Wirus Ebola - tajemniczy morderca z Afryki

Jacek Walczyński

Poniższy artykuł jest ogólną charakterystyką wirusa Eboli, należącego do rodziny filowirusów. Opisano w nim budowę i fizjologię wirusa, a także chorobę - wirusową ostrą gorączkę krwotoczną, którą ten patogen powoduje. Czytelnik znajdzie w artykule również informacje o historii epidemii wywołanych przez wirusa.

Wprowadzenie

Jest rok 1796. Tajemniczy wirus wywołuje epidemie w Yambuku (Zair) i Nzara (Sudan), ludzie w cierpieniach umierają na chorobę - wirusową gorączkę krwotoczną. Nie jest znany jednak patogen, będący przyczyną tych zachorowań. Śmiertelność wśród zainfekowanych osiąga 90%. Świat z przerażeniem i zaciekawieniem przygląda się tym wydarzeniom. Po jakimś czasie udaje się opanować epidemie, jednak strach przed nową, miażdżącą siłą pozostaje.

Frederick A. Murphy - naukowiec pracujący w Centrum Kontroli Zachorowań (Center for Disease Control, CDC) jako pierwszy zauważył podobieństwo między afrykańskim wirusem a niezwykle groźnym wirusem Marburg, którym się zajmował. Nowo odkrytemu patogenowi nadano nazwę po jednej z rzek w Zairze - EBOLA.

Taksonomia

Na rząd Mononegavirales składają się 4 rodziny: Bornoviridae, Filoviridae, Paramyxoviridae i Rhabdoviridae. Przedstawiciele tych rodzin różnią się właściwościami biologicznymi, jednocześnie mają bardzo podobny typ struktury i organizacji genomu. Cechy, które je łączą to m.in.: jednosegmentowy genom - ujemnie polarna pojedyncza nić RNA, sposób ułożenia genów, wspólny przebieg transkrypcji (w sensie tworzenia mRNA na matrycy (-)RNA), replikacja i synteza potomnych cząsteczek (-)RNA, mechanizm dojrzewania cząstek wirusowych. Różnią się m.in.: wielkością genomu, strukturą nuklepkapsydu, morfologią wirionu.

Wirus Ebola należy do rodziny Filoviridae, która obejmuje jeden rodzaj Filovirus - mających dwuwarstwowe lipidowe osłonki oraz helikalny rdzeń nukleoproteinowy. Cztery rozróżniane podtypy wirusa Ebola oraz podtyp - wirus Marburg to jedyni znani przedstawiciele filowirusów. Nie wiadomo jeszcze czy cztery biotypy wirusa Ebola to w rzeczywistości odrębne gatunki, pojawiły się jednak takie spekulacje. Obecnie odmiany wirusa klasyfikuje się następująco:

• Ebola Zair (EBO-Z) - odkryty w Zairze w roku 1976, pierwsze znany przypadek wystąpienia choroby u człowieka.

• Ebola Sudan (EBO-S) - odkryty w Sudanie, rok 1976, wraz z EBO-Z odpowiedzialne są za największą liczbę śmiertelnych przypadków infekcji filowirusami.

• Ebola Cote d'Ivoire (Wybrzeża Kości Słoniowej) lub Tai (EBO-C, EBO-T) - odkryty w roku 1995; jedna zakażona osoba, która przeżyła.

• Ebola Reston (EBO-R) - wykryty u filipińskich małp przywiezionych do USA w celach doświadczalnych, jedyny typ wirusa przenoszony drogą kropelkową. Nie wywołuje choroby u człowieka.

Budowa

Filowirusy charakteryzują się dosyć specyficznym cechą - powiększone kilkanaście tysięcy razy ujawniają się w postaci długich, cienkich, filamentarnych nitek. Nitki takie przyjmują różnorodne długości (czasem nawet dłuższe niż pospolite bakterie), mogą dochodzić do 14000 nm. Rodzina filowirusów składa się z patogenów pleomorficznych - nitki bowiem mogą się skręcać i występować w różnych kształtach: proste lub zwinięte w krąg, w kształcie litery U, występują również formy kształtu pęcherzykowatego. Najpowszechniejszy wizerunek wirusa Eboli to nitka zakończona jedną, lub więcej, pętelkami (rys. 1).

