Leishmaniáza
Leishmaniáza je Světovou zdravotnickou organizací zařazena mezi nejopomíjenější choroby, přitom se odhaduje, že je mezi tropickými onemocněními druhá v mortalitě a čtvrtá v morbiditě.
Ničivky sužují lidstvo od dávných dob
Leishmaniáza je prastaré infekční onemocnění působené parazitickými prvoky rodu Leishmania (česky ničivka). V závislosti na postižené části těla jsou rozlišovány tři typy leishmaniázy: kožní, kožně-slizniční a viscerální (útrobní). Nemoc byla zobrazována i na historických uměleckých dílech – obrazech na papyru, sochách a keramice. Objevení chronického vředu, který se po určité době sám vyléčí, bylo pod různými jmény popisováno u mnoha starověkých asijských populací. DNA parazita L. donovani, působícího viscerální leishmaniázu, byla detekována v 4000 let staré egyptské mumii z hrobu pocházejícího z období Střední říše. V Indii a Číně existovala patrně po staletí viscerální leishmaniáza zvaná kala azar, což v urdštině znamená černá horečka. Zobrazení charakteristických kožních lézí a obličejových deformací nalezené na pre-incké keramice z Peru a Ekvádoru se datuje do prvního století našeho letopočtu. Kožní leishmaniázu popisuje ve svém díle perský učenec Abú Alí al-Husayn ibn Abd Alláh ibn Síná (Avicenna, 980–1037), který žil a pracoval v oblasti střední Asie a Íránu. L. infantum byla nedávno prokázána v ostatcích renesanční šlechtičny Eleonory z Toleda (1522–1562), manželky florentského vévody Cosima I. Medicejského [1] (obr. 2).
Původ choroby však dlouho zůstával neznámý. Parazity poprvé pozoroval a nakreslil roku 1885 major britské koloniální armády David Douglas Cunningham v kožních lézích indických pacientů, ale považoval je za plísně. To, že jde o prvoky, popsal roku 1898 ruský vojenský chirurg Petr Fokič Borovsky při studiu kožních lézí pacientů v Turkmenistánu. Protože však svoji práci publikoval v ruštině, nebyla široce známa a parazit získal své jméno po majoru britské armády v Indii Williamu Leishmanovi, který roku 1903 popsal, že parazité z nemocných viscerální leishmaniázou v oblasti Kalkaty jsou příbuzní trypanozom. Stejné organismy popsal u nemocných kala azar v Indii r. 1903 i Charles Donovan. Tak byl nalezen parazit působící smrtelnou viscerální leishmaniázu, který byl po svých objevitelích nazván Leishmania donovani. [2]
Přenos choroby hmyzím přenašečem – flebotomem
Ničivky jsou přenášeny bodnutím nakaženými samicemi dvoukřídlého hmyzu – flebotomy, které injikují parazity ve formě metacyklických promastigotů (viz rámeček Formy ničivek) do kůže. Promastigoti proniknou do makrofágů, kde se změní na dělící se amastigoty. Infikovaná krev je následně nasáta flebotomy, v nichž se paraziti přemění na infekční metacyklické promastigoty. U většiny druhů ničivek jsou rezervoárem nákazy zvířata, z nichž jsou paraziti přenášeni na člověka, jen u některých druhů (např. L. tropica v městských oblastech) byl pozorován přímý přenos v rámci lidské populace.
Ničivky jsou blíže, než si myslíte
Ničivky ohrožují obyvatelstvo 98 zemí na 5 kontinentech [3]. Předpokládá se, že ročně nově onemocní 2 miliony lidí (1,5 milionu kožní leishmaniázou, půl milionu viscerální leishmaniázou) a 20 000 až 40 000 lidí ročně na tuto chorobu umírá, přičemž celkový počet nemocných dosahuje celosvětově 12 milionů. Protože však je hlášení případů choroby povinné pouze v 32 z 98 zemí postižených leishmaniázou, velká část onemocnění není nikde zaznamenána. Nemoc je rozšířena hlavně v tropických a subtropických oblastech Ameriky a Afriky a zasahuje až do mírného pásma Jižní Ameriky, Asie, jižní Evropy a Kavkazu (obr. 1 a obr. 3). Nedávno byl zaznamenán výskyt ve Východním Timoru, Thajsku a u klokanů v Austrálii.
