Stratégia infekčného agensa v boji o prežitie

2. Trypanosoma brucei a jej antigénová premenlivosť
 |  5. 6. 2003
 |  Vesmír 82, 326, 2003/6

V boji o prežitie používajú infekčné agensy rozličné stratégie. V prvej časti sme objasnili mechanizmus uplatňovaný vírusom chrípky. Druhým infekčným agensom, ktorý v boji o prežitie využíva nevysvetlenú antigénovú premenlivosť, je parazit Trypanosoma brucei. Uplatňuje však inú stratégiu ako vírus chrípky. Aj v prípade trypanozóm patrí mechanizmus do kategórie obmeny antigénov, ktoré sú zodpovedné za vyvolanie imunitnej odpovede hostiteľa. Lenže antigén trypanozóm sa obmieňa takým „cvalom“, že imunitný aparát hostiteľa s ním nestačí držať krok a vytvorené protilátky nemôže použiť v obrane, lebo antigén sa zmenil.

Trypanosoma brucei spôsobuje trypanozomiázu, známu ako „spavá choroba“. Parazit má tvar „veľryby“ so zahnutým chvostom (obr. 1). Choroba sa pôvodne vyskytovala len v západnej Afrike v oblastiach, kde sa liahli muchy tse-tse z rodu Glossina. Táto mucha prechováva a roznáša parazity trypanozómy v slinnej žľaze na ľudí a dobytok, čím spôsobuje veľké národohospodárske a zdravotné škody. Chorobu objavili v druhej polovici 19. storočia cestovatelia do endemických oblastí Afriky a pôvodcu identifikoval cestovateľ – lekár David Bruce, po ktorom dostal aj pomenovanie. U človeka choroba prebieha v dvoch štádiách. Prvé je hemato-lymfatické a druhé meningo-encefalitické. Neliečená choroba je smrteľná, pacient zomiera v letargickom stave. Možno ju ale liečiť v prvom štádiu, dnes už existujú účinné látky. V Afrike je chorobnosť na trypanozomiázu stále vysoká. Súvisí so zvýšeným kontaktom medzi človekom (dobytkom) a prenášačom, najmä v období poľných prác, zvýšeným používaním zdrojov pitnej vody a zvýšeným rozmnožovaním muchy tse-tse. V ostatnom čase dosahuje počet nových ochorení v Ugande alebo v Tanzánii okolo 100 až 1000 prípadov ročne. V týchto oblastiach sa uplatňuje najmä infekcia poddruhmi Trypanosoma b. rhodesienseTrypanosoma b. gambiense. Spomínaným dvom štádiám predchádza zvyčajne uhryznutie muchou tse-tse a vývoj vredu okolo poštípaného miesta. Parazit, ktorý sa predtým rozmnožoval v slinných žľazách muchy, sa pri poštípaní dostáva do krvi obete, kde dosahuje počtu 50 000 jedincov na mililiter. Potom nastáva obdobie jeho rýchleho rozmnožovania v 7denných až 14denných intervaloch a zároveň neustálej obmeny antigénu VSG (variable surface glycoprotein).

VSG je glykolyzovaný polypeptid. Pozostáva z variabilného úseku (360 aminokyselín), z homológneho hlavového úseku 100 aminokyselín a hydrofóbneho chvostového úseku (20 aminokyselín). Na N­konci molekuly je úsek signálneho peptidu a na koniec C-terminálu sa viaže sacharid, ktorý však nemá špecifickú antigénovú aktivitu. Antigénová skladba VSG sa mení pri každom rozmnožovacom cykle (7–14 dní). Ostáva však záhadou, ako sa spomedzi stoviek VSG génov parazita selektuje (vyberá) jeden jedinečný a prečo ostatné ostávajú neexprimované. S tým súvisí aj ďalšia otázka, čo stimuluje tento gén na prepis (transkripciu) a na zmenu (zánik) aktivity predchádzajúceho?