• 
  Rys 1. Wirus Ebola. Zdjęcie wykonane mikroskopem elektronowym. Źródło: www.ncbi.nlm.nih.gov

Replikacja wirusa, genom i peptydy

Replikacja wirusa w zainfekowanych komórkach zachodzi na terenie cytoplazmy. Po wniknięciu przez błonę z cząstek wirusowych zostają usunięte struktury osłonki i rozpoczyna się proces transkrypcji, następnie translacji - w wyniku której syntetyzowane są peptydy patogenu. Tworzone są kolejne kopie cząstek wirusowych w ogromnych ilościach. Wirus gromadzi się i pączkuje na zewnątrz komórki po wyczerpaniu jej materiałów i zapasów, które zużył do własnej replikacji.

Jak wspomniano, genom wirusa Ebola to pojedyncza, ujemnie polarna nić kwasu rybonukleinowego (ssRNA). Ujemna polarność nici RNA oznacza, że cząsteczka ta nie ma zdolności pełnienia roli mRNA w procesie translacji, a w komórkach, w których namnaża się wirus, nie występują enzymy o aktywności RNA-zależnej polimerazy rozpoznające wirusowe sygnały transkrypcyjne i replikacyjne. Enzym taki musi być wprowadzony do komórki razem z wirionem. Odkryto także, że materiał genetyczny wirusa Ebola występuje w formie ściśle związanej z białkami, tworząc kompleks rybonukleinowo-białkowy (RNP). Białka te chronią materiał genetyczny m.in. przed działaniem RNaz. Tylko dzięki takim własnościom genom tego patogenu zdolny jest do replikacji i transkrypcji, a efektem jest powstanie cząsteczek mRNA (zdolnych do translacji). Nić RNA wirusa koduje 7 genów strukturalnych oraz regulatorowych, ułożonych liniowo. Na 4 geny strukturalne wirionu składają się: VP30, VP35, nukleoproteina oraz białko polimerazowe. Pozostałe 3 geny kodują białka wiążące się z błoną: VP40, VP24 oraz glikoproteinę (GP).

W śmiertelnych przypadkach zakażenia wirusem, jego wczesna i gwałtowna replikacja związana jest z niewystarczającą odpowiedzią układu immunologicznego. Podczas gdy większość białek filowirusowych kodowanych jest w pojedynczych ramkach odczytu, glikoproteina kodowana jest w dwóch (otwartych ramkach odczytu ORFI i ORFII - open reading frame). ORFI odpowiedzialne jest za kodowanie małej, rozpuszczalnej, wydzielniczej glikoproteiny (sGP - secretory glicoprotein), która jest produkowana w bardzo dużych ilościach w początkowych stadiach infekcji.

Cząsteczka sGP wiąże się do neutrofilowego CD16b, specyficznego dla tych białych krwinek receptora FcgIII. Hamuje to wczesną aktywację neutrofili. Przypuszcza się, że sGP może być również odpowiedzialne za ostrą limfopenię, charakterystyczną dla infekcji wirusem Ebola.

Druga glikoproteina, będąca białkiem transbłonowym, związana jest z wirionem Eboli i wiąże się do komórek śródbłonka (ale nie do neutrofili). Wirus Ebola potrafi atakować, replikować się oraz niszczyć komórki śródbłonka. Ta destrukcja łączona jest z rozsianym wykrzepianiem wewnątrznaczyniowym - co może wpływać na rozległe krwotoki, które są charakterystyczne dla większości zakażeń wirusem Ebola.

Patologia

Okres inkubacji trwa, w przybliżeniu, tydzień. Po wniknięciu do organizmu, wirus poprzez krwioobieg rozprzestrzenia się w całym organizmie. Filowirusy należą do wirusów pantropowych - zakażenie i zmiany następują w wielu narządach organizmu. W szczególności atakują jednak wątrobę, śledzionę, ale także monocyty i makrofagi. Po intensywnej replikacji w cytoplazmie, dochodzi do rozpadu komórki oraz ataku na kolejne. Prowadzi to do nekrozy - czyli śmierci fragmentów miąższu m.in. wątroby, nerek, węzłów chłonnych i innych narządów.

Ebola powoduje chorobę zwaną wirusową ostrą gorączką krwotoczną. Początkowe objawy to: migrena, gorączka, dreszcze, bóle mięśni i jadłowstręt. Później dochodzą również biegunka i wymioty, problemy z oddychaniem, a także wysypka na całym ciele. U niektórych śmiertelnie chorych zauważono także napady czkawki. Ponieważ wirus niszczy też komórki śródbłonka i płytki krwi, naczynia krwionośne tracą swoją szczelność i występują krwawienia do jam ciała oraz z błon śluzowych. Wirus powoduje też powstawanie skrzepów krwi - przyczynia się to do zatykania naczyń włosowatych. Krew nie jest w stanie dopłynąć do organów, prowadzi to do ich martwicy. Mimo powstałych zakrzepów wewnątrz organizmu, występują krwotoki ze wszystkich naturalnych otworów ciała, ale również przez nieuszkodzoną skórę. Podczas sekcji stwierdza się krwawy rozpad wszystkich narządów wewnętrznych. W końcowym stadium choroby zakażony jest bardzo osłabiony i odwodniony, utracony jest zmysł równowagi, chorzy często zapadają w śpiączkę. W większości przypadków śmierć następuje już w tydzień po wystąpieniu pierwszych objawów.

