Strzeż się goryla

Malaria to choroba wywoływana przez zarodźce z rodzaju Plasmodium (P. falciparum, P. vivax, P. malariae, P. ovale i P. knowlesi). Są one przenoszone przez komary z rodzaju Anopheles. WHO ocenia, że w 2009 malaria spowodowała 225 milionów zachorowań, a zmarło  z jej przyczyny 781 000 osób. 89% przypadków śmiertelnych odnotowano w Afryce. Najgroźniejszym zarodźcem jest P. falciparum, zarodziec sierpowaty odpowiedzialny za większość przypadków zachorowań  i niemal za wszystkie zgony.

Bylica roczna (Artemisia annua)

Ciągle szuka się nowych sposobów na rozwiązanie problemu malarii (np. GMO-komary czy szczepionki). Jak dotąd najskuteczniejszą metodą jest niedopuszczenie do ukąszenia przez komara, np. poprzez używanie moskitier nasączonych środkiem owadobójczym. Istnieje też wiele leków przeciwmalarycznych. Przykładowo w przypadku ciężkiego przebiegu malarii WHO zaleca podawanie artesunatu – pochodnej artemizyniny, związku wyizolowanego z bylicy rocznej. Jak widać, rośliny dostarczyły nam punktu wyjścia do stworzenia kolejnej już, po chininie, broni do walki z malarią. Pasożyty nie dają jednak za wygraną i od czasu do czasu w różnych miejscach pojawiają się zarodźce odporne na niektóre leki.

Nawiązujac do notki o mumiach dodam, że być może na malarię zmarł faraon Tutanchamon. Oczywiście nie wszyscy się z tym zgadzają, są i tacy, którzy sugerują, że przyczyną jego śmierci była anemia sierpowata. Anemia sierpowata zaś jest powodowana przez mutację, która u heterozygot chroni przed malarią. Tak, malaria towarzyszy nam na tyle długo, że wyewoluowały w nas mechanizmy utrudniające życie zarodźcom, o czym pisałam dawno temu.

Ale skąd się wzięła malaria u ludzi? Odpowiedź na to pytanie wcale nie jest taka oczywista. Na malarię chorują też ptaki, małpy i gryzonie. Zatem kto nam ją podarował? A konkretnie – od kogo otrzymaliśmy zarodźca sierpowatego?

Pierwsze molekularne badania filogenezy P. falciparum przeprowadzone na początku lat dziewięćdziesiątych sytuowały go wśród pasożytów ptaków, a z dala od pasożytów ssaków, w tym także innych zarodźcow ludzkich, jak np. P. vivax. Taka ‚ptasia malaria’. Jednak te wyniki dość szybko zakwestionowano. Kiedy do kolejnych analiz dodano P. reichenowi, zarodźca wyizolowanego od szympansów, okazało się, że to on jest najbliższym krewnym P. falciparum. Tak wyglądał stan wiedzy w latach dziewięćdziesiątych. Ostatnie badania wykluczają bliskie pokrewieństwo ptasich pasożytów z duetem P.reichenowi-P.falciparum, choć dyskusje, jak linia rodowa tych dwóch zarodźców (a także bliskie im nowoodkryte gatunki infekujące małpy) spokrewniona jest z pasożytami infekującymi gryzonie, oraz innymi zarodźcami atakującymi naczelne, w tym małpy człekokształtne i ludzi (np. P. vivax czy P. malariae), trwają do dziś.

A jeśli spojrzy się na związki zarodźca sierpowatego  z małpami i ludźmi? Tu też poglądy się zmieniały wraz z pojawianiem się nowych danych. Odkąd odkryto, że najbliższym krewnym P. falciparum jest zarodziec infekujący szympansy, konkurowały ze sobą trzy hipotezy:

1. oba zarodźce mają wspólnego przodka, który zarażał wspólnego przodka ludzi i szympansów, a kiedy nasze dwa gatunki się rozdzieliły,  także zarodźce ewoluowały osobno i niezależnie;

2. szympansi zarodziec pochodzi od ludzkiego – innymi słowy to ludzie zarazili szympansy tą odmianą malarii;

3. ludzki zarodziec pochodzi od szympansiego – to szympansy zaraziły ludzi.

Drzewo rodowe P.falciparum wg Rich et al. 2009

W 2009 Stephen Rich i jego zespół opublikowali pracę, która poparła trzecią hipotezę. Badania te umożliwiło wyizolowanie od 94 dzikich i żyjących w niewoli, ale urodzonych na wolności, szympansów 8 kolejnych próbek P.reichenowi – wcześniej dysponowano tylko jedną. Naukowcy porównali sekwencje cytB ze 133 szczepów P. falciparum, oraz ze starej i nowych  próbkek szympansiego zarodźca, a także sekwencje innych ludzkich (P. vivax, ovale i malariae), ptasich i gryzoniowych zarodźców.  Wyszło im, że wszystkie P.falciparum miały wspólnego przodka, i był nim jakiś P. reichenowi. Szympansi zarodziec okazał się też znacznie mniej jednorodny genetycznie od P. falciparum. Naukowcy wywnioskowali zatem, że zaraziliśmy się malarią od szympansów, i że pasożyt przeskoczył między gospodarzami tylko raz.

Zaledwie kilka miesięcy wcześniej inna grupa, do której należy zespół F. Renaud z Montpellier, opisała dwa szczepy szympansiego zarodźca, które uznała za nowy gatunek – P. gaboni.  Rich zdążył dodać P.gaboni do swojej analizy i stwierdził, że należy on do gałęzi widocznej na dole drzewa rodowego. Może więc te trzy próbki spośród P. reichenowi powinny zostać przechrzczone na P.gaboni?

Minęło kolejnych kilka miesięcy i pojawiły się rezultaty kolejnych badań, w których brali udział między innymi ci sami naukowcy  z Montpellier oraz grupa z Gabonu. Tym razem grzebiąc w odchodach 125 szympansów i 84 goryli stwierdzili, że odpowiednio 22 i 17 małp było zarażonych zarodźcami. Kiedy zanalizowali wygrzebane tak DNA (znowu cytB), okazało się, że zarodźce wśród małp człekokształtnych są bardzo zróżnicowane. Nagle gałąź drzewa rodowego zarodźców, na której siedzą P. falciparum i P. reichenowi bardzo się rozrosła (do tego stopnia, że nazywa się to teraz klad Laverania). Część znalezionych u szympansów pasożytów była bliższa P. gaboni, a część duetowi P. reichenowi-P. falciparum. Ale największą niespodziankę sprawiły naukowcom goryle. Nie dość, że miały dwa gatunki zarodźców, jeden podobny do szympansiego P. gaboni, a drugi do P. reichenowi, to odkryto u nich trzeci – ale nie nowy, wręcz przeciwnie, bardzo dobrze znany. Plasmodium falciparum. Taki sam, jak u ludzi. A przecież dotychczas uważano, że występuje on wyłącznie u człowieka.  Wcześniejsze badania szympansów i goryli trzymanych w niewoli w rejonach, gdzie zakażenie zarodźcem sierpowatym u ludzi jest częste, nie wykazały jego obecności w krwi małp – a robiła to między innymi ta sama ekipa z Gabonu. Także próby wywołania u szympansów malarii przez zakażenie P. falciparum nie dają rezultatu – owszem, zarodziec utrzymuje się we krwi, ale nie namnaża się tak, jak u człowieka, a małpy nie gorączkują. Człowiek jest za to odporny na P. reichenowi. Naukowcy powstrzymali się od spekulacji, czy goryle zarażają się P. falciparum od ludzi, czy też to u nich wyewoluował nasz zarodziec.

Drzewo rodowe P. falciparum dawniej (A) i wg. Prugnolle et al. 2010 (B). Gałąź drzewa rodowego zawierająca P. falciparum, P. gaboni i im podobne określa się jako klad Laverania

Prawie równocześnie pojawiła się kolejna praca (Krief i in.), opisująca występowanie różnych zarodźców malarii wśród bonobo – szympansów karłowatych – i szympansów. W 18 spośród  próbek krwi pobranych od 49 szympansów i 42 bonobo  znajdowały się zarodźce. Tym razem naukowcy zanalizowali ich genomy mitochondrialne. I znów okazało się, że małpie zarodźce są bardziej zróżnicowane, niż dotąd myślano. Oprócz pasożytów podobnych do P. malariae i P. vivax (czyli dalekich krewnych naszej ulubionej pary, nie należących do kladu Laverania) wśród nowych próbek znajdowały się P. reichenowi oraz dwa nowe blisko z nim spokrewnione gatunki, nazwane P. billcollinsi i P. billbrayi – ten drugi bardziej podobny do P. gaboni. A poza tym u bonobo też znaleziono P. falciparum, i to dość zróżnicowane genetycznie, gdy spojrzy się w ich genom mitochondrialny. Badacze po analizie sekwencji zaczęli więc podejrzewać, że nasz zarodziec sierpowaty to prezent od bonobo.

Zaraz potem opublikowano kolejny artykuł analizujący występowanie zarodźców u małp człekokształtnych (Duval i in). Próbki pochodziły od trzymanych w niewoli 113 szympansów i 17 goryli z Kamerunu oraz 55 dzikich lemurów z Madagaskaru. Kilkanaście małp (i jeden lemur) okazało się byc nosicielami różnych zarodźców. Tym razem P. falciparum znaleziono nie tylko u jednego z goryli, ale także u dwóch szympansów. Skoro co badanie, to kolejny gatunek małp okazuje się nosicielem, to trzeba się chyba pogodzić z tym, że małpy człekokształtne mogą być rezerwuarem zarodźca sierpowatego w Afryce. Nie jest to dobra wiadomość dla walczących z malarią.

Chyba najnowsza praca z serii ‚skąd się wziął zarodziec sierpowaty’ pochodzi z września 2010. Tym razem Liu i jego koledzy mieli do dyspozycji naprawdę dużą kupę małpich odchodów – 1827 próbek od szympansów, 805 od goryli (659 od goryli zachodnich Gorilla gorilla i 146 od goryli wschodnich G. beringei) oraz 107 od bonobo. Próbki zostały też sprawdzone za pomocą analizy mikrosatelitarnego DNA pod względem liczby małp, które ich dostarczyły (średnio 2 próbki pochodziły od jednego osobnika). Niemal wszystkie małpy żyły na wolności w głębi lasów i miały nikły kontakt z ludźmi (jedynie 28 próbek pochodziło od stada przyzwyczajonego do ludzkiej obecności). Różne zarodźce znaleziono u szympansów (w 353 próbkach) i u goryli zachodnich (w 120 próbkach), natomiast goryle wschodnie i bonobo nie były zakażone Plasmodium. Niejednokrotnie małpy były zakażone więcej niż jednym gatunkiem zarodźca. Analiza genomu mitochondrialnego Plasmodium z tych próbek pozwoliła na stworzenie kolejnego, bardziej dokładnego drzewa rodowego. I wygląda na to, że szympans został oczyszczony z zarzutu podrzucenia nam malarii. P. falciparum występował wyłącznie u dzikich goryli zachodnich, ale już nie u dzikich szympansów, a do tego ludzka gałąź (105 znanych sekwencji) wyrasta spomiędzy różnych gorylich zarodźców sierpowatych. Ta analiza – przeprowadzona na większej liczbie sekwencji, niz mialo to miejsce w poprzednich badaniach – sugeruje, że nasz zarodziec sierpowaty jest prezentem od goryli zachodnich.

Winowajca? Goryl zachodni

Dodatkowo badacze dorzucili do swoich analiz sekwencje P. falciparum znalezione wcześniej u bonobo i twierdzą, że to my zaraziliśmy je tym pasożytem. W ich drzewku bowiem sekwencje zarodźcow od bonobo układają się między róznymi sekwencjami ludzkimi. Do tego  zakażone bonobo opisane w poprzedniej publikacji żyły w malutkim sanktuarium, otoczonym ludzkimi siedzibami, a u dzikich bonobo jak dotąd nie znaleziono P. falciparum. No, a poza tym jest jeszcze sprawa interpretacji mutacji w genie dhfr-ts – otóż zarodźce sierpowate wyizolowane od bonobo miały w tym genie mutację, która powoduje odporność na pirymetaminę, jeden z leków przeciwmalarycznych. Autorzy oryginalnej pracy odnotowali, że taka mutacja występuje często w zarodźcach izolowanych od ludzi w okolicach, gdzie żyły owe bonobo, ale uznali, że mogła ona zostać wyselekcjonwana w małpich zarodźcach w odpowiedzi na leczenie, ktoremu były poddane w sanktuarium. Liu zaś uważa, że jest to kolejny argument za tym, że bonobo zaraziły zię zarodźcem przebywając w sanktuarium. Zwraca też uwagę, że szympansy, u których Duval i inni znależli wcześniej P. falciparum, również przebywały w bliskim kontakcie z ludźmi.

Cóż, wszystko się pokomplikowało, i wcale nie jest wykluczone, że kolejne badania na większej liczbie dzikich małp człekokształtnych znów coś zmienią. Jednak na razie najbardziej prawdopodobnym źródłem ludzkiego zarodźca sierpowatego wydają się goryle, a równocześnie wiadomo już, że może on zakażać też bonobo i szympansy. Dowiedzieliśmy się również, że zakażających małpy człekokształtne gatunków zarodźców podobnych do P. falciparum jest całkiem sporo (a są spore szanse, że nie znamy jeszcze wszystkich). Na pewno istnienie rezerwuaru zarodźca sierpowatego wśród dzikich zwierząt nie jest najlepszą wiadomością dla tych, którzy marzą o całkowitym zlikwidowaniu malarii.

---

 Literatura:

 1. Waters AP, Higgins DG, & McCutchan TF. (1991) Plasmodium falciparum appears to have arisen as a result of lateral transfer between avian and human hosts. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 88(8), 3140-4. PMID: 2014232

2. Rich, S., Leendertz, F., Xu, G., LeBreton, M., Djoko, C., Aminake, M., Takang, E., Diffo, J., Pike, B., Rosenthal, B., Formenty, P., Boesch, C., Ayala, F., & Wolfe, N. (2009). From the Cover: The origin of malignant malaria Proceedings of the National Academy of Sciences, 106 (35), 14902-14907 DOI: 10.1073/pnas.0907740106

3. Ollomo B, Durand P, Prugnolle F, Douzery E, Arnathau C, Nkoghe D, Leroy E, & Renaud F (2009). A new malaria agent in African hominids. PLoS pathogens, 5 (5) PMID: 19478877

4. Prugnolle F, Durand P, Neel C, Ollomo B, Ayala FJ, Arnathau C, Etienne L, Mpoudi-Ngole E, Nkoghe D, Leroy E, Delaporte E, Peeters M, & Renaud F (2010). African great apes are natural hosts of multiple related malaria species, including Plasmodium falciparum. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 107 (4), 1458-63 PMID: 20133889

5. Krief S, Escalante AA, Pacheco MA, Mugisha L, André C, Halbwax M, Fischer A, Krief JM, Kasenene JM, Crandfield M, Cornejo OE, Chavatte JM, Lin C, Letourneur F, Grüner AC, McCutchan TF, Rénia L, & Snounou G (2010). On the diversity of malaria parasites in African apes and the origin of Plasmodium falciparum from Bonobos. PLoS pathogens, 6 (2) PMID: 20169187

6. Duval L, Fourment M, Nerrienet E, Rousset D, Sadeuh SA, Goodman SM, Andriaholinirina NV, Randrianarivelojosia M, Paul RE, Robert V, Ayala FJ, & Ariey F (2010). African apes as reservoirs of Plasmodium falciparum and the origin and diversification of the Laverania subgenus. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 107 (23), 10561-6 PMID: 20498054

7. Liu, W., Li, Y., Learn, G., Rudicell, R., Robertson, J., Keele, B., Ndjango, J., Sanz, C., Morgan, D., Locatelli, S., Gonder, M., Kranzusch, P., Walsh, P., Delaporte, E., Mpoudi-Ngole, E., Georgiev, A., Muller, M., Shaw, G., Peeters, M., Sharp, P., Rayner, J., & Hahn, B. (2010). Origin of the human malaria parasite Plasmodium falciparum in gorillas Nature, 467 (7314), 420-425 DOI: 10.1038/nature09442

8. Prugnolle, F., Durand, P., Ollomo, B., Duval, L., Ariey, F., Arnathau, C., Gonzalez, J., Leroy, E., & Renaud, F. (2011). A Fresh Look at the Origin of Plasmodium falciparum, the Most Malignant Malaria Agent PLoS Pathogens, 7 (2) DOI: 10.1371/journal.ppat.1001283