Nový VSG je transmembránový proteín, ktorý sa na bunku viaže časťou C-terminálneho konca, kým antigénové determinanty sú lokalizované v N-termináli. Vo väzbe s bunkovým povrchom sa uplatňuje derivát fosfatidyl-etanolamínu. Pri purifikácii VSG sa aktivuje enzým, ktorý odštiepi (odstraňuje) mastnú kyselinu z glykolipidickej časti VSG viazaného na bunkovú membránu. VSG zvyčajne vytvára diméry identických štruktúr alfa-helikálneho typu. Röntgenologické štúdie N-terminálneho konca VSG svedčia o tom, že ide o zväzok aspoň 4 alfa-helixov. Poukazujú na to, že povrch tela trypanozómy je pokrytý paličkovitými útvarmi, z ktorých vyčnieva len niekoľko aminokyselín. Tie však stačia na to, aby vytvárali antigénovú diverzitu VSG. Potvrdzuje to aj zistenie, že vysoká homológia v primárnej skladbe VSG môže byť antigénovo rozmanitá. Napriek intenzívnemu štúdiu však tieto zistenia nedávajú odpoveď na rad otázok: Kde sa nachádzajú sacharidové skupiny, ktoré podmieňujú krížovú reaktivitu, v čom spočíva význam dimerizácie atď. Na tieto otázky môžu dať odpoveď len ďalšie genetické analýzy.

Štruktúra VSG je podmienená génmi, ktoré dávajú „roztrúsený“ obraz chromozómov a genómu. Chromozómy trypanozóm možno rozdeliť do troch skupín. Veľké chromozómy majú DNA 200 až 700 kb a len asi tri molekuly sa našli s obsahom DNA nad 2000 kb. Väčšina chromozómov má však DNA 50–150 kb. Sú to minichromozómy. Keďže VSG gény hybridizujú s DNA v každej veľkostnej skupine, svedčí to o účasti celej genómovej DNA na tvorbe VSG antigénov. V otázke mechanizmu uplatnenia VSG génov pri tvorbe jedinečných antigénových typov sa dosiahol určitý pokrok. D. J. L. Williams a spol. (1979) zistili, že fragmenty DNA s exprimovaným VSG génom sa nachádzajú translokované do blízkosti telomér (telomer linked expression copies). Označujú sa ako ELC. Translokácia a transkripcia sú v priamom vzťahu. Gény musia vykonať túto translokáciu, aby sa stali ELC. Potom sú citlivejšie na štiepenie deoxyribonukleázou ako gény zotrvavajúce v jadre. V neproduktívnom génovom lokuse sa obvykle nachádza tandem (hexamér) CCCTAA. Tento tandem sa postupne včleňuje do vznikajúcej 29-párovej sekvencie nukleotidov. Po hybridizácii hexaméru s novovznikajúcou sekvenciou nastávajú zmeny v pozícii nukleotidov a tu sa určuje skladba nového VSG. Pri každom delení sekvencia vzrastá o hexamér, ale iné sekvencie v ňom súčasne degenerujú. Periodická obmena sa prejavuje v akejsi „pulzačnej“ zmene vzdialenosti medzi špecifickým VSG génom a telomérou. Translokácia sa uskutočňuje v úseku asi 130 nukleotidov, kde hranicu tvorí C-hydrofóbny región. V celom procese hrá nejasnú úlohu aj bunkový chromatín.

Proces výmeny antigénov VSG u trypanozóm ostáva zatiaľ zahalený rúškom tajomstva, ktoré čaká na objasnenie, lebo je stredobodom boja proti tejto významnej chorobe. Vakcinácia proti „spavej chorobe“ je z uvedených dôvodov zatiaľ neúčinná. Pokročilo sa však v príprave rekombinantnej vakcíny, ktorá možno bude (po úpravách) úspešnejšia. V súčasnosti je hlavnou metódou boja proti trypanozomiáze dezinsekcia a niektoré novšie lieky (Eflornithine, Melarsoprol).

Literatura

R. G. Webster: Influenza viruses, General feature, V R. G. Webster, A. Granoff (ed.): Encyklopedia of Virology. Vol. 2, Academic Press, 1994, s. 709–715
J. E. Donelson, A. C. Rice-Ficht: Molecular biology of Trypanosome antigenic variation. Microbiol. Reviews, 107–125, 1985
WHO: Control and Surveillance of African Trypanosomiases, 1998

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Evoluční biologie

O autorovi

Ladislav Borecký

* *

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné