛋白污染,會使牛的腦出現病變,也就是俗稱的狂牛症(Bovine spongiform encephalopathy,BSE)。

  研究人員歷時22天,才開始觀察到受新變種普恩蛋白感染的細胞,意即約經過了22次細胞分裂。在其他培養皿則要超過50次細胞分裂才能看見。從這些結果,韋斯曼的團隊估計每100萬個新普恩蛋白的形成中會有一個變種。

  研究人員指出,他們估計的突變率僅反映一種特定抗藥性普恩蛋白。在有多重型態普恩蛋白的環境下,整體的突變率可能會更高,且更多樣化。

  韋斯曼的團隊也發現,抑制藥物停給後,普恩蛋白與病毒有類似行為:在沒有抑制藥物的環境中,也會重新對此抑制藥物產生敏感性。研究人員取出培養液中的苦馬豆素,在細胞分裂了10次左右後,這些細胞開始重新分泌出能被苦馬豆素抑制的普恩蛋白。目前還不清楚這些對藥物敏感的普恩蛋白是來自於新的變種,還是原本就在含有藥物的環境中低量維持著。但無論如何,一個月後,全體普恩蛋白中仍有0.5%具有抗藥性,說明這耐藥變異能以少數維持在族群中。

  這個新的事實,新的普恩蛋白「亞系」(sub-strain)可以在短短的幾十細胞分裂期中出現、傳播,表明普恩蛋白的耐藥性在宿主的一生中可以輕易發展出來,不管昰老鼠還昰人類都一樣。因此,試圖以抑制普恩蛋白藥物作為治療的策略,極可能失敗。另一個比較有指望的辦法,可能是試圖穩定或減少正常的腦蛋白PrP的生產(記得嗎?普恩蛋白只是錯誤摺疊的PrP而已)。韋斯曼早先的研究指出,透過基因工程改造出缺乏PrP的老鼠,十分健康正常,這表示PrP(至少對這些動物來說)不是必要的。其他研究團隊則試圖將製造PrP的基因「關掉」,或使用抗體結合掉正常PrP,作為日後治療普恩蛋白疾病的方向。

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。 附錄‧Prion肆虐地圖:?

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來自英文wiki上的圖,深綠色區域已出現人類的普恩感染疾病(vCJD,賈庫氏症);淺綠色區域目前只有狂牛症(BSE)的報告出現。

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延伸閱讀:Prions具有達爾文演化上的適應與改變能力

責任編輯:MissZoe

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