U ozdrowiałych osobników, okres rekonwalescencji trwał wiele tygodni, podczas których nadal występowały pewne symptomy charakterystyczne dla choroby.

Mechanizmy roznoszenia

Na dzień dzisiejszy nie jest znany naturalny rezerwuar wirusa Ebola. Pojawiły się sugestie, iż nosicielem patogenu może być jakiś afrykański gryzoń. W 1976 i 1979r. w Sudanie zachorowali pracownicy fabryki bawełny, której poddasze zamieszkiwały tysiące nietoperzy. Istotnie, w 1996r. członkowie Narodowego Instytutu Wirusologii Republiki Południowej Afryki odkryli, iż nietoperze owadożerne Tadarida pumila oraz owocożerne Epomophorus wahlbergi

Człowiek może zostać zainfekowany przede wszystkim przez bezpośredni kontakt z zakażoną krwią, płynami ustrojowymi, tkankami i odchodami osoby zakażonej. Istnieją też podejrzenia, iż wirus może przenosić się drogą kropelkową - tak właśnie mogło dojść do zakażenia (ale nie wywołania choroby) wirusem Ebola Reston u czwórki osób od filipińskich małp. Choroba roznoszona jest głównie przez bliski kontakt z osobą zakażoną. Dotyczy to przede wszystkim pracowników szpitali, a także członków rodziny, zajmujących się chorym. Choroba może rozszerzać się przez kontakt seksualny. Do zakażenia dochodzi również w przypadku ponownego używania igieł i strzykawek, jest to dosyć często stosowana praktyka w krajach trzeciego świata, gdzie system opieki zdrowotnej jest niewystarczająco dofinansowany.

Leczenie i zapobieganie

Nie ma (jeszcze) żadnego leku na wirusową gorączkę krwotoczną. Trwają eksperymentalne badania, polegające na podawaniu ludzkich cytokin i terapii antykoagulacyjnej (antyskrzepowej). Ostatnio odkryto, iż nukleozydowe inhibitory hydrolazy S-adenozylhomocysteiny hamują replikację wirusa EBO-Z, co może przyczynić się do powstania skutecznego leku w przyszłości. W terapii stosuje się leczenie wspomagające, polegające na utrzymywaniu równowagi elektrolitów i płynów ustrojowych pacjenta, odpowiedniego odżywiania i hamowaniu ewentualnych dodatkowych infekcji. Takie leczenie musi się jednak odbywać w warunkach absolutnej izolacji chorego, zapobiegając roznoszeniu wirusa. Należy szczególnie uważać przy kontakcie z płynami ustrojowymi chorego. W przypadku śmierci pacjenta, koniecznie jest jak najszybsze pochowanie ciała.

Wirus jest wrażliwy na promieniowanie jonizujące i promienie UV, temperaturę powyżej 60°C oraz powszechnie dostępne chemiczne środki dezynfekcyjne (fenol, alkohol metylowy). Wykorzystuje się to przy odkażaniu powierzchni w szpitalach. Wszelkie zużyte materiały z sal chorych powinny być natychmiast palone.

Naukowcy próbują też wyprodukować szczepionkę, dotychczas jednak bezskutecznie. Prowadzi się badania nad produkcją przeciwciał przeciwko wirusowej glikoproteinie oraz białka nukleokapsydu. Jednak prawdopodobnie minie wiele lat, zanim osiągnięte zostaną satysfakcjonujące rezultaty.

Diagnostyka laboratoryjna

Badania nad wirusem Ebola mogą być prowadzone jedynie w laboratorium biologicznym o czwartym poziomie bezpieczeństwa (stopień najwyższy). Naukowcy chronieni są przez specjalne kombinezony i mają powietrze z oddzielnego źródła, wszystko odbywa się w ultra-sterylnych warunkach (rys.2). W USA znajdują się tylko 2 laboratoria tego typu: w Centrum Kontroli Chorób (Center for Disase Control - CDC) w Atlancie, stanie Georgia oraz w Wojskowym Instytucie Badań Medycznych do spraw Chorób Zakaźnych (United States Army Medical Research Institute for Infection Disase - USAMRIID) w Fort Detrick, stan Maryland.

