Se saattaa alkaa yhden proteiinin kapinasta. Nyt, kymmenisen vuotta pahamaineisen hullun lehmän taudin jälkeen, prioneja on alettu epäillä myös tavallisten aivoja rappeuttavien sairauksien aihettajiksi.

Kun aivoja tuhoava hullun lehmän tauti 1980-luvulla järkytti maailmaa, tutkijoilla oli jo vuosikymmenten kokemus prionitaudeista.

Skrapi oli infektoinut lampaita Ranskassa ja Englannissa 1700-luvulta lähtien, ja sitä tutkittiin monipuolisesti. Kuru-tauti, joka piinasi Papua-Uuden-Guinean fore-heimoa, oli puolestaan herättänyt monien etevien tutkijoiden mielenkiinnon 1950-luvulta asti.

Kun skrapin ja kurun tutkijat raportoivat havaintojaan lääketieteellisissä julkaisuissa, he huomasivat, että sairauksilla oli jotakin yhteistä. Ne näytti aiheuttavan tarttuva tekijä, jonka ominaisuudet olivat käsittämättömiä.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Kaikista tunnetuista bakteereista ja viruksista poiketen nämä taudinaiheuttajat kestivät kuivumista, formaliinia, fenolia, kloroformia ja ultraviolettivaloa sekä keittämistä sadassa asteessa puolen tunnin ajan. Niitä ei voinut kasvattaa soluviljelmissä, eivätkä ne aiheuttaneet elimistön puolustusjärjestelmässä minkäänlaista reaktiota. Niistä ei edes löydetty dna:ta tai rna:ta - ne vaikuttivat elottomilta.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Miten eloton tartuttaa taudin?

Ajatus elottoman kappaleen aiheuttamasta tartunnasta oli vielä tuolloin täysin harhaoppinen. Ei siis liene sattumaa, että ilmiön selitys tuli lopulta matemaatikolta, ei luonnontieteilijältä.

Ajatuskulun tosin viritti kurun tutkija Carleton Gajdusek pähkäilemällä 1950-luvun mittaan, että kurun takana saattoi olla epämuodostunut virus. Ehkä se oli niin puutteellisesti rakentunut, että siitä oli jäljellä vain joitakin pintarakenteen proteiineja.

Vuonna 1967 matemaatikko J. S. Griffith vei ajatuksen pidemmälle ja määritteli tapoja, joilla eloton kappale voisi muuttua tartuntataudin aiheuttajaksi:

- Elimistössä olisi geeni, jonka aktiivisuutta sen oma proteiinituote lisäisi. Jos tuotetta ei olisi elimistössä ennestään mutta sitä tulisi ulkoa, se "tartuttaisi" itsensä liikatuotannon.

- Proteiini muuttaisi sukulaisiaan koskettamalla niitä. Kuten sadepisarat pilvessä alkavat muodostua jonkin hiukkasen ympärille, väärin valmistunut proteiini sysäisi liikkeelle ketjureaktion, joka pilaisi muutkin proteiinit.

Prioni voi periytyä tai tarttua

Griffithin jälkimmäinen ajatus, kaatuvan dominonappularivin kaltainen leviämisvaikutus, synnytti uuden lääketieteellisen periaatteen. Kesti kuitenkin viisitoista vuotta, ennen kuin Kalifornian yliopiston tutkija Stanley Prusiner todisti Griffithin teorian oikeaksi.

Prusiner ja hänen työtoverinsa onnistuivat 1980-luvun alussa ensimmäisinä keräämään kurua aiheuttavaa prioniproteiinia ja selvittämään sen aminohappojärjestyksen. He järkyttyivät havaitessaan, ettei proteiini ollut tunkeilija vaan peräisin ihmisestä itsestään. Sitä tuottava geeni paikannettiin kromosomiin 20.

Prusinerin nobelilla palkitun löydön jälkeen kuva prioneista alkoi rakentua pala kerrallaan.

Tiedettiin, että jotkin prionisairaudet ovat perinnöllisiä: näin käyttäytyy osa Creutzfeldt-Jakobin taudin tapauksista. Toisaalta esimerkiksi kuru ja hullun lehmän tauti ovat tarttuvia, ja useimmiten Creutzfeldt-Jakobkin iskee ilman perittyä alttiutta.

Paras selitys näille vastakkaisille havainnoille oli tautia aiheuttava proteiini. Se sai nimekseen prioni (proteinaceus infectious agent).

Kaikki proteiinit ovat aminohappoketjuja, joiden on toimiakseen laskostuttava tiettyyn, kullekin proteiinille ominaiseen muotoon. Prionin tapauksessa kyse on omalaatuisesta proteiinista, joka väärin laskostuttuaan alkaa tartuttaa omaa vikaansa muihin. Kun prioni koskettaa muuten samanlaisia mutta virheettömiä proteiineja, nekin laskostuvat väärin.

Taipumus laskostumisvirheeseen voi johtua prioniproteiinia tuottavan geenin mutaatiosta, joka saa proteiinin laskostumaan aina virheellisesti. Silloin prionitauti on perinnöllinen. Toisaalta jos täysin terve ihminen saa väärin laskostuneen prioniproteiinin esimerkiksi ruoasta, proteiini voi aloittaa tuhoisan ketjureaktion.

Mihin prioniproteiinia tarvitaan?

Prusinerin löytämää prioniproteiinia PrP:tä on tutkittu paljon, mutta vieläkään ei tiedetä, mihin elimistö tarvitsee proteiinin tervettä muotoa.

Hiiret kehittyvät kohdussa täysin normaalisti, vaikka niiden PrP-geenin toiminta estetään. Toisaalta PrP:tä esiintyy kaikilla monisoluisilla eläimillä hiivasta ihmiseen, joten sillä kuvittelisi olevan jokin perustavan tärkeä tehtävä.

PrP-proteiinin osuutta prionitaudeissa pidetään nykyään kiistattomana. PrP-geenin mutaatio on osallisena sekä Creutzfeldt-Jakobin taudissa, fataalissa familiaalisessa insomniassa että Gerstmann-Sträussler-Scheinkerin taudissa. Erilaiset oireet johtuvat vain siitä, että solutuhot vaikuttavat aivojen eri osiin.

Mikseivät muut proteiinit tartu?

PrP-proteiini on kuitenkin jättänyt auki häiritsevän kysymyksen, johon etsitään nyt kuumeisesti vastausta.

Väärin laskostuneet proteiinit eivät ole ainoastaan prionitautien ominaisuus. Monet sairaudet johtuvat väärin laskostuneesta proteiinista.

Miksi siten ainoastaan prioniproteiini näyttää kykenevän siirtymään yksilöstä toiseen? Mikseivät muut väärin laskostuneet proteiinit tartu ihmiseen? Vai tarttuvatko?

Hermosto rappeutuu samoin

Tutkijat ovat pitkään tienneet, että prionitaudeilla ja muilla hermostoa rappeuttavilla sairauksilla on paljon yhteistä. Prionitautien tavoin monet niistä ovat perinnöllisiä mutta suurin osa ei. Stressi pahentaa niitä kaikkia, ja ne yleistyvät keski-iän jälkeen.

Creutzfeldt-Jakobin taudin kuvannut Alfons Maria Jakob luuli potilaidensa sairautta ensin ms-taudiksi, kurun oireet muistuttavat Parkinsonin tautia, ja Gerstmann-Sträussler-Scheinkerin tauti diagnosoidaan lähes aina ensin Alzheimerin taudiksi. PrP-geenin mutaatio voi johtaa myös tautiin, joka muistuttaa lähes täydellisesti Huntingtonin tautia.

Prionitautien tavoin kaikissa näissä sairauksissa muodostuu kasapäin väärin laskostunutta proteiinia, joka kertyy aivoihin valkoiseksi, liukenemattomaksi amyloidiplakiksi. Alzheimerin taudissa amyloidi kertyy solujen väliseen tilaan, Parkinsonin taudissa niin sanottuihin Lewyn rakenteisiin ja Huntingtonin taudissa hermosoluihin. Lisäksi tyypin 2 diabeteksessa amyloidia kertyy haimaan.

