Od odry zapali się mózg, czyli sprytny wirus

Poznawanie wirusów to nie tylko pasjonująca naukowa przygoda. Pozwala ono zrozumieć podstawy wielu trapiących nas chorób, w tym trudnych do diagnostyki i leczenia zespołów neurologicznych. Czasami u ich podłoża leżą nasi znajomi od tysiącleci, jak wirus odry. I to aż dziw, że ponad sto lat od ich odkrycia, wirusy nadal oskarża się o nieistnienie.

Styczeń dopiero się skończył, a już na kandydaturę do „Biologicznej Bzdury Roku” (plebiscytu prowadzonego przez fanpage „To tylko teoria” nominowano magistra inżyniera po AGH, przedsiębiorcę Jerzego Z. (wreszcie przysiadła nad jego działalnością prokuratura, więc teraz chyba już trzeba bez nazwiska), który raczył był z pozycji swej pozazawodowej ignorancji (no bo to nie była wypowiedź o maszynach górniczo-hutniczych) publicznie oświadczyć, że „żaden wirusolog nigdy nie widział wirusa. Cała wirusologia jest oparta tylko na domniemaniach”. 

Śp. Ojciec Jan Góra OP zwykł był mawiać, że ludzie są bardzo ze swej natury „macatybilni”. Bo „jak nie pomaca, to nie uwierzy”. Zasadniczo nie ma w tym podejściu nic złego, ale warto sobie uświadomić tak proste fakty, jak ten, że gdyby nie techika USG, która upowszechniła się dopiero pół wieku temu, to dziecka w łonie matki do jakiegoś czwartego miesiąca życia też nikt nie był widywał, a jednak ciąża nie jest zjawiskiem domniemanym od tysiącleci. Charakteryzuja ją bowiem pewne objawy nawet wtedy, gdy jeszcze jej nie widać. Podobnie przed erą mikroskopii elektronowej było z wirusami. 

Otóż, w drugiej połowie XIX w. żyli Luis Pasteur i Robert Koch – ojcowie mikrobiologii jako nauki, którzy eksperymentalnie wykazali, że choroby bywają zakaźne. I to choroby znane od tysiącleci, jak wścieklizna, odra czy ospa. Posiadane przez nich mikroskopy pozwalały w kropli wody czy osocza krwi zobaczyć światy całe, ale zasadniczo o ile „to coś” nie było mniejsze niż 5 mikrometrów (czyli 0,005 milimetra). Najlepiej jeszcze, jeśli ów czynnik zakaźny, nazywany przez Pasteura „wirusem” dawał się hodować, niczym roślina posiana do gruntu, gdy wysiać ją na płytkę z galaretą z nóżek (pierwsze pożywki mikrobiologiczne zawdzięczamy żonom i współpracownicom owych „ojców”, które wiedziały, jak się gotuje). Tu zaznaczyć trzeba, że Pasteur nazywał wirusami nawet bakterie, bo jak to na początku każdej nauki, także inżynierii górniczo-hutniczej, terminologia dopiero powstawała, wykuwała się i krzepła z czasem.

To wszystko dzięki używkom

W tym samym czasie mniej więcej (1884 rok) Charles Chamberland stworzył filtr ceramiczny o porach mniejszych niż wielkość bakterii, co było cudownym wynalazkiem – koncepcyjnie pozwalającym po dziś dzień sterylizować (pozbawiać komórek bakteryjnych) roztwory – w tym surowice –wtedy, gdy nie można tego zrobić za pomocą pasteryzacji czy autoklawowania. Dekadę później Dmitrij Iwanowski zastosował ów wynalazek do zbadania, co też wywołuje epidemię równie kosztowną, jak owa zamiana wina w ocet w beczkach alzackich producentów, dzięki której Pasteur zasadniczo powołał do życia mikrobiologię. Co mianowicie wywołuje zarazę mozaiki tytoniowej. Na filtrze zatrzymały się wszystkie bakterie, no ale przesącz nadal był zakaźny – dało się nim zarazić zdrowe rośliny podczas kontrolowanego eksperymentu. 

Nazwijmy rzecz po imieniu – wirusologia, podobnie jak bakteriologia zawdzięczają swe powstanie skłonności ludzi do używek: wina i tytoniu. Za ojca wirusologii uznajemy dziś Martinusa Beijerincka, który rozwinął badania poprzedników z przesączami i zrozumiał, że w takim razie są jakieś czynniki zakaźne mniejsze od bakterii.

Nazwał je contagium vivum fluidum (żywy płynny zarazek). Kolejne pokolenia wirusologów potwierdzały tę historię, wykazując, że podobny czynnik za mały, by być bakterią, wywołuje pryszczycę bydła czy chorobę Heinego-Medina u ludzi. Zauważono również, że tymi właśnie przesączalnymi czynnikami daje się zarażać bardzo wąskie spektrum pokrewnych sobie istot żywych, czyli co chorobotwórcze dla człowieka, dla szczura laboratoryjnego absolutnie nie musi być i na ogół nie będzie. Dziś wiemy, że wynika to z tego, jak wirusy działają molekularnie, czyli np. do czego się w naszych komórkach przyklejają – a te receptory bywają bardzo specyficzne gatunkowo. Na przełomie wieków zatem termin „wirus” zaczął nazywać to, co i my nim dziś określamy. Wiemy też, że każdy organizm żywy na ziemi ma jakiegoś wirusa, którego się boi. Są one znajdowanymi powszechnie pasożytami informacyjnymi – czyli żerują na „porwanej” przez siebie komórce, na której materiale genetycznym wymuszają zajęcie się produkowaniem potomnych cząstek wirusa, a nie własnym życiem.

Oczywiście fizyczna natura wirusów została poznana w latach 30. XX w. wraz z opracowaniem mikroskopu elektronowego, bo w świetlnym są niewidoczne. Dziś każdy porządny wirus ma już swoją fotografię spod mikroskopu elektronowego i można sobie w internecie pooglądać. Da się wtedy zobaczyć, że miewają one bardzo różnorodne kształty i strukturę wewnętrzną. Tak, że jest jasnym, że raczej nie mają wspólnego pochodzenia ewolucyjnego od jednego prapraprapraprawirusa.

Wirusy daje się w laboratorium namnażać i hodować, aczkolwiek trzeba im dostarczyć w tym celu odpowiedniego rodzaju żywych komórek, na których mogą żerować. W związku z tym każdy wirusolog widział co najmniej tego wirusa, którym się zajmuje. Nawet pod mikroskopem (dziś daje się sprawić, by wykazywały fluorescencję). Gdy też danego nowego wirusa się wyizoluje po raz pierwszy, raczej nie można zaniedbać jego obserwacji w mikroskopii elektronowej, bo bez tego trudno by było cokolwiek wiażącego powiedzieć o jego strukturze.

Po tym długim, ale niezbędnym wstępie mam wreszcie możliwość napisać, że – o czym możemy przeczytać w niedawnym „Science Advances” – widzieli wirusa odry, którego badają, uczeni japońscy z Uniwersytetu Kyushu. Dzięki swej wiedzy i doświadczeniu udało im się dziś odkryć mechanizm, dzięki któremu wirus odry może powodować podostre stwardniające zapalenie mózgu lub SSPE. To rzadkie, ale śmiertelne zaburzenie neurologiczne, które może wystąpić kilka lat po zakażeniu odrą. Badania nad odrą znów muszą ruszyć z kopyta, bo część populacji, zwłaszcza zasłuchana w profesjonalistów dorównujących swą fachowością Jerzemu Z., przestała szczepić dzieci swe przeciw odrze. Co sprawia, że ta bardzo zakaźna choroba powraca, powodując coraz większe ogniska epidemiczne. Światowa Organizacja Zdrowia szacuje, że w 2021 roku prawie dziewięć milionów ludzi na całym świecie zostało zarażonych odrą, a liczba zgonów sięgnęła 128 000.

W ramach dotychczasowych badań nad tą chorobą odkryto wiele rzeczy, o których już pisałam na tych łamach niejednokrotnie i było jasne, że normalna postać wirusa odry nie może zainfekować układu nerwowego. A jednak japoński zespół odkrył, że gdy wirus po ostrej infekcji zdoła utrzymać się w organizmie – sprawiając, że układ odporności się do niego przyzwyczaja i traktuje jak swojego – dostaje czas, by mutować. Te mutacje mogą dotyczyć kluczowego białka powodującego fuzję wirusa z błoną komórki – zwanego F – dzięki któremu wirus kontroluje sposób zakażania. A zatem i typy komórek, które potrafi „porwać”. To zatem właśnie może mu dać zdolność infekowania mózgu i doprowadzić do rozwoju SSPE.

„Zwykle wirus odry infekuje tylko komórki odpornościowe i nabłonkowe, powodując gorączkę i wysypkę” – wyjaśniają dla służb prasowych swojego uniwersytetu uczeni pod kierunkiem Yuta Shirogane. „Dlatego u pacjentów z SSPE wirus odry musiał pozostać w ich ciele i zmutować, a następnie uzyskać zdolność infekowania komórek nerwowych. Wirusy RNA, takie jak wirusy odry, mutują i ewoluują w bardzo szybkim tempie, ale mechanizm ich ewolucji dajacy im szansę na infekowaniu neuronów był tajemnicą”.

Jak każdy wirus, tak i wirus odry, zanim zadomowi się wewnątrz naszych komórek, by przejąć nad nimi kontrolę, niczym porywacz-terrorysta nad samolotem, mają skomplikowany rytuał wejścia. Kto chce samolot porwać czy zamek obronny zdobyć, musi się bowiem jakoś przedostać przez straże, oszukać na bramie i do tego potrzebuje zarówno swoich nielicznych, jak i naszych licznych białek. Wcześniejsze badania Japończyków dowiodły, że pewne mutacje w wirusowym białku F wprowadzają je w stan „hiperfusonogeniczny”. Prosto ująwszy: będzie umożliwiał fuzję wirusów z dowolną błoną komórkową, w tym otaczającą neurony tam, gdzie nie mają one mielinowej otoczki. Czyli w synapsach – połączeniach między dwoma neuronami. To wstęp do infekcji mózgu.

Na ogół w badaniach, co patogen może nam zrobić i jak się musi w tym celu zmienić, najlepszym podejściem jest wyizolować drobnoustroje obecne w organizmach chorych – w tym wypadku pacjentów z SSPE. Po sekwencjonowaniu ich genów kodujących białko F – a zapisanych w wirusowym genomowym RNA – okazało się, że niektóre mutacje zwiększałyby infekcję, podczas gdy inne odwrotnie. Czyli nie było jasne, co tu się dzieje.

W takich razach uczeni stawiają jakieś w miarę przytomne hipotezy robocze wyjaśniające obserwowany fenomen. Jedną z nich było założenie, że skoro białko F służy fuzji, czyli łączeniu się, a wirus atakuje komórkę nie swą pojedynczą kopią, ale wieloma, z założenia różnorodnymi genetycznie, pomutowanymi kopiami na raz, to coś dziwnego może wynikać z faktu, że różnorodne warianty tego białka znajdują się następnie jednocześnie w komórce nerwowej. I w jakiś sposób istotna będzie ich interakcja.

Wyniki eksperymentów pokazały, że „zwiekszona aktywność fuzyjna zmutowanego białka F jest tłumiona z powodu interferencji ze strony normalnych białek F, ale ta interferencja jest przezwyciężana przez akumulację mutacji w białku F”. Mutacje mogą oczywiście również obniżyć aktywność fuzyjną konkretnego mutanta białka F, ale wtedy mutacja ta może jednocześnie wesprzeć jego współpracę z normalnymi białkami F, co znów summa summarum fuzję zwiększy. Dla pacjenta po odrze, którego układ odporności nie doczyścił wirusa, wiec grozi mu SSPE, to nie jest informacja pocieszająca. Jest na to polskie przysłowie, które mówi, że jak się nie obracać, zawsze z tyłu jest … No właśnie.

Uczeni idą dalej – do czego mają prawo, bo ważną częścią nauki jest proponowanie nowych koncepcji. Tu właśnie przychodzi pora, by wirusologia miała i swoje przypuszczenia, nowe ścieżki badawcze, nowe hipotezy. Nie opiera się na nich. One są naturalnymi skutkami jej badań.

Wyciągają oni zatem z tej analizy wniosek – wstępnie eksperymentalnie uprawniony, ale wymagający bardzo wielu dalszych badań – że mianowicie świat wirusów nie działa wyłącznie (lub być może wcale) w oparciu o proste „przetrwa tylko najlepiej przystosowany”. To zresztą prostackie ujęcie mechanizmu doboru naturalnego, bo tak realnie zawsze przetrwają wszyscy przystosowani wystarczająco. Przystosowywanie zaś to nie musi być wcale jakaś dzika walka o byt i wzajemne się zagryzanie czy wygryzanie. Sukces ewolucyjny może tkwić w kooperacji. Zwłaszcza sukces całej populacji. Taka „socjomikrobiologia”, gdzie bada się nie pojedyncze osobniki, a całe populacje, bo to właśnie na nie działa dobór naturalny, jest już dość powszechna w patrzeniu na bakterie. Które choć jednokomórkowe, potrafią tworzyć biofilmy zachowujące się jak organizm nie tylko wielokomórkowy, ale niemal tkankowy. W wirusologii takie spojrzenie jest nadal rzadkością. 

Socjowirusologia – zapamiętajmy ten nowy termin, może się nam jeszcze przydać w przyszłości. Wirusy wchodzą ze sobą w interakcje jak grupa. Z naszego punktu widzenia przestępcza. Wspólnie i w porozumieniu zdobywają tę twierdzę, którą jest nasz mózg. Być może nie tylko wirus odry tak robi. Trzeba to zbadać.

#wirus #odra #mózg