Téměř 90 let používá lidstvo vakcínu proti černému kašli – pro kojence často fatálnímu onemocnění. Nakažených přesto poslední dobou nejen v Česku přibývá, bakterie může způsobit i smrt. Mohou za zvýšený výskyt nemoci rodiče dětí, kteří odmítají povinná očkování? Mechanismy bakteriálního onemocnění zkoumají v Mikrobiologickém ústavu AV ČR.
První vakcína proti černému kašli vznikla ve třicátých letech 20. století v USA. Pro očkovací látku využívala mrtvé bakterie původce nemoci – Bordetella pertussis. Byla velmi účinná, ale bohužel v některých případech způsobovala nepříjemné vedlejší účinky.
Objevila se tedy poptávka po vakcíně, která by byla bezpečnější. V devadesátých letech 20. století se začala používat látka založená na pouhých komponentech neboli vybraných částech bakterie. Bezpečnost očkování se zvýšila, ale za cenu snížení účinnosti (cca 71–85 %). Navíc s každým uplynulým rokem po očkování obrana jedince klesá.
V Česku je očkování proti černému kašli součástí tzv. hexavakcíny (kromě výše uvedených chrání ještě proti hepatitidě B, dětské obrně a bakterii Haemophilus influeanze b, způsobující např. meningitidu).
Mimochodem u zrodu té úplně první vakcíny proti černému kašli stála dětská lékařka a výzkumnice Leila Denmarková. Narodila se v roce 1898 v USA, kde začala svou pediatrickou praxi provozovat v roce 1928. Teprve v roce 2001 odešla do důchodu jako nejstarší sloužící pediatrička světa ve věku 103 let. (Nakonec se dožila 114 let.)
Přestože je černý kašel nemoc, která nemá žádný přírodní rezervoár – šíří se výhradně z člověka na člověka – a existuje proti ní očkování, nepodařilo se ji vymýtit (jako třeba pravé neštovice). Má to několik důvodů: očkování není 100% účinné, nechrání člověka po celý život a také není vždy dostupné v nejchudších zemích. Navíc onemocnění je skoro vždy diagnostikováno se značným zpožděním a často není správně rozeznáno. Přesná čísla proto neexistují. Model z roku 2017, na kterém se podíleli odborníci z WHO, odhaduje, že se ročně nakazí až 24 milionů lidí na celém světě. A důsledkem je 160 tisíc úmrtí dětí mladších pěti let.
Nákaza se nevyhýbá ani Česku, byť jde o stovky infekcí za rok a k úmrtí dochází jen zcela výjimečně (od roku 1984 šest případů; z toho jeden muž ve věku 75 let a pět dosud neočkovaných dětí mladších půl roku). Počet infikovaných u nás přesto rok od roku stoupá.
Bakterie v laboratoři
„Za zvýšený počet výskytu černého kašle může především méně účinná vakcína a pak rodiče, kteří odmítají očkování. A také evoluce patogenu,“ upozorňuje Jana Kamanová z Mikrobiologického ústavu AV ČR. „A paradoxně také vědci – díky pokroku v technologiích, medicíně a novým poznatkům mohou lékaři přesněji diagnostikovat černý kašel ve více případech než v minulosti.“
Sama se věnuje právě bakterii černého kašle jako modelovému organismu. Studuje, jakými mechanismy člověkem manipuluje. Přestože jde o dlouho známý patogen, spousta otázek ještě zůstává otevřená. Například, proč je tato bakterie tak extrémně virulentní. Co virulenci vůbec spouští. „Když pracujeme s tkáňovými kulturami, Bordetella pertussis zabíjí epiteliální buňky. Ale když uděláme preparát z myší, bakteriespokojeně sedí na sliznici a není vidět žádná nekróza – takže in vivo nedochází k zabíjení epiteálních buněk,“ ilustruje jednu z nevysvětlených záhad Jana Kamanová.
Vědci nevědí, co se na buněčné úrovni v tu chvíli děje. Buď patogen používá své „zbraně“, ale nejsou účinné, anebo je v tu chvíli má vypnuté. Právě to chtějí prozkoumat. Nejen z čisté zvědavosti, ale také pro případné pozdější využití v medicíně – ať už k vývoji nové účinnější vakcíny, nebo k léčbě. A nemusí přitom jít jen o černý kašel! Spoustu mechanismů a strategií mají totiž patogenní bakterie společné napříč druhy.
Nanometrová injekce
Janu Kamanovou zajímá především jeden z nich, takzvaný sekreční systém typu III, označovaný také T3SS. Jde o jakousi miniaturní „injekční stříkačku“, kterou má bakterie na povrchu svého těla a jejíž pomocí vstřikuje do napadené buňky toxiny (odborně řečeno efektory – chemicky jde o proteiny).
