Prionen und Prionenerkrankungen

• Einleitung
• Kapitel 1 Das Prion-Konzept und die Protein-Only-Hypothese
• Kapitel 2 Das zelluläre Prion-Protein (PrPSc): Gen, Struktur und Funktion
• Kapitel 3 Das Scrapie-Prion-Protein (PrPSc): Aggregation und Propagation
• Kapitel 4 Prion-Stämme und die Artbarriere
• Kapitel 5 Neuropathologie der Prionerkrankungen
• Kapitel 6 Humane Prionerkrankungen: Sporadische, genetische und iatrogene Creutzfeldt-Jakob-Krankheit.
• Kapitel 7 Kuru: Eine historische Perspektive auf transmissible spongiforme Enzephalopathien
• Kapitel 8 Tierische Prionerkrankungen: Scrapie bei Schafen und Ziegen
• Kapitel 9 Bovine spongiforme Enzephalopathie (BSE) und ihr zoonotisches Potenzial
• Kapitel 10 Chronic Wasting Disease (CWD) bei Cerviden
• Kapitel 11 Prion-ähnliche Mechanismen bei anderen neurodegenerativen Erkrankungen.
• Kapitel 12 Klinische Diagnose humaner Prionerkrankungen.
• Kapitel 13 Bildgebende Verfahren in der Prionerkrankungsdiagnostik.
• Kapitel 14 Biomarker im Liquor cerebrospinalis und Blut.
• Kapitel 15 Protein-Misfolding-Cyclic-Amplification (PMCA) und Real-Time-Quaking-Induced-Conversion (RT-QuIC)-Assays.
• Kapitel 16 Transmission und Epidemiologie der Prionerkrankungen
• Kapitel 17 Öffentliche Gesundheit und Sicherheitsmaßnahmen
• Kapitel 18 Dekontamination und Inaktivierung von Prionen
• Kapitel 19 Therapeutische Strategien und Arzneimittelentwicklung
• Kapitel 20 Immuntherapie bei Prionerkrankungen
• Kapitel 21 Genetische Beratung und Risikobewertung bei familiären Prionerkrankungen.
• Kapitel 22 Tiermodelle in der Prionforschung.
• Kapitel 23 Die Rolle des Immunsystems in der Prion-Pathogenese.
• Kapitel 24 Zukünftige Entwicklungen in der Prionforschung
• Kapitel 25 Ethische und soziale Implikationen von Prionerkrankungen

Im großen und oft verblüffenden Theater der Biologie, in dem die Rollen der Krankheitserreger traditionell von Viren, Bakterien, Pilzen und Parasiten gespielt werden, betrat in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts ein neuer und völlig unerwarteter Schauspieler die Bühne. Dieser Darsteller, das Prion, widersprach jedem bekannten Drehbuch von Infektion und Vererbung. Es war ein auf das Wesentliche reduzierter Krankheitserreger, eine biologische Entität, so elegant einfach, dass sie unmöglich schien. Es besaß keine DNA, keine RNA, keine schützende Hülle – keinerlei genetische Ausstattung, die wir mit Leben und dessen Fortpflanzung assoziieren. Das Prion war, zum Erstaunen und anfänglichen Unglauben der wissenschaftlichen Gemeinschaft, schlichtweg ein Protein. Nicht irgendein Protein, sondern eine fehlgefaltete Version eines bereits im Körper vorhandenen Proteins, fähig zu einer wahrhaft hinterhältigen Tat: seine normalen, gutartigen Gegenstücke dazu zu bringen, seine eigene korrupte Gestalt anzunehmen.

Dieses Buch erzählt die Geschichte dieses Proteins. Es ist die Erkundung eines so neuartigen biologischen Prinzips, dass es eine Neuschreibung der Lehrbücher erforderte und seinem Entdecker, Stanley B. Prusiner, einen Nobelpreis einbrachte. Er prägte den Begriff „Prion“ im Jahr 1982, ein Kofferwort aus „proteinaceous infectious particle“ (proteinartiges infektiöses Partikel), um dieses Agens zu beschreiben, das ganz Protein und ganz Infektion war, ein Konzept, das dem zentralen Dogma der Molekularbiologie widersprach. Die etablierte Lehrmeinung war klar: Informationen fließen von Nukleinsäuren zu Proteinen, nicht umgekehrt. Doch hier war ein Protein, das sich selbst zu vermehren schien, eine tödliche Krankheit zu übertragen, ohne genetische Anweisungen. Es war eine revolutionäre und umstrittene Idee, die auf erhebliche Skepsis seitens eines wissenschaftlichen Establishments stieß, das davon überzeugt war, dass ein verstecktes Virus der wahre Übeltäter sein müsse.

