Epidemiolodzy otwierają słoje obfitości
Za pandemię z lat 1918–1920 odpowiedzialny był podtyp H1N1 wirusa grypy typu A. Ale wówczas tego nie wiedziano. Sądzono, że niezidentyfikowany zarazek może być bakterią przenoszoną przez komary lub muchy, a nawet przez kule armatnie. Dopiero w roku 1933 pierwszy raz wyizolowano i opisano wirusa grypy. I zrozumiano, że pandemia spowodowana była chorobą wirusową. Walka z nieznanym czynnikiem chorobotwórczym musiała być nierówna.
Dziś wiemy na jego temat więcej także dzięki temu, że naukowcy wyszukali słoje z zachowanymi – m.in. w archiwum medycznym założonym w XIX w. przez patologa Rudolfa Virchowa – preparatami płuc z lat 1900–1930. I najbardziej zaintrygowały ich te, które pochodziły od zmarłych w roku 1918.
Jak wirus „hiszpanki” ewoluował
Z płuc ze słoja z Monachium (nie jest znana dokładna data śmierci pacjenta) udało się uzyskać tak czysty preparat, że pozwolił on na uzyskanie pełnej sekwencji wirusa. Z tych znalezionych w Berlinie (oba z 27 czerwca 1918 r.) uzyskano sekwencje pokrywające 83 i 57 proc. genomu tego wirusa. Można więc było porównać RNA wirusa grypy typu A z tego samego roku, ale z dwóch odległych końców Niemiec. Czyli stwierdzić, czy w szczepach „hiszpanki” zabijającej ludzi w tym samym czasie w dwóch różnych geograficznie regionach w Europie, były różnice.
Wcześniej podobne badania wykonano wykorzystując materiał genetyczny wirusa od osób zmarłych we wrześniu 1918 r. w Nowym Jorku i w listopadzie 1918 r. na Alasce. Teraz te dane można było zestawić z niemieckimi z podobnego okresu i odpowiedzieć na pytanie, czy ponad 100 lat temu – podobnie jak dziś w przypadku SARS-CoV-2, który wywołał pandemię COVID-19 – występowały różne warianty genetyczne wirusa.
Skąd się wzięła „hiszpanka”
Pandemia grypy z 1918 r. byłą drugą najbardziej śmiertelną w historii ludzkości – w trzech do czterech fal w latach 1918–1920 zmarło od 17 do 100 mln ludzi. Uważa się, że tylko XIV-wieczna Czarna Śmierć, spowodowana przez dżumę dymieniczą pestis bubonica, zabiła więcej osób.
Rozprzestrzenianie się wirusa „hiszpanki” przyspieszyły najprawdopodobniej ruchy wojsk w ostatnich miesiącach I wojny światowej. Kraje biorące w niej udział cenzurowały informacje na temat pandemii, aby utrzymać morale wojska. Jednym z niewielu krajów, które o tym mówiły, była neutralna w tym konflikcie Hiszpania. A to wywołało u ówczesnych wrażenie, że wirus pochodzi właśnie stamtąd. I choć raczej nie jest to prawdą, nazwa pozostała. Jakie było geograficzne źródło tej pandemii, nie wiadomo do dziś.
Na marginesie: z poprzednich badań amerykańskich wynikało także, że część genów charakterystycznych dla śmiercionośnej hiszpanki z roku 1918 znajduje się we współczesnych szczepach wirusa grypy typu A H1N1 – krążyły one wśród ptaków i zostały przekazane ludzkim szczepom grypy sezonowej. Innymi słowy wiedzieliśmy, że hiszpanka zostawiła swoje ślady w genomach współczesnych wirusów grypy typu A.
Porównanie sekwencji nukleotydów obu genomów wirusów z Berlina z czerwca 1918 r. wykazało bardzo niewielkich różnice genetyczne. Ale porównanie ich z tymi z listopada tego samego roku z USA ujawniło znaczną ich liczbę. To sugeruje, że pandemiczny wirus grypy typu A najprawdopodobniej występował w różnych wariantach – na różnych obszarach kuli ziemskiej i w nieco innym czasie.
Dlaczego niektóre szczepy szkodziły bardziej
Biolodzy nie poprzestali na samych porównaniach sekwencji nukleotydów. Postanowili odtworzyć w laboratorium polimerazy – enzymy kluczowe dla namnażania się wirusa. Do tych eksperymentów wybrali sekwencje szczepów monachijskiego i amerykańskiego. Po uzyskaniu nici RNA kodujących obie polimerazy, wprowadzili je do komórek ludzkich i badali wydajność obu białkowych enzymów. Okazało się, że polimeraza wirusa amerykańskiego była dwa razy bardziej aktywna niż monachijskiego. Co istotne, próbka amerykańska pochodziła z okresu szczytu zachorowań na tamtym kontynencie, a monachijska sprzed szczytu pandemii w Niemczech. To sugeruje, że wirus hiszpanki miał o wiele bardziej wydajną polimerazę w okresie, gdy powodował szczyt pandemii. Zatem wiemy, że w roku 1918 nie tylko istniały różne warianty genetyczne wirusa grypy typu A, tak jak dzisiaj występują różne warianty koronawirusa SARS-CoV-2, ale też, że powodem szczególnie licznych zachorowań, a tym samym szczytów hospitalizacji i zgonów mogły być bardziej zjadliwe szczepy wyposażone w wydajniejