Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Grypa – czy ludzkość jest bliska jej zwalczenia?
Dawid Wojtowicz, 05.05.2014 , Tagi: grypa, wirus grypy, influenza
Grypa – czy ludzkość jest bliska jej zwalczenia?
Grypa jest współczesną zmorą ludzkości. Łatwość rozprzestrzeniania się infekcji, sezonowy charakter zachorowań i duża zmienność genetyczna wirusa czynią z niej wielkie wyzwanie dla światowej medycyny. Między tym patogenem, a gatunkiem ludzkim trwa nieustanny wyścig zbrojeń. W świetle ostatnich dokonań naukowych pojawił się cień szansy na to, że szala zwycięstwa zacznie powoli przechylać się na stronę ludzi.

Grypa jest ostrą, bardzo zaraźliwą chorobą wirusową układu oddechowego. Do jej objawów zalicza się: wysoką gorączkę (38-41°C), dreszcze, rozlane bóle głowy, mięśni i stawów, ogólne osłabienie, katar, brak apetytu, bóle gardła, suchy napadowy kaszel oraz zapalenie spojówek. Wszystkie te symptomy występują w postaci ostrej, rozpoczynają się gwałtownie i przebiegają w tym samym czasie. Źródłem zakażenia jest chory człowiek (zwierzę) w każdym wieku – choroba przenosi się głównie drogą kropelkową: podczas kichania (śluz z nosa) i kaszlu (ślina). Okres wylęgania u ludzi trwa 1–7 dni, zwykle 2–3 dni. Replikacja wirusa w komórkach gospodarza wynosi średnio 6 godzin. Infekcja wirusowa toruje drogą zakażeniom bakteryjnym, przez co w 1 i 2 tygodniu choroby może dojść do rozwoju powikłań na czele z zapaleniem płuc, mięśnia sercowego i opon mózgowych.

 

Heterogeniczna choroba

 

Wyróżnia się trzy typy wirusa grypy: A, B i C. Wszystkie należą do rodziny ortomyksowirusów (Orthomyxoviridae) posiadającej segmentowany kwas nukleinowy o ujemnej polarności, czyli ssRNA(-) oraz osłonkę lipidowo-białkową, która chroni ich genom. Wirusy grypy dzieli się na podstawie rodzaju białek tworzących otoczkę białkową oraz składu nukleoprotein (NP) tworzących materiał genetyczny. Kluczowe znaczenie w ich poprawnej replikacji mają powierzchniowe glikoproteiny: hemaglutynina (H; HA) umożliwiająca wirusowi połączenie z kwasem sialowym, a następnie fuzję z błoną komórkową, oraz neuraminidaza (N; NA) usuwająca kwas sialowy, co powoduje opuszczenie zakażonej komórki przez pączkujące wiriony (pojedyncze, kompletne cząstki wirusa). Różnice w budowie tych silnie immunogennych białek stanowią kryterium różnicowania wirusów grypy na podtypy, a mniejsze lub większe mutacje w genach HA i NA odpowiadają za powstawanie jego nowych szczepów.

  • Wirus grypy A – atakuje ludzi i zwierzęta takie jak świnie i ptaki, posiada jednoniciowy i złożony z 8 segmentów RNA, jest to najgroźniejszy typ: wykazuje największą skłonność do mutacji, w związku z czym cechuje się ogromną różnorodnością (najwięcej możliwych podtypów i szczepów). U ludzi stwierdza się obecność wirusów grypy A podtypów H1N1, H2N2, H3N2 oraz H1N2, jednak odzwierzęce, głównie ptasie szczepy tego wirusa mogą również przenosić się na człowieka. Są to m.in. H5N1 i H9N2.
  • Wirus grypy B – wywołuje infekcje tylko u ludzi, podobnie jak rodzaj A ma jednoniciowy RNA podzielony na 8 segmentów, jednak występują u niego jeden podtyp HA i NA.
  • Wirus grypy C – powoduje choroby u ludzi i świń, wywołuje najłagodniejsze objawy, wyróżnia go jednoniciowy RNA zawierający się w 7 segmentach, brak u niego neuraminidazy, za to wyposażony jest w dodatkowe białko HEF, które łączy wszystkie 3 funkcje niezbędne do zainfekowania komórki (rozpoznanie, fuzja i destrukcja).   

