Masarykova univerzita v Brně Přírodovědecká fakulta Ústav experimentální biologie Oddělení mikrobiologie
Čeleď Filoviridae (Bakalářská práce studijního programu Biologie oboru Obecná biologie – směr Mikrobiologie)
Petra Polcrová Brno 2009
Děkuji vedoucímu bakalářské práce prof. RNDr. Zdeňku Hubálkovi, DrSc. za podnětné připomínky a cenné rady při zpracovávání této práce. 2
Obsah 1. Seznam použitých zkratek…………………………………………………………….…...4 2. Úvod…………………………………………………………………………………….…...5 3. Cíl práce………………………………………………………………………………….....6 4. Čeleď Filoviridae....………………………………………………………………………...7 4.1. Zařazení čeledi........……………………………………………………………..…7 4.2. Tvar filovirů…………………………………………………………….…….……7 4.3. Struktura virionu ……………………………………………………….…….……7 4.4. Genom filoviru…………………………………………………………….……….8 4.5. Základní strategie reprodukce filovirů……….…………….……………………....9 4.6. Fylogeneze filovirů………………………………………………….…………....10 5. Virus Marburg……………………………………………………………………………12 5.1. Historie epidemií vyvolaných virem Marburg……………………………………13 5.2. Zeměpisné rozšíření viru Marburg………………………………………………..13 6. Virus Ebola………………………………………………………………………………..15 6.1. Historie epidemií vyvolaných virem Ebola………………………………............16 6.2. Zeměpisné rozšíření viru Ebola………………………………………...………...19 6.3. Hemoragická horečka Ebola (EHF)…………………………………………........19 6.3.1. Průběh onemocnění……………………………………………...…… 20 6.3.2. Diagnostika……………………………………………………….…...21 6.3.3. Metody diagnostiky…………………………………………………...21 6.3.4. Terapie……………………………………………………...…………22 6.3.5. Prevence……………………………………………………………….22 6.3.6. Pasivní imunizace……………………………………………………..22 6.4. Ebola Reston……………………………………………………………………...23 7. Diskuze………………………………………………………………………………….…24 8. Závěr………………………………………………………………………………………27 9. Seznam literatury…………………………………………………………………………28
3
1. Seznam použitých zkratek CDC
„Centers for Disease Control and Prevention“ (Centra pro kontrolu a prevenci nemocí), U.S.A.
DRK
Demokratická republika Kongo
EHF
„Ebola hemorrhagic fever“ (hemoragická horečka Ebola)
ELISA „Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay“ (imunoenzymatický test) Ig
imunoglobulin
MHF
„Marburg hemorrhagic fever“ (hemoragická horečka Marburg)
mRNA „messenger ribonucleic acid“ (mediátorová ribonukleová kyselina) RdRp
„RNA dependentní RNA polymeráza"
RK
Republika Kongo
RT-PCR „reverse transcription polymerase chain reaction (polymerázová řetězcová reakce s reverzní transkripcí) (S)GP
(sekretovaný) glykoprotein
-ssRNA „negative single-stranded ribonucleic acid“ (negativní jednořetězcová RNA) VHF
„viral hemorrhagic fever“ (virová hemoragická horečka)
WHO
„World Health Organization“ (Světová zdravotnická organizace)
4
2. Úvod Zástupci čeledě Filoviridae patří kvůli své dosud neznámé evoluci a rezervoáru mezi nejvíce záhadné skupiny virů. Ne zcela pochopena zůstává zatím i jejich patogeneze (Sanchez a kol. 1995). Patří mezi původce přenosných virových zoonóz (nemoci vyvolané hlavně RNA viry, přenosné z živočichů na člověka) způsobujících virové hemoragické (krvácivé) horečky u lidí a primátů (Hubálek a Rudolf 2007). Pro tyto jedince (především gorily) jsou extrémně virulentní a v Africe pro ně znamenají smrtelné nebezpečí. Filoviry navozují krvácení do všech tkání přímo - poškozením endotelových buněk a krevních destiček nebo nepřímo – zánětlivými a imunologickými procesy (Borio a kol. 2002). Epidemie se sice vyskytují sporadicky, kontagiozita a úmrtnost infikovaných jedinců jsou však velmi vysoké (Hubálek a Rudolf 2007). Virové hemoragické horečky (hemorrhagic fevers, HF) způsobují kromě filovirů také zástupci čeledí: Arenaviridae (virus Lassa a arenaviry Nového světa: virus Machupo bolivijská HF, virus Junin - argentinská HF, virus Guanarito - venezuelská HF a virus Sabia brazilská HF), Bunyaviridae (Nairovirus krymsko–konžské HF), Flaviviridae (virus dengue Dengue HF, virus žluté zimnice, virus omské HF, virus horečky kjasanurského pralesa), dále Phlebovirus (Rift Valley Fever Virus - Horečka Rift Valley) a Hantavirus (HF s ledvinovým syndromem). Možnost použití těchto virů jako biologické zbraně vyvolává oprávněné obavy, protože proti VHF zatím neexistují účinné vakcíny (Borio a kol. 2002).
5
3. Cíl práce Cílem práce je formou literární rešerše a kompilace podat přehled taxonomie a ekologie filovirů a shrnout dosavadní poznatky o klinice a epidemiologii emergentních nákaz filoviry vyvolávaných.
6
4. Čeleď Filoviridae 4.1. Zařazení čeledi Název čeledi je odvozený z latinského filo – vláknitý a souvisí s tvarem virů (Žemla a kol. 1998). Filoviridae patří spolu s čeleděmi Paramyxoviridae, Rhabdoviridae a Bornaviridae do řádu Mononegavirales, který tvoří skupina virů živočišných, obalených, s negativní jednořetězcovou RNA (-ssRNA viry). Čeleď je zastoupena dvěma rody: Ebolavirus a Marburgvirus (Růžičková 2008). 4.2. Tvar filovirů Filoviry mají dlouhé vláknité viriony, které mohou být značně pleomorfní – mohou nabývat tvarů prstenců, křivit se do tvaru „U“ nebo „6“ a také mohou být rozvětvené (Obr. 1). Dosahují průměru 80 nm a délky 130 – 1400 nm (Růžičková 2008). Z obalu virionu vyčnívají výběžky dlouhé asi 7 nm a vzdálené od sebe asi 10 nm (Žemla a kol. 1998). Obr. 1 – Tvar filovirů – převzato ze studijního materiálu (Růžičková 2008)
4.3. Struktura virionu Obal virionu obsahuje glykoprotein (kódovaný virem) a lipidy pocházející z plazmatické membrány hostitelské buňky (Žemla a kol. 1998). Virion je tvořen lineární –ssRNA a osmi proteiny (Obr. 2): 1. NP = nukleoprotein – tvoří komplex s dřeňovými proteiny VP30 a VP35 (2. a 3.) 4. L protein = RNA dependentní RNA polymeráza (RdRp, replikázový komplex) - největší protein 5.+ 6. VP40 a VP24 = membránové proteiny; VP40 tvoří souvislou vrstvu, VP24 se nachází v nesouvislé vrstvě na vnitřní straně virionu; uplatňují se při sestavování virionu 7
7.+ 8. GP/SGP = glykolyzované proteiny kódované stejným genem; transmembránový glykoprotein (GP) se nachází na povrchu viru a sekretovaný glykoprotein (SGP) - je jeho sekretovanou formou sloužící pro zvýšení cytotoxicity (je návnadou pro protilátky, viru se pak daří unikat imunitnímu systému hostitele) (Růžičková 2008). RNA má středový kanálek s průměrem 20 nm (Žemla a kol. 1998). Obr. 2 – Struktura virionu filoviru – upraveno podle Růžičkové (2008)
V glykanech viru Ebola se nachází kyselina sialová, v glykanech viru Marburg ne (Žemla a kol. 1998). 4.4. Genom filoviru RNA filovirů je lineární, nesegmentovaná, dosahuje velikosti 19 kb, obsahuje 7 genů, které kódují 8 proteinů. Geny jsou od sebe odděleny mezerníkovými oblastmi (Obr. 3). Okrajové sekvence nekódují žádný protein (Růžičková 2008). Filoviry mají neobvykle stabilní genom. Dokonce jen velmi malá změna v jejich dědičné informaci stačí k vyvolání další epidemie (i např. po 19 letech). Genom filovirů je pravděpodobně vyvinutý pro osídlení speciální niky v divočině (Sanchez a kol. 1995). RNA filoviru se skládá z genů: NP, VP35, VP40, GP/SGP, VP30, VP24 a L. Gen NP kóduje nukleoprotein, geny VP30, VP35, VP40 a VP24 kódují strukturální proteiny viru, gen GP glykoprotein a gen L RNA dependentní RNA polymerázu. U viru Ebola se částečně překrývají geny: VP35 s VP40, GP/SGP s VP30 a VP24 s L, u viru Marburg geny VP30 a VP24 (Růžičková 2008).
8
Obr. 3 - Struktura genomu viru Ebola – převzato ze studijního materiálu (Růžičková 2008)
4.5. Základní strategie reprodukce filovirů Negativní jednořetězcová RNA je v jádře hostitelské buňky nejdříve přepsána za katalytického působení RdRp (součást virionu) - na mRNA, která je pak transportována do cytoplazmy. Zde jsou mRNA vybavené čepičkou a polyadenylovaným koncem přeloženy do proteinů, přičemž každá mRNA kóduje jeden protein. Část nově nasyntetizovaných proteinů katalyzuje replikaci virové –ssRNA na tzv. antigenomovou +ssRNA (Obr.4). Druhá část proteinů – stavební proteiny - je použita při sestavování samotného virionu. Antigenomová +ssRNA se replikuje a vzniklá –ssRNA je zabalena do nového vironu (Růžičková 2008) Obr. 4 – Schéma reprodukce filovirů – upraveno podle Růžičkové (2008)
9
Zajímavým genem je GP/SGP, tzv. kryptogen („skrytý gen“), který kóduje dva proteiny: GP a SGP s různými funkčními vlastnostmi podstatnými pro patogenní účinek filovirů. Pomocí RdRp (virový protein L) dochází u části mRNA k inzerční editaci sedmi adeninů (Obr. 5). Díky posunu čtecího rámce je asi 20% mRNA přeloženo do krátkého sekretovaného glykoproteinu. Transmembránový glykoprotein vzniká jako jeden řetězec ze 676 aminokyselin, později se rozdělí do podjednotek GP1 a GP2. Podjednotky GP1 ční vně z virionu a jsou zřejmě zodpovědné za vazbu na povrchové receptory hostitelské buňky, GP2 jsou vmezeřeny do vnitřní části virionu (Růžičková 2008). Obr. 5 – Exprese genu GP/SGP – upraveno podle Růžičkové (2008) (ORF – open reading frame - gen)
4.6. Fylogeneze filovirů Rod Marburgvirus zahrnuje jeden druh – Lake Victoria marburgvirus s několika rozpoznanými kmeny: Musoke (Keňa, 1980), Ratayczak (západní Německo 1967), Popp (západní Německo, 1967), Voege (Jugoslávie, 1967), Ozolin (Zimbabwe, 1975) a Marburg Ravn (Keňa, 1987) podle ICTV (2004). Dosud bylo objeveno pět genotypů viru Ebola: Ebola Zaire, Sudan, Ivory Coast, Bundibugyo a Reston. Všechny genotypy se od sebe navzájem liší svým genomem nejméně o 30 – 40 %, což vysvětluje rozdílné ekologické niky, které osídlují a také jejich evoluci (Towner a kol. 2008). Genotypy Ebola Zaire a Ebola Ivory Coast spolu se vzdáleně příbuzným genotypem Ebola Bundibugyo jsou sesterské taxony a zároveň tvoří sesterskou větev s genotypy Ebola Sudan a Ebola Reston, které jsou geneticky vzdálenější jak je znázorněno na obr. 6 (Peterson a kol. 2004a).
10
Obr.6 - Fylogenetické vztahy mezi filoviry – upraveno podle článku Towner a kol. (2008)
11
5. Marburgvirus Virus Marburg je pojmenovaný podle německého města, ve kterém byl popsán jeden z prvních případů (CDC 1988). Zdrojem nákazy jsou opice (kočkodan Cercopithecus aethiops), kaloni a člověk. Rezervoár tohoto viru je dosud neznámý. Potenciálním rezervoárem jsou kaloni – v roce 2007 v Gabonu byla detekována RNA viru u 1,4% z 283 kaloňů Roussettus aegyptiacus a protilátky IgG u 11% jedinců (Hubálek a Rudolf 2007). Bylo zjištěno, že primáti jsou k infekci mnohem náchylnější než lidé, zdají se tak být vedlejším hostitelem viru, ale neexistuje pro to žádný důkaz (CDC 2009). Nemoc se u nich často projevuje inaparentně, kromě šimpanzů, u kterých je až 50% smrtnost (Hubálek a Rudolf 2007). Inkubační doba viru Marburg se pohybuje v rozmezí 3 – 10 dní, typicky je to 5 – 7 dní (CDC 1988). K přenosu viru Marburg dochází stejně jako u viru Ebola kontaktem s tělesnými tekutinami infikovaného jedince (slinami, krví a exkrety), iatrogenně (injekcí, transfuzí), ale i aerogenně - vzdušnou cestou (Hubálek a Rudolf 2007). Na rozdíl od hemoragických horeček Ebola (EHF) nebyly u epidemií VHF Marburg zaznamenány žádné velké nozokomiální nákazy. Jen šest z 32 zaznamenaných případů bylo způsobeno sekundárním přenosem 5 v nemocnici a 1 sexuálním přenosem (Bausch a kol. 2003). Virus Marburg byl z ejakulátu pacienta izolován po 83. dnu nemoci (Borio a kol. 2002). Průběh hemoragické horečky Marburg (MHF), její diagnostika a terapie jsou stejné jako u hemoragické horečky Ebola. Letalita se pohybuje v rozmezí 50 – 90 % (Hubálek a Rudolf 2007).
12
5.1. Historie epidemií vyvolaných virem Marburg 1967-68 – Marburg, Německo a Bělehrad, Srbsko – onemocnělo 31 pracovníků laboratoří zacházejících s materiálem infikovaných kočkodanů (Cercopithecus aethiops) dovezených z Ugandy; onemocnění podlehlo 7 osob (Hubálek a Rudolf 2007); ze šesti sekundárních přenosů nebylo zaznamenáno žádné úmrtí (CDC 1988) 1975 (únor) – Wankie, Zimbabwe (Peterson a kol. 2004a) - úmrtí australského cestovatele; sekundární nákaza dvou osob, infekci přežily (CDC 1988) 1980 (leden) - Nzoia / Mt. Elgon, západní Keňa (Peterson a kol. 2004a) - nákaza francouzského inženýra; ošetřující lékař se nakazil, přežil, nemoc dál nešířil (CDC 1988) 1987 - Mt. Elgon (jeskyně Kitum), Keňa – úmrtí britského turisty; k šíření infekce nedošlo (Hubálek a Rudolf 2007) 1998 (říjen) - 2000 (září) - Durba (důl na zlato Goroumbwa), Demokratická republika Kongo (DRK) - 154 případů, 83% pacientů zemřelo; mezi lidmi cirkulovalo 9 různých variant viru Marburg. Prvotní případy se vyskytly u mladých zlatokopů – z nich 94% pracovalo v podzemí dolu Goroumbwa. Sekundárně se nákaza rozšířila mezi členy rodiny a ošetřovatele. Pár případů se také objevilo ve vedlejší vesnici Watsa. K ukončení epidemie došlo při záplavě dolu. Na základě rozhovorů se zdravotníky a obyvateli bylo zjištěno, že „hemoragický syndrom Durby“ je s dolem spojován nejméně od roku 1987. U člověka, který přežil infekci z roku 1994, byly ještě detekovány protilátky proti viru. (Swanepoel a kol. 2007). 2004-2005 – severní Angola - 252 nemocných, 90% podlehlo 2007 – Uganda - zemřelo 10 horníků z dolu na těžbu olova (Hubálek a Rudolf 2007) 5.2. Zeměpisné rozšíření viru Marburg Virus Marburg se vyskytuje na rozdíl od viru Ebola v sušších a více otevřených místech centrální a východní tropické Afriky, tedy dále směrem na jih a na východ jak můžeme vidět na obr. 7 (Peterson a kol. 2004a). Sekundárně se může vyskytovat i jinde, což je většinou způsobeno transportem infikovaných primátů (Hubálek a Rudolf 2007).
13
Obr. 7 – Rozšíření viru Marburg – upraveno podle článku Peterson a kol. (2004b)
Červené odstíny - čím tmavší, tím přesnější odhad distribuce viru; čtvereček s tečkou uvnitř – virus Marburg, (prázdný čtvereček – Ebola Ivory Coast, trojúhelník – Ebola Sudan, kroužek – Ebola Zaire).
14
6. Virus Ebola Virus Ebola je pojmenovaný podle malé řeky v severovýchodní části Demokratické republiky Kongo (dřívější Zaire), kde byl poprvé izolován. Rod Ebolavirus zahrnuje pět různých genotypů s těmito rozpoznanými kmeny: Bundibugyo ebolavirus: Uganda (2007) Ivory Coast ebolavirus : Ivory Coast (Tai Forest 1994) Reston ebolavirus:
Reston (1989), Philippines (1989), Siena (1992), Texas (1996)
Sudan ebolavirus:
Boniface (1976), Maleo (1979)
Zaire ebolavirus:
Mayinga (Zaire 1976), Zaire (Zaire 1976), Eckron (Zaire 1976), Tandala (Zaire 1977), Kikwit (Zaire 1995), Gabon (Zaire 19941997) (ICTV 2004)
Ebola Reston nezpůsobuje na rozdíl od ostatních genotypů viru Ebola nemoc u lidí, jen u některých jiných primátů. Zdrojem nákazy EHF jsou primáti včetně člověka. Přirozený rezervoár je dosud neznámý, pravděpodobně jsou jím netopýři a kaloni (viz dále). Nemoc u zvířete se často projevuje inaparentně, kromě šimpanzů, u kterých je až 50% smrtnost (Hubálek a Rudolf 2007). Inkubační doba viru Ebola se pohybuje v rozmezí 2 – 21 dnů, průměrná doba inkubace je 7 dní (Růžičková 2008). Nejkratší inkubační doba virů je u perkutánních infekcí (Borio a kol. 2002). Viry Ebola jsou přenášeny stejně jako virus Marburg kontaktem s tělesnými tekutinami infikovaného jedince (Hubálek a Rudolf 2007). Nejvyšší smrtností se vyznačují perkutánní infekce - na infekci způsobenou použitím kontaminované injekční jehly zemřelo během epidemie v Demokratické republice Kongo v roce 1976 85 osob z celkově nakažených 318 (Borio a kol. 2002). Všechny genotypy viru Ebola prokázaly ve výzkumných podmínkách schopnost šířit se vzduchem, v reálném světě nebyl kapénkový přenos mezi lidmi zaznamenán, vyloučit jej ale nelze (CDC 2002). Po epidemii v Kikwitu v roce 1995 byla v několika studiích pomocí metody RT-PCR zjištěna přítomnost viru Ebola v ejakulátu rekonvalescentů až 101 dnů po nástupu nemoci (Borio a kol. 2002). Pro virus Ebola je charakteristická vysoká kontagiozita - dochází i k nozokomiálním a laboratorním infekcím (Hubálek a Rudolf 2007).
15
6.1. Historie epidemií vyvolaných virem Ebola 1976 (září – říjen) – Ebola Zaire - Yambuku, Zaire (dnešní DRK) (Peterson a kol. 2004a) (Obr.8) – první záznam Ebola VHF; epidemie v okolí nemocnice; 88% z 318 nakažených osob zemřelo; přenos – blízkým kontaktem s pacientem nebo použitím kontaminované injekční stříkačky (CDC 1988) 1976 (červen – listopad) – Ebola Sudan – Nzara, jižní Súdán (Peterson a kol. 2004a) (Obr.8) – pracovník továrny na bavlnu; pozdější přenos v nemocnici; úroveň mortality mezi 284 případy byla 53% (CDC 1988) 1977 (červen) – Ebola Zaire – Bonduni, DRK (Peterson a kol. 2004a) - 1 případ (CDC 1988) 1979 (červenec – říjen) – Ebola Sudan - Nzara, Súdán (Peterson a kol. 2004a) (Obr.8) - 65% letalita (Hubálek a Rudolf 2007) 1989 – Reston, Virginie – import viru Ebola Reston z Filipín v primátech – těžká onemocnění a úmrtí primátů (CDC 2009) 1994 (listopad) – Ebola Ivory Coast - národní park Tai, Côte d’Ivoire - případ veterináře, který prováděl pitvu infikovaného šimpanze nalezeného v národním parku; infekci přežil (Towner a kol. 2008) 1994 (prosinec) – 1995 (únor) – Ebola Zaire - Minkebe, Mekouka a/nebo Andock, Gabon (Peterson a kol. 2004a) - 80 případů (Hubálek a Rudolf 2007) 1995 (leden – červen) – Ebola Zaire - Kikwit, DRK (Peterson a kol. 2004a) (Obr.8) - 315 případů, 79% nemocných zemřelo (Hubálek a Rudolf 2007) Obr. 8 - Výskyt epidemií EHF v letech 1976, 1979 a 1995 – převzato ze studijního materiálu (Růžičková 2008)
16
1995 (prosinec) – Ebola Ivory Coast - Plibo, Côte d’Ivoire / Liberia (Peterson a kol. 2004a) 1996 (únor) – Ebola Zaire – Mayibout, Gabon – epidemie vyvolaná kontaktem s mrtvým šimpanzem (Rouquet a kol. 2005) 1996 (červen) – 1997 (březen) – Ebola Zaire - Booue, Gabon (Peterson a kol. 2004a) 2000 (30.8.) – 2001 (9.1.) – (první a poslední zaznamenaný případ) – Ebola Sudan – Gulu, Uganda – 218 z 425 osob zemřelo (Francesconi a kol. 2003); výskyt dvou vzdálených epidemií v Mbarara a Masindi - vyvolané přestěhováním infikovaných pacientů z Gulu (Oyok a kol. 2001) V Africe bylo v letech 1976 - 2000 zaznamenáno celkem 1524 případů EHF. 1010 z těchto pacientů zemřelo (Hubálek a Rudolf 2007). 2001-2003 – Ebola Zaire - SV Gabon a SZ Kongo (Obr.9) – celkem 5 epidemií: 1) 2001 (říjen) – 2002 (květen) – Gabon a Kongo (Rebuplika Kongo, RK) 2) 2002 (leden – červen) – Entsiami, RK 3) 2002 (květen – červen) – Oloba, RK 4) 2002 (prosinec) – 2003 (duben) – Mbomo a Kelle, RK 5) 2003 (listopad – prosinec) – Mbanza a Mbomo, RK (Rouquet a kol. 2005) Celkem tu zemřelo 264 lidí z 313 infikovaných. Všechny epidemie byly vyvolané kontaktem s infikovanými mršinami - především goril, šimpanzů a antilop. Od srpna 2001 do června 2003 bylo nalezeno v této oblasti téměř sto mršin. Byla zaznamenána dvě maxima v úmrtích těchto zvířat (Obr.10). První souvisí s oblastí Ekata v Gabonu (listopad – prosinec 2001), kde bylo nalezeno 51 mršin, z toho 30 lidoopů a 8 antilop. Druhý největší výskyt uhynulých zvířat byl v gorilí rezervaci Lossi v Kongu (prosinec 2002 – leden 2003) – zde bylo nalezeno 17 lidoopů, 2 antilopy a 1 Cercopithecus cephus - kočkodan muido (Rouquet a kol. 2005)
17
Obr. 9 - Mapa lesní zóny mezi Gabonem a Republikou Kongo – upraveno podle článku Rouquet a kol. (2005)
Červené body znázorňují naleziště mrtvol infikovaných virem Ebola.
Obr. 10 - Počet uhynulých zvířat nalezených v pralese mezi Gabonem a RK v letech 2001- 2003 – upraveno podle článku Rouquet a kol. (2005)
18
2007 – Ebola Zaire - Kongo – 372 případů, 166 pacientů zemřelo (Hubálek a Rudolf 2007) 2007 – Ebola Bundibugyo (vzdáleně příbuzný viru Ebola Ivory Coast) - Uganda - 9 případů (Towner a kol. 2008) 6.2. Zeměpisné rozšíření viru Ebola Virus Ebola se vyskytuje ve vlhkých deštných pralesích centrální a západní Afriky DRK, Kongo, Gabon, Uganda, Súdán, Kamerun, Côte d’Ivoire a další (Obr. 11). Vhodné ekologické podmínky pro virus Ebola jsou také na Filipínách (Peterson a kol. 2004a).
Obr. 11 – Rozšíření viru Ebola – upraveno podle článku Towner a kol. (2008)
Černé tečky - Ebola Bundibugyo, červené – Ebola Ivory Coast, zelené – Ebola Sudan, žluté – Ebola Zaire. 6.3. Hemoragická horečka Ebola (EHF) Ebola hemoragická horečka sice patří zoonózy, ale je také přenosná z jednoho člověka na druhého (Hubálek a Rudolf 2007). Je jednou z nejfatálnějších nemocí vyskytující se u lidí a primátů (letalita až 90%) (Borio a kol. 2002). Do lidské komunity určité oblasti je virus Ebola většinou zanesen jednou infikovanou osobou (Oyok a kol. 2001). Následuje šíření mezi lidmi, které je ale v počáteční fázi – tedy
19
před příchodem symptomů – vzácné, ne-li žádné. S trváním nemoci se zvyšuje nakažlivost (Borio a kol. 2002). V počátku se epidemie šíří hlavně v nemocnicích (Francesconi a kol. 2003), častý je také přenos na členy pacientovy rodiny a jeho blízké okolí a přenos kontaktem se zemřelým pacientem při rituálních obřadech (Oyok a kol. 2001). 6.3.1. Průběh onemocnění Začátek EHF je náhlý. Prvotní symptomy se podobají chřipkovým syndromům – objevuje se horečka, bolest hlavy, malátnost, bolest ve svalech a kloubech, sucho v hrdlu. Dále pacient trpí bolestmi břicha, průjmy, je extrémně unavený (Hubálek a Rudolf 2007). Po třetím dnu nemoci jsou běžné hemoragické projevy: dochází k otevřenému krvácení a objevuje se vyrážka po celém těle - krvavé tečky, tzv. petechie (Obr. 12) - pupínky podobné jako u spalniček, které se koncem prvního týdne onemocnění odlupují (CDC 1988). Mezi další nálezy patří faryngitida, konjunktivitida, neurologické poruchy, leukopenie, trombocytopenie, selhání ledvin, žloutenka, edémy, krvavá stolice i zvratky, kachexie (duševní sešlost), hypovolemický šok, pacientův obličej má výraz masky (Hubálek a Rudolf 2007). Obr. 12 – petechie (převzato: www.osel.cz)
Rekonvalescence může být zdlouhavá a komplikovaná slabostí, unaveností, anorexií, kachexií, ztrátou vlasů a bolestmi kloubů. Po prodělání VHF byly nahlášeny případy ohluchnutí, oslepnutí, dále narušení hybnosti, myelitida (zánět kostní dřeně nebo míchy), záněty střední vrstvy oční koule, osrdečníku, varlat, příušnice a slinivky břišní (Borio a kol. 2002).
20
6.3.2. Diagnostika Protože běžné laboratoře nejsou vybaveny pro rychlou identifikaci VHF, je nutno klinické vzorky ihned zasílat k vyšetření na speciálně vybavená pracoviště určená státem, která podávají zprávy CDC. Světová zdravotnická organizace (WHO) vydala následující směrnice pro kontrolu VHF za účelem včasné detekce a hlášení vzniklých epidemií: Podezření na VHF vyvolává: 1) horečka (od 38,3°C výše) trvající až tři týdny, 2) nevysvětlitelné krvácení a 3) přítomnost alespoň dvou z těchto projevů hemoragie: rudá vyrážka, krvácení z nosu, krev ve stolici, zvracení nebo vykašlávání krve (Borio a kol. 2002). Podezřelý případ musí být okamžitě nahlášen místnímu nebo státnímu zdravotnímu ústavu. Ihned musí být zahájena podpůrná léčba a podáván ribavirin, i když diagnóza infekce filoviry není potvrzena. Po prokázání infekce filoviry se ukončuje podávání ribavirinu (ribavirin je u VHF způsobených filoviry neúčinný). Ve zdravotnických zařízeních je potřeba zavést specifická bariérová opatření pro VHF a zajistit ochranu proti šíření aerosolů. Je-li to možné, používají se přenosné analyzátory, které vyžadují jen pár kapek krve a umožňují stanovit diagnózu přímo na pacientově pokoji. Snižuje se tak riziko ohrožení laboratorního perzonálu a kontaminace vybavení laboratoří (Borio a kol. 2002). 6.3.3 Metody diagnostiky Pestrost klinického obrazu značně stěžuje včasnou detekci a zavedení opatření proti VHF (Borio a kol. 2002). Pro diagnostiku EHF v raném stadiu nemoci se používá metoda
ELISA (detekce
antigenu viru), IgM ELISA (detekce protilátky), RT–PCR, elektronová mikroskopie a izolace viru. V pozdější fázi nemoci nebo po uzdravení se provádějí testy pro detekci protilátek IgG (čtyřnásobné zvýšení hladiny IgG) a IgM. Pro zpětnou diagnózu u zemřelých pacientů podezřelých na EHF byl vyvinut praktický diagnostický test využívající malé vzorky pacientovy pokožky (CDC 2002). Specifická diagnóza vyžaduje izolaci viru z krve nebo jiných tělních tekutin (na Vero buňkách či morčatech), která smí být prováděna jen v laboratořích se 4. stupněm bezpečnosti, tzv. BSL-4 (Hubálek a Rudolf 2007).
21
6.3.4. Terapie Zatím neexistuje žádná standardní léčba EHF (CDC 2002). Podstatou terapie je podpůrná léčba spočívající v pečlivém udržování vodní a elektrolytové rovnováhy, objemu krevního oběhu a krevního tlaku v cévách a v léčbě případných komplikujících infekcí. Někdy se nedaří upravit hypotenzi infuzemi, je proto nutné zavčas podat vazopresorické léky a sledovat hemodynamiku. Také může být v některých případech potřebná mechanická ventilace, renální dialýza a protikřečová terapie (Borio a kol. 2002). 6.3.5. Prevence Efektivní prevence je znemožněna absencí vhodných antivirových léčiv a vakcíny (Borio a kol. 2002). Ošetřovatelé musí být schopni rozpoznat onemocnění EHF, provést diagnostické testy a musí být připraveni použít bezpečnostní izolační opatření (nosit ochranné oblečení, kompletně sterilizovat vybavení a izolovat pacienta). Cílem je zabránit kontaktu s tělními tekutinami pacienta nebo s tělem zemřelého (CDC 2002). Protože styk s těly zemřelých pacientů vyvolal již několikrát velké epidemie (např. EHF v roce 1995 v Kikwitu), je nutné dodržovat specifická opatření při pohřbech. Pitvat smí jen speciálně vyškolený perzonál a jen v případně nezbytnosti (Borio a kol. 2002). Standardní strategie použití oslabených virů jako lidské vakcíny se pro virus Ebola neprovádějí kvůli obavám z reverze viru zpět na divokou formu. Současné cytotoxických
experimenty
využívají
T-lymfocytů.
Pokusným
metody
rekombinantní
morčatům
byl
do
DNA těla
pro
vpraven
stimulaci plazmid
proti nukleoproteinu a glykoproteinům viru. Byla vyvolána buněčná a látková odpověď imunitního systému proti produktům těchto genů, ale ochrana před nimi nebyla úplná (Geisbert a kol. 2002). 6.3.6. Pasivní imunizace Jako terapii nebo prevenci je také možno použít imunní plazmu rekonvalescentů. Problém je však v nedostatku pacientů, kteří nemoc přežili a v nedostatečném skladování této plazmy (Borio a kol. 2002). Je-li pro terapii zvolena imunní plazma, musí být kmenově specifická (pro genotypy Ebola Zaire a Sudan). Pacient je však při této terapii vystaven nebezpečí přenosu další virové infekce (CDC 1988).
22
6.4. Ebola Reston Virus Ebola Reston byl poprvé objeven v Restonu ve Virginii v primátech importovaných z Filipín. Dále byl zjištěn při importu v USA (1990 a 1996), v Itálii (1992) a na Filipínách (1996). Nákaza virem Ebola Reston může být letální pro primáty. Lidé mohou být vnímaví k infekci (v krvi podezřelého byly zjištěny protilátky proti viru), ale nedochází v nich ke vzniku nemoci. Přesto je Ebola Reston považována za vysoce rizikový patogen pro člověka, protože stále existuje možnost, že by mohla vyvolat nemoc u lidí a mezi nimi se také přenášet. Zatím neexistuje vakcína proti viru Ebola Reston (CDC 2009). Zatím je záhadou, jak se tento virus dostal z Afriky do 7000 mil vzdálených Filipín nebo jak se tu nezávisle na ostatních virech Ebola vyvinul. V současné době byl na Filipínách potvrzen virus Ebola Reston jako původce nemoci několika prasat, které byly původně podezřelé na prasečí reprodukční a respirační syndrom (PRRS), jehož původcem jsou viry z čeledi Arteriviridae (Khan 2009). U pěti lidí (farmářů), kteří přišli do kontaktu s nemocnými prasaty, byly potvrzeny protilátky IgG proti viru Ebola Reston. Znovu se tak potvrdilo, že Ebola Reston je sice přenosná na člověka, ale nevyvolává u něj nemoc. Virus je schopen přežívat v kontaminovaném syrovém mase, je tedy možné, že by distribucí infikovaného masa (čerstvého i mraženého) obchodními řetězci mohlo dojít k šíření viru (WHO 2009).
23
7. Diskuze Podle dosavadních výzkumů by mohli být rezervoárem filovirů někteří savci, neboť: 1) výsledky pokusů infekce rostlin a členovců filoviry byly negativní (např. experimentální inokulace rostlin virem Ebola Zaire nevedla k jejich infekci, což bylo zjištěno pomocí elektronové mikroskopie: Swanepoel a kol. 1996); 2) v těle malých savců, zejména netopýrů, se infekce zachovává a může dokonce docházet k amplifikaci viru; 3) určité druhy malých savců se mohly s filoviry v průběhu jejich evoluce setkat; 4) netopýři a jiní malí savci jsou známí jako rezervoáry jiných druhů virů. S největší pravděpodobností se jedná o savce malé, protože velké druhy jsou konzumovány místními obyvateli, přenos infekce na člověka by tak byl mnohem častější. Dále byli vyloučeni živočichové, kteří jsou ve vztahu k lidem komenzálové, protože by přišli často do kontaktu s lidmi pracujícími v okolí svých domů a infekce by byly opět frekventovanější (Peterson a kol. 2004b). Z historie epidemií vyvolaných filoviry lze usoudit, že zdrojem infekce jsou s největší pravděpodobností netopýři a kaloni. Primáti transportovaní z Ugandy do Evropy, kde byli zdrojem první epidemie hemoragické horečky Marburg (Německo a Srbsko, 1967), byli během nalodění v Ugandě chováni na ostrově Lake Victoria, na kterém žije spousta kaloňů. V druhé epidemii MHF v roce 1975 v Zimbabwe byli nakaženi turisté, kteří přenocovali v pokojích s netopýry. V první zaznamenané epidemii EHF v roce 1976 prvních 6 pacientů pracovalo v továrně na bavlnu v Súdánu, ve které byli přítomni netopýři. U infekcí MHF v letech 1980 a 1987, spojovaných se vstupem do jeskyně Kitum v Mount Elgon v Keni, byli kaloni a netopýři také přítomni. V roce 1994 v Cote d´Ivoire byli pozorováni šimpanzi krmící se na fíkovníku s kaloni – dva týdny před vypuknutím EHF vyvolané novým druhem viru Ebola. Primáti, transportovaní z Filipín do USA a Evropy, kde byli později zdrojem nákazy virem Ebola Reston, pocházeli z míst, kde byli vystaveni exkretům kaloňů (Swanepoel a kol. 2007). Zástupci některých druhů bezobratlých a obratlovců byli pokusně naočkováni virem Ebola Zaire. V tělech kaloňů a netopýrů byla podporována replikace a cirkulace vysokého počtu infekčních částic bez toho, aniž by tito živočichové nutně onemocněli. Úmrtí se objevila jen u netopýrů, kteří si nepřivykli laboratorním podmínkám (Swanepoel a kol. 1996).
24
Pro nalezení rezervoáru viru Marburg byl proveden výzkum fauny v okolí zlatokopeckého dolu Goroumbwa ve vesnici Durba v severovýchodní DRK (Swanepoel a kol. 2007). Zkoumáni byli: netopýři, hlodavci, rejsci, z členovců např. švábi, cvrčci, vosy, pavouci a roztoči netopýrů, dále pak někteří zástupci obratlovců. Byly odebrány vzorky krve, jater, plic, sleziny, ledvin, varlat, mozku, slinných žláz a plodů těhotných samiček. Tkáně obratlovců a členovců byly zpracovány a testovány na přítomnost filovirových RNA metodou RT-PCR a hnízdové PCR s primery pro geny L-proteinu a VP-35 proteinu viru. Vzorky krevních sér netopýrů a hlodavců byly testovány na přítomnost protilátek proti viru Marburg pomocí metody ELISA. Zatímco výsledky RT-PCR L-primeru byly negativní, hnízdová PCR proteinu VP-35 přinesla pozitivní výsledky vzorků z 8 zástupců podřádu netopýři: 1 – Miniopterus inflatus (podčeleď létavci, čeleď netopýrovití), 7 – Rhinolophus eloquens (čeleď vrápencovití) a ze čtyř jedinců druhu Rousettus aegyptiacus z podřádu kaloni. Metodou ELISA byla zjištěna přítomnost protilátek proti viru Marburg ve 20 vrápencích Rhinolophus eloquens a 32 kaloních Rousettus aegyptiacus. Fylogenetická analýza sekvencí získaných fragmentů genů VP-35 12 létavců (8 netopýrů a 4 kaloňů) ukázala, že u 6 z nich odpovídá sekvencím izolovaným z virů od lidských pacientů této epidemie. Jedna sekvence se shoduje s izolátem z člověka infikovaného v roce 1975 (Zimbabwe) a zbývajících pět se ukázalo jako nové sekvence. Spolu s 9 lidskými variantami tak během této epidemie cirkulovalo 15 různých variant viru Marburg. Evoluce a zachování těchto různých genetických variant viru v omezené oblasti vyžaduje přiměřeně velkou populaci zvířat (rezervoár), stále se rozrůstající - reprodukcí nebo migrací, což je časté pro populace malých obratlovců a bezobratlých. Populace letounů (Chiroptera) v místě Goroumbwa dolu je tedy dobrým kandidátem na rezervoár viru Marburg. Přenos na jiné živočichy a člověka je uskutečněn kontaktem s tělesnými tekutinami infikovaných netopýrů nebo kaloňů – buď přímo nebo kontaminovanou potravou, například ovocem (WHO 2009). U epidemií hemoragické horečky Ebola u lidí v letech 2001 - 2003 (Gabon a Kongo) bylo zjištěno, že všem předcházely nejdříve epidemie u divoké zvěře. Proto byly varovány zdravotní ústavy Gabonu a Konga před hrozbou epidemie související s objevením infikovaných mršin divoké zvěře (Rouquet a kol. 2005).
25
U viru Ebola Reston byly zatím evidovány jen případy bezpříznaké nákazy zdravých dospělých osob, je tedy předčasné vyvozovat zdravotní následky ostatních skupin populace. V jakém ohrožení jsou lidé s oslabeným imunitním systémem, starší lidé, děti a těhotné ženy je zatím neznámé (WHO 2009). Pravděpodobnost vzplanutí epidemie a její rychlejší šíření se zvyšuje s častějšími vpády civilizace do afrických pralesů a zranitelností chudé populace, která nemá dostačující zdravotnictví (Sanchez a kol. 1995). Rostoucí mezinárodní cestování poskytuje příležitost pro import těchto infekcí do zemí, kde se VHF normálně nevyskytují a kde lékaři mají buď jen malou nebo žádnou zkušenost s původci tohoto onemocnění (CDC 1988). Eliminovat šíření VHF je možno izolací pacientů v nemocnicích s bezpečnostními prostředky, poučením veřejnosti o nebezpečí kontaktu se symptomatickými nebo zemřelými pacienty s VHF a také s uhynulými zvířaty, zvýšenou opatrností nemocničního personálu a zavedením speciálního pohřebního týmu (Oyok a kol. 2001). V dřívějším SSSR, Rusku a USA byl proveden výzkum použití původců hemoragických horeček pro bojové účely. Několik studií potvrdilo úspěšnou infekci primátů přípravkem aerosolu virů Ebola, Marburg, Lassa a arenavirů Nového světa. Bylo zjištěno, že k vyvolání infekce stačí jen několik virionů. Japonští teroristé sekty Aum Shinrikyo se pokusili získat virus Ebola pro přípravu biologické zbraně, neúspěšně. Vyvinutí biologické zbraně s viry VHF je kvůli nepřítomnosti účinných léků a vakcín proti nim považováno za příliš nebezpečné i pro potenciálního agresora (Borio a kol. 2002). Vědci a výzkumníci stojí před úkolem vyvinout další diagnostické metody pro rychlejší rozpoznání VHF a metody pro výrobu monoklonálních protilátek (Borio a kol. 2002). Cílem je zjistit specifické rizikové faktory pro získání nemoci, objasnit roli kapénkového přenosu a také prozkoumat detailněji virologické a klinické parametry infekce. Důležité je zdokonalení hlášení potenciálních epidemií národnímu dozorovému systému - surveillanci (Oyok a kol. 2001). Naléhavá je potřeba vyvinout terapii léčivy a vakcínu proti hemoragickým horečkám (Borio a kol. 2002).
26
8. Závěr V práci jsou uvedeny dosavadní poznatky o taxonomii a rozšíření zástupců čeledě Filoviridae a základy epidemiologie hemoragických horeček vyvolaných těmito viry. Zaměřila jsem se na vytvoření přehledu historie epidemií, na možnosti omezení šíření infekcí a především na objasnění přirozeného rezervoáru filovirů. Zdá se, že vhodným rezervoárem viru Marburg jsou kaloni hnízdící v jeskyních, zatímco rezervoárem viru Ebola by mohli být netopýři vyskytující se v pralese (Swanepoel a kol. 2007). Do práce jsem uvedla několik informací o epizoocii viru Ebola Reston u prasat, která v současné době probíhá na Filipínách.
27
9. Seznam použité literatury Bausch D.G., Borchert M., Grein T., Roth C., Swanepoel R., Libande M.L., Talarmin A., Bertherat E., Muyembe-Tamfum J-J., Tugume B., Colebunders R., Kondé K.M., Pirard P., Olinda L.L., Rodier G.R., Campbell P., Tomori O., Ksiazek T.G., Rollin P.E. (2003): Risk factors for Marburg hemorrhagic fever, Democratic Republic of the Congo. Emerg. Infect. Dis. 9: 1531-1537. Borio L., Inglesby T., Peters C.J., Schmaljohn A.L., Hughes J.M., Jahrling P.B., Ksiazek T., Johnson K.M., Meyerhoff A., O´Toole T., Ascher M.S., Bartlett J., Breman J.G., Eitzen E.M., Hamburg M., Hauer J., Henderson D.A., Johnson R.T., Kwik G., Layton M., Lillibridge S., Nabel G.J., Osterholm M.T., Perl T.M., Russell P., Tonat K. (2002): Hemorrhagic fever viruses as biological weapons. Medical and public health managment. J. Am. Med. Ass. 287: 2391-2405. CDC (1988): Managment of patiens with suspected viral hemorrhagic fever. Morb. Mort. Wk. Rep. 37(S-3). 16s. http://www.cdc.gov/mmwr/preview/mmwrhtml/00037085.htm CDC (2002): Ebola hemorrhagic fever information packet. Special Pathogens Branch. October 8. 12 s. CDC (2009): Questions and answers about Ebola Reston virus in pigs, Philippines. Special Pathogens Branch. March 10. (Staženo 16.4.2009). http://www.cdc.gov/ncidod/dvrd/spb/outbreaks/qaEbolaRestonPhilippines.htm Francesconi P., Yoti Z., Declich S., Onek P.A., Fabiani M., Olango J., Andraghetti R., Rollin P.E., Opira C., Greco D., Salmaso S. (2003): Ebola hemorrhagic fever transmission and risk factors of contacts, Uganda. Emerg. Infect. Dis. 9: 1430-1437. Geisbert T.W., Pushko P., Anderson K., Smith J., Davis K.J., Jahrling P.B. (2002): Evaluation in nonhuman primates of vaccines against Ebola virus. Emerg. Infect. Dis. 8: 503 – 507. Hubálek Z., Rudolf I. (2007): Mikrobiální zoonózy a sapronózy. 2. vyd. MU Brno. 176s.
28
ICTV (2004): http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ICTVdb/ICTVdB/index.htm (Staženo 21.4.2009). Khan A.S. (2009): A new twist for Ebola: Reston-infected pigs in the Philippines. Public Health Matters (Blog). January 5. (Staženo 17.4.2009). http://www.cdc.gov/nczved/blog/2009/01/05/ebola-reston.html
Oyok T., Odonga C., Mulwani E., Abur J., Kaducu F., Akech M., Olango J., Onek P., Turyanika J., Mutyaba I. a kol. (2001): Outbreak of Ebola hemorrhagic fever – Uganda, August 2000 - January 2001. Morb. Mort. Wk. Rep. 50: 73-77. Peterson A.T., Bauer J.T., Mills J.N. (2004a): Ecologic and geographic distribution of filovirus disease. Emerg. Infect. Dis. 10: 40 – 47. Peterson A.T., Carroll D.S., Mills J.N., Johnson K.M. (2004b): Potential mammalian filovirus reservoirs. Emerg. Infect. Dis. 10: 2073 - 2081. Rouquet P., Froment J-M., Bermejo M., Kilbourn A., Karesh W., Reed P., Kumulungui B., Yaba P., Délicat A., Rollin P.E., Leroy E.M. (2005): Wild animal mortality monitoring and human Ebola outbreaks, Gabon and Republic of Congo, 2001-2003. Emerg. Infect. Dis. 11: 283 - 290. Růžičková V. (2008): Molekulární biologie virů (studijní materiály MUNI). Sanchez A., Ksiazek T.G., Rollin P.E., Peters C.J., Nichol S.T., Khan A.S., Mahy B.W.J. (1995): Reemergence of Ebola virus in Africa. Emerg. Infect. Dis. 1: 96 - 100. Swanepoel R., Leman P.A., Burt F.J., Zachariades N.A., Braack L.E.O., Ksiazek T.G., Rollin P.E., Zaki S.R., Peters C.J. (1996): Experimental inoculation of plants and animals with Ebola virus. Emerg. Infect. Dis. 2: 321 - 325. Swanepoel R., Smit S.B., Rollin P.E., Formenty P., Leman P.A., Kemp A., Burt F.J., Grobbelaar A.A., Croft J., Bausch D.G., Zeller H., Leirs H., Braack L.E.O., Libande M.L., Zaki S., Nichol S.T., Ksiazek T.G., Paweska J.T. (2007): Studies of reservoir hosts for Marburg virus. Emerg. Infect. Dis. 13: 1847 – 1851. 29
Towner J.S., Sealy T.K., Khristova M.L., Albariño C.G., Conlan S., Reeder S.A., Quan P-L., Lipkin W.I., Downing R., Tappero J.W., Okware S., Lutwama J., Bakamutumaho B., Kayiwa J., Comer J.A., Rollin P.E., Ksiazek T.G., Nichol S.T. (2008): Newly discovered Ebola virus associated with hemorrhagic fever outbreak in Uganda. PLoS Pathog . November, vol. 4, no. 11., e1000212. doi:10.1371/journal.ppat.1000212. WHO (2009): Ebola Reston found in domestic pigs in the Philippines. Frequently asked questions about Ebola Reston virus and human health. (Staženo 16.4.2009). http://www.wpro.who.int/health_topics/ebola_reston/EbolaReston_FAQ.htm Žemla J., Čiampor F., Labuda M. (1998): Špeciálna virológia. 1. vyd. Bratislava: SAP. 228 s.
Použité URL stránky: http://jama.ama-assn.org/ http://www.cdc.gov/ncidod/eid/ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ http://www.who.int/
30