V Evropě se leishmaniáza dříve omezovala na oblast Středozemního moře, ale v současnosti se rozšířila až do severní Itálie a jižního Německa, kde byly zaznamenány desítky případů u lidí, kteří mimo danou oblast necestovali, a v poslední době byly hlášeny autochtonní případy nakažených živočichů z Maďarska a ze Švýcarska. Riziko nového či opětovného výskytu leishmaniázy v Evropě roste díky zvyšujícímu se celosvětovému cestování lidí a domácích psů.
Přirozeně se mohou viscerální leishmaniáza působená L. infantum a kožní leishmaniáza působená L. tropica šířit z oblasti Středozemního moře do sousedních oblastí mírného pásu, kde se vyskytují neinfikovaní přenašeči. K rozšíření přispívají i změny klimatu, životního prostředí a zvýšení počtu imunosuprimovaných osob např. po infekci HIV. Alarmující je také skutečnost, že se flebotomové šíří z jihu Evropy severovýchodním směrem rychleji, než předpokládaly dosavadní modely.
Leishmaniáza se překvapivě objevuje i u domácích psů a koček v USA (viz také Vesmír 80, 209, 2001/4).
Účinná a bezpečná vakcína proti lidské leishmaniáze neexistuje
Vakcinace (viz rámeček Vakcinace) proti kožní leishmaniáze, která se sice většinou vyhojí, ale zůstávají po ní znetvořující jizvy, byla praktikována po staletí. Byla založena na pozorování, že po zhojení léze je jedinec chráněn proti reinfekci. Již perský básník Omar Chajjám (1048–1131) psal, že je dobré, když má žena malou jizvičku po leishmaniích, protože jí pak nehrozí znetvoření celé tváře. Beduíni a některé kurdské kmeny tradičně vystavovali zadečky svých dětí flebotomům. Léze a jizvy se vyvinuly na těchto místech a děti byly ochráněny před lézemi na obličeji. Jiná stará technika praktikovaná na Středním východě zahrnovala přenos infekčního materiálu z lézí na neinfikované jedince pomocí trnu.
Tato metoda očkování živým virulentním parazitem, nazývaná leishmanizace, se ve 20. století používala v Íránu, Izraeli, Uzbekistánu a Turkmenistánu. V Íránu byly takto během 8 let války proti Iráku očkovány na 2 miliony vojáků. V posledním desetiletí bylo však od leishmanizace do značné míry upuštěno. Největším problémem této metody je to, že parazit přetrvává v těle očkovaného jedince celý život. Svou přítomností stimuluje imunitní systém, ale v případě nakažení HIV a oslabení imunitního systému se rozvine nekontrolovaná infekce.
Očkování pomocí leishmanizace proto nahradily vakcíny založené na usmrcených parazitech, ale v klinických testech měl tento typ očkování špatnou účinnost. Preklinické testy využívají očkování nepatogenním druhem L. tarentolae, který napadá gekony a má schopnost částečně ochránit myši před L. donovani, očkování geneticky modifikovanými parazity, definovanými vakcínami ze složek parazita, nebo rekombinantními bakteriemi a viry exprimujícími antigeny leishmanií a DNA vakcínami. Dalšími způsoby vakcinace je použití slin přenašeče nebo jednotlivých složek slin. Pro psy byly schváleny dvě komerčně dostupné vakcíny (Leishmune® a CaniLeish®) z extraktů parazita. Přes řadu důkazů ze studií na zvířecích modelech, které ukazují, že může být dosažena stabilní ochrana po imunizaci jak s definovanými vakcínami z komponent parazita nebo ze složek slin přenašeče, tak s vakcínami z tepelně usmrcených parazitů nebo z celkových slin, byly doposud všechny klinické studie u lidí neúspěšné.
Vyvinutí vakcíny proti leishmaniím je obtížný a náročný úkol, který je omezen nedostatečnou znalostí veškerých imunitních odpovědí potřebných pro ochranu před všemi mechanismy onemocnění. Většina z experimentálních studií leishmaniázy je založena na omezeném počtu myších kmenů, jako jsou kmeny BALB/c a C57BL/6, které nemusí odrážet všechny aspekty imunitních reakcí proti leishmaniáze u člověka. To je důvod, proč by mohlo použití dalších kmenů myší pomoci lépe pochopit mechanismy chorob.
Léky proti leishmaniáze mají mnoho nežádoucích vedlejších účinků
Současná léčba leishmaniázy je založena na chemoterapii, která se spoléhá na použití léků s vážnými omezeními, jako jsou vysoké náklady, obtížné způsoby podání a nedostatečná účinnost v endemických oblastech. Velkým problémem je také toxicita používaných léků. Ničivky mají mnoho metabolických drah podobných jako člověk, a proto je lze těžko zasáhnout bez poškození hostitele.
