Upadła królowa - o historii i przyszłości wirusów ospy

W XVIII wieku zabijała rocznie około 400 tysięcy osób, co czyniło z niej w owym czasie najgroźniejszą chorobę zakaźną. Nieco wcześniej zdziesiątkowała miliony tubylczych ludów po zawleczeniu jej do Ameryki i Australii przez europejskich kolonizatorów - mowa o ospie prawdziwej.

Upadła królowa - o historii i przyszłości wirusów ospy

Skąd się w ogóle wzięła?

Choroba powodowana przez wirusa VARV była znana praktycznie od zawsze. Po raz pierwszy została opisana w XV wieku przed naszą erą w indyjskich źródłach takich jak Charaka Samhita i Sushruta Samhita, aczkolwiek odkryto wcześniejsze oznaki istnienia ospy w populacji ludzkiej - były to egipskie mumie z objawami zakażenia. Pierwsze wiarygodne opisy tej choroby pojawiają się dopiero w IV wieku naszej ery. Istnieją hipotezy, że mogła dotrzeć na tamte tereny już w XII wieku p.n.e.

Szacuje się, że po raz pierwszy pojawiła się pomiędzy 68 a 16 tysięcy lat temu na terenach Afryki i pochodzi od wirusa infekującego gryzonie. Jeden ze szczepów ospy (variola major) został przyniesiony do Azji ok. 400 - 1600 lat temu z Azji. Naukowcy uważają, że wirus infekujący ludzi mógł wyewoluować z rodzaju Taterapox. Badanie szczepu z 1650 roku pokazało, że była to grupa bazalna dla wszystkich szczepów występujących później. Różnicowanie szczepów nastąpiło dopiero na przełomie XVIII i XIX wieku.

Badanie z 2015 sugeruje, że TATV (taterapox virus) i CMLV (camelpox virus) pojawiły się w podobnym czasie co VARV i mają wspólnego przodka. Z podobieństw można wymienić wysoką specyficzność względem konkretnego żywiciela oraz wysoki odsetek śmiertelności. Przypuszcza się, że ostatni wspólny przodek wymienionych wirusów nie był tak specyficzny, co wnioskuje się po tym, że do osiągnięcia konkretnych żywicieli z tak różnych grup organizmów wirus potrzebował zainfekować bardzo dużo różnych gatunków zwierząt. Konkluzja jest taka, że przodkiem tych patogenów był pokswirus podobny do współczesnej krowianki, która ma najszersze spektrum żywicieli ze wszystkich znanych Orthopoxviridae.

Czemu zakaża ludzi?

W 2013 roku zespół naukowców prowadzony przez Chada Smithsona odkrył w genomie krowianki gen O1L składający się z 666 aminokwasów, który koduje białkowy czynnik wirulencji O1 u wirusa VARV i VACV. Inne pokswirusy nie posiadają tego genu, który jest niezbędny do infekowania ludzkich komórek. Inne zespoły w późniejszym czasie badały grupy genów odpowiedzialne za przezwyciężanie układu odpornościowego gospodarza. Według naukowców z Committee on the Assessment of Future Scientific Needs for Live Variola Virus w National Institute of Medicine w USA całkowita eradykacja wirusa ospy przeprowadzona przez WHO była możliwa tylko i wyłącznie dzięki jej bardzo wąskiemu spektrum żywicieli.

Skupiając się na samym VARV, jest to duża cząstka złożona z białek, DNA i fosfolipidów o ceglastym kształcie. Osiąga wymiary ok. 302 - 350 nm długości i 244 - 270 nm szerokości. W jego skład wchodzi także dwuniciowy DNA o długości 186 000 par zasad zakończony z każdej strony strukturą spinki do włosów.

Model komputerowy wirusa krowianki (VACV), źródło: https://cronodon.com/BioTech/Poxvirus.html

Wirus namnaża się w cytoplazmie, co jest dosyć niespotykaną cechą dla wirusów DNA. Podobnie do gigawirusów takich jak Pandoravirus, Pithovirus czy asfawirusów jak ASFV tworzy fabryki wirusowe. Liczba fabryk jest proporcjonalna do liczby wirusów infekujących komórkę. Zbudowane są z błon siateczki śródplazmatycznej. Według badań przeprowadzonych przez Bernarda Mossa transkrypcja i replikacja zachodzą również w fabryce.

Czemu jest taka groźna?

