11.2009 – „Inteligentny wirus.”

   Wśród wirusów grypy wyróżnia się trzy typy A, B i C. Wirusy typu A, stanowiące główną przyczynę nagłych zachorowań u ludzi przybierających formę epidemii, a nawet pandemii, dzieli się na podtypy w oparciu o budowę antygenów powierzchniowych – hemaglutyniny (H) i neuraminidazy (N). Te białka wirusowe odpowiedzialne są za zakaźność, namnażanie i uwalnianie potomnych wirusów.
   Występuje 16 podtypów antygenowych hemaglutyniny (H1 – H16) i 9 podtypów neuraminidazy (N1- N9). Jedynie trzy hemaglutyniny (H1 – H3) i dwie neuraminidazy (N1 – N2) są spotykane w cząstkach wirusowych infekujących ludzi. Tak duża różnorodność antygenowa jest wynikiem zmienności genetycznej wirusów grypy, u której podstaw leży specyficzna organizacja genomu wirusa. W cząsteczkach wirusa grypy typu A występuje osiem oddzielnych segmentów kwasu rybonukleinowego (RNA), tworzących kompleks z białkami nukleoproteidowymi. Segmenty RNA funkcjonują jako odrębne geny kodujące poszczególne polipeptydy strukturalne i niestrukturalne. Trwałe zmiany genetyczne wirusów, podobnie jak w przypadku wyższych form życia, zachodzą wskutek rekombinacji materiału genetycznego lub mutacji. Mutacje są zmianami w sekwencji nukleotydów, powodującymi mniej lub bardziej radykalne zmiany w powstającym białku. U wszystkich wirusów RNA obserwuje się dużą częstość mutacji, nawet 10 000 razy większą niż w ludzkim lub wirusowym DNA. Tak częste mutacje występują również w przypadku wirusów grypy typu A. Z reguły występują drobne zmiany antygenowe – tzw. przesunięcie antygenowe (ang. antigenic drift), które jest wynikiem mutacji punktowych, a następnie selekcji – pod wpływem presji immunologicznej – mutantów o zmienionym białku H lub N. W polipeptydach zachodzą corocznie dwie lub trzy substytucje aminokwasów. Zmiany te charakteryzują się wolną kumulacją, a rozprzestrzenianie się powstałych mutantów w środowisku jest uzależnione od tego, czy dotyczą one budowy obydwu antygenów (H i N). Ponieważ zmiany antygenowości są nieduże, szczepy te zwykle wywołują epidemie o ograniczonym zasięgu.
   Większe zmiany, tzw. skok antygenowy (ang. antigenic shift) jest odpowiedzialny za pojawianie się szczepów wirusa grypy typu A wywołujących epidemie i pandemie, a u podstaw tych zmian leży wymiana, czyli reasortacja genów. Sytuacja taka ma miejsce gdy komórka gospodarza zostanie równocześnie zakażona dwoma wirusami. W konsekwencji, w wirionach potomnych mogą znaleźć się geny rodzicielskie pochodzące od obu wirusów, a wymiana może dotyczyć każdego z ośmiu segmentów genomu. Biorąc pod uwagę zdolność wirusów grypy typu A do zakażania ssaków i ptaków, może dojść do sytuacji, w której równoczesne zakażenie wirusem ludzkim i zwierzęcym spowoduje powstanie nowych szczepów, różniących się budową genetyczną, a w konsekwencji i właściwościami antygenowymi, od wirusów krążących aktualnie w populacji ludzkiej. Powstałe nowe „reasortowane” szczepy wirusa odznaczają się przewagą selektywną nad wirusami rodzicielskimi, ponieważ odporność populacji ludzkiej (np. aktywność wytworzonych przeciwciał), będzie ograniczona. Z tego powodu skok antygenowy może doprowadzić do wybuchu epidemii, a nawet pandemii, które dotychczas pojawiały się co 10-40 lat.
   Poważną komplikacją pojawienia się szczepów pandemicznych, o odmiennej budowie antygenowej niż przewidywano przygotowując szczepienia ochronne, może być ograniczenie skuteczności aktualnie stosowanych szczepionek przeciw grypie sezonowej. W sytuacji kiedy krążące szczepy wirusa grypy różniłyby się znacznie w stosunku do szczepów znajdujących się w dostępnych szczepionkach, zarówno w celach terapeutycznych jak i profilaktycznych, trzeba będzie sięgać po leki przeciwwirusowe u osób z grup ryzyka. W ostatnich tygodniach Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) podała do wiadomości, że podczas aktualnie trwającej pandemii wywołanej wirusem grypy A/H1N1 w Norwegii i Kanadzie pojawiły się już zmutowane wirusy, a Norweski Instytut Zdrowia Publicznego oznajmił, że zmutowany wirus charakteryzuje się zwiększoną wirulencją, przez co może powodować poważniejsze objawy u chorych. Nie zaobserwowano jednak zmniejszenia skuteczności szczepionek czy chemioterapeutyków wobec tego wariantu wirusa. Należy zauważyć, że identyczną mutację wykryto również w cząstkach wirusowych wyizolowanych z próbek od chorych, u których przebieg choroby był łagodny. Wg WHO: „odkrycie mutacji pozostaje niejasne dla zdrowia publicznego”.

 

   Aktualnie znane są dwie grupy leków obejmujące w spektrum działania wirusy grypy typu A. Zsyntetyzowane, odpowiednio w latach 60-tych i 80-tych XX wieku, amantadyna oraz rimantadyna należą do grupy inhibitorów kanałów jonowych białka M2 błony komórkowej. Białko to, po fuzji wirusa z komórką gospodarza, umożliwia uwolnienie RNA i rozpoczęcie replikacji. Oba wymienione leki przeciwwirusowe dobrze wchłaniają się z przewodu pokarmowego. Skuteczne są jednak tylko w przypadku zakażeń wirusem grypy typu A, ponieważ wirusy typu B nie posiadają białka M2. Poważną wadą obu leków jest ich działanie uboczne na centralny układ nerwowy (powodują m.in. bezsenność, nerwowość, niepokój, trudności z koncentracją, zawroty i bóle głowy, drgawki) oraz pokarmowy (wywołują m.in. mdłości, brak łaknienia, zaparcia), co w większym stopniu dotyczy amantadyny.
   Drugą grupę leków przeciwgrypowych stanowią inhibitory neuraminidazy (oseltamivir, zanamivir). Są one związkami, które naśladują naturalny substrat dla tego enzymu, czyli kwas sialowy. Działają na drodze kompetencji, mając większą specyficzność i powinowactwo do neuraminidazy niż właściwy kwas sialowy. W tej sytuacji infekcja kolejnych komórek gospodarza wirusami grypy jest praktycznie zatrzymana. Skuteczność inhibitorów neuraminidazy jest tym większa im szybciej zostaną one podane od momentu wystąpienia ostrych objawów, tj. nie później niż w ciągu 36 godzin. Mogą być stosowane w leczeniu grypy podczas corocznie występujących epidemii u osób z obniżoną aktywnością układu immunologicznego, sprzyjającą wystąpienia powikłań pogrypowych. Leki – inhibitory neuraminidazy mogą okazać się skuteczne w przypadku szczepów pandemicznych. Obydwa leki dopuszczone zostały do leczenia jak i profilaktyki. Są one dobrze tolerowane, nie powodując poważnych działań niepożądanych czy istotnych zaburzeń czynności poszczególnych narządów i układów. Nie określono bezpieczeństwa stosowania zanamiviru i oseltamiviru w czasie ciąży, chociaż badania na zwierzętach nie wykazały jego działania teratogennego. Nie określono także, czy można stosować preparaty w czasie karmienia piersią, chociaż badania na zwierzętach pokazały, że obydwa leki są wydzielane do mleka. Inhibitory neuraminidazy nie upośledzają odpowiedzi immunologicznej na szczepienie przeciw grypie, jak i na infekcję.
   W wielu badaniach dotyczących leczenia pacjentów zanamivirem i oseltamivirem okazało się, że nawet u 50% osób lek podawano niepotrzebnie, ponieważ obserwowana u nich infekcja nie była wywołana przez wirus grypy. Do tego rodzaju badań pacjenci wybierani są przez lekarzy na podstawie określonych przez firmę produkującą taki lek objawów. Ze względu na niewielką specyficzność objawów klinicznych grypy, istnieje konieczność opracowania bardzo szybkich, czułych i swoistych testów diagnostycznych, łatwych do przeprowadzenia nawet przez lekarzy rodzinnych.
   Zmiany w obrębie materiału genetycznego wirusów mogą skutkować pojawieniem się mutantów opornych na leki przeciwgrypowe, których arsenał nie należy do najbogatszych. Zaobserwowano, że w czasie stosowania amantadyny w profilaktyce i leczeniu infekcji wywołanych tzw. wirusem ptasiej grypy (H5N1) dochodziło do selekcji szczepów opornych. U podstaw oporności leżały zmiany w obrębie białka M2 wirusa grypy, przy czym szczepy te wykazywały stabilność, szerzyły się i powodowały zakażenia wśród osób mających kontakt z przyjmującymi amantadynę i rimantadynę, a oporność ta miała charakter krzyżowy. Należy podkreślić, że oporność wirusów grypy na amantadynę narastała bardzo szybko. Mutanty oporne na amantadynę występowały nawet u 30% chorych leczonych tym lekiem, a zastanawiający pozostaje fakt stwierdzenia częściowej pierwotnej oporności wirusów H5N1 izolowanych na terenie Azji Południowo-Wschodniej.
   Centrum aktywne (katalityczne) enzymu pozostaje zazwyczaj najsilniej zachowywane przez ewolucję, gdyż zmiany nawet kilku aminokwasów, które zazwyczaj tworzą centrum aktywne, najczęściej znacznie zakłócają jego funkcję i znoszą zdolność wirusa do replikacji. Dawało to nadzieję na to, że powstawanie szczepów opornych na inhibitory neuraminidazy (oseltamivir, zanamivir) może nie być tak proste. Od kilku tygodni wiadomo, że wśród wirusów izolowanych podczas aktualnej pandemii występują też mutanty oporne na oseltamivir (Tamiflu). Nie jest to totalne zaskoczenie, ponieważ już wcześniej opisywano mutację neuraminidazy (H274Y) odpowiedzialną za oporność wirusa grypy na oseltamivir. W wyniku ekspresji zmutowanego genu, dochodzi do syntezy zmodyfikowanej neuraminidazy, do której lek nie może się przyłączyć, a więc replikacja wirusa może odbywać się w sposób niezakłócony. Wprawdzie wyniki doświadczeń ze zmutowaną formą wirusa przeprowadzone na zwierzętach laboratoryjnych, wykazały że replikacja wirusa-mutanta, posiadającego zmiany w centrum aktywnym neuraminidazy, zachodzi wolniej niż w przypadku dzikiego wariantu szczepu (wildtype), jednak rozprzestrzenienie się takiego „ułomnego” wirusa w populacji ludzkiej może skutkować odebraniem istotnej opcji terapeutycznej. Należy zaznaczyć, że nieracjonalne i nieuzasadnione stosowanie preparatu Tamiflu może w istotny sposób przyczynić się do szerokiego rozpowszechniania zmutowanego wirusa (H274Y) wśród ludzi. Wirusy grypy mogą też wytworzyć mechanizm oporności na zanamivir (Relenza). Dotyczy to mutantów Q136K. Jednak selekcjonowanie takich wariantów zmutowanych szczepów powinno następować wolniej ze względu na rzadsze stosowanie Relenzy. Lek ten dostępny jest tylko w formie preparatu do inhalacji i z tego powodu jest przeciwwskazany osobom chorym na astmę.
   Od chwili rejestracji oseltamiviru i zanamiviru do leczenia i profilaktyki grypy, oporność wirusów grypy na te związki jest monitorowana przez sieć Neuraminidase Inhibitor Susceptibility Network i dotychczas utrzymywała się na poziomie 0.3 – 2%. Należy jednak podkreślić, że selekcjonowaniu szczepów opornych na inhibitory neuraminidazy sprzyja stosowanie leków tej grupy w terapii przypadków nieuzasadnionych, tj. bez wcześniejszego potwierdzenia za pomocą referencyjnych testów diagnostycznych, że zakażenie zostało wywołane przez wirusy grypy oraz nieprzestrzeganie sposobu dawkowania preparatów, w tym przyjmowanie ich w mniejszych dawkach i przez krótszy czas niż jest to zalecane. Trzeba mieć świadomość, że stosowanie na szeroką skalę inhibitorów neuraminidazy może w konsekwencji sprawić, że selekcja szczepów opornych będzie znacznie łatwiejsza niż to przewidywano. Z powyższego względu leki antywirusowe nowej generacji aktywne wobec wirusów grypy powinny być objęte szczególną ochroną, a ich zastosowanie w profilaktyce i leczeniu musi dotyczyć tylko uzasadnionych przypadków.

 

dr n. farm. Renata Łoś,
dr hab. Anna Malm, prof. UM
Katedra i Zakład Mikrobiologii Farmaceutycznej

z Pracownią Diagnostyki Mikrobiologicznej,

Uniwersytet Medyczny w Lublinie

 

Opracowano na podstawie:
Collier L., Oxford J.: „Wirusologia. Podręcznik dla studentów medycyny, stomatologii i mikrobiologii”. PZWL, Warszawa 1996.
Kayser F. H., Bienz K. A., Eckert J., Zinkernagel R. M.: „Mikrobiologia lekarska” pod  red. Heczko P. B., Pietrzyk A. PZWL, Warszawa 2007.
Brydak L. B., Romanowska M., Radzikowski A., Steciwko A. F.: „Polskie standardy profilaktyki i leczenia grypy”. Warszawa 2007.
Pirożyński M. (red.): „Zakażenia układu oddechowego”. Biblioteka Lekarza Praktyka; Ośrodek Informacji Naukowej OINOPHARMA Sp. z o.o., Warszawa 2007.