Rok 1980 – świat wolny od ospy prawdziwej! Była to najlepsza i najbardziej wyczekiwana wiadomość dla ówczesnej medycyny, a zarazem pierwszy przypadek całkowitego wyeliminowania choroby zakaźnej w historii. Wirus czarnej ospy nie poddawał się łatwo, ale konsekwentny system szczepień prowadzony przez Światową Organizację Zdrowia przyniósł wreszcie upragniony sukces. Radość była tak ogromna, że… całkowicie zaprzestano dalszych szczepień, jedynej broni przeciwko tej śmiertelnej chorobie. Bolesny jest zatem fakt, że osoby urodzone po 1980 roku są zupełnie bezbronne wobec wirusa ospy prawdziwej, a bioterroryści nie śpią…

Przedstawienie postaci

Ospa prawdziwa (Variola vera), znana również pod nazwą czarna ospa, to śmiertelna choroba ludzi wywoływana przez wirusa ospy prawdziwej (Variola vera virus, VARV), należącego do pokswirusów. Jej cechą charakterystyczną były specyficzne pęcherzyki i krosty na skórze chorego, po których pozostawały szpecące blizny. W tym miejscu należy wyraźnie zaznaczyć, że ospa prawdziwa jest zupełnie inną chorobą, niż dobrze nam znana i stosunkowo mało groźna ospa wietrzna. Co prawda obie powodują wykwity na skórze, jednakże ich przyczyna (inne wirusy) oraz poziom szkodliwości są zupełnie różne.

Miliony zgonów, do których przyczyniła się ospa prawdziwa na przestrzeni wielu wieków, przyniosły jej haniebną sławę. Pierwsze wzmianki o objawach wskazujących na czarną ospę pochodzą z Indii sprzed trzech tysięcy lat. Pojawienie się tej strasznej choroby było opisywane przez Hindusów jako kara boska, której przyczyny i zarazem lekarstwa upatrywali w czczonej przez siebie bogini o nazwie Sitala. Na tej podstawie możemy sobie wyobrazić, jak wielki respekt i strach budziła od zawsze w ludziach ta zaraza.

Szczepienie – wybawienie

Czarna ospa była zmorą ludzkości przez setki lat i spędzała sen z powiek wielu tęgim umysłom. Rozważania nad sposobem skutecznego pozbycia się niewidzialnego wroga doprowadziły do rozpoczęcia pierwszych szczepień w Indiach, Chinach i na kontynencie afrykańskim (ok. X w.). Używano w tym celu wirusa ospy prawdziwej, co nazywane jest potocznie wariolizacją. Chińczycy wykorzystywali np. strupy z krost chorych na ospę i wdmuchiwali je zdrowej osobie do nosa. Owe praktyki trafiły również do Europy. Niestety podawanie „żywego” wirusa miało swoją cenę. Pomimo znacznego spadku śmiertelności na skutek wariolizacji, niemała część osób nadal umierała i zakażała kolejne.

W końcu i na to znaleziono sposób. Brytyjski lekarz Edward Jenner (XVIII w.) zauważył bowiem pewną zależność. Osoby mające kontakt z krowami, których wymiona pokrywały ospopodobne krosty, nie zapadały na czarną ospę, tylko na podobną, ale znacznie łagodniejszą chorobę. Jenner wpadł wówczas na pomysł, żeby wykorzystać strupy z krowich krost do szczepienia ludzi. Mimo iż na początku nie dawano wiary jego poczynaniom, okazały się one strzałem w dziesiątkę. W tamtych czasach nie zdawano sobie sprawy, że przyczyną ospy prawdziwej jest wirus, podobnie jak ospy krowiej, którego Jenner wykorzystał w pierwszej na świecie szczepionce. Te dwa wirusy są blisko ze sobą spokrewnione, a przy tym bardzo do siebie podobne, w związku z czym nasz układ odpornościowy widzi w nich tego samego wroga. Szczepienie z wykorzystaniem wirusa ospy krowiej (Cowpox virus, CPXV), zastąpionego później podobnym do niego wirusem krowianki (Vaccinia virus, VACV), dawało świetne rezultaty, objawiające się obniżeniem śmiertelności czarnej ospy niemalże do zera. Marzenie Jennera o całkowitym wyeliminowaniu plagi rasy ludzkiej, jaką bez wątpienia była ospa prawdziwa, ziściło się dwa stulecia później.