Amyloidi käyttäytyy kuin prioni

Viime vuosina yhä useammat tutkijat ovat uumoilleet, että amyloidisäikeet voivat tietyissä oloissa käyttäytyä kuin prioni.

Tiedetään esimerkiksi, että jos Alzheimer-potilaan aivoista eristettyä säikeistä beeta-amyloidia sisältävää plakkia pannaan koeputkeen, jossa on terveitä, ei-säikeisiä vastaavia molekyylejä, plakki aiheuttaa seoksessa ketjureaktion. Sen seurauksena koko putken sisältö muuttuu nopeasti amyloidiplakiksi. Tutkijat ovat myös siirtäneet Alzheimer-plakkia terveisiin hiiriin, minkä seurauksena hiirten aivoihin on kasvanut amyloidiplakkia. Näissä tapauksissa amyloidiplakki käyttäytyy kuin prioni.

Jos muista amyloidiplakkia muodostavista hermostosairauksista ilmenee vastaavia prionimaisia piirteitä, avautuu täysin uusia näköaloja näiden tautien ymmärtämiseen.

Kuten syöpä alkaa yhdestä kapinallisesta solusta, Alzheimerin tauti voi saada alkunsa yhdestä kapinallisesta proteiinista, joka sysää dominoketjun liikkeelle. Se ei vaadi mutaatiota geeneissä, ei muutoksia geenin luennassa - vain hieman epäonnea proteiinin rakentamisessa tai hajottamisessa.

Prionimaisuus selittäisi outouksia

Hermostoa rappeuttavien sairauksien prionimaisuus tarjoaisi myös hyvän selityksen eräille käsittämättömille tautihavainnoille:

- Amyotrofinen lateraaliskleroosi (als), jonka tiedetään johtuvan väärin laskostuneesta proteiinista, aiheutti italialaisten jalkapalloilijoiden joukossa pienimuotoisen oudon epidemian 1990-luvulla.

- Als:n tiedetään myös esiintyneen Guamin saarella huomattavan yleisenä 1950-luvulla, mutta nyt sen esiintyvyys on laskenut muun maailman tasolle. Muutos olisi helpompi selittää tarttuvuudella kuin perimällä.

- Ms-tauti on levinnyt Sisiliassa viime vuosikymmeninä liian nopeasti johtuakseen geneettisistä muutoksista.
Nämä havainnot voisivat selittyä tarttuvalla mutta huonosti leviävällä taudinaiheuttajalla.

Jani Kaaro on vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Prionitauteja tunnetaan jo monia

Prionit aiheuttavat niin sanottuja sienimäisiä aivorappeumasairauksia. Sienimäisellä viitataan prionien tekemiin mikroskooppisiin reikiin hermosoluissa ja aivojen tukirakenteissa. Tässä lueteltujen sairauksien lisäksi myös minkeillä ja kissaeläimillä on omat prionitautinsa.

Eläimillä

- Skrapi eli scrapie esiintyy lampailla ja vuohilla. Oireita ovat pakonomainen kihnuttaminen seinää, kiviä tai aitaa vasten, huulten maiskuttaminen, kouristelu ja kävelyvaikeudet. Tunnetaan jo 1700-luvulta. Ei tiedetä tarttuvan ihmisiin. Suomessa on tavattu skrapiin sairastuneita lampaita pari kertaa 2000-luvulla.

- Hullun lehmän tauti infektoi nautoja. Sairaat eläimet muuttuvat ensin aggressiiviksi ja arvaamattomiksi ja saavat myöhemmin vapinakohtauksia ja kouristuksia eivätkä lopulta enää kykene kävelemään. Hullun lehmän taudin prioni voi tarttua ihmiseen. Tauti aiheutti laajan nautaepidemian Britanniassa vuosina 1986-1995.

- Krooninen näivetystauti eli chronic wasting disease tarttuu vain hirvieläimiin. Oireita ovat nopea laihtuminen, eristäytyminen, pään riiputtaminen ja kävelyn jäykkyys. Prioniproteiini leviää luultavasti saastuneen ulosteen mukana. Tautia esiintyy tietyillä alueilla Pohjois-Amerikassa.

