Ako myši zvládajú pľúcne infekcie? Presvedčia plesne, aby sa zabili!

Zo školských čias si možno ešte pamätáte hubu Aspergillus niger. Ukazovali nám ju v mikroskope, lebo sa dala ľahko „zohnať“. Darí sa jej prakticky na všetkom. Od cibule a hroznového vína cez arašidy až po celú chladničku. Občas napadne aj naše pľúca a potom tomu hovoríme aspergilóza. Myši sú tejto infekcii vystavené oveľa viac a napriek tomu jej odolávajú. Teraz už vieme prečo a túto informáciu by sme mali využiť aj u ľudí.

Aspergillus niger

Ľudovo sa tejto hube hovorí „čierna pleseň“ a vďačíme jej za veľa. Priemyselne nám vyrába to, čo býva na potravinách uvedené pod číslom E330, prípadne opísané ako regulátor kyslosti. Všetko to ale len kamufluje dobre známu kyselinu citrónovú. Aspergillus niger sa stará aj o výrobu iných látok, napríklad o glukoamylázu. Bez tej by sme nemali kukuričný fruktózový sirup ani lacné sladké limonády.

Aspergillus niger je dobrý sluha, ale vie sa predviesť aj ako producent ochratoxínu – jedu, ktorý sa postará o pokles stavu bielych krviniek a o zníženie hladiny imunoglobulínov. Na to, aby nám zdevastoval imunitný systém a zvýšil riziko vzniku rakoviny, naozaj netreba veľa. Stačí konzumovať produkty vyrobené z plesnivých surovín. Len málokto vie, že táto nižšia huba je tiež jednou z najčastejších príčin problémov s infekciami zvukovodu a bubienka (otomykózy) a že sa na nás dokáže vyvŕšiť ešte jedným spôsobom… A o tom bude dnešný článok.

Aspergillus niger – na guľovitom mechúriku (približne 20 až 30 µm) vyrastajú retiazky konídií.
Aspergillus fumigatus. S touto hubou robili výskumníci svoje pokusy na myšiach. Aj jej spóry sú častým hosťom ľudských pľúcnych mechúrikov. Keď sa nášmu imunitnému systému nepodarí dostatočne skoro ju spacifikovať, vzniká vážny problém. Hýfy zažívajú optimálny rast pri teplote 40 až 42 °C, takže ľudské horúčky jej neublížia, ale naopak prospejú.
Nález invazívnej pľúcnej aspergilózy v pľúcach pacienta s intersticiálnou pneumóniou. (Zdroj histopatologickej snímky: KGH, Wikipedia)
Hlavný protagonista nášho príbehu – biela krvinka nazývaná neutrofil. Tomuto najrozšírenejšiemu typu leukocytov sa niekedy hovorí aj polymorfonukleárny leukocyt a inokedy zase mikrofág. (Zdroj: Tommaso Leonardi)
Neta Shlezinger, prvá autorka publikácie, Memorial Sloan Kettering Cancer Center, New York

Choroba záhradníkov

V minulosti aspergilóza postihovala predovšetkým záhradníkov. Plesniam sa v pôde darí, najmä keď je prehnojená, a tak boli prví na rane. Rovnako riziková je aj práca v kravínoch a so silážou, slamou či so senom. Ale ani mestský človek nie je o nič ochudobnený. V smetiakoch a v kanalizácii je dostatok toho, na čom sa plesniam darí. Pred spórami sa neschová nikto a keďže ani kapitalizmus nedokáže rozkazovať vetru, tak sú spórami zamorené aj mnohé budovy vrátane nemocníc. V angličtine už dostali príznačné pomenovanie „sick buildings“ a tomu, čím v nich ľudia trpia, sa hovorí „sick building syndrome“ (syndróm chorých budov).

Hubám z rodu Aspergillus sa darí aj v hrobkách a ušetrená nebola ani hrobka faraóna Tutanchamóna. Niektoré pramene uvádzajú, že spomedzi objaviteľov hrobky a tých, ktorí do nej krátko po otvorení vkročili, ich prišlo o život až 25. Niektorí z nich práve s príznakmi ochorenia vyvolaného plesňami a ich mykotoxínmi. Možno sa na tom, čo vošlo do histórie ako kliatba faraónov, predsa len dá nájsť zrnko pravdy. Malo by ísť o údajné praktiky starých Egypťanov, ktorí vraj v nádobách pestovali nebezpečné plesne a robili z nich nástrahy pre vykrádačov miest posledného odpočinku.