Czego oczy nie widzą…

Czarna ospa unicestwiona, zatem chciałoby się powiedzieć, że problemy z nią związane również. A jednak nie. Natura potrafi nas zaskoczyć, niestety również ta ludzka. Pomimo skutecznego pozbycia się problemu w postaci ospy prawdziwej, wirus odpowiedzialny za całe zło nadal przechowywany jest w dwóch ośrodkach badawczych na świecie: w Federalnym Centrum Kontroli Chorób i Prewencji w Atlancie w Stanach Zjednoczonych oraz w Rosyjskim Państwowym Instytucie Badawczym Wirusologii i Biotechnologii w Koltsovie w Rosji. Nasuwa się pytanie: W jakim celu? WHO wielokrotnie apelowała o usunięcie składowanych fiolek ze śmiercionośnym wirusem, jednak naukowcy postulują pozostawienie próbek w celach badawczych. Z tego względu istnieje realne zagrożenie przypadkowego wydostania się wirusa z laboratorium i zakażenia osób, które nie zostały zaszczepione w wyniku zaniechania tego procederu po 1980 r. Ponadto wyżej wymienione ośrodki są jedynymi oficjalnymi miejscami przechowywania VARV. A co w przypadku istnienia jakichkolwiek nieformalnych? Niedopuszczanie myśli o możliwości posiadania wirusa ospy prawdziwej w rękach terrorystów wydaje się być dosyć nierozważne, by nie powiedzieć wprost – naiwne.

Kolejnym problemem, wynikającym z zaniechania szczepień przeciwko VARV jest wzrastająca liczba przypadków chorób odzwierzęcych w Afryce i USA, wywołanych przez inne, blisko z nim spokrewnione pokswirusy, takie jak wspomniany wcześniej wirus ospy krowiej czy wirus ospy małpiej.

Pewnie każdy zadaje sobie teraz pytanie: dlaczego nie powrócono do szczepień, skoro były tak skuteczne? Powód jest prosty – duże ryzyko wystąpienia ciężkich komplikacji poszczepiennych, z którymi spotykano się podczas walki z omawianą chorobą. Należy jednak pamiętać, że ideą szczepień było przede wszystkim wyeliminowanie ospy prawdziwej i ten cel został osiągnięty. Obserwowane wówczas skutki uboczne były w dużej mierze ignorowane. Obecnie, czyli w sytuacji, gdy nie ma konieczności walki z szalejącą chorobą, unika się narażania społeczeństwa na cierpienie związane ze szczepieniem. Grupą szczególnie narażoną na skutki uboczne byłyby osoby z obniżoną odpornością, dzieci i ludzie w podeszłym wieku. Zrozumiały jest zatem fakt, że stworzenie alternatywnego systemu szczepień lub bezpiecznych i skutecznych terapii skierowanych przeciwko pokswirusom ma ogromne znaczenie i stanowi wyzwanie dla nauki zarówno w kontekście medycyny ludzkiej, jak i zwierzęcej.

Pogotowie antyospowe

Droga prowadząca do wynalezienia nowego panaceum przeciwospowego nie jest usłana różami, a wręcz przeciwnie – cierniami, ze względu na arsenał obronny, jakim dysponują pokswirusy. Na przekór tym przeciwnościom, pomysły kiełkujące w umysłach naukowców popychają do coraz to nowych działań, a co za tym idzie – do nowych odkryć. Odsłaniają one kolejne, nieznane dotąd ścieżki i dają tym samym szansę na powstanie nowej szczepionki czy lekarstwa antypokswirusowego.

Tak się dzieje również w moim macierzystym Zakładzie Immunologii (Wydział Medycyny Weterynaryjnej Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie), w którym od lat badania naukowe skupiają się na ektromelii, czyli wirusie ospy myszy (Ectromelia virus, ECTV) – bliskim krewniaku śmiercionośnego VARV. Dlaczego akurat na nim? Powody są proste i jest ich wiele. Po pierwsze, nie jest on groźny dla ludzi, co stanowi jego ogromną zaletę. Po drugie, myszy laboratoryjne są naturalnym gospodarzem ECTV, a nasz zespół pracuje na mysich hodowlach komórkowych; oddajemy tym samym naturalne środowisko wirusa. Po trzecie, ektromelia wywołuje niemal identyczne objawy u myszy, jakie niegdyś powodowała ospa prawdziwa u ludzi. Na tej podstawie można bez wątpienia stwierdzić, że zakażenie wirusem ospy myszy jest świetnym modelem do badania pokswirusów.

Małymi krokami poznajemy wroga, staramy się zrozumieć pobudki jego strategii, a także rozszyfrowujemy mechanizmy jego działań. Nasza obecna ścieżka badań prowadzi w stronę mitochondriów, które jako fabryki energetyczne komórek mogą być użytecznym narzędziem w „rękach” wirusa. Ale po kolei…

Wirusowy obóz pracy

Wirusy, czyli cząstki zakaźne zawieszone pomiędzy światem ożywionym i nieożywionym, znane są ze swojej niebywałej przebiegłości. Poza organizmem nie wykazują żadnej aktywności, co radykalnie zmienia się po kontakcie z komórką gospodarza. Raptownie wnikają do jej wnętrza i rozpoczynają wprowadzanie, a wręcz narzucanie swoich zasad. Najeźdźca dysponuje całym arsenałem białek, które są jego narzędziem do manipulowania komórkami. Różne wirusy w różny sposób wykorzystują swój potencjał w celu jak najlepszego wykorzystania zasobów gospodarza. W efekcie bezbronne komórki stają się niewolnikami okupanta wykonującymi jego rozkazy.

Badania prowadzone w naszym zespole pozwoliły stwierdzić, że wirus ospy myszy wywołuje zmiany w rozmieszczeniu mitochondriów w komórce i prawdopodobnie wykorzystuje je do własnych celów. Mitochondria są bowiem niezwykle ważnymi elementami komórki (organellami), które odpowiadają za jej oddychanie, czyli niezbędną funkcję życiową. Na drodze oddychania powstaje energia w postaci chemicznych cząsteczek ATP (adenozynotrifosforanu), będących łakomym kąskiem dla potrzebującego wirusa. Należy zaznaczyć, że wirus ospy myszy, podobnie jak inne pokswirusy, formuje w komórkach miejsca swojego powielania i dojrzewania, które określane są mianem fabryk wirusowych. Niezbędnym wymaganiem działania takich fabryk jest energia, którą muszą one pozyskiwać z jakiegoś źródła. W naszych badaniach zaobserwowaliśmy, że wirus ektromelii powoduje gromadzenie się mitochondriów właśnie w obszarach zajmowanych przez fabryki wirusowe. Jednoznacznie zatem nasuwa się przypuszczenie, że jest to celowa zagrywka wirusa skierowana na mitochondrialne ATP, które jest niezbędne do jego funkcjonowania. Natarczywość intruza doprowadza do stopniowego obniżania się potencjału mitochondrialnego i wzrostu poziomu reaktywnych form tlenu, a to wszystko świadczy o pogarszającym się stanie mitochondriów, wynikającym prawdopodobnie ze zbyt intensywnej pracy. Śmiało można zatem stwierdzić, że wirus ektromelii wyciska ostatnie soki z tych organelli, które jak niewolnicy wykonują zlecone przez niego zadania.

W sieci

Liczne badania nad mitochondriami wykazały, że tworzą one w komórkach rozgałęzione, nitkowate sieci, które cechują się zdolnością do szybkich zmian. Mają one umiejętność dzielenia się i ponownego łączenia w zależności od warunków panujących w komórce. Z siecią mitochondrialną jest silnie związana kolejna, stosunkowo niedawno odkryta funkcja tych organelli, a mianowicie ich udział w odporności przeciwwirusowej. Mitochondria stanowią bowiem swoistą platformę do przekazywania sygnałów w komórce, ostatecznie skutkujących wytworzeniem substancji przeciwwirusowych, jakimi są interferony typu I. Zaobserwowano, że „poszatkowanie” sieci mitochondrialnej na mniejsze „nitki” skutkuje spadkiem ich funkcji przeciwwirusowych.

Badania naszego zespołu skłaniają się ku potwierdzeniu tej teorii. Zaobserwowano w nich bowiem, że obecność ECTV w komórkach skutkuje pofragmentowaniem sieci, z wytworzeniem krótszych nitek oraz drobnych, punktowych mitochondriów. Co więcej, zastosowaliśmy dodatkowo specjalne komórki zmienione genetycznie, które cechuje brak usieciowienia mitochondriów – wszystkie organella są w postaci osobnych kuleczek. Odnotowaliśmy, że powstawało w nich więcej nowych cząstek wirusowych niż w komórkach normalnych, co wskazuje na wzmożoną aktywność wirusa. Może to z kolei oznaczać, że pofragmentowana sieć mitochondrialna powoduje osłabienie działania przeciwwirusowego. Jest zatem wysoce prawdopodobne, że ECTV umyślnie doprowadza do zniszczenia i rozszczepienia sieci mitochondrialnej w celu uniknięcia swojego unicestwienia przez substancje przeciwwirusowe powstające dzięki mitochondriom.

Bilans

Badania przeprowadzone w naszym zespole dają pogląd na sposób, w jaki wirus ospy myszy manipuluje komórką i jej mitochondriami. Przede wszystkim powoduje on uszkodzenie tych organelli, co może w pewien sposób blokować odpowiedź przeciwwirusową, a zatem sprzyjać rozwojowi choroby. Dalsze badania powinny się skupić na poznaniu przyczyn takiej aktywności wirusa, a w konsekwencji – na wynalezieniu skutecznej terapii zakażeń wywoływanych przez pokswirusy.