Velmi podobný sekreční systém, jako má bakterie způsobující černý kašel, mají také třeba bakterie salmonely, přestože jsou si vývojově velmi vzdálené – laicky řečeno nejsou si vůbec příbuzné. Do DNA bakterií se kód dostal pomocí tzv. horizontálního transferu genů. V podstatě to znamená, že se sekreční systém typu III nevyvinul nezávisle na sobě evolucí v odlišných organismech, ale že byl do jejich DNA zanesen z jiné bakterie třeba nějakým virem.
„Takto přinesené geny jsou většinou důvodem patogenity. Kódují toxiny, systémy, které podvracejí funkce buněk,“ vysvětluje Jana Kamanová. Stejný systém se tak našel nejen u salmonely, ale třeba také u rovněž zcela nepříbuzného rodu bakterií Aeromonas, napadajícího především ryby a obojživelníky. Kupříkladu Aeromonas dhakensis způsobuje průjmová onemocnění i u lidí. Je to komenzál pijavic. Léčba pijavicemi opět přichází do módy a pokud se jimi někdo léčí, může nákazou onemocnět.
Záhady původce nemoci
Nezodpovězených otázek ale Bordetella pertussis nastoluje více. Její příbuzná bakterie Bordetella bronchiseptica způsobuje chronické onemocnění domácích zvířat. Geneticky je starší než bakterie způsobující černý kašel. Proč ale Bordetella pertussis vyvolává akutní onemocnění, když její „předek“ způsobuje nemoc chronickou? Proč patogen změnil strategii? Která změna v její DNA za to může?
I v tomto případě se zdá, že by mohlo jít o souvislost s málo prozkoumaným sekrečním systémem typu III. Ten produkuje několik toxinů, mezi nimi tzv. BteA. O něm se neví prakticky nic. „Není podobný skoro ničemu. Nevíme, co dělá, jakou má funkci, proč ho bakterie produkuje,“ objasňuje Jana Kamanová, proč ji právě tohle téma zaujalo. Ví se, že protein BteA produkuje Bordetella bronchiseptica i Bordetella pertussis. Molekula je to složitá, obsahuje sekvenci přes 650 aminokyselin. U proteinu bakterie černého kašle je ale nepatrně odlišná, obsahuje navíc jeden aminokyselinový zbytek alaninu, kterým se liší od své předchůdkyně. Může stát právě tahle evoluční změna za změnou strategie patogenu? Může být jediná změna v jediné molekule produkovaného toxinu příčinou rozdílu mezi chronickou a akutní nemocí?
Vědci vědí, že protein BteA u černého kašle je méně aktivní než u Bordetelly bronchiseptica. „Pro bakterii by ale bylo velice jednoduché gen, který ji kóduje, vypnout a protein prostě neprodukovat. Ale ona jen snížila jeho aktivitu a produkuje jej dál. Zajímá nás proč,“ vysvětluje Jana Kamanová. Se svým týmem zjistila, že když do genu bakterie černého kašle vloží kód bteA z Bordetelly bronchiseptica (bez alaninu), významně se sníží počet zánětlivých ložisek v plicích (u myší). Zdálo by se tedy, že právě tato změna v jediném místě genu může přispívat k chroničnosti nemoci.
Definitivní odpovědi zatím nemáme. Vlastně neznáme ani všechny otázky – jak se říká, ve vědě každá odpověď otevře dvě nové otázky. Jana Kamanová bude se svým novým týmem hledat způsob, jak je zodpovědět. Umožní jí to grant Akademie věd ČR, tzv. prémie Lumina quaeruntur. Jde o podporu vynikajícím vědcům, která jim poskytuje daleko více svobody než běžné granty. Navíc jde o finance na pět let, což vědci základního výzkumu oceňují především. – nikdy se předem neví, co objeví. A na bádání je třeba čas.
V tom spočívá krása základního výzkumu. Poznatky, které se Janě Kamanové snad podaří získat, mohou přitom vést i k aplikacím – třeba k nové očkovací látce. „Možná zjistíme, že lze do vakcíny proti černému kašli přidat nějaký komponent, který ji zefektivní,“ říká. Je to ale běh na dlouhou trať. Od objevu k praxi je daleká cesta. Člověk nemusí mít štěstí ani ve vědě, ani na dlouhověkost jako Leila Denmarková, aby se výsledků své práce dožil. Ale sebemenší poznatek, který může přispět k záchraně života, je cenný.
Plnou verzi článku najdete v časopise A / Věda a výzkum (20.1.2020)
Jana Kamanová působila mj. na prestižní Yalské univerzitě v USA
