Ученые наконец-то могут понять, как вирус бешенства может резко изменить поведение своего хозяина, способствуя распространению болезни, которая ежегодно убивает около 59 000 человек.
Новое исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, показывает, как небольшой фрагмент вируса бешенства может связываться с определенными рецепторами в мозге и подавлять их, играя решающую роль в регуляции поведения млекопитающих. Это мешает коммуникации в мозгу и вызывает безумное поведение, которое способствует передаче вируса.
Доктор. Карстен Хюффер, ведущий автор и профессор ветеринарной микробиологии Университета Аляски в Фэрбенксе, надеется, что полученные данные помогут ученым лучше понять и лечить инфекционное вирусное заболевание.
«Многие инфекционные агенты меняют поведение в своем хозяине, но мы не понимаем, как они это делают», - сказал он. «Наше исследование впервые предоставляет подробный молекулярный механизм того, как инфекционный агент вызывает определенное поведение».
Хюффер сказал, что, хотя прививки от бешенства были впервые разработаны в середине 19-го века, ученые изо всех сил пытались объяснить, как вирус может вызывать агрессивное поведение у животных, таких как собаки, на долю которых приходится до 99 процентов всех случаев передачи бешенства человек, согласно оценкам Всемирной организации здравоохранения.
«Вирус бешенства имеет только пять генов и очень мало информации», - сказал он. «Собаки имеют более 20 000 генов со сложной иммунной и центральной нервной системами. Тем не менее, этот вирус может перепрограммировать поведение собаки, так что она теряет страх, становится агрессивной и кусается, что позволяет вирусу распространяться через собачью слюну».
Хюффер сказал, что эти поведенческие изменения хорошо известны и закреплены в американском нарративе. В романе «Старый крикун» Трэвис должен усыпить свою любимую собаку после того, как ее укусил и заразил бешеный волк. В «Убить пересмешника» Аттикуса Финча призывают застрелить бешеную собаку.
«Однако поведение легче изучить, чем сам вирус», - сказал Хюффер. Он сказал, что изучение бешенства в головном мозге затруднено, потому что вирус бешенства физически не изменяет мозг существенным образом. Обычно имеет место воспаление головного мозга, но ученые должны взять образец мозга и специально проверить его на наличие вируса бешенства, чтобы подтвердить инфекцию.
Предыдущие исследования, проведенные в 1980-х и 1990-х годах, были сосредоточены на том, как вирус бешенства связывается и взаимодействует со специфическими мышечными рецепторами, которые получают сигналы от нервов для управления сокращением мышц. Исследование показало, что молекула, называемая гликопротеином, на поверхности вируса бешенства может связываться с никотиновыми рецепторами ацетилхолина в мышцах. Затем вирус проникает и захватывает мышечные и нервные клетки, где он размножается и перемещается вверх по нервам, чтобы заразить мозг и другие ткани.
Другие исследования обнаружили последовательность аминокислот в гликопротеине бешенства, которая почти идентична аминокислотной последовательности, найденной в змеином яде, который ингибирует никотиновые ацетилхолиновые рецепторы.
Хюффер сказал, что он и соавтор Марвин Шульте осознали связь. Шульте, эксперт по никотиновым рецепторам, в прошлом профессор UAF, сейчас работает в Университете наук в Филадельфии.
«Доктор Шульте и я сложим два и два», - сказал Хюффер. «Мы знали, что никотиновые ацетилхолиновые рецепторы, которые связываются с вирусом в мышцах, также находятся в головном мозге, и мы предположили, что вирус также может связываться с такими рецепторами. Если змеиный яд имеет схожую структуру с частями вируса и ингибирует эти рецепторы, мы подумали, что, возможно, вирус также может ингибировать эти рецепторы в мозгу. Более того, мы думали, что это взаимодействие может влиять на поведение».
Hueffer затем объединился с другим соавтором, Майклом Харрисом, чтобы разработать эксперименты, чтобы продемонстрировать, изменяет ли гликопротеин вируса бешенства поведение животных. Харрис, также ранее работавший в UAF, сейчас является профессором Калифорнийского государственного университета в Лонг-Бич.
«Вирусы накапливаются в промежутках между клетками головного мозга на ранних стадиях инфекции», - сказал Харрис. «В этих пространствах клетки мозга взаимодействуют друг с другом. Мы подумали, что если вирусы смогут связываться с рецепторами в этих пространствах и изменять то, как клетки мозга обычно общаются друг с другом, вирус может изменить поведение зараженного животного».
Это изменение поведения может пойти на пользу вирусу, изменив поведение инфицированных животных и повысив вероятность распространения инфекции на других животных.
В одном из экспериментов Хьюффер и его коллеги вводили небольшой кусочек гликопротеина вируса бешенства в мозг мышей.
«Когда мы ввели этот небольшой кусочек гликопротеина вируса в мозг мышей, мыши начали бегать гораздо больше, чем мыши, которым сделали контрольную инъекцию», - сказал он. «Такое поведение можно наблюдать и у животных, зараженных бешенством».
Хьюффер сказал, что это первое экспериментальное свидетельство, показывающее молекулярный механизм, вызывающий специфическое изменение поведения у хозяина, которое способствует передаче болезни.
Хотя бешенство в настоящее время редко встречается в Соединенных Штатах и в значительной степени его можно предотвратить с помощью вакцинации, при появлении симптомов не существует известного лекарства. Это вирусное заболевание по-прежнему поражает бедные сельские районы, в основном в Африке и Азии, где не хватает средств для вакцинации собак или лечения при подозрении на инфекцию.