Stratégia infekčného agensa v boji o prežitie

Infekčný proces pripomína „boj“, pri ktorom sa infekčný agens snaží ovládnuť životný priestor, ktorý mu makroorganizmus ponúka. Tento „boj“ končí buď víťazstvom makroorganizmu (uzdravením a vypudením infekčného agensa z nového habitatu), alebo smrťou či trvalým poškodením makroorganizmu a dočasným víťazstvom infekčného agensa. Je to však víťazstvo Pyrrhovo, lebo smrť makroorganizmu mení aj prostredie a infekčný agens v ňom stráca vhodné podmienky na prežitie a rozmnožovanie. Takýto záver je v súlade s učením Ch. Darwina o prežívaní zdatnejších a prirodzenom výbere.

V boji o prežitie druhu používajú infekčné agensy rozličné stratégie. Napríklad parazit Entamoeba histolytica počas infekcie nachádza úkryt pred protilátkami v cystách, ktoré vytvorili jeho enzýmy. Iné infekčné agensy uplatňujú počas infekcie svoju schopnosť vytvárať mimikry. Vtedy ich protilátky tvorené makroorganizmom „neregistrujú“ ani nereagujú s infekčným agensom. Najčastejšie sa pokryjú niektorými komponentmi tela makroorganizmu. Neviditeľné ostávajú počas infekcie aj prióny, ktoré makroorganizmus buď nevidí, alebo proti nim z neznámych príčin netvorí protilátky. Najčastejšou formou obrany infekčného agensa je však jeho nepredvídateľná zmena (prestavba) antigénovej štruktúry (vírus chrípky, leishmanie, HIV atď). Je markantná najmä v prípade vírusu chrípky a infekčného parazita Trypanosoma brucei.

Vírus chrípky

Vírus chrípky je pôvodca choroby známej na celej zemeguli, ktorá najviac postihuje dýchacie cesty, ale v niektorých epidémiách aj iné orgány. Epidémie sú najčastejšie v chladných obdobiach roka, a preto u nás má chrípka charakter „zimnej choroby“. Chrípku spomína už Hippokrates v 5. storočí pred n. l., ale čoraz hrozivejšie sa rozširovala od 15. storočia. Epidémia chrípky na začiatku 20. storočia bola taká rozsiahla, že ju možno označiť za pandémiu. Volali ju „španielska“, ale len preto, že prvé správy o nej prišli z neutrálneho Španielska, kde sa informácie vtedy necenzurovali. O rozsahu pandémie svedčia názory, že masové ochorenie na chrípku v rokoch 1918–1920 bolo rozhodujúcim dôvodom na zastavenie I. svetovej vojny (20 miliónov mŕtvych).

Pôvodcu chrípky definitívne identifikovali v r. 1933 traja anglickí mikrobiológovia (W. Smith, P. Laidlaw a Ch. Andrewes) ako vírus. Dnes ho poznáme v 3 antigénových typoch (A, B a C). Vírusy typu B a C sú antigénovo stabilné, kým vírus typu A je zdrojom neustáleho objavovania sa vírusových subtypov, ktoré sú hlavnou príčinou novších epidémií.

Chorobnosť na chrípku je častou príčinou zdravotných i hospodárskych škôd. Subtypy sa zjavujú v nepredvídateľných intervaloch a sú príčinou účinnosti alebo neúčinnosti chrípkových vakcín. Vakcína obsahujúca zastaraný subtyp totiž prestáva byť účinná proti infekcii novším subtypom, lebo skôr vytvorené protilátky s antigénmi nového subtypu nereagujú. Nové subtypy s novými antigénmi vznikajú prechodom infekcie z jedného hostiteľa na druhého. Takýmito hostiteľmi sú predovšetkým divé vtáky (kačice) alebo iné živočíchy (prasatá). V každom z uvedených hostiteľov môže dôjsť k výmene niektorých génov alebo k obohateniu ďalším génom. Významná výmena génov nastala asi aj tesne pred rokom 1940, keď sa zistilo, že skôr pripravená a v predchádzajúcich epidémiách spoľahlivá vakcína typu A prestala byť proti chrípke v novej epidémii účinná. Existenciu nového typu potom potvrdila izolácia vírusu typu B ako novšieho pôvodcu epidémií chrípky ľudí.