Mechanizm zakażenia wirusem grypy jest przykładem bardzo szybkiej i wydajnej wirulencji przekładającej się na masowe infekowanie komórek gospodarza i długodystansowe rozprzestrzenianie się wirusa w całym organizmie. Po przedostaniu się do dróg oddechowych cząstki wirusa infekują i namnażają się w ich nabłonku migawkowym (orzęsionym). Hemaglutynina na powierzchni patogenu łączy się z kwasem sialowym komórki nabłonka dróg oddechowych, po czym komórka wchłania wirusa. W jej wnętrzu zachodzi replikacja wirusa i już po 6 godzinach nowe jednostki wirusa są uwalniane i mogą zakażać następne komórki. Ponadto możliwy jest rozsiew wirusa przez krew i chłonkę do wielu narządów i układów – w tej fazie zakażenia wirus może osiedlać się w węzłach chłonnych, śledzionie, wątrobie, nerkach, sercu i układzie nerwowym.

 

Światowe zagrożenie

 

Grypa występuje w postaci ognisk miejscowych, epidemii (podwyższony stan zachorowań na określonym terenie i w określonym czasie) i pandemii (epidemia o zasięgu krajowym, kontynentalnym lub globalnym), najczęściej w okresach jesiennych. Z uwagi na mobilność wirusa i powtarzalność zachorowań mówi się o sezonowym charakterze tej choroby, a w przypadku większej liczebności zarażonej populacji o sezonowych epidemiach.. Wybuchy ognisk miejscowych zdarzają się zwykle co 1-3 lata, natomiast średnio co 10-15 lat pojawia się nowy epidemiczny/pandemiczny szczep wirusa. Najbardziej aktywny na tym polu jest silnie mutujący wirus grypy A. Epidemie grypy powodują ogromne koszty gospodarczo-społeczne. Szacuje się, że najbardziej zabójcza pandemia grypy (hiszpanka), do której doszło w latach 1918-1919 za sprawą podtypu H1N1 wirusa A, pochłonęła 50-100 milionów ofiar.  Z kolei szczep A/H1N1, będącą zmutowaną wersją wirusa świńskiej grypy, wywołał w 2009 roku inną, bardzo nagłośnioną medialnie pandemię. Z Podobnym rozgłosem spotkał się szczep wirusa ptasiej grypy H5N1, który w okresie od 2003 do 2009 powodował padanie ptactwa i drobiu oraz wywoływał śmiertelne zakażenie u ludzi w wielu regionach świata. W sezonie 2012/2013 w Polsce stwierdzono 2 989 041 przypadków zachorowań na grypę, z czego 119 zakończyło się zgonem. Na alarmujący wzrost liczby osób zapadających na tą chorobę w naszym kraju zwrócili uwagę uczestnicy corocznej debaty skupiającej ekspertów medycznych, przedstawicieli instytucji i organizacji państwowych oraz przedsiębiorców.

 

Grypa od wielu lat jest jednym z najpoważniejszych zagrożeń dla zdrowia publicznego w Polsce. Jednym z głównych powodów utrzymywania się niskiego poziomu wyszczepialności przeciw grypie pozostaje brak świadomości zagrożeń wynikających z choroby oraz jej powikłań – powiedział Adam Antczak, przewodniczący Rady Naukowej Instytutu Oświaty Zdrowotnej Fundacji Haliny Osińskiej, podczas piątej edycji Flu Florum, jaka odbyła się w Warszawie w 2013 roku.

 

„Odporny” wirus

 

Bardzo wysokie ryzyko infekcji mogącej rozprzestrzeniać się pod niemal każdą szerokością geograficzną wynika bezpośrednio z podatności genomu wirusa grypy na częste mutacje, a mówiąc szerzej, z bardzo dużej zmienności antygenowej. Objawia się ona przebudową struktury białkowej otoczki wirusa wynikającej ze zmian (mutacji) w kodzie RNA. W ten sposób powstają nowe szczepy wirusa, które nie są rozpoznawane przez przeciwciała osób, które chorowały na wcześniejszą odmianę grypy. Największą transformację przechodzi wirus z grupy A, który jest zdolny do tzw. skoku (szyftu) antygenowego znanego również pod nazwą genetycznej reasortacji. Polega on na wymianie nawet kilku fragmentów RNA, co prowadzi do powstania wirusa, na którego nie występuje odporność, przez co w najgorszym przypadku może dojść do pandemii. Jest to najbardziej prawdopodobny scenariusz, gdy ma miejsce jednoczesne zakażenie komórki gospodarza przez dwa różne wirusy. Natomiast wirusy z rodzaju B i C są zdolne do zjawiska zmienności genetycznej określanego jako przesunięcie antygenowe. Składają się na nie spontaniczne i punktowe mutacje skutkujące obniżeniem skuteczności przeciwciał, które miały styczność z poprzednim szczepem.

 

Sposoby walki      

 

W razie zachorowania człowieka na grypę medycyna jest w posiadaniu środków łagodzących jej objawy i pomagających w pełnym powrocie do zdrowia (leki przeciwgorączkowe i przeciwkaszlowe, chemioterapeutyki hamujące replikację wirusa, a w przypadku grypy powikłanej antybiotyki oraz inne specyfiki – środki przeciwzapalne, nasercowe itp.). Przy wdrożeniu leczenia objawowego i stosowaniu się do zaleceń lekarskich „zwykła grypa” jest chorobą samoustępującą i niegroźną dla życia. Jednak bardzo wielu zarażonych, czy to z nieświadomości, czy z nieodpowiedzialności, nie idzie na konsultację lekarską i rozsiewa wirusy w swoim otoczeniu, zwiększając prawdopodobieństwo epidemii. Dlatego w zwalczaniu grypy tak bardzo istotną rolę odgrywa odpowiednia prewencja. Przyjmuje ona postać immunoprofilaktyki – podawania szczepionek inaktywowanych (przeciwko dwóm podstawowym antygenom wirusowym: H i N) i żywych (atenuowane, czyli osłabione szczepy wirusa) uwzględniających dominujące danego roku szczepy, zwykle 2 szczepy wirusa grypy A i 1 typu B. W Polsce od 1994 roku zaleca się coroczne szczepienia przeciwko grypie. Niestety zdarzają się sytuacje, że wirus, głównie typu A, daje radę zmutować do tego stopnia, że ostatnio zaaplikowana szczepionka jest bezużyteczna i nie zapewnia odporności na chorobę. W epidemiologii niezbędna jest więc umiejętność przewidywania skali transformacji wirusa grypy w najbliższych latach, a najlepiej w najbliższym sezonie.

 

W 2014 roku świat obiegła wiadomość o opracowaniu nowej metody prognozowania grypy przez polską badaczkę. Doktor Marta Łuksza z Uniwersytetu Columbia w Nowym Jorku, wspólnie z Doktorem Michaelem Laessigiem, fizykiem z uniwersytetu w Kolonii, stworzyła pionierski model matematyczny prognozowania tej choroby, który powstał w oparciu o badania jednego z najgroźniejszych szczepów wirusa grypy sezonowej - H3N2. Jest zatem nadzieja, że jej odkrycie pozwoli przygotowywać szczepionki o stosunkowo dużej skuteczności.

 

Głównym celem naszych badań było zrozumienie procesu ewolucji wirusa grypy, czyli tego jakie czynniki mają wpływ na dynamikę zmian w jego populacji. Matematyczne modelowanie tego procesu daje możliwość systematycznego podejścia do wyboru szczepionek: proponujemy, aby w

skład szczepionki wchodził szczep, który według naszych prognoz będzie dominował w populacji wirusa w następnym sezonie – wyjaśnia portalowi Biotechnologia.pl twórczyni tej metody, dr Łuksza.

 

Jak wszystko, co w nauce zostało niedawno wynalezione, tak i opracowany przez Polkę model matematyczny trzeba jeszcze przetestować w kolejnych badaniach, również przy udziale innych szczepów wirusa.

 

Praktyczne zastosowanie naszego modelu przy projektowaniu szczepionek będzie wymagało dalszych testów i prawdopodobnie rozszerzenia modelu, by uwzględniał również inne typy danych. Na tym etapie naszych badań przyjęliśmy pewne uproszczenia. W naszym podejściu mierzymy stopień ewolucji pomiędzy szczepami wirusa poprzez badanie różnic w ich genetycznych sekwencjach, podczas gdy obecnie stosowane prognozy opierają się również o dane antygenowe, które bezpośrednio mierzą interakcje szczepów z przeciwciałami. Jednym z naszych wyników było pokazanie, że o rozwoju wirusa decyduje konserwacja pewnych elementów genetycznych. Uwzględnienie tej dodatkowej cechy może również pomóc przy projektowaniu szczepionek – kontynuuje swój wywód dr Łuksza.

 

Reprezentantka Uniwersytetu Columbia zwraca jednak uwagę na to, że sama zdolność przewidywania zachowań wirusa grypy nie wystarczy do względnie skutecznej ochrony ludzi przed zagrożeniami, jakie stwarza ta choroba. Bez świadomości społecznej i lepszej dostępności do szczepionek nie jest możliwe podjęcie gwarantującej bezpieczeństwo prewencji.

 

Zasięg szczepionek na grypę jest obecnie na tyle mały, że jakkolwiek trafny jest wybór szczepów wchodzących w ich skład, nie mają one wyraźnego wpływu na zjawisko epidemii. To oczywiście może ulec mianie, jeżeli powiększy się procent ludności na świecie poddający się szczepieniom. W takiej sytuacji szczepionki stałyby się kolejnym czynnikiem wpływającym na dynamikę zmian w populacji wirusa. W konsekwencji nasz model najprawdopodobniej wymagałby rozszerzenia o tą dodatkową składową. Na szczęście, nasze rozwiązanie jest na tyle elastyczne, że takie zmiany nie stanowią fundamentalnego wyzwania koncepcyjnego – twierdzi dr Łuksza.

 

Uczona polskiego pochodzenia nie jest odosobniona w swoich poglądach. Zdanie o tym, że przed światem farmaceutycznym i medycznym jeszcze sporo pracy, zanim grypa spadnie do kategorii niegroźnych i rzadkich chorób, wyraża wielu wybitnych naukowców i specjalistów w dziedzinie epidemiologii. Jeszcze dużo czasu potrzeba na wyeliminowanie zarazy, za jaką współcześnie uważany jest wirus grypy.  

Źródła

1. Maria Olszyńska-Krowicka. „Choroby zakaźne i pasożytnicze, rozdział 14: Zakażenia wywołane przez RNA-wirusy – Grypa”. Redakcja naukowa: Zdzisław Dziubek. Wydawnictwo Lekarskie PZWL 2010.

2. Ilona Stefańska, Tomasz Dzieciątkowski, Grażyna Młynarczyk. „Zakażenia ortomyksowirusami u osób z zaburzeniami odporności”. Postępy Mikrobiologii 51 (2): 99–108, 2012.

3. Rosenthal PB, Zhang X, Formanowski F, Fitz W, Wong CH, Meier-Ewert H, Skehel JJ, Wiley DC. „Structure of the haemagglutinin-esterase-fusion glycoprotein of influenza C virus”. Nature 396 (6706): 92–6, 1998.

4. Johnson, Niall P. A. S. „Updating the Accounts: Global Mortality of the 1918-1920 "Spanish" Influenza Pandemic”. Bulletin of the History of Medicine 76 (1): 105-115, 2002

5. Marta Łuksza, Michael Lässig. „A predictive fitness model for influenza”. Nature 507: 57–61, 2014.

6. Raport z piątej edycji debaty Flu Florum 2013 zorganizowanej pod patronatem Ogólnopolskiego Programu Zwalczania Grypy.

KOMENTARZE
news

<Październik 2019>

pnwtśrczptsbnd
2
Business Insider Trends Festival
2019-10-02 do 2019-10-03
4
BioNinja Challenge 2019
2019-10-04 do 2019-10-06
5
6
11
12
13
15
Forum Pharma 360° PLanet
2019-10-15 do 2019-10-16
19
20
23
25
27
28
30
31
1
2
3
Newsletter