Die Krankheiten, die Prionen verursachen, sind ebenso seltsam und erschreckend wie das Agens selbst. Sie werden zusammenfassend als übertragbare spongiforme Enzephalopathien (TSEs) bezeichnet und sind ausnahmslos tödlich verlaufende neurodegenerative Erkrankungen, die sowohl Menschen als auch Tiere befallen. Der Name selbst zeichnet ein düsteres Bild: „Spongiform“ bezieht sich auf das charakteristische Erscheinungsbild des befallenen Gehirns, das von mikroskopisch kleinen Löchern durchzogen ist, die an einen Schwamm erinnern. Diese unerbittliche Zerstörung von Hirngewebe führt zu einer fortschreitenden Funktionseinschränkung, die sich als Demenz, Koordinationsverlust und Verhaltensänderungen äußert. Ein Kennzeichen dieser Krankheiten ist ihre außergewöhnlich lange Inkubationszeit, die Jahre oder sogar Jahrzehnte andauern kann, während derer der Wirt keine Symptome zeigt, während sich der stille, unaufhaltsame Prozess der Proteinkonversion vollzieht. Sobald jedoch Symptome auftreten, schreitet die Krankheit mit erschreckender Geschwindigkeit voran und führt oft innerhalb weniger Monate zum Tod.

Das Spektrum der Prionkrankheiten ist breit und beunruhigend. Beim Menschen ist die häufigste Form die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (CJD), die in der Regel sporadisch auftritt, ihre Ursache unbekannt, bei etwa einer von einer Million Menschen weltweit pro Jahr. Weitere Formen beim Menschen sind das Gerstmann-Sträussler-Scheinker-Syndrom (GSS) und die tödliche familiäre Schlaflosigkeit (FFI), die vererbbar sind und auf Mutationen in dem Gen zurückgehen, das für das Prionprotein kodiert. Dann gibt es Kuru, eine Krankheit, die das Volk der Fore in Papua-Neuguinea verwüstete und durch rituellen Kannibalismus übertragen wurde. Sie lieferte den ersten handfesten Beweis dafür, dass diese menschlichen Hirnerkrankungen ansteckend sein können.

Auch Tiere leiden an ihren eigenen Versionen dieser Leiden. Die Traberkrankheit (Scrapie), eine seit dem 18. Jahrhundert bekannte Krankheit von Schafen und Ziegen, war die erste identifizierte TSE und ist so benannt nach der Neigung befallener Tiere, sich zwanghaft die Wolle an Zäunen oder Pfählen abzuscheuern. In jüngerer Zeit haben zwei weitere tierische Prionkrankheiten die öffentliche Aufmerksamkeit und Besorgnis erregt. Die bovine spongiforme Enzephalopathie (BSE), auch als „Rinderwahn“ bekannt, trat in den 1980er Jahren im Vereinigten Königreich auf und verbreitete sich über kontaminiertes Futter unter Rindern. Ihre anschließende Übertragung auf den Menschen, die eine als variante CJD (vCJD) bezeichnete neue Krankheit verursachte, löste eine schwere Krise des öffentlichen Gesundheitswesens aus, veränderte die Lebensmittelsicherheitspolitik grundlegend und offenbarte das erschreckende Potenzial von Prionen, die Artenschranke zu überwinden. In Nordamerika breitet sich die chronische Auszehrungskrankheit (CWD) weiterhin heimtückisch in Populationen von Hirschen, Elchen und Wapitis aus und wirft Fragen zu ihren potenziellen Auswirkungen auf Ökosysteme und möglichen Risiken für die menschliche Gesundheit auf.