Ihmisellä

- Creutzfeldt-Jakobin tauti on ihmisen yleisin prionitauti. Siihen sairastuu vuosittain 1-1,5 ihmistä miljoonasta. Oireita ovat nopeasti etenevä dementia, persoonallisuuden muutokset, aistiharhat, lihasten nykiminen ja tasapainovaikeudet. Taudin perinnöllinen muoto etenee yleensä hitaammin kuin satunnainen. Tapauksista vain 10-15 prosenttia on perinnöllisiä.

- Creutzfeldt-Jakobin taudin muunnos on annettu nimeksi sairaudelle, jonka alkaa hullun lehmän taudin tarttumisesta. Tauti poikkeaa joiltakin ominaisuuksiltaan tavallisimmasta versiosta.

- Gerstmann-Sträussler-Scheinkerin tauti on perin-nöllinen, ja se tunnetaan noin 55-60 perheestä eri puolilla maailmaa. Se alkaa Parkinsonin tautia muistuttavilla oireilla, jotka pahenevat sairauden edetessä ja johtavat dementiaan. Potilaat elävät harvoin yli viisi vuotta diagnoosista.

- Fataali familiaalinen insomnia on harvinainen perinnöllinen tauti, joka on kuvattu vain 28 perheestä. Ensi oireina ovat pupillien pienentyminen ja univaikeudet, jotka voivat johtaa paniikkihäiriöihin ja pelkotiloihin. Taudin edetessä unettomuus lisääntyy, kunnes potilas ei enää pysty lainkaan nukkumaan. Viime vaiheessa potilas sairastuu dementiaan.

- Kuru on Papua-Uudessa-Guineassa 1950-luvulla fore-heimosta tavattu prionitauti. Sen oireita ovat päänsärky, nivelkivut, raajojen vapina ja tahdottomat naurunpyrskähdykset. Taudin uskotaan levinneen hautajaisrituaaliin liittyneen ihmissyönnin kautta. Tauti oli yleisempi naisilla ja lapsilla, koska miehet söivät vainajan lihan mutta lapset ja naiset aivot. Kuru on nykyään lähes kadonnut.

Hullun lehmän arvoitus

Miten ihmistauti tarttui, ja mihin se hävisi?

Hullun lehmän tauti saattaa olla aikamme mystisin epidemia, ja se on jättänyt jälkeensä enemmän kysymyksiä kuin vastauksia.

Pahimmissa kauhukuvitelmissa prionilihaan pelättiin kuolevan 1980- ja 1990-luvun nautaepidemiaa seuranneina vuosina vähintään kymmenen miljoonaa brittiä. Tähän mennessä tautiin on kuitenkin menehtynyt Englannissa kaikkiaan vain 150 ihmistä, eikä luku näytä olevan kasvussa. Mitä hullun lehmän taudille tapahtui?

Virallisen vastauksen mukaan sairaat lehmät saatiin pois elintarvikeketjusta ja muutokset rehun valmistuksessa ovat ehkäisseet uusien prionitautien syntymisen. Sitä ennen brittien on kuitenkin laskettu altistuneen 640 miljardille annokselle hullun lehmän lihaa.

Ensimmäinen hullun lehmän taudin saanut ihminen oli 16-vuotias Vicky Rimmer. Hän oli sairastunut vuonna 1993, ensi oireinaan muistihäiriöt ja polttava kipu oikeassa käsivarressa ja niskassa. Lopulta hän ei kyennyt hallitsemaan liikkeitään.

Britannian hallitus väitti, ettei tapaus liittynyt hullun lehmän lihaan, mutta tabloidilehdistö teki Rimmerin kohtalosta valtavan mediaspektaakkelin. Tämän jälkeen sairastuneita alkoi tulla lisää - niin paljon ja niin nopeasti, ettei hallitus enää voinut kieltää yhteyttä hullun lehmän taudin ja Creutzfeldt-Jakobin taudin muunnoksen välillä.

Suurin osa sairastuneista oli teini-ikäisiä. Arvoituksellisin oli 24-vuotiaan Clare Tomkinsin tapaus. Hän sai ensimmäiset oireet vuonna 1996, pian sen jälkeen, kun terveysministeri oli myöntänyt epidemian voivan siirtyä ihmisiin. Ongelmana oli, että Tomkins oli vegetaristi. Hän oli viimeksi syönyt lihaa vuonna 1985, joten tauti oli ehkä itänyt vuosikymmenen ennen puhkeamistaan.

