Opracowana przez polskich naukowców metoda znacząco przyspiesza badania próbek zawierających patogenne bakterie z rodzaju Leptospira. Dotychczasowe metody badawcze, które są niezbędne do tego, by wdrożyć odpowiednie i skuteczne programy szczepień, wymagają zastosowania metod serologicznych, w których konieczne jest pozyskiwanie surowic z hodowli zarażonych królików. Interdyscyplinarny zespół z Krakowa opracował sposób obejścia czasochłonnych i kosztownych badań, co w przyszłości pozwoli znacznie szybciej działać służbom odpowiedzialnym za zwalczanie epidemii leptospirozy i wdrażanie programów profilaktycznych.

Leptospiroza dotyka zwierzęta i ludzi

Leptospira to rodzaj tlenowych bakterii Gram-ujemnych, z których wiele gatunków wywołuje chorobę zakaźną, tj. leptospirozę. Nosicielami bakterii są zwierzęta, w tym ssaki domowe i hodowlane. Dotychczas zidentyfikowano niemal siedemdziesiąt gatunków Leptospira, wśród nich kilkanaście patogennych, wywołujących zakażenia u zwierząt. Niestety leptospiroza przenosi się również na ludzi. Przebieg choroby może być ostry, prowadząc w skrajnych przypadkach do śmierci lub poważnych powikłań. Na świecie co roku leptospirozą zaraża się ok. 1 mln osób, a ok. 60 tys. umiera. Zakażenie bakterią odbywa się poprzez uszkodzoną skórę oraz błony śluzowe. Ze względu na odzwierzęcy charakter leptospiroza uznawana jest za chorobę zawodową, na którą szczególnie narażeni są rolnicy, hodowcy zwierząt, a także pracownicy oczyszczalni ścieków. Leptospiroza u zwierząt – zarówno w postaciach ostrych, jak i przewlekłych, w tym utajonych – powoduje znaczne szkody materialne.

Utrudniona diagnostyka i przeciwdziałanie

– Walkę z leptospirozą utrudnia silne zróżnicowanie gatunkowe i serologiczne bakterii Leptospira. Poszczególne gatunki morfologicznie nie różnią się między sobą, a to powoduje, że prawidłowa identyfikacja patogenów obecnych w danym regionie jest wyzwaniem dla diagnostów laboratoryjnych. W przypadku leptospirozy czym innym jest zdiagnozowanie choroby, a czym innym określenie, jaki dokładnie rodzaj bakterii ją wywołał – mówi dr hab. Dariusz Latowski z Uniwersytetu Jagiellońskiego, współtwórca nowej metody. W klasyfikacji serologicznej bakterie Leptospira zostały podzielone na liczne serowarianty, określane na podstawie zmienności antygenowej. Wprowadzony podział obejmuje zarówno gatunki patogenne, jak i niepatogenne. Dodatkowo, na użytek dotychczas stosowanych metod diagnostycznych, wyodrębnione serowarianty zostały ujęte w odrębne serogrupy. Aby móc skutecznie i prawidłowo przeciwdziałać epidemii leptospirozy, np. poprzez zastosowanie właściwych odmian szczepionek, warunkiem koniecznym jest prawidłowe określenie serogrup i serowariantów Leptospira bytujących na danym terenie. Dopiero wtedy można skutecznie ukierunkować odmienne typy szczepionek, które zadziałają na konkretny serowariant. To właśnie kwestie identyfikacji i precyzyjnego określania serowariantów i serogrup Leptospira stanowią do dziś wąskie gardło w walce z tą chorobą oraz jej przeciwdziałaniu. Jest to problem ogólnoświatowy, bowiem jak dotąd w żadnym z regionów globu nie wdrożono metod pozwalających stosunkowo szybko i łatwo wskazywać serowarianty bakterii.

– Obecnie w diagnostyce leptospirozy dominują metody genetyczne, np. z wykorzystaniem technologii PCR. Mimo że są one stosowane do zdiagnozowania choroby, nie pozwalają wskazać konkretnego serowariantu. Ten wyróżnik zależy od typu antygenów obecnych na powierzchni bakterii. To właśnie identyfikacja serowariantu jest kluczowa w działaniach epidemiologicznych i profilaktyce – uważa dr lek. wet. Aleksandra Lewicka z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, współtwórczyni nowej metody. – Współczesny problem w przeciwdziałaniu leptospirozie bierze się stąd, iż metody identyfikacji serowariantów bakterii są bardzo czasochłonne i kosztochłonne. Nie zajmują się tym rutynowo laboratoria diagnostyczne. Badania są dotychczas wykonywane jedynie przez specjalistyczne laboratoria badawcze. Opracowana przez nas metoda jest prosta i może być przeprowadzona przez zwykłe ośrodki biochemiczne posiadające odpowiednie zaplecze, takie jak chromatograf cieczowy. Metodę łatwo więc upowszechnić, a przy tym kluczowe jest to, iż uzyskanie informacji o konkretnych serowariantach obecnych w badanej próbce zajmuje znacznie mniej czasu w porównaniu do obecnie stosowanych technik badawczych – wyjaśnia prof. dr hab. Zbigniew Arent z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, współautor nowej metody.

LPS to identyfikator bakterii

Zespół naukowców z UJ i Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie wpadł na pomysł, by identyfikację serowariantów bakterii Leptospira oprzeć na badaniu składu LPS obecnego w bakteriach. LPS to unikatowy lipopolisacharyd obecny w zewnętrznych błonach komórkowych bakterii Gram-ujemnych. Jest on na tyle unikatowy, że zbadanie jego składu daje pewność co do przynależności badanej bakterii do danego serowariantu. Zatem badając skład chemiczny LPS, można wprost odpowiedzieć na pytanie, do jakiej serogrupy należy badana bakteria oraz który serowariant reprezentuje?

Szybsze informacje bez potrzeby immunizowania zwierząt

– Opracowana przez nas metoda skraca czas badania, ponieważ do identyfikacji serowariantów nie potrzebne są analizy surowic. Dziś laboratoria badawcze, chcąc pozyskać informacje o serowariantach, bazują na analizach serologicznych, w których niezbędne jest wyprodukowanie surowic odpornościowych. Surowice te pozyskuje się od zarażanych królików. Nasza metoda w ogóle nie wymaga takich surowic. Jest dużo szybsza, tańsza i bardziej humanitarna, bo wykonuje się ją bez udziału zwierząt. Stosując ją, możemy w prosty sposób określić, z jakim serowariantem mamy do czynienia, a taka informacja dla służb walczących z epidemią czy wdrażających programy profilaktyki jest w pełni wystarczająca do skutecznego działania – zdradza dr Jan Łyczakowski z UJ, współtwórca metody identyfikacji bakterii.

Badanie bakterii odbywa się już po ich wyizolowaniu z materiału klinicznego – pozyskiwanego z krwi, moczu lub pośmiertnie z tkanek zwierząt. – Do tej pory laboratoria diagnostyczne na całym świecie nie dysponują tak szybkim narzędziem do identyfikacji serowariantów Leptospira. Szybszy i łatwiejszy dostęp do informacji o tym, jakiego rodzaju serowarianty są obecne na danym terenie, stanowić będzie przyczynek do tego, by w poszczególnych regionach znacznie szybciej i skuteczniej reagować na zagrożenia epidemiologiczne. To pozwoli podnieść skuteczność szczepień profilaktycznych i docelowo zwalczać ogniska epidemii – tłumaczy dr inż. Gabriela Konopka-Cupiał, dyrektorka Centrum Transferu Technologii UJ CITTRU. Po zabezpieczeniu własności intelektualnej obie uczelnie pracują nad tym, by nawiązać współpracę z partnerami, którzy wdrożą tę metodę do praktyki diagnostycznej i upowszechnią ją w świecie.

Na zdjęciu współtwórcy metody, kolejno od lewej: dr lek. wet. Aleksandra Lewicka i prof. dr hab. Zbigniew Arent z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie oraz dr hab. Dariusz Latowski i dr Jan Łyczakowski z Uniwersytetu Jagiellońskiego. Źródło: CITTRU UJ.

Więcej informacji o leptospirozie i jej konsekwencjach

Badania przeprowadzone w Wielkiej Brytanii i Irlandii, które oparto na testach na obecność przeciwciał w mleku pochodzącym z gospodarstw, gdzie nie stosowano szczepień przeciwko leptospirozie, wykazały, iż bakterie Leptospira dotknęły stada bydła mlecznego w skali od ok. 72% do 80%. Infekcje leptospirozą powodują więc znaczne straty ekonomiczne w hodowli zwierząt, a tym samym – produkcji mięsa i przemyśle mleczarskim. Dane szacunkowe umieściły leptospirozę na drugim miejscu (po zakażeniach powodowanych przez wirusy BVDV) wśród głównych endemicznych infekcji bydła.

U zwierząt gospodarskich choroba przebiega najczęściej w sposób przewlekły, często subkliniczny, doprowadzając głównie do strat w rozrodzie, ponieważ jest ona przyczyną niepłodności i poronień. Obraz kliniczny jest całkowicie inny niż u psów i ludzi, u których przebieg jest nadostry, ostry, często śmiertelny. Przebieg choroby w dużej mierze uzależniony jest od zakażanego serowariantu, dlatego opracowana na UJ i UR w Krakowie metoda identyfikacji serowariantu może być bardzo przydatna w ocenie sytuacji epidemiologicznej.

W ostatnich latach zaobserwowano zwiększoną ilość przypadków o ostrym, często śmiertelnym przebiegu leptospirozy u psów. Dziś wiemy, że do zakażeń leptospirozą może dochodzić w parkach miejskich, co wskazuje na konieczność weryfikacji obecnych zaleceń dotyczących szczepień. Szczepienia zwierząt przeciwko leptospirozie, zarówno hodowlanych, jak i domowych, nie są obowiązkowe. Należy jednak podkreślić, że nawet gdy właściciel zwierząt zdecyduje się na szczepienie, to daje ono odpowiedź poszczepienną tylko na konkretny serowariant. Ponieważ nie ma możliwości zaszczepienia zwierząt na wszystkie serowarianty, przed szczepieniem konieczne jest wykonanie badań epidemiologicznych, które pozwolą zidentyfikować serowarianty aktualnie bytujące w danym regionie. Dopiero wtedy możliwe będzie skomponowanie możliwie skutecznej szczepionki.