Głównym objawem zachorowania jest powstawanie na skórze grudek, które po kilku dniach wypełniają się opalizującym płynem, zmieniając się w pęcherzyki. W ciągu maksymalnie dwóch dób płyn staje się nieprzezroczysty. Oprócz tego pojawia się gorączka ok. 38,3°C, bóle mięśni i głowy, złe samopoczucie i zmęczenie. Często zdarzają się również problemy z układem pokarmowym takie jak wymioty, nudności. Po kilku dniach krosty na skórze zaczynają pękać, pozostawiając nieprzyjemne blizny. Kolejna grupa objawów to uszkodzenia błon śluzowych gardła, języka, podniebienia i jamy ustnej, co skutkuje przedostaniem się wirionów do śliny. Średni okres inkubacji wynosił 12 dni, a odsetek śmiertelności dochodził do nawet 30%. W wyjątkowo groźnej odmianie krwotocznej uszkodzenia błon śluzowych skutkowały krwotokami do przewodu pokarmowego. Nie występowały w niej też tak liczne pęcherze, za to bardzo obficie pojawiały się krwawienia podskórne.

Mężczyzna cierpiący na odmianę krwotoczną ospy, 1975, Bangladesz, źródło: Centers for Disease Control and Prevention's Public Health Image Library

Ospa prawdziwa została wytępiona w 1979 roku, ale to wcale nie oznacza, że blisko spokrewnione z nią patogeny zwierząt nie szkodzą ludziom. Współcześnie w populacji egzystują aż dwa pokswirusy infekujące ludzi. Nie są aż tak zjadliwe i groźne jak eradykowana ospa prawdziwa, ale nie wiadomo co przyniesie przyszłość.

Co dalej?

Ospa krowia (CPXV) to wirus powodujący podobne objawy co ospa, ale o wiele mniej groźny. Obecnie praktycznie nie występuje u ludzi poza rzadkimi przypadkami w Wielkiej Brytanii związanymi z przeniesieniem patogenu z kota (Felis catus) na człowieka. Dawniej atakowała wymiona krów (Bos taurus), gdzie pojawiały się duże, czerwone krosty o nieprzyjemnym wyglądzie. Stąd brały się zakażenia dojarek, które miały z nimi stały kontakt. Z tego patogenu Edward Jenner robił pionierskie szczepionki na ospę prawdziwą w XIX wieku.

XIX-wieczna karykatura wyśmiewająca szczepionkę Jennera, 1802 rok, autor: James Gillray, 

Krowianka (vaccinia virus lub VACV) wyewoluowała z CPXV w wyniku masowych szczepień mających początek na początku XIX wieku, kiedy to Jenner zaczął propagować informacje na temat zapobiegania ospie prawdziwej. Rozwija objawy podobne do ospy krowiej, ale jeszcze mniej dotkliwe. Była stosowana przez długi czas w szczepionkach na VARV, obecnie pozostaje w laboratoriach jako jeden z głównych pokswirusów używanych w badaniach nad ich replikacją, wnikaniem do komórek i składaniem. Współcześnie wypadki zarażenia się nią występują najczęściej w Brazylii, aczkolwiek w 2007 roku zakaził się nią młody Hindus, którego ojciec był szczepiony jako członek United States’ Army. Organizacja ta wznowiła obowiązkowe szczepienia żołnierzy przeciwko ospie w 2002 roku. Skutkiem tego czasem jest przejście choroby przez najbliższe osoby amerykańskich wojskowych.

Kolejny interesujący patogen to wirus ospy małpiej (MPV). Przenosi się głównie poprzez kontakt z zakażonymi małpami, między innymi w trakcie spożywania bushmeat (mięso dzikich egzotycznych zwierząt) oraz różnego rodzaju zadrapań i ugryzień. Jako, że jest to zoonoza (choroba odzwierzęca przyp. red.), to nie notuje się w populacji ludzkiej dużej liczby zachorowań. Jest przenoszona przez makaki krabożerne (Macaca fascicularis) używane jako zwierzęta laboratoryjne przy badaniach mózgu. Skutkuje to często transmisją choroby na naukowców, którzy je badają. Wirus może też być przekazywany drogą kropelkową, przez kontakt z płynami ustrojowymi zakażonego oraz na przedmiotach codziennego użytku. Objawy są bardzo podobne do usuniętej z populacji ospy prawdziwej, aczkolwiek często wysypka jest mniejsza a odsetek śmiertelności nieporównywalnie niższy.
Pierwsza epidemia ospy małpiej poza Afryką miała miejsce w 2003 roku w USA na terenach czterech stanów takich jak Illinois, Indiana, Wisconsin i New Jersey, przy czym w ostatnim wystąpił tylko jeden przypadek zakażenia. Prawdopodobną przyczyną był sprowadzony z Afryki wielkoszczur gambijski (Cricetomys gambianus), który zaraził pieski preriowe (Cynomys). Sam zarazek nie różni się znacznie od samego VARV, ale jest nieco mniejszy, bo osiąga 200 - 250 nm długości.

