Ученые выяснили, почему бешенство вызывает агрессию

Бешенство — это вирусное заболевание, которое приводит к изменению поведения инфицированных животных, делая их агрессивными. Биологические механизмы, лежащие в основе заболевания, не определены, но теперь ученые могут объяснить, как вирус воздействует на молекулярном уровне. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

Актуальность проблемы

Вирус бешенства атакует центральную нервную систему, и у людей это может вызвать ряд симптомов, включая состояния тревоги и замешательства, частичный паралич, возбуждение и галлюцинацию, и на последних этапах симптом, называемый «гидрофобия» или страх воды. Гидрофобия заставляет человека паниковать при виде воды и отказываться от питья. За этими тяжелыми симптомами обычно наступает смерть.
Хотя бешенство можно предотвратить с помощью вакцинации, население в Африке и Азии зачастую не располагает необходимыми ресурсами для предотвращения этого вируса. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) заявляет, что случаи бешенства на этих континентах составляют 95% смертей в мире из-за этой болезни.
Хотя бешенство тщательно изучено с начала XIX века, механизмы, с помощью которых этот вирус «захватывает» мозг и вызывает состояние безумной агрессии, в значительной степени неясны. Теперь исследователи показали, как вирус действует на молекулярном уровне и изменяет поведение хозяина.

«Многие инфекции меняют поведение больного, но мы не понимаем, как это происходит», — говорит ведущий автор исследования доктор Карстен Хюффер (Karsten Hueffer). «В нашем исследовании впервые представлен подробный молекулярный механизм того, как вирус вызывает специфическое поведение».

У вируса бешенства относительно простой генетический состав, и он может поражать животных со сложными системами, таких как собаки.

Доктор Хьюффер объясняет, что «вирус бешенства имеет только пять генов. Собаки имеют более 20 000 генов и сложные иммунную и нервную системы».

Тем не менее, этот вирус может перепрограммировать поведение собаки, поэтому она становится агрессивной и начинает всех кусать, что позволяет вирусу распространяться через слюну собаки. Однако поведение легче изучать, чем сам вирус, потому что бешенство влияет только на головной мозг.

Материал и методы исследования

Ученые проанализировали предыдущие результаты 1980-х и 1990-х годов, в которых показано, как молекулы этого вируса связываются с никотиновыми ацетилхолиновыми рецепторами или белками, которые реагируют на нейротрансмиттер ацетилхолин, оказывая влияние на контроль мышц.

Результаты научной работы

Молекулы гликопротеина вируса связываются с молекулами рецептора ацетилхолина, что, помимо влияния на сигнальный путь, который контролирует мышцы, также могут реплицировать и поражать головной мозг.
Более поздние исследования также показали, что молекула гликопротеина вируса бешенства содержит последовательность аминокислот, которая очень похожа на аминокислотную последовательность, обнаруженную в яде змеи. Эти аминокислоты действуют как ингибиторы никотиновых ацетилхолиновых рецепторов. Исследователи связали эти результаты и обнаружили, что свойства аминокислот в  гликопротеине могут играть ключевую роль при агрессивном поведении.
Исследователи провели серию экспериментов на мышах, чтобы проверить свою гипотезу.

«Вирусы собираются в промежутках между клетками мозга на ранних стадиях инфицирования. Эти пространства связаны с клетками мозга, — объясняет доктор Харрис. «Мы думали, что если вирусы могут связываться с рецепторами в этих пространствах и изменять их, как обычно взаимодействуют клетки мозга, то вирус может изменить поведение инфицированного животного».

Один из тестов включал инъекцию гликопротеина вируса в мозг мышей, чтобы проследить, какое влияние он будет оказывать. Исследователи заметили, что после инъекции животные стали более возбужденными.

Как объясняет Харрис: «Когда мы ввели этот маленький кусочек вирусного гликопротеина в мозг мышей, мыши начали бегать гораздо больше, чем мыши, получившие контрольную инъекцию. Такое поведение наблюдается у животных, зараженных бешенством».

Это первый случай, когда экспериментальные данные показали, как вирус бешенства взаимодействует с другими клетками нервной системы и вызывает измененное поведение, которое определяет инфицированное животное.

Авторы другого исследования заявили, что по всему миру от бешенства умирают 160 человек каждый день.

Литература

Hueffer K. et al. Rabies virus modifies host behaviour through a snake-toxin like region of its glycoprotein that inhibits neurotransmitter receptors in the CNS //Scientific reports. – 2017. – Т. 7. – №. 1. – С. 12818.