Vírus chrípky má sférický tvar s priemerom asi 120 nm. Z jeho povrchu vyčnievajú 2 hlavné antigény: hemaglutinín (HA) a neuraminidáza (NA), ale aj niekoľko menej dôležitých antigénov (obr. 1). Hemaglutinín je pomenovaný podľa schopnosti vírusu zhlukovať erytrocyty a enzým neuraminidáza hrá dôležitú úlohu pri prenikaní vírusovej častice stenou bunky. Tieto antigény sú proteíny, resp. glykoproteíny. Ich štruktúra sa mení v súvislosti so zmenami v genóme, ktoré označujeme za antigénový „drift“, ak sú dôsledkom malých (bodových) zmien (bodové mutácie). Výrazné zmeny v zložení genómu označujeme ako antigénový „shift“. Antigénové zmeny sa dajú presne sledovať sérologickými metódami, v ktorých sa porovnáva reaktivita séra pacienta s aktuálnym (čerstvo izolovaným) vírusom a protilátkami odobratými od zdravých ľudí. Fylogenéza chrípkového nukleoproteínu (genómu) svedčí o významnej úlohe vtákov a prasiat ako rezervoárov a rekombinančných „kotlov“ (laboratórií) pri vzniku patogénnych kmeňov (obrázok 2). Kmeň vírusu z roku 1918 sa označuje ako H1N1, kým kmene z ďalších epidémií majú ďalšie, ale antigenicitu rovnako charakterizujúce označenie. V roku 1957 sa objavil tzv. ázijský vírus, ktorý mal pozmenený genóm odzrkadľujúci novší typ antigenicity (H2N2). Z pôvodných 8 vtáčích génov 3 boli nahradené génmi získanými pravdepodobne od prelietavých vtákov (divých kačíc?). V roku 1968 sa objavil vírus, ktorý označili ako sérotyp H3N2 (vírus Hongkong). Tento získal od kačíc 2 gény a vyvolal ďalší antigénový posun. V roku 1977 sa objavil vírus označovaný ako „ruský“. Spôsobil veľký rozruch, lebo virológovia sa báli, že ide o „návrat španielky“. Strach pominul, keď sérologické vyšetrenia zdôvodnili opätovnú prítomnosť vírusu H1N1 ako „únik“ z niektorého laboratória, kde ho predtým držali v zmrazenom stave. Za uvedené antigénové zmeny bez výnimky zodpovedá vírus typu A. Zatiaľ sa zistilo, že vírus typu C nemá gén NA, a azda preto vyvoláva zvyčajne len menšie epidémie v uzavretých (detských) komunitách. Príčiny sú však vcelku nejasné a je záhadou, prečo kmene typu B a C ostávajú stabilné. Potvrdzuje sa názor, že nové kmene vírusu chrípky (subtypy) sú dôsledkom zmien v genóme, ktoré vznikajú v niektorom z medzihostiteľov prichádzajúcich do styku s vtáčími, prasacími a ľudskými kmeňmi. Dokumentuje to fylogenéza, molekulová biológia a sérológia, ktoré viedli aj k odhaleniu pôvodu „španielky“. Zmeny vo vírusovom genóme sa prejavujú častejšie, ak sa stopuje priebeh jednotlivých epidémií ľudí. V európskych epidémiách je pravdepodobne genetickým formujúcim ohniskom prasa, ale napr. v USA je podozrivým medzihostiteľom moriak (česky krocan). V každom prípade potreba cielenej prípravy a dočasná účinnosť aktuálnych vakcín nasviedčajú, že snahy o eradikáciu chrípky nezodpovedajú súčasným možnostiam vedy.

