Kongijskie początki AIDS

Gdy w 1981 roku amerykańscy doktorzy rozpoznali nową epidemię mającą swoje ogniska w południowej Kalifornii oraz Nowym Jorku, która zdawała się dotykać przede wszystkim gejów, amerykańscy bigoci musieli z zadowoleniem zacierać ręce – oto wreszcie okazało się, że mieli rację, i że kara boska zaczęła wreszcie dosięgać potępianych sodomitów.

Zaczęło się bowiem od spostrzeżenia, że w środowiskach młodych homoseksualistów pojawia się ze znacznie większą częstością niż w populacji ogólnej mięsak Kaposiego, często w połączeniu  w zapaleniem płuc. Mięsak Kaposiego to rodzaj nowotworu, który wywoływany jest przez herpeswirusa 8. Okazało się jednak, że u podłoża epidemia leżały nie tyle te dwie infekcje, co ogólne osłabienie układu odpornościowego u chorych, które prowadziło do tego, że ich organizm nie był w stanie walczyć z żadnymi infekcjami.

W pierwszych latach po rozpoznaniu po raz pierwszy tego zespołu nabytego niedoboru odporności, czyli AIDS, uważano, że jest to choroba dotykające tylko homoseksualistów. To przekonanie było tak silne, że początkowo zasugerowano nawet nazwanie schorzenia zespołem niedoboru odporności gejów (and. Gay-Related Immune Deficiency, GRID).

Wirusa HIV, który prowadził do AIDS, wyizolować po raz pierwszy udało się w 1983 roku, kładąc podwaliny do zrozumienia tej choroby. Jednak dopiero kilka lat później, gdy naukowe pisma doniosły o tym, że wirus występuje w heteroseksualnej populacji w centralnej Afryce, okazało się, że najwyraźniej nie jest on karą boską dla gejów – a jedynie brutalną chorobą, której po latach udało się wydostać z głębi afrykańskiego kontynentu.

W tym tygodniu tygodnik Science publikuje wyniki badań, które pokazują dokładnie, jak wiele lat wirus HIV rzeczywiście potrzebował, aby się w Afryce rozprzestrzenić, a także z niej wydostać. I okazuje się, że trwało to dekady.

Małpie początki

Dzisiaj wiemy już, że wirus HIV w populacji ludzkiej krąży od względnie niedawna. Ludzie zarazili się nim od małp: u naczelnych występuje tzw. wirus SIV (ang. simian immunodeficiency virus), który po raz pierwszy wyizolowano w 1985 roku z trzech makaków. Późniejsze badania afrykańskich małp pokazały, że wirusa można znaleźć także u zwierząt żyjących na wolności.

Istnieją dwa typy wirusa HIV: HIV-1 oraz HIV-2. HIV-1 jest typem bardziej agresywnym, zaś jego grupa M (ang. Main) jest tym odpowiedzialnym za pandemię HIV. Niecałą dekadę temu grupa badaczy ze Stanów, Francji i Kamerunu przeanalizowała próbki wirusa wyizolowanego z czterech podgatunków szympansa: P.t.verus występującego w zachodniej Afryce, P.t.vellorosus występującego w Nigerii oraz północnym Kamerunie, P.t.troglodytes występującego w południowym Kamerunie i Gabonie oraz P.t.schweinfurthii występującego w Demokratycznej Republice Konga oraz krajach położonych na wschód od tych rejonów.

Mapa pokazująca występowanie czterech badanych podgatunków szympansa. /źródło: Keele et al., Science (2006), 313(5786): 523

Badacze przeanalizowali sekwencję kwasu nukleinowego wirusa. Porównując, jak te sekwencje różnią się między sobą, a także jakie jest ich podobieństwo do wirusa HIV-1 M, udało im się ustalić, że pierwotnym źródłem ludzkiej wersji był południowokameruński P. t. troglodytes. (Chociaż inne, znacznie rzadsze i występujące tylko w pewnych rejonach Afryki grupy wirusa HIV-1 mają swoje źródło w innych małpich podgatunkach.)

Zairska różnorodność

Prowadzone w latach 80’ badania nad wirusem HIV w centralnej Afryce pokazały, że genetyczna różnorodność wirusa HIV-1 w Zairze (dzisiaj – Demokratyczna Republika Konga) była znacznie większa niż gdziekolwiek indziej na świecie. Takie zjawisko jest często wyraźną wskazówką, że właśnie te rejony były początkiem zarazy – wirus miał tam więcej czasu, aby mutować; więcej też było kontaktów pomiędzy osobami zarażonymi przez różne grupy wirusa.

Analiza sekwencji nukleotydowych tych różnych grup wirusa pozwolić może na znalezienie odpowiedzi na wiele ważnych pytań. Kiedy dokładnie doszło do przejścia wirusa z szympansów na ludzi? Gdzie miało to miejsce? Jakie jest pokrewieństwo pomiędzy poszczególnymi grupami wirusa? Czy taka sama jest ich geneza?

Na część z tych pytań odpowiedzieć można stosując metodę zegara molekularnego, która pozwala ocenić kolejność rozdzielania się kolejnych ewolucyjnych gałęzi na podstawie liczby nagromadzonych mutacji. Ta metoda pozwoliła już jakiś czas temu pokazać, że wspólny przodek grupy M istniał w pierwszej połowie XX wieku – a więc dekady przed jego pojawieniem się w Kalifornii i Nowym Jorku.

Wędrówka wirusa

We wspomnianym badaniu opublikowanym w Science zaledwie kilka dni temu autorzy przeprowadzili szereg analiz ewolucyjnych, opierając się na genetycznych danych zbieranych przez dekady dla wirusa HIV-1.  Co odkryli?

Po pierwsze, chociaż w przeszłości wiele miejsc wskazywanych było jako potencjalne źródło pierwotnej transmisji wirusa – m.in. Kinszasa, Brazzaville i kilka innych – autorom udało się wykazać, że grupa M wyłonił się po raz pierwszy właśnie w Kinszasie, i że miało to miejsce  latach dwudziestych XX wieku! (A więc blisko stulecie temu.) Odkrycie to tłumaczy, czemu w Kinszasie właśnie istnieje największa różnorodność genetyczna wirusa HIV-1.

Następnie badacze pokazali, że z Kinszasy wirus powędrował do najbliższych dużych populacji: jedna trzecia tej migracji odbyła się w kierunku Brazzaville, tłumacząc również wysoką różnorodność genetyczną grupy M  w tym mieście. Pierwsze przypadki HIV-1 w Brazzaville miały miejsce najprawdopodobniej pod koniec lat 30.

Okazało się także, że wirus z tych kolejnych populacji zaczął się rozprzestrzeniać dopiero w połowie lat 50., gdy wirus z Brazzaville oraz Lubumbashi powędrowały odpowiednio do Pointe-Noire oraz Mbuji-Mayi. Wówczas właśnie rozpoczęła się druga fala inwazji wirusa.

Jak się powiedziało M, to trzeba powiedzieć też O

W ciągu czterech dekad grupa M zdołała roznieść się do kilku dużych populacji na terenach dzisiejszych Demokratycznej Republiki Konga oraz Kongo. Autorzy postanowili jednak przyjrzeć się także wędrówce grupy O. Jest to rzadka grupa HIV-1, występujące niemal wyłącznie w Afryce zachodniej. Pod koniec lat dziewięćdziesiątych pokazano, że zarażone nią jest około 2% populacji Kamerunu, gdzie ten typ wirusa jest najczęściej diagnozowany.

Początkowo obie grupy rozwijały się bardzo powoli. Jednak około 1960 roku, podczas gdy epidemia grupy O rozwijała się wciąż bardzo powoli, grupa M przeszła w znacznie bardziej dynamiczną fazę epidemii. Szybkość rozprzestrzeniania się wirusa podwajała się co trzy miesiące: znacznie przewyższając prędkość, z jaką rosła populacja Kinszasy w tym samym okresie.

I tu autorzy czynią bardzo ciekawe spostrzeżenie (poparte także kilkoma innymi analizami). Przez długi czas uważano, że za dynamikę epidemii HIV-1 odpowiedzialny był rozwój demograficzny regionu. Wyniki opublikowane w Science sugerują jednak, że jest inaczej. A przynajmniej, że rozwój demograficzny nie był jednym, a być może także i nie najważniejszym czynnikiem odpowiedzialnym za ekspansję wirusa.

Epilog

Jest to kolejna publikacja w zaledwie kilka zaledwie tygodni pokazująca, jak wiele dowiedzieć możemy się analizując materiał genetyczny wirusów. Pod koniec sierpnia pisałem o pracy, która w podobny sposób przeanalizowała przebieg obecnej epidemii wirusa Ebola. Tamta praca opisywała zupełnie inną skalę czasową, ale rezultat był podobny: identyfikacja źródła epidemii, określenie jej przebiegu.

Zapytać oczywiście można: no i co z tego? Otóż to, że badania te nie pokazują jedynie, kto był pacjentem zero (Ebola), czy też gdzie znajduje się punkt zero epidemii (HIV). Pozwalają też określić, jaka jest, i jak zmieniała się, dynamika zarazy, dzięki temu dając nam lepsze wyobrażenie o tym, czego od epidemii możemy wciąż oczekiwać, a być może także o tym, jak najlepiej dysponować dostępnymi nam zasobami. Zwłaszcza przykład trwającej zarazy Eboli może być dobrą lekcją na przyszłość na temat tego, jak za pomocą nowoczesnych technik biologii molekularnej lepiej kontrolować choroby zakaźne.

…

Faria NR, Rambaut A, Suchard MA, Baele G, Bedford T, Ward MJ, Tatem AJ, Sousa JD, Arinaminpathy N, Pépin J, Posada D, Peeters M, Pybus OG, & Lemey P (2014). HIV epidemiology. The early spread and epidemic ignition of HIV-1 in human populations. Science (New York, N.Y.), 346 (6205), 56-61 PMID: 25278604