Osa ihmisistä suojassa

Epidemian salaperäinen tyrehtyminen ihmisissä on saanut lisävalaistusta brittiläisen prionitutkijan John Collingen tutkimuksista.

Vuonna 1990, kun ensimmäiset hullun lehmän taudin ihmistartunnat antoivat vielä odottaa itseään, Britanniassa oli tapahtunut toinen tragedia. 1950-luvulta 1980-luvulle noin 800:aa potilasta oli lääkitty prionin saastuttamalla kasvuhormonilla, ja osalle heistä kehittyi Creutzfeldt-Jakobin tauti.

Kun Collinge tutki näiden potilaiden prionigeeniä, hän havaitsi, että sairastuneilla oli siitä tietty versio. Se tuotti kaksi samanlaista aminohappoa proteiinin kohtaan, jossa useimmilla muilla ihmisillä oli kaksi eri aminohappoa: valiini ja metioniini.

Sekä metioniini-metioniini- että valiini-valiini-muunnos näytti siis altistavan prionitaudeille.

Kun hullun lehmän tautiepidemia puhkesi ja ihmisuhreja alkoi kertyä, Collingelle avautui hyvä tilaisuus testata, pitikö päätelmä paikkansa. Tulokset olivat selvät: yhtä uhria lukuun ottamatta, kaikilla prionitautiin kuolleilla oli metioniini-metioniini-muunnos.

Nykykäsityksen mukaan britit selvisivät epidemiasta säikähdyksellä kahdesta syystä.

- Prionit tarttuvat helposti vain saman lajin sisällä ja hyppäävät huonosti lajista toiseen.

- Useimmilla ihmisillä on prionigeenistä sellainen geneettinen muunnos, joka suojaa heitä prionitaudeilta. Tämä havainto on vahvistettu myös ei-periytynyttä Creutzfeldt-Jakobin tautia sairastavista ja kurusta selvinneistä ihmisistä.

Taustalla ihmissyönti

Myöhemmät tutkimukset ovat osoittaneet, että suurimmalla osalla maapallon väestöstä on prioneilta suojaava prionigeenin muunnos.

Ilmeisesti valiini-valiini on alkuperäinen muoto, mutta se on evoluution aikana korvautunut valiini-metioniinilla, koska tämä on edistänyt selviytymistä. Monet tutkijat uskovat, että valiini-metioniini-muunnos on seurausta kannibalismista.

Teorian mukaan kannibalismi on ollut ihmiskunnan historiassa paljon yleisempää kuin tähän asti on suostuttu myöntämään. Samalla kun ihmiset ovat syöneet toisiaan, myös prionitaudit ovat levinneet. Siksi mikä tahansa prioneilta suojaava geneettinen muunnos oli omiaan yleistymään väestössä - ja suojaa monia meistä prioneilta nykyisinkin.

Monta kysymystä vastaamatta

- Mistä hullun lehmän tauti alkoi?

Virallisen selityksen mukaan se aiheutui skrapia sairastavan lampaan joutumisesta lehmän rehuun, mutta molekyylitutkimukset eivät tue olettamusta.

- Miksi jotkut sairastuvat, mutta toiset eivät?

Tutkimusten mukaan ainakin 4 000 brittiä on saanut infektion mutta ei ainakaan vielä sairastunut.

- Miksi epidemia iski niin kovalla voimalla Britanniaan?

Britannia vei valtavasti naudanlihaa muihin Euroopan maihin, mutta niissä taudista tunnetaan vain yksittäistapauksia.

- Miksi suurin osa sairastuneista on nuoria?

Luulisi, ettei tällainen tauti riipu iästä.

- Miksi hullun lehmän tauti vaivaa edelleen Britanniaa, mutta ei muita maita?

Syyskuuhun 2008 mennessä siihen oli kuollut Britanniassa 161 ihmistä ja muualla maailmassa 41.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2008

Sisältö jatkuu mainoksen alla