Chrípkovú chorobu zdolávajú predovšetkým špecifické protilátky v súčinnosti s lymfocytmi typu CD8+. Ide tu ale aj o súčinnosť s inými lymfocytmi (CD4+), ktoré sú nevyhnutné pri tvorbe špecifických protilátok proti vírusovým antigénom. Hlavný antigén HA pozostáva z 560 aminokyselín. Má tri zásadné funkcie pri infekcii bunky. Je to väzba na receptor bunky, uskutočnenie fúzie vírusu s bunkou a neskôr uplatnenie antigenicity. Počas infekčného procesu (predovšetkým fúzie s bunkovou membránou) sa HA štiepi na HA1 a HA2, ale štiepenie neznižuje infekčnosť a bez štiepenia sa fúzia neuskutoční.

NA je tiež transmembránový proteín, ktorý je pevne integrovaný svojím N-terminálom do bunkovej membrány, resp. do jej lipidickej vrstvy. Vyčnieva z nej vo forme „vetvy“ s hlavicou. Táto má „vrtuľovité“ usporiadanie vo forme 6 listov, ktoré majú beta štruktúru. Spomenuli sme, že sa NA zúčastňuje nielen na väzbe vírusu na bunku, ale aj na jeho uvoľňovaní z bunky.

Proteín M1 je polypeptid, ktorý je kódovaný segmentom č. 7 vírusovej RNA. Počas fúzie vírusu s bunkou sa uvoľňuje z vírusového nukleoproteínu a postupuje do bunkového jadra. V ďalších štádiách infekcie pomáha vírusovému proteínu NP dostať sa do cytoplazmy. Jeho hlavná úloha spočíva v tom, že spolu s proteínom NA pomáha pri pučaní a uvoľňovaní vírusovej častice z bunky. Ostatné peptidy vírusu tvoria v bunke polymerázové komplexy, ktoré sa v jej jadre zúčastňujú na vzniku štruktúr RNA, napr. nových RNP. Tento prekrýva určité segmenty nukleotidu a prispieva ku vzniku helikálnej symetrie RNP. RNP je teda genóm chránený obalom a je hlavným terčom Tc-lymfocytov.

Proteín M2 je kódovaný malým segmentom RNA č. 7. Proteín M2 má cytoplazmový C- a mimobunkový N-terminál. V membráne je prítomný vo forme homotetraméru, avšak vo virióne je zastúpený len asi 60 molekulami. Replikácia vrátane transkripcie genómu sa uskutočňuje v jadre bunky. Vírusový RNP v komplexe s polymerázami v ňom tvorí matricu pre vírusovú RNA. Tieto komplexy usmerňujú tvorbu rozličných druhov RNA (mRNA, komplementárnej RNA a vírusovej RNA), a pritom sa formujú na „pekáč s rúčkou“, ktorý obsahuje aj signálnu sekvenciu pre polyadenyláciu a tvorbu RNA. Vírusová RNA sa teda zúčastňuje aj na formovaní (replikácii) a syntéze mRNA, a napokon aj molekuly s príslušnou skladbou HA a koncovým peptidom, ktorý sprostredkúva väzbu na endoplazmatické retikulum a vírusovú exocytózu. V tomto štádiu sú už HA1 a HA2 opäť spojené disulfidovým mostíkom.

Sled a výskyt jednotlivých sérotypov HA a NA v populácii nasvedčuje určitej cyklickej výmene antigénových komponentov pri rekonštrukcii vírusovej častice. Výmena sa uskutočňuje asi v desaťročných intervaloch. Je to ale spojené s niekoľkými záhadnými dejmi. Napr. ostáva tajomstvom, prečo sa epidemické kmene vírusu objavujú v Číne a nevedno, prečo sa mení pri tom ich virulencia a prečo po čase epidemické kmene vymiznú. Dodnes ostáva záhadný aj pôvod kmeňa H1N1 („španielky“) v Rusku.

Hlavnou metódou ochrany proti chrípke ostáva preventívne vyhľadávanie antigénových zmien a ich identifikácia v kolujúcich kmeňoch vírusu. Umožňuje to pohotovú prípravu účinných vakcín obsahujúcich aktuálne antigény vo virióne.