新型蛋白质性感染颗粒引发羊瘙痒症
一种纯由蛋白质构成的传染因子——一个错误的形状,复制出更多错误的形状。
如果一种病可以没有细菌、没有病毒、连一点 DNA 都没有就传播开来呢——只靠一个折叠成错误形状的蛋白质?
核心想法
我们所知的每一种感染——感冒、流感、细菌感染的伤口——都由某种携带遗传指令(DNA 或 RNA)的东西引起,它靠复制这些指令来制造更多的自己。这曾被当作生物学的一条定律:要复制,就得有基因组。
普鲁西纳论证说,有一种古怪的脑病打破了这条定律。他发现,元凶是一种蛋白质——而蛋白质里并没有基因。它究竟如何能复制自己?他的回答既优雅又令人不安:这个作恶的蛋白质,本是你自己身体里的一种正常蛋白质,只是折叠成了一个错误的形状,而那个错误的形状,会传染给它的邻居。一个错误折叠的分子抓住一个正常的,把它掰成同样的错误形状;现在变成两个;接着四个。这种病与其说是某个东西侵入你,不如说是一个形状,在你本就拥有的蛋白质里蔓延。他把这种因子叫作朊病毒。
它是如何诞生的
这条线索始于一些恐怖的故事:羊瘙痒症,让绵羊把自己挠到皮破、走路踉跄;库鲁病,巴布亚新几内亚福雷人中一种与丧葬仪式有关的、颤抖着走向死亡的病;以及人类的克雅氏病。它们都可传播,可不管是什么引起的,都对足以撕碎任何病毒的辐射不屑一顾。1960 年代,蒂克瓦·阿尔珀的实验暗示,这因子也许根本没有遗传物质;而 J·S·格里菲斯,则勾勒了一个蛋白质在理论上如何能复制一个形状。
斯坦利·普鲁西纳,旧金山一位年轻的医师科学家,花了多年研磨受感染的仓鼠脑、提纯其活性组分,检验什么能摧毁它、什么不能。1982 年,他发表了答案,也给出了那个名字。它遭到了激烈的抵制——许多人确信他不过是没能找到一个藏起来的病毒——这场论战持续了十多年,蛋白质单独致病的图像才最终胜出。他于 1997 年获诺贝尔奖。
它为何重要
普鲁西纳逼着生物学承认,遗传信息有第二种方式。基因是一种——一串 DNA 字母。蛋白质的形状是另一种:一种能靠掰弯邻居来复制自己的折叠,不需要任何基因组。这重塑了我们对一整族疾病的看法,而它进入公众生活,是经由一场灾难——1980–90 年代英国的「疯牛病」疫情,那时朊病毒从牛跳到了人身上。最要紧的是,这同一个「形状会自我蔓延」的想法,如今也帮助解释了远为常见的祸患:阿尔茨海默病与帕金森病,在那里,错误折叠的蛋白质悄悄爬过大脑。
一个可以想象的画面
想想一排立着的多米诺骨牌。一个蛋白质,就像一条长长的丝带,折叠成某个特定的形状来干活——想象它叠得整整齐齐,像一张铺好的床。朊病毒,是同一条丝带,却被揉成了一个坏的折法。诡异之处在于,这个坏折法是会「推人」的:当一个被揉皱的蛋白质碰到一个整齐的,它会逼着那个整齐的,皱成一模一样的样子。一个推倒下一个,下一个再推倒下一个——一场错误折叠的连锁反应,像多米诺骨牌一样在你的蛋白质里跑过去。这正是为什么一小粒看不见的坏形状,假以时日,能把相当于一整个大脑的蛋白质都转化掉。用下面的工具,放进一颗小小的种子,看它如何全面接管。
它在知识谱系里的位置
朊病毒,是本馆生物学核心故事的一个古怪表亲。沃森与克里克(1953)证明,生命的指令写在 DNA 里;克里克的「中心法则」(1958)让信息从基因流向蛋白质。朊病毒则是那个令人不安的脚注:在这里,信息乘坐在蛋白质的形状上,不碰一个基因便复制了自己。它与其说打破了中心法则,不如说从旁绕过了它。它也回连到安芬森的发现——一个蛋白质的序列,通常决定了它的折叠——而朊病毒,正是当一个蛋白质找到了第二个、会传染的、它本不该采取的折叠时,所发生的事。