Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир

В 1950-х годах в деревнях племени форе в Папуа – Новой Гвинее разразилась эпидемия странной болезни, которая вызывала у людей дрожь и неконтролируемые приступы смеха. Ежегодно она уносила до 200 жизней из примерно 11-тысячного племени. (Чтобы оценить масштаб потерь, представьте, что жуткая смерть постигает 150 тысяч ньюйоркцев в год.) Изучив структуру заболеваемости и возможные способы заражения, антропологи и клиницисты пришли к выводу, что болезнь, получившая название «куру» (на языке форе значит «дрожать»), распространяется путем ритуального каннибализма: семьи поедали тела умерших родственников, демонстрируя так любовь и уважение и помогая душам усопших освободиться⁸. Примерно в это время австралийское правительство, управлявшее Папуа – Новой Гвинеей, запретило каннибализм, что привело к стабильному снижению заболеваемости куру[17]. Но установить возбудителя болезни удалось лишь спустя десятилетия[18]. Людей форе убивали не бактерии, не вирусы и не паразиты, а белок – белок необычный, способный принимать одну из двух характерных форм. В «нормальной» форме этот белок выполняет свои обычные функции. В «неправильно свернутой» – нет, но еще хуже то, что он подталкивает другие белки принимать некорректную форму и объединяться в волокнистые агрегаты. Таким образом, аномальный белок можно считать инфекционным: часть съеденных молекул неправильной формы попадает в мозг, где запускает структурные изменения в белках с изначально безвредными аминокислотными последовательностями. Эти изменения амплифицируются в нервной системе больного и передаются после его смерти дальше, съевшим его обитателям деревни. Череда событий здесь напоминает о романе Курта Воннегута «Колыбель для кошки», в котором вымышленная форма воды «лед-девять», пребывающая в твердом состоянии при комнатной температуре, при контакте с обычной водой запускает процесс ее кристаллизации и преобразования в лед-девять. Итоговая цепная реакция оказывается еще более смертоносной, чем куру. Впрочем, в отличие от льда-девять, куру существует на самом деле.

Белки, способные сворачиваться в разные формы и выступать инфекционными агентами, называют прионами, и теперь мы знаем, что именно они вызывают некоторые болезни людей и других животных. Одна из них – губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота, более известная под броским названием «коровье бешенство». Как и куру, это нейродегенеративное заболевание. Оно тоже вызывает дрожь, повышает возбудимость и нарушает координацию движений, но только у коров, а не у людей. Вспышка болезни в Великобритании в конце 1980-х затронула около 200 тысяч коров, и более 4 миллионов животных пришлось убить, чтобы остановить эпидемию. И все же болезнь успела передаться людям. Больше 100 человек умерли от ее человеческого аналога, нового варианта болезни Крейтцфельдта – Якоба, почти наверняка вызванного употреблением мяса больных животных. Но как же заразились коровы? Снова каннибализм! Фермерским коровам регулярно добавляли в пищу мясокостную муку, которая должна была ускорять рост и повышать продуктивность скота, а заодно служить способом утилизации отходов животноводства⁹. После вспышек болезни эту форму каннибализма запретили: в 1989 году – в Великобритании, а теперь и почти во всех странах мира (это справедливо для жвачных вроде коров и овец; другим сельскохозяйственным животным, например курам и свиньям, мясокостную муку, как правило, давать разрешено).

Само существование прионов какое-то время оспаривалось. В 1980-х возглавляемая Стенли Прузинером группа исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Франциско после 10-летних трудов выделила возбудителя почесухи (скрепи) – овечьего аналога губчатой энцефалопатии коров – и определила его как белок. Заявление ученых встретили с огромным скепсисом: в отличие от бактерий, вирусов и паразитов, в примитивной аминокислотной последовательности не просматриваются черты самостоятельного агента, и потому действительно сложно представить, как она распространяется, амплифицируется и вызывает болезнь. Тем не менее, проведя скрупулезный анализ и исключив другие возможности, ученые доказали состоятельность прионной гипотезы.

Прионные и прионоподобные белки задействованы в развитии не только куру и коровьего бешенства, но и других серьезных заболеваний. В частности, при болезни Альцгеймера наблюдают скопления неправильно свернутых белков, что придает ей сходство с прионными инфекциями. Однако эти белковые агрегаты вряд ли заразны: их пересадкой от больных животных здоровым неврологические симптомы не передаются. Почему происходит и к чему приводит такая агрегация, пока неясно. И вообще, нам еще нужно ответить на массу вопросов о правильном и неправильном фолдинге белков.

Предсказание структуры белков