Im Zentrum dieser gesamten Saga steht ein einzelnes Protein, bekannt als Prionprotein (PrP). In seiner normalen, zellulären Form, bezeichnet als PrP^C, ist es eine harmlose und möglicherweise sogar nützliche Komponente unserer Zellen, insbesondere im Nervensystem, obwohl seine genaue Funktion etwas rätselhaft bleibt. Der Bösewicht der Geschichte ist PrP^Sc (benannt nach Scrapie), die fehlgefaltete, krankheitsverursachende Isoform. Diese beiden Versionen sind chemisch identisch, bestehen aus der exakt gleichen Abfolge von Aminosäuren. Der einzige Unterschied liegt in ihrer dreidimensionalen Gestalt, der Konformation. PrP^C ist reich an Strukturen, die Alpha-Helices genannt werden, während das pathogene PrP^Sc von Beta-Faltblättern dominiert wird.

Dieser strukturelle Unterschied ist alles. Das beta-faltblattreiche PrP^Sc ist unglaublich stabil und resistent gegen Abbau. Während normale Proteine ständig von der Zelle recycelt werden, widersteht PrP^Sc dem Abbau durch Enzyme, sogenannte Proteasen. Dadurch kann es sich anreichern, Klumpen und lange Amyloidfibrillen bilden, die für Neuronen toxisch sind und zu den charakteristischen schwammartigen Schäden führen. Entscheidend ist, dass PrP^Sc als eine Art Schablone fungiert. Wenn es auf ein Molekül des normalen PrP^C trifft, bringt es das gesunde Protein irgendwie dazu, seine normale Form aufzugeben und sich in die gefährliche Konformation des PrP^Sc umzufalten. Dies löst eine Kettenreaktion aus, eine langsame, aber unerbittliche Kaskade von Fehlfaltungen, die sich von einem Protein zum nächsten ausbreitet und letztlich das Gehirn überwältigt.

Die Existenz von Prionen hat eine vollständige Neubewertung dessen erzwungen, was einen infektiösen Erreger ausmacht. Anders als Viren oder Bakterien sind Prionen erstaunlich resistent gegen Methoden, die normalerweise Krankheitserreger zerstören. Sie überstehen Kochen, herkömmliche Desinfektionsmittel und sogar Strahlungsmengen, die virale DNA oder RNA auslöschen würden. Diese unglaubliche Widerstandsfähigkeit stellt die öffentliche Gesundheitsvorsorge vor große Herausforderungen, von der Sterilisation chirurgischer Instrumente bis zur Sicherheit von Bluttransfusionen und Organtransplantationen. Die iatrogene Übertragung von CJD durch kontaminierte neurochirurgische Instrumente oder Präparate von menschlichem Wachstumshormon, das von Verstorbenen gewonnen wurde, ist eine eindringliche Erinnerung an diese Risiken.

Eine der tiefgreifendsten und weitreichendsten Implikationen der Prionforschung geht über die seltenen TSEs hinaus. Wissenschaftler haben erkannt, dass der Mechanismus, bei dem ein fehlgefaltetes Protein eine Kaskade weiterer Fehlfaltungen auslöst, nicht nur für Prionkrankheiten spezifisch ist. Es wird heute angenommen, dass dieser „prionähnliche“ Mechanismus eine grundlegende Rolle bei einer Reihe von häufigeren und verheerenderen neurodegenerativen Erkrankungen spielt. Die Plaques aus Amyloid-Beta-Protein und die Tangles aus Tau-Protein, die für die Alzheimer-Krankheit charakteristisch sind, sowie die Lewy-Körperchen aus Alpha-Synuklein, die bei der Parkinson-Krankheit gefunden werden, scheinen sich alle auf ähnliche, sich selbst verbreitende Weise im Gehirn auszubreiten. Obwohl diese Krankheiten nicht als ansteckend im gleichen Sinne wie CJD oder Kuru gelten, bietet das Verständnis des Prion-Paradigmas eine mächtige neue Linse, durch die man ihre Pathologie betrachten kann, und einen vielversprechenden Weg zur Entwicklung neuartiger therapeutischer Strategien.

Dieses Buch möchte Sie durch diese komplexe und faszinierende Welt führen. Wir beginnen mit einem Eintauchen in den Kern des Prion-Konzepts, erkunden die Protein-Hypothese und die Struktur und Funktion der normalen und pathologischen Prionproteine. Anschließend begeben wir uns auf eine Reise durch die gesamte Landschaft der menschlichen und tierischen Prionkrankheiten, von der historischen Kuriosität Kuru bis hin zur anhaltenden Herausforderung der chronischen Auszehrungskrankheit. Die folgenden Kapitel verlagern den Fokus auf die praktischen Aspekte des Lebens in einer Welt, in der Prionen existieren. Wir werden die klinische Diagnose dieser schwer fassbaren Krankheiten untersuchen und uns die fortschrittlichen bildgebenden Verfahren und Biomarker-Assays ansehen, die Hoffnung auf eine frühere Erkennung bieten. Wir werden uns mit den Fragen des öffentlichen Gesundheitswesens auseinandersetzen, darunter Epidemiologie, Übertragung und die entscheidende Bedeutung der Dekontamination. Schließlich wenden wir uns der Zukunft zu, geben einen Überblick über den aktuellen Stand der therapeutischen Entwicklung, von der Immuntherapie bis zur Wirkstoffforschung, und betrachten die ethischen und gesellschaftlichen Dimensionen dieser einzigartigen Krankheiten.

Die Geschichte der Prionen ist ein Märchen von wissenschaftlicher Häresie, die zur etablierten Tatsache wird. Es ist die Geschichte eines Krankheitserregers, der sowohl Teil von uns ist als auch ein unerbittlicher fremder Eindringling, ein molekularer Jekyll und Hyde. Es ist eine eindringliche Veranschaulichung dessen, wie eine subtile Änderung der Form eines Proteins eine Kaskade der Zerstörung auslösen kann, ein Prozess, der nicht nur für eine Gruppe seltener und beängstigender Krankheiten zentral ist, sondern auch der Schlüssel zum Verständnis einiger der häufigsten neurologischen Geißeln der Menschheit sein könnte.

Die Geschichte des Prions ist ein Meisterwerk wissenschaftlicher Revolution, eine Erzählung darüber, wie eine einzige, kühne Idee jahrzehntelanges etabliertes biologisches Dogma auf den Kopf stellen kann. Sie beginnt nicht in einem glänzenden modernen Labor, sondern auf den windgepeitschten Feldern des Europa des 18. Jahrhunderts, wo Schäfer eine seltsame und tödliche Krankheit in ihren Herden beobachteten. Sie nannten sie Scrapie (die Traberkrankheit), ein Name, der das Hauptsymptom lebhaft einfing: einen qualvollen Juckreiz, der die Schafe zwang, sich ihre Wolle an allem, was sie finden konnten, abzuschaben. Die Krankheit schritt unerbittlich fort, führte zu Zittern, Taumeln und schließlich zum Tod. Jahrhundertelang war sie eine veterinärmedizinische Kuriosität, ihre Ursache ein völliges Mysterium. Bis zum 20. Jahrhundert hatten Wissenschaftler festgestellt, dass Scrapie übertragbar war, doch die Natur des infektiösen Erregers war zutiefst verwirrend.

Frühe Untersuchungen zu Scrapie und verwandten menschlichen Krankheiten wie Kuru und der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit wurden von der Virologie der damaligen Zeit geprägt. Die langen Inkubationszeiten, die manchmal Jahre oder sogar Jahrzehnte andauerten, veranlassten den isländischen Wissenschaftler Björn Sigurðsson in den 1950er Jahren, den Begriff „slow virus“ (langsames Virus) zu prägen. Dies war eine plausible und bequeme Erklärung. Sie passte zum zeitlichen Verlauf der Krankheiten und berief sich auf eine bekannte Klasse von Erregern. Das einzige Problem war, dass niemand das Virus finden konnte. Trotz intensiver Bemühungen ließen sich keine Viruspartikel aus den Gehirnen erkrankter Tiere oder Menschen isolieren. Darüber hinaus zeigte der für diese transmissiblen spongiformen Enzephalopathien (TSEs) verantwortliche Erreger eine bizarre, fast schon übernatürliche Resistenz gegen Behandlungen, die jeden herkömmlichen Erreger hätten vernichten müssen. Er überlebte Kochen, Formaldehyd und andere aggressive Desinfektionsmittel. Dies war ein Rätsel, das auf etwas gänzlich Neues hindeutete.

Der erste große Riss in der „slow virus“-Theorie entstand durch eine Reihe eleganter Experimente, die in den 1960er Jahren von der in London tätigen Radiobiologin Tikvah Alper durchgeführt wurden. Alper und ihre Kollegen nahmen Proben von Scrapie-infiziertem Hirngewebe und bombardierten sie mit ionisierender und ultravioletter (UV) Strahlung. Sie argumentierten, dass dies ihnen erlauben würde, die Größe und Natur des infektiösen Erregers abzuleiten. Die Ergebnisse waren erstaunlich. Der Scrapie-Erreger war außerordentlich resistent gegen ionisierende Strahlung, was darauf hindeutete, dass er unglaublich klein war, vielleicht zu klein für ein Virus. Noch aufschlussreicher war seine Reaktion auf UV-Licht. UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 260 Nanometern ist besonders effektiv darin, Nukleinsäuren (DNA und RNA), das genetische Fundament allen bekannten Lebens einschließlich Viren, zu schädigen. Doch diese spezifische Wellenlänge hatte bemerkenswert wenig Einfluss auf die Fähigkeit des Scrapie-Erregers, die Krankheit zu übertragen. Er war, wie Alper es formulierte, effektiv transparent für keimtötendes UV. Dies war ein tiefgreifender Hinweis darauf, dass der Erreger möglicherweise gar kein Nukleinsäure-Genom besaß.

Etwa zur gleichen Zeit nagte der Veterinärforscher Iain Pattison vom britischen Agricultural Research Council ebenfalls an der vorherrschenden Lehre. Er demonstrierte, dass Scrapie durch teilweise gereinigte Hirnextrakte übertragen werden konnte und merkte die unglaubliche Zähigkeit des Erregers an, der Behandlungen überlebte, die Viren zerstören würden. In einer bemerkenswert vorausschauenden, wenn auch vielleicht leicht scherzhaften Vermutung spekulierte er, dass der Erreger etwas anderes als ein Virus sein könnte, vielleicht sogar ein sich selbst replizierendes Polysaccharid. Die entscheidende Erkenntnis war, dass die Infektiosität untrennbar mit einer Proteinkomponente des Wirts selbst verbunden zu sein schien. Die Beweise häuften sich: Der Scrapie-Erreger war klein, er war zäh, und er schien die fundamentale Regel zu verletzen, dass Leben Gene zur Replikation benötigt.

Dies war der Stand der Dinge, als ein junger amerikanischer Neurologe namens Stanley Prusiner 1972 in das Feld eintrat. Sein Interesse wurde durch einen Patienten geweckt, den er behandelte und der an der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (CJD), einer menschlichen spongiformen Enzephalopathie, starb. Fasziniert und beunruhigt durch die mysteriöse Natur der Krankheit seines Patienten, widmete Prusiner seine Karriere der Isolierung und Identifizierung des infektiösen Erregers. Er richtete ein Labor an der University of California, San Francisco ein und begann einen jahrzehntelangen, mühsamen Versuch, den Scrapie-Erreger aus den Gehirnen Tausender infizierter Hamster zu reinigen.

Die Aufgabe war monumental. Prusiner und sein Team mussten einen effizienteren Bioassay entwickeln, um die Infektiosität zu messen – im Wesentlichen die Zeitmessung, wie lange es dauerte, bis Hamster nach der Inokulation mit zunehmend gereinigten Hirnfraktionen Symptome entwickelten. Dieser Bioassay, obwohl langsam und arbeitsintensiv, war der entscheidende Kompass, der ihre biochemische Suche leitete. Sie unterzogen das infektiöse Material einer Reihe von Behandlungen und verfolgten akribisch, welche Verfahren seine Fähigkeit, Krankheiten zu verursachen, verringerten.

Immer wieder wiesen die Ergebnisse in eine Richtung. Verfahren, von denen bekannt war, dass sie Proteine abbauen oder zerstören, wie die Behandlung mit Enzymen, sogenannten Proteasen, oder bestimmten Detergenzien, verringerten die Infektiosität der Proben konsequent. Umgekehrt hatten Behandlungen, die darauf abzielten, Nukleinsäuren zu zerstören, einschließlich verschiedener Nukleasen und der Exposition gegenüber Zinkionen, keinerlei Wirkung. Der Schluss, so radikal er auch war, wurde unausweichlich. Der infektiöse Erreger war kein Virus, kein Bakterium und keine andere konventionelle Lebensform. Seine Infektiosität hing von Protein ab.