Více než 70 let se používají k léčbě leishmaniázy pentavalentní antimony. Není tedy divu, že se paraziti stávají vůči lékům rezistentní. Bylo prokázáno, že paraziti mohou pomalu získávat mutace, které vedou k snížené citlivosti na léky. Srovnání genomů velkého množství klinických izolátů L. donovani ukázalo, že vnímaví a rezistentní paraziti se liší v mnoha genech [4]. Některé z těchto genů (detoxifikační enzymy nebo membránové pumpy) mají přímý vztah k adaptaci na evoluční tlak působení léku, zatímco další, jako jsou např. enzymy účastnící se translace, obecně zvyšují „fitness“ parazita. Srovnání genomů L. donovani z indického subkontinentu ukázalo i další zajímavou věc. Vypadá to, že početnost tamější populace L. donovani se dramaticky snížila – prošla hrdlem láhve – v šedesátých letech, kdy byly široce používány insekticidní programy. Po ukončení těchto programů došlo ke klonální expanzi. Odolnost proti pentavalentním antimonům byla prokázána také u dalších druhů ničivek např. L. major, L. tropica, L. infantum (syn L. chagasi), L. braziliensis a L. guyanensis.
Další léky používané při léčbě leishmaniázy zahrnují aromatické diamidy (Pentamidin) a léky vyvinuté původně pro léčbu jiných nemocí. Je to lék pro boj s plísňovými infekcemi amphotericin B (AmBisome), lék pro léčbu rakoviny miltefosin (Impavido) a širokospektrální antibiotikum paromomycin. Podobně jako pentavalentní antimony jsou i tyto léky toxické a mají vážné vedlejší účinky. Pentamidin má tolik vedlejších účinků, že WHO v roce 2007 doporučila jeho použití pouze v případě, když není k dispozici nic jiného. Nevýhody jednotlivých léků lze částečně snížit kombinovanou terapií. Byla popsána úspěšná léčba podáním jedné dávky liposomálního amphotericinu B v Indii, ale tyto nadějné výsledky je třeba ještě potvrdit.
Testování velkého množství látek a hledání inhibitorů klíčových enzymů metabolismu parazita by mohly pomoci nalézt nové léky. Z účinnějších způsobů podání léků jsou zatím v léčbě leishmaniázy používány liposomy, další možnosti skýtají také nanočástice, kochleáty a nespecifické transportní proteiny. Některé z vedlejších účinků léků by mohly být sníženy použitím farmakogenomiky. Výzkum genů, které určují vnímavost k vedlejším účinkům léků používaných k léčbě leishmaniázy, však dosud nebyl proveden.
Myši pomáhají při studiu záhadného parazita Leishmania tropica
Když se američtí vojáci vrátili z operace Pouštní bouře, začali někteří z nich po čase trpět nevysvětlitelnou systémovou chorobou napadající vnitřní orgány. Lékaři s překvapením zjistili, že je napadl parazit L. tropica, o němž bylo do té doby známo pouze to, že působí bolestivé a pomalu se hojící kožní vředy. Další výzkumy ukázaly, že L. tropica způsobuje mnohem více lidských onemocnění, než se předpokládalo. Problémem však zůstávalo, jak tuto nemoc zkoumat experimentálně, protože myši se tímto parazitem nedařilo infikovat. Za nejlepší hostitelský model pro infekci L. tropica byli považováni zlatí křečci, ale tento hostitel není na rozdíl od myší inbrední. Průlom nastal tehdy, když jsme využili znalost, že sekret hmyzího přenašeče parazita zvyšuje účinnost infekce, a použili jsme rekombinantní kongenní kmeny myší, které se nám osvědčily již při mapování genů, které kontrolují vnímavost k L. major (viz výše).
Ukázali jsme, že genotyp hostitele významně ovlivňuje vývoj kožních lézí, rozšíření parazitů do spádových mízních uzlin, slezin a jater a zvýšení hladiny chemokinů CCL3 a CCL5 v séru. Samice kmene CcS‑16, který vyvinul největší kožní léze, dokonce větší než vnímavý kmen BALB/c, vykazovaly unikátní systémovou chemokinovou odpověď, která byla charakterizována přechodným raným zvýšením hladin chemokinů CCL3 a CCL5 v séru, což nebylo pozorováno u samců CcS‑16 ani u žádného jiného studovaného kmene [6]. Dosažené výsledky jsou prvním krokem k nalezení genů ovlivňujících vnímavost k L. tropica.
Vzhledem k tomu, že údaje o vztahu genotypu a klinického obrazu onemocnění L. tropica do této doby téměř úplně chyběly, je zavedení výše uvedených kmenů velkým pokrokem, který může pomoci lépe pochopit imunitní odpověď a patologii nemoci. Kmeny mohou být také použity k testování kandidátní vakcíny a léčby proti chorobě působené L. tropica a dalšími ničivkami.
Poznámka: Výzkum vnímavosti k Leishmania tropica je podporován granty GAČR 310/08/1697 a GAUK 43-253263.
Literatura
1. Nerlich A. G. et al., Visceral leishmaniasis during Italian renaissance, 1522– 1562. Emerging Infectious Diseases 18, 184–186, 2012/1.
2. Kobets T., Grekov I., Lipoldová M., Leishmaniasis: prevention, parasite detection and treatment. Current Medicinal Chemistry 19, 1443–1474, 2012/10.
3. Alvar J. et al., Leishmaniasis worldwide and global estimates of its incidence. PLoS One. 7(5): e35671, 2012.
4. Downing T. et al., Genome Research 21, 2143–2156, 2011/12.
5. Lipoldová M., Demant P., Genetic susceptibility to infectious disease: lessons from mouse models of leishmaniasis, Nature Reviews Genetics, 7, 294–305, 2006/4.
6. Kobets T. et al., PLoS Neglected Tropical Diseases, 6(6): e1667, 2012.
FORMY NIČIVEK
Ničivky (leishmánie) střídají během životního cyklu různé vývojové formy, které jsou specializované na prostředí (hostitele), v němž se v danou chvíli pararazit nachází.
Amastigoti – kulaté, nepohyblivé buňky (průměr 3 až 7 mikrometrů) žijící uvnitř makrofágů, neutrofilů, dendritických buněk a dalších buněk savčího hostitele.
Promastigoti – po nasátí makrofágů přenašečem jsou amastigoti uvolněni do žaludku flebotoma a velmi rychle se transformují na promastigoty, kteří se množí v zažívacím traktu vektora. Promastigoti mají protáhlou buňku (10 až 12 mikrometrů), bičík a jsou velice pohybliví. Po čtyřech až pěti dnech migrují do slinných žláz flebotoma.
Metacykličtí promastigoti – ve slinných žlázách se promastigoti mění na metacyklické promastigoty, stadium, které je schopné infikovat savčího hostitele, v jehož krvi pronikají do makrofágů, v kterých se mění na amastigoty.
VAKCINACE
Cílem očkování proti infekci je účinné posílení imunity indukcí paměťových lymfocytů T anebo B, které specificky reagují na antigeny mikroba. Při dalším setkání se stejnou infekcí je pak díky těmto paměťovým lymfocytům indukována sekundární imunitní odpověď, která je rychlejší a účinnější než odpověď primární. Dobrá vakcína musí indukovat ochrannou imunitu na správném místě (tam, kde mikroba zasáhne) a tato ochranná imunitní odpověď musí trvat dostatečně dlouho. Musí být také bezpečná, dostupná a vhodná pro danou populaci, protože různé populace se mohou odlišovat v genetice odpovědi. Většina nejúspěšnějších vakcín byla vytvořena empiricky (metodou pokus-omyl). Pokroky ve výzkumu, které nalézají klíčové faktory v obraně proti infekci k určitému mikroorganismu, mohou usnadnit racionálnější přístup k vývoji vakcín.
Leishmaniáza
je komplexní choroba řízená mnoha geny
Jako u všech infekčních chorob, i u leishmaniázy je stav nakaženého jedince výsledkem interakce patogenicity infekčního agens a odpovědi hostitele. Vývoj onemocnění tedy ovlivňuje jak parazit, tak genotyp hostitele, jeho výživa, stáří a pohlaví, a také hmyzí přenašeč a environmentální a sociální faktory. Různé druhy ničivek působí různé druhy onemocnění (např. L. donovani působí převážně viscerální chorobu – obr. 4, zatímco L. major chorobu kožní, obr. 5), ale i jedinci nakažení stejným druhem ničivky se vyznačují velkou klinickou rozmanitostí, která zahrnuje různou individuální vnímavost k onemocnění, různé kombinace příznaků u různých pacientů, různé odpovědi na terapii a různý vývoj a prognózu nemoci [5].
K pochopení této rozmanitosti je třeba vysvětlit mechanismus, podmiňující její vznik. Genetici se rozhodli zjistit tento mechanismus tak, že naleznou geny, které určují individuální rozdíly ve vnímavosti, a určí jejich funkci. U lidí je mapování genů obtížné, protože lidská populace je heterogenní. Mapování též často ztěžuje vysoká frekvence anebo neúplná penetrance alel (neúplná penetrance znamená, že vliv alely – formy genu – se nemusí vždy projevit) řídících onemocnění a fakt, že ne všichni jedinci jsou vystaveni stejným vlivům prostředí. Tyto problémy lze částečně překonat použitím myšího modelu, neboť myší kmeny jsou inbrední a žijí v kontrolovaných podmínkách. Protože genomy člověka a myši jsou homologické, je možné po nalezení genu u myši určit odpovídající gen u člověka a otestovat jeho vliv na vznik a průběh lidské leishmaniázy.
Tak se podařilo nalézt geny Nramp/Slc11a1 a H2. Nramp/Slc11a1 je membránová pumpa, která odčerpává z pozdních endosomů/lysosomů makrofágů dvoumocné ionty železa a manganu, jež ničivky žijící v endosomech potřebují pro přežití a množení. H2 neboli geny hlavního histokompatibilitního komplexu (MHC) určují, jak efektivně budou T lymfocyty napadeného organismu rozpoznávat bílkoviny ničivek (O funkci MHC viz podrobněji Vesmír 74, 29, 1995/1). Nramp/Slc11a1 a H2 ovlivňují vnímavost k viscerální leishmanáze působené L. donovani a L. infantum, ale jejich účinky nešly vysvětlit všechny rozdíly v klinických příznacích. Navíc Nramp nemá vliv na citlivost ke kožní leishmaniáze působené L. major a vliv H2 na kožní leishmaniázu je velmi slabý. Příčiny klinické rozmanitosti tedy stále zůstávaly nevyřešené a mechanismus odpovědi k L. major byl vysvětlován jednoduchou hypotézou, kde jeden, maximálně dva geny předurčují rozdíly ve funkcích T-lymfocytů, a tím i ve vnímavosti.
Náš přístup ke studiu vnímavosti k L. major kombinoval použití rekombinantních kongenních kmenů myší a funkční studie. Každý z dvaceti rekombinantních kongenních kmenů obsahuje jedinečnou kombinaci 12,5 % genomu odolného dárcovského kmene STS a 87,5 % genomu pocházejících z vnímavého základního kmene BALB/c. Abychom přišli na kloub příčinám klinické rozmanitosti, sledovali jsme nejen vývoj kožních lézí, ale také zvětšení jater a sleziny a hladiny cytokinů a imunoglobulinu E v séru infikovaných myší.
Výsledkem bylo pozorování, že v 20 rekombinantních kongenních kmenech je odpověď k L. major charakterizována několika různými typy imunitní odpovědi. Tento nález naznačil, že vnímavost k L. major nezávisí na jednom mechanismu, ale je výsledkem kombinací účinků více genů. A tyto geny se nám skutečně podařilo zmapovat. Díky tomu, že pracujeme s kmeny myší s vysokou rozlišovací schopností, bylo 21 z celosvětově zmapovaných 28 genů popsáno naší laboratoří.
Díky tomuto velkému počtu genů, které můžeme přímo srovnávat, ukázaly naše genetické a funkční studie funkční heterogenitu jednotlivých genů, což znamená, že různé geny ovlivňují odlišné kombinace příznaků a imunitních reakcí působených infekcí. Např. pro pochopení mechanismu leishmaniázy je důležité zjištění, že schopnost odstranit parazity a vývoj nemoci jsou regulovány jinými skupinami genů. Působení genů je také orgánově specifické – to znamená, že jiné kombinace genů ovlivňují změny v kůži, ve slezině a v játrech. Heterogenita genových efektů a orgánově specifická odpověď byla popsána i u dalších infekcí, jako jsou např. borélie, toxoplasma a Trypanosoma cruzi, což naznačuje, že se jedná o obecně platný jev. Tato pozorování mohou představovat obecné paradigma odpovědi organismu na infekci.
Několik lokusů (lokus – oblast na chromozomu nesoucí gen) kontrolujících odpověď k L. major se nachází ve stejných oblastech jako lokusy kontrolující odpověď k dalším patogenům. Tento fakt napovídá, že na tomto místě jsou buď skupiny (klastry) funkčně příbuzných genů, anebo se tam nachází gen, který ovlivňuje vnímavost k několika různým infekcím.
Ke stažení
článek ve formátu pdf [490,07 kB]
O autorech
Doporučujeme
Pěkná fotka, nebo jen fotka pěkného zvířete?
Do srdce temnoty 