Zdravotnícke materiály uvádzajú, že každý deň človek vdýchne niečo medzi tisícom až desiatimi miliardami spór. Aj pri takom množstve sa ich dokážeme zbaviť. Len niekedy sa to zomelie tak, že naša armáda mikrofágov kolujúcich v krvi, a vo veľkom množstve prestupujúcich cez stenu vlásočníc do pľúcnych mechúrikov (preto majú v názve „mikro“), si neporadí s vdýchnutými konídiami. No a vtedy máme vážny problém. V pľúcach je teplo aj vlhko tak akurát. A hlien má tiež dostatok výživných látok na to, aby konídie mohli vyklíčiť v invazívne hýfy. Potom už ochorenie postupuje rýchlo a niekedy sa z pľúc nasťahuje aj do srdca, mozgu a do ďalších orgánov. Pre hýfy, ktoré sú základným stavebným prvkom húb, máme v slovenčine výstižný termín podhubie, ale zdravotníci ho nepoužívajú. Hýfy sú mikroskopické bezfarebné vlákenka a v živočíšnych tkanivách sú len ťažko pozorovateľné. Aj to je dôvod, prečo sa na toto ochorenie často príde až pomerne neskoro.

V poslednom čase počet ľudí trpiacich aspergilózou rastie vrchovatou mierou. Je to zásluhou liekov, ktoré užívame. Huba začne mať nad nami navrch, keď napríklad umravňujeme pobláznený imunitný systém kortikoidmi. Tými svoje útrapy zaháňajú astmatici, alergici, pacienti po transplantáciách… Paradoxne sú medzi chorými často aj športovci. Svalovú hmotu si totiž radi zväčšujú pomocou „bobúľ“. Vyššiemu riziku sú však vystavení všetci, ktorí sa nejakým spôsobom (alebo jednoducho vekom) dopracovali k zníženému počtu bielych krviniek alebo k málo funkčným bielym krvinkám, ktoré sa volajú neutrofily.

Výskumníci z USA, Nemecka a z Izraela si pred časom začali všímať viac myši než ľudí. Zaujal ich na nich spôsob života, pri ktorom vdychujú také množstvo zárodkov plesní, ktoré by mnohé iné živočíchy zabilo. V časopise Science opísali, v čom spočíva schopnosť myší odvracať hrozbu hubových infekcií. Myšky za svoju odolnosť vďačia rafinovanosti svojho imunitného systému. Ten spóry húb zmanipuluje tak, že sa zahubia samé. Prišlo sa na to pokusom, pri ktorom vedci atakovali myši konídiami huby Aspergillus. Vybrali si agresívny kmeň fumigatus, ktorý je častou príčinou ľudskej pneumónie. Najskôr ale hubu zmodifikovali, aby zmenila farbu vo chvíli, keď jej bunky spustia pokyn vedúci k bunkovej smrti.

Reč je o samodeštrukčnom režime, ktorý je v bunkách zakódovaný. Máme ho my ľudia, majú ho aj myši. Je to užitočná výbavička. Keď niektoré bunky v tele dosiahnu určitý vek alebo sú poškodené a začne u nich hroziť, že by sa mohli zmeniť na rakovinové, ich vnútorný signál spustí kaskádu dejov, na ktorých konci je smrť bunky. Tejto bunkovej riadenej samovražde sa odborne hovorí apoptóza. Bunkové mŕtvoly potom z tela odstránia špecializované upratovacie čaty a ich miesto zaujmú zdravé bunky. Niečo veľmi podobné, ako je apoptóza, majú aj huby. A práve do tohto mechanizmu sa hubám vedia namontovať biele krvinky myší.