In einer bahnbrechenden Arbeit, die 1982 in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, schlug Prusiner einen Namen für diesen neuartigen Erreger und eine Hypothese zu seiner Existenz vor. Er prägte den Begriff „Prion“, ein Kofferwort aus „proteinaceous infectious particle“ (proteinöser infektiöser Partikel), um ihn von Viren und Viroiden (die infektiöse RNA-Moleküle sind) abzugrenzen. Der Name war eingängig, umstritten und dazu bestimmt, haften zu bleiben. Er betonte bewusst die Aussprache „pree-on“, um ihn vom Namen eines Seevogels zu unterscheiden. Noch wichtiger war, dass er die „Protein-hypothese“ formal artikulierte. Diese Hypothese besagte, dass das Prion eine aberrante Form eines normalen Proteins sei, das sich in Abwesenheit jeglicher Nukleinsäure selbst replizieren könne.

Die Protein-hypothese war wissenschaftliche Häresie. Sie flog dem zentralen Dogma der Molekularbiologie ins Gesicht, das besagt, dass genetische Information von Nukleinsäuren zu Proteinen fließt und niemals umgekehrt. Die Idee, dass ein Protein als infektiöser Erreger fungieren, Information tragen und andere Proteine zwingen könnte, seine Form zu kopieren, wurde von vielen als absurd angesehen. Die wissenschaftliche Gemeinschaft reagierte mit intensiver Skepsis und in vielen Fällen offener Feindseligkeit. Prusiner wurde dafür kritisiert, einen neuen Begriff für einen Erreger geprägt zu haben, den er noch nicht vollständig gereinigt hatte. Viele etablierte Forscher auf dem Gebiet blieben davon überzeugt, dass ein verstecktes „slow virus“ immer noch der wahre Übeltäter sei und dass Prusiners Protein lediglich ein pathologisches Nebenprodukt der Infektion, nicht deren Ursache sei.

Trotz des Gegenwinds traf die Protein-hypothese eine klare, überprüfbare Vorhersage. Wenn das Prion tatsächlich eine fehlgefaltete Version eines normalen Wirtsproteins war, dann musste ein Gen für dieses Protein im Genom des Wirts existieren. Eine Suche wurde von Prusiners Gruppe und von anderen Laboren gestartet, namentlich dem des Molekularbiologen Charles Weissmann. 1985 hatten sie den Jackpot geknackt. Sie identifizierten und klonierten erfolgreich das Gen, das für das Prionprotein kodiert (heute beim Menschen als PRNP bekannt). Die bahnbrechende Entdeckung war, dass dieses Gen nicht nur in Scrapie-infizierten Tieren vorhanden war, sondern auch in gesunden, nicht infizierten Tieren und Menschen.

Dies war ein entscheidender Moment. Der infektiöse Erreger war kein fremder Eindringling mit eigenen, einzigartigen Genen. Stattdessen lag das Problem in einem der körpereigenen Proteine. Diese Entdeckung ermöglichte es Wissenschaftlern schließlich, zwischen den beiden Versionen des Proteins zu unterscheiden. Die normale, gesunde Form, die auf der Zelloberfläche (insbesondere von Neuronen) vorkommt, wurde als PrP^C (für Cellular Prion Protein) bezeichnet. Die infektiöse, krankheitsverursachende Isoform erhielt den Namen PrP^Sc (für Scrapie Prion Protein).

Mit dem Gen in der Hand konnten Forscher beginnen, die Unterschiede zwischen den beiden Proteinen zu charakterisieren. Chemisch waren sie identisch, bestehend aus der exakt gleichen Abfolge von Aminosäuren. Der Unterschied lag vollständig in der Konformation – einer Divergenz in ihrer dreidimensionalen Faltstruktur. PrP^C besteht vorwiegend aus flexiblen, schlingenartigen Strukturen, den sogenannten Alpha-Helices. Das pathogene PrP^Sc besteht im starken Gegensatz dazu weitgehend aus starren, flachen Strukturen, den sogenannten Beta-Faltblättern. Diese strukturelle Veränderung ändert die Eigenschaften des Proteins dramatisch. Während PrP^C in Detergenzien löslich und leicht durch Proteasen abbaubar ist, ist PrP^Sc unlöslich und hartnäckig resistent gegen Proteasenverdau. Diese Proteaseresistenz wurde zu einem kritischen biochemischen Marker für den Nachweis der krankheitsverursachenden Isoform in Gewebeproben.