• 
  

Rys 2. Naukowiec w laboratorium biologicznym o czwartym poziomie bezpieczeństwa, Źródło: http://visindavefur.hi.is

Pierwszy etap diagnostyki wirusa oparty jest na jego izolacji z surowicy krwi (lub z tkanki np. wątroby). Obecność wirusa stwierdzić można w badaniu mikroskopem elektronowym (patrz rys.1), jednak z racji miejsc, w których występują zachorowania, tego typu diagnostyka ma oczywiste ograniczenia. Najczęściej przeprowadza się badania RT-PCR oraz polegające na wykrywaniu przyrostu miana przeciwciał testem bezpośredniej immunofluorescencji (IFA) i ELISA. Przeciwciała IgM oraz IgG pojawiają się w 10-14 dni od zakażenia i są skierowane głównie przeciwko glikoproteinie. Dużą przeszkodą w badaniach nad filowirusami jest brak reakcji w teście neutralizacji surowic osób wyzdrowiałych - utrudnia to ustalenie serotypów wirusa.

Epidemie

Wirus Ebola po raz pierwszy zaatakował w roku 1976, w lipcu w Sudanie i we wrześniu w Zairze (dzisiaj Demokratyczna Republika Konga). Śmiertelność była ogromna. W Zairze na 318 zainfekowanych zmarło 90%. W Sudanie chorych było 284, zmarło 151. W obu przypadkach zakażony został również personel szpitali, w których przyjmowano chorych. Nie były wtedy dostępne jakiekolwiek informacje o wirusie, kolejne epidemie były już bardziej kontrolowane. Od czasu pierwszego wybuchu epidemii, wirus Ebola atakuje co kilka lat, w różnych rejonach Afryki, m.in. Sudanie, Gabonie, Ugandzie, Demokratycznej Republice Konga (rys.3). Tabela 1 przedstawia historię tych epidemii, z podaniem miejsca i liczby śmiertelnych przypadków zakażenia (nie uwzględniono podtypu wirusa Ebola Reston, który nie powoduje choroby u ludzi). Szacuje się, ze do dzisiaj na wirusową gorączkę krwotoczną wywołaną wirusem Ebola zachorowało ok. 1850 osób, z czego śmiertelnie - 1287.

• 
  Rys 3. Mapa Afryki, przedstawiająca miejsca wystąpienia epidemii wywołanych wirusem Ebola; Źródło: www.eurosurveillance.org/em/v07n03/0703-222.asp

• 
  

Tabela 1. Historia epidemii wywołanych wirusem Ebola. Na podstawie danych z: Centers for Disease Control and Prevention (CDC) oraz Światowej Organizacji Zdrowia (WHO); http://www.e11th-hour.org/resources/timelines/ebola.outbreaks.html

I na koniec...

Przerażające są zniszczenia, jakie wirus Ebola wywołuje w organizmie ludzkim, a także liczby śmiertelnych ofiar kolejnych epidemii. Nasuwają się pytania: Czy wirus Ebola jest w stanie nam zagrozić na jeszcze większą skalę niż dotychczas? Czy może wywołać lawinę zachorowań na wirusową gorączkę krwotoczną w Europie czy Ameryce Północnej? Czy plaga ta może przekroczyć granice Afryki? W erze samolotów, kiedy człowiek może przemieścić się z jednego końca świata na drugi w przeciągu doby, bariera przestrzenna nie wydaje się dla takiego patogenu przeszkodą. Na razie nie zanotowano jednak przypadków gorączki Ebola poza Afryką. Należy też wziąć pod uwagę fakt, iż epidemie miały miejsce w krajach, w których opieka zdrowotna, słabo finansowana, znajduje się w dość opłakanym stanie. Poza tym niezwykła agresywność patogenu jest dla niego niekorzystna. Osoba zakażona umiera na tyle szybko, iż bliski kontakt z innymi jest bardzo krótki. Nie jest prawdopodobne, by wirus Ebola mógł wywołać epidemię na skalę globalną.

W żadnym wypadku nie można jednak lekceważyć tego patogenu. Medycyna wciąż jest bezsilna, nie ma szczepionki i skutecznego leku na gorączkę krwotoczną. Mimo, iż badania trwają, naukowcy wolą się skupiać na chorobach takich jak malaria czy cholera, znacznie częściej występujących i zagrażających większej ilości osób.

Wydaje się, że my, tutaj w Polsce, możemy spać spokojnie. Pamiętajmy jednak o tym, iż w każdej chwili, tysiące kilometrów stąd, wybuchnąć może kolejna wojna człowieka z mikroskopijnym wrogiem, wojna która raz jeszcze może pochłonąć setki ofiar.

---