Ako sme už spomínali, konídie a hýfy sú malé a priehľadné, takže sú v tkanive prakticky neviditeľné. S tým si vedci takisto poradili. Hubu geneticky upravili, aby po aktivácii samovražedného procesu jej bunky zmenili farbu (začali fluoreskovať). To im umožnilo sledovať osud parazita v tkanive. Ukázalo sa, že spóry začali zažínať svoje „pohrebné sviece“ veľmi skoro po stretnutí s bielou krvinkou myší. Nič pri tom ale nenasvedčovalo tomu, že by medzi krvin­kou (neutrofilom) a konídiou huby dochádzalo k nejakému súboju. Napriek tomu to po vzájomnom stretnutí začalo ísť s hubou rýchlo z kopca. Je to pomerne zvláštne, neutrofilom sa hovorí školení zabijaci. Ich granulá nie sú nič iné, než pripravené súbory lytických enzýmov dychtiacich po roztrhaní kdejakého votrelca na kúsky. Aj keď stretnutie plesňovej konídie so zabijakom navodzuje dojem priateľského stretnutia, výsledkom je, že konídia akosi upúšťa od svojho zlého úmyslu (vytvárať mnohobunkové invazívne hýfy) po konzultácii s neutrofilom.

Prostredníctvom ďalšieho skúmania, v ktorom významnú rolu zohrali genetické modifikácie, vyšlo najavo, že myši zvládajú infekciu pomocou NADPH oxidázy. Týmto enzýmom sa neutrofilom darí v konídiách spustiť enzýmovú kaspázovú kaskádu, ktorá už sama (vo vlastných bunkách plesne) vykoná dielo skazy.

Pri pokusoch vyšla najavo ešte jedna vec. Tá by mohla mať cenu zlata. A síce, že keď sú plesne vybavené proteínom AfBIR1, tak nepodliehajú tak ľahko bozku smrti, ktorým ich obšťastňujú neutrofily. Tento proteín je pre ne akýmsi anjelom spásy chrániacim ich kaspázy pred „nechceným“ spustením, ktoré im ordinujú neutrofily. Prečo by práve to malo mať pre nás taký veľký význam? Jednoducho preto, lebo každý proteín má v genóme aj svoj gén a ten rozhoduje o výške jeho produkcie. Inak povedané – aktívnejší gén u huby Aspergillus znamená náročnejší priebeh ochorenia u pacienta.

Dôvodom na radosť je vysoká pravdepodobnosť, že ľudský imunitný systém pracuje podobne ako ten myší. Len nie je taký výkonný. Preto by práve u nás pravidlo, že diabol spočíva v detaile, malo mať oveľa väčší význam než u myší. Aj mierne pribrzdenie génu hubám aspergillus by z ľudských smrteľných aspergilóz malo urobiť banálnu záležitosť okresného formátu.

Aktivita génu AfBIR1 (na obrázku skrátene BIR) rozhoduje o náchylnosti konídií na NADPH (redukovanú formu nikotínamidadenín dinukleotid fosfátu) oxidázy a tým sprostredkovane rozhodne o hostiteľovej náchylnosti k invazívnej aspergilóze. Imunitný systém myší dokáže v spórach spustiť kaspázy a naštartovať hube jej naprogramovanú bunkovú smrť. (Zdroj: Shlezinger et al., 2017)

Pravda, ešte zostáva to najpodstatnejšie. Nájsť niečo, čím by sa dalo do génu (AfBIR1) štuchnúť. Niečo, čím by sa dal uchlácholiť, aby ubral plyn v produkcii ochranného proteínu. Aj keď také niečo ešte nemáme, podstatné je, že už vieme, čo máme hľadať. Pred tímom Nety Shlezinger sa virtuálne skláňame za to, že svoje poznatky nezištne a obratom zverejnili. Šance, že sa čoskoro niekomu niekde podarí nájsť „palicu“ na konídie, tým mnohonásobne vzrástli. S istotou sa tomu teraz začne venovať množstvo pracovísk, keďže ide o veľkú vec. Na aspergilózu neumierajú len astmatici a pacienti s cystickou fibrózou. Ohrození sú aj atopici. V podstate stačí čo i len prehnaná reakcia na peni­cilín a taká smola môže postretnúť kohokoľvek z nás.


Literatúra

  1. Neta Shlezinger, et al.: Sterilizing immunity in the lung relies on targeting fungal apoptosis-like programmed cell death. Science 08 Sep 2017: Vol. 357, Issue 6355, pp. 1037-1041
Hodnotenie článku

inVitro 4/2017

Pneumológia

Tento článok sa nachádza v čísle InVitro 4/2017 Pneumológia. Ak máte záujem o časopis v tlačenej verzii, ozvite sa nám.
Objednať inVitro