Der endgültige, definitive Beweis für die Protein-hypothese kam aus dem aufstrebenden Bereich der Gentechnik. Charles Weissmanns Labor übernahm die Führung in einem bahnbrechenden Experiment. Sie schufen transgene Mäuse, bei denen das PRNP-Gen vollständig entfernt, also „ausgeschaltet“ worden war. Diese PrP-Knockout-Mäuse waren anatomisch normal und gesund, was darauf hindeutete, dass das Prionprotein für das grundlegende Überleben, zumindest in einer Laborumgebung, nicht essenziell war. Der entscheidende Test kam, als diese Knockout-Mäuse mit einer potenten Dosis infektiösem PrP^Sc injiziert wurden. Das Ergebnis war eindeutig: Die Mäuse erkrankten nicht. Sie waren vollständig resistent gegen Scrapie und vermehrten keine Prionen in ihren Gehirnen. Dies bewies jenseits jeden vernünftigen Zweifels, dass das eigene PrP^C des Wirts absolut notwendig für die Entwicklung der Krankheit war. Das infektiöse PrP^Sc benötigte einen Vorrat an normalem PrP^C, um es umzuwandeln.

Weitere Experimente zementierten diesen Schluss. Als normales Hirngewebe, das PrP^C enthielt, in die Gehirne von Knockout-Mäusen transplantiert wurde, konnte nur das transplantierte Gewebe von Prionen infiziert und zerstört werden; das umliegende, PrP-defiziente Hirngewebe blieb unversehrt. Dies zeigte, dass die Expression von PrP^C für die toxischen Effekte von Prionen auf Neuronen erforderlich war. Die Beweise waren nun erdrückend: Die genetische Information für das Prion war in einem Wirtsgen kodiert, und die Ausbreitung der Krankheit hing von der Anwesenheit des Wirtsproteins ab.

Dennoch blieb eine letzte Herausforderung für die Protein-hypothese, ein Unterfangen, das oft als der „heilige Gral“ der Prionforschung bezeichnet wird: infektiöse Prionen im Reagenzglas ausschließlich aus reinen, synthetischen Proteinkomponenten herzustellen. Dies würde jede Möglichkeit ausschließen, dass eine versteckte, verunreinigende virale Nukleinsäure für die Infektiosität verantwortlich war. Frühe Versuche scheiterten, aber Anfang der 2000er Jahre gelang es mehreren Gruppen, einschließlich der von Prusiner, endlich. Sie konnten rekombinantes Prionprotein, hergestellt in Bakterien, nehmen und es Bedingungen aussetzen, die bewirkten, dass es sich in den beta-faltblattreichen, aggregierten PrP^Sc-Zustand fehlfaltete. Wenn dieses rein synthetische Material in Tiere injiziert wurde, erzeugte es eine tödliche, transmissible neurodegenerative Erkrankung.

Diese in vitro-Propagationsstudien, insbesondere solche, die Techniken wie die Protein Misfolding Cyclic Amplification (PMCA) nutzten, erfüllten formell eine moderne Version der Kochschen Postulate für einen proteinbasierten Erreger. Es war nun möglich, den infektiösen Erreger aus definierten, minimalen Komponenten zu erzeugen, was bewies, dass die Konformation eines Proteins allein pathogen und infektiös sein konnte. Die jahrzehntelange Debatte war damit effektiv beigelegt.

1997 wurde Stanley Prusiner der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für seine Entdeckung der „Prionen – ein neues biologisches Prinzip der Infektion“ verliehen. Es war eine Vindikation für eine Theorie, die als häretisch abgetan worden war, und für einen Wissenschaftler, der Jahre der Skepsis und Kontroversen überstanden hatte. Die Reise von einer seltsamen Schafskrankheit zur Validierung eines revolutionären Konzepts hatte unser Verständnis von Infektion, Vererbung und der fundamentalen Natur von Krankheit selbst neu geformt.