Wścieklizna to wirusowa choroba, która od lat fascynuje naukowców swoją zdolnością do zmieniania zachowań zainfekowanych zwierząt, czyniąc je agresywnymi. Choć podstawowe mechanizmy biologiczne pozostawały w dużej mierze niejasne, nowe badania zaczynają rzucać światło na to, jak wirus działa na poziomie molekularnym.
Wirus wścieklizny atakuje ośrodkowy układ nerwowy, co prowadzi do szeregu wyniszczających objawów, takich jak stany lękowe, dezorientacja, częściowe porażenie, pobudzenie, halucynacje, a w końcowej fazie – objaw znany jako «hydrofobia», czyli strach przed wodą.
Hydrofobia sprawia, że chory panicznie boi się wody i odmawia picia, co zazwyczaj prowadzi do śmierci. Mimo że wściekliznę można skutecznie zapobiegać dzięki szczepieniom, większość krajów w Afryce i Azji boryka się z brakiem odpowiednich zasobów, co powoduje, że wirus nadal stanowi poważne zagrożenie. Zgodnie z danymi Światowej Organizacji Zdrowia (WHO), aż 95% zgonów związanych z wścieklizną na całym świecie dotyczy mieszkańców tych kontynentów.
Pomimo intensywnych badań prowadzonych od XIX wieku, mechanizmy, które sprawiają, że wirus «porywa» mózg i prowadzi do stanów szaleńczej agresji, pozostają w dużej mierze nieodkryte. Zespół badaczy z University of Alaska Fairbanks postanowił to zmienić, ujawniając, jak wirus wpływa na zachowanie zainfekowanych gospodarzy.
«Wielu czynników zakaźnych zmienia zachowanie u swojego gospodarza, ale nie rozumiemy, jak to robią» – mówi dr Karsten Hueffer, główny autor badań. «Nasze badanie dostarcza po raz pierwszy szczegółowego mechanizmu molekularnego, który określa, w jaki sposób czynniki zakaźne wywołują konkretne zachowania.»
Dr Hueffer i jego zespół opublikowali wyniki swoich badań w prestiżowym czasopiśmie.
Wirus wchodzi w interakcje z receptorami mięśniowymi
Naukowcy zwracają uwagę, że jednym z powodów, dla których wścieklizna jest tak intrygująca, jest to, iż pomimo względnie prostego składu genetycznego, potrafi wprowadzić w błąd złożone systemy biologiczne, takie jak psy. «Wirus wścieklizny ma tylko pięć genów, podczas gdy psy dysponują ponad 20 000 genów, a ich układ odpornościowy i ośrodkowy układ nerwowy są niezwykle skomplikowane» – wyjaśnia dr Hueffer.
«Jednak wirus ten potrafi przeprogramować zachowanie psa, sprawiając, że traci on naturalny lęk, staje się agresywny i gryzie, co pozwala wirusowi na rozprzestrzenianie się przez ślinę.» Dr Hueffer zauważa, że «zachowanie jest łatwiejsze do badania niż sam wirus», ponieważ wścieklizna subtelnie wpływa na mózg.
W swoich badaniach zespół przyjrzał się wcześniejszym odkryciom z lat 80. i 90., które pokazywały, jak cząsteczki wirusa wiążą się z nikotynowymi receptorami acetylocholiny, co wpływa na kontrolę mięśni. Badania te ujawniły, w jaki sposób cząsteczki glikoproteiny wirusa wiążą się z receptorami acetylocholiny, co nie tylko wpływa na szlak przekazywania sygnału odpowiedzialny za kontrolę mięśni, ale także może pozwolić wirusowi na replikację i infekcję mózgu.
Nowsze badania wykazały, że cząsteczka glikoproteiny wirusa zawiera sekwencję aminokwasów bardzo podobną do sekwencji występującej w jadu węża. Te aminokwasy działają jako inhibitory nikotynowych receptorów acetylocholiny.
Wścieklizna hamuje receptory w mózgu
Dr Hueffer oraz jego współpracownik, dr Marvin Schulte, specjalizujący się w receptorach nikotynowych, połączyli kropki między istniejącymi odkryciami i zauważyli, że właściwości aminokwasów w glikoproteinie wirusa mogą mieć kluczowe znaczenie dla wywoływania szaleńczego zachowania gospodarza po zakażeniu. «Wiedzieliśmy, że nikotynowe receptory acetylocholiny, które wiążą się z wirusem w mięśniach, znajdują się również w mózgu, i zakładaliśmy, że wirus może również wpływać na te receptory» – mówi dr Hueffer.
«Jeśli jad węży ma podobną strukturę do części wirusa i hamuje te receptory, myśleliśmy, że wirus może również hamować te receptory w mózgu, co może wpływać na zachowanie» – kontynuuje. Po zauważeniu tego możliwego związku, dr Hueffer i dr Michael Harris przeprowadzili serię eksperymentów na myszach, aby przetestować swoją hipotezę.
«Wirusy gromadzą się w przestrzeniach między komórkami mózgowymi we wczesnych stadiach infekcji, gdzie komórki mózgowe komunikują się» – wyjaśnia dr Harris. «Myśleliśmy, że jeśli wirusy mogą wiązać się z receptorami w tych przestrzeniach i zmieniać sposób komunikacji komórek mózgowych, wirus może zmienić zachowanie zarażonego zwierzęcia.»
Jeden z testów polegał na wstrzyknięciu glikoproteiny wirusa do mózgów myszy, aby zobaczyć, jaki efekt to wywoła. Naukowcy zauważyli, że po wstrzyknięciu zwierzęta stawały się znacznie bardziej pobudzone.
Jak mówi dr Harris: «Kiedy wstrzyknęliśmy ten mały kawałek wirusa do mózgu myszy, zaczęły one biegać znacznie bardziej niż te, które dostały zastrzyk kontrolny. Takie zachowanie można zaobserwować również u zwierząt zakażonych wścieklizną.»
Zespół dr Hueffera po raz pierwszy dostarczył dowodów eksperymentalnych na to, jak wścieklizna oddziałuje z innymi komórkami układu nerwowego, aby wywołać zmienione zachowanie, które sprzyja rozprzestrzenieniu wirusa.
Nowe badania i ich znaczenie
W 2024 roku badania nad wścieklizną zyskały nowe życie dzięki nowoczesnym technikom obrazowania mózgu oraz analizie genetycznej. Naukowcy z całego świata pracują nad identyfikacją specyficznych genów, które mogą być odpowiedzialne za agresywne zachowanie u zwierząt zakażonych wirusem.
Dzięki nowym narzędziom badawczym udało się zidentyfikować kilka biomarkerów, które mogą pomóc w wczesnej diagnostyce zakażeń wścieklizną oraz monitorowaniu postępu choroby. Takie podejście może przyczynić się do opracowania bardziej skutecznych strategii zapobiegawczych oraz leczenia.
Co więcej, badania nad wścieklizną podkreślają znaczenie szczepień nie tylko u ludzi, ale także u zwierząt domowych i dzikich, jako kluczowego elementu w walce z tą chorobą. W 2024 roku wiele krajów zintensyfikowało swoje programy szczepień, co przynosi obiecujące wyniki w ograniczaniu liczby przypadków wścieklizny i ochronie zdrowia publicznego.