Niewykluczone, że przez handel bushmeat wirus MPV zostanie szerzej rozpowszechniony po świecie lub rozwinie silniejsze zdolności do transmisji pomiędzy ludźmi. Nie jest to ostatecznie całkiem abstrakcyjny scenariusz po tym, co wydarzyło się choćby z koronawirusem SARS-CoV-2.


Osoby zainteresowane tematem znajdą szczegółowy opis cyklu replikacyjnego wirusa krowianki (VACV) na stronie https://cronodon.com/BioTech/Poxvirus.html


Źródła:

Igor V. Babkin, Irina N. Babkina “The Origin of the Variola Virus” Viruses 2015, 7(3), 1100-1112, DOI: https://doi.org/10.3390/v7031100

https://www.uniprot.org/uniprot/P34010

Smithson C, Purdy A, Verster AJ, Upton C (2014) Prediction of Steps in the Evolution of Variola Virus Host Range. PLOS ONE 9(3): e91520. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0091520

Yadav, V.N.; Pyaram, K.; Mullick, J.; Sahu, A. Identification of hot spots in the variola virus complement inhibitor SPICE for human complement regulation. J. Virol. 2008, 82, 3283–3294.

Ciulla, E.; Emery, A.; Konz, D.; Krushkal, J. Evolutionary history of orthopoxvirus proteins similar to human complement regulators. Gene 2005, 355, 40–47.

Lee, S.H.; Jung, J.U.; Means, R.E. ‘Complementing’ viral infection: Mechanisms for evading innate immunity. Trends Microbiol. 2003, 11, 449–452.

Rosengard, A.M.; Liu, Y.; Nie, Z.; Jimenez, R. Variola virus immune evasion design: Expression of a highly efficient inhibitor of human complement. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 8808–8813.

Mohamed, M.R.; Rahman, M.M.; Lanchbury, J.S.; Shattuck, D.; Neff, C.; Dufford, M.; van Buuren, N.; Fagan, K.; Barry, M.; Smith, S.; et al. Proteomic screening of variola virus reveals a unique NF–kappaB inhibitor that is highly conserved among pathogenic orthopoxviruses. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2009, 106, 9045–9050.

Van Vliet, K.; Mohamed, M.R.; Zhang, L.; Villa, N.Y.; Werden, S.J.; Liu, J.; McFadden, G. Poxvirus proteomics and virus–host protein interactions. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2009, 73, 730–749.

Institute of Medicine. 2009. “Live Variola Virus: Considerations for Continuing Research.” Washington, DC: The National Academies Press. https://doi.org/10.17226/12616.

Moss B. 2013. Poxvirus DNA replication. Cold Spring Harb Perspect Biol 5:a010199. doi:10.1101/cshperspect.a010199.

"Smallpox". Armed Forces Institute of Pathology: Department of Infectious and Parasitic Diseases. Archived from the original on 9 October 2007. Retrieved 28 October 2008.

Alkhalil Abdulnaser; Hammamieh Rasha; Hardick Justin; Ichou Mohamed A; Jett Marti; Ibrahim Sofi (2010). "Gene expression profiling of monkeypox virus-infected cells reveals novel interfaces for host-virus interactions". Virology Journal. 7: 173. doi:10.1186/1743-422X-7-173. PMC 2920256. PMID 20667104.

https://www.msdsonline.com/resources/sds-resources/free-safety-data-sheet-index/monkeypox-virus/

Baxby, D (1999). "Edward Jenner's Inquiry; a bicentenary analysis". Vaccine. 17 (4): 301–307. doi:10.1016/S0264-410X(98)00207-2. PMID 9987167

Centers for Disease Control and Prevention (CDC) (March 2013). "Secondary and tertiary transmission of vaccinia virus after sexual contact with a smallpox vaccinee—San Diego, California, 2012". Morbidity and Mortality Weekly Report. 62 (8): 145–7. PMC 4604863. PMID 23446513.

Centers for Disease Control and Prevention (CDC) (2007). "Household transmission of vaccinia virus from contact with a military smallpox vaccinee—Illinois and Indiana, 2007". Morbidity and Mortality Weekly Report. 56 (19): 478–81. PMID 17510612.

Obraz tytułowy pochodzi z zasobów Centers for Disease Control and Prevention's Public Health Image Library


Share Tweet Send
0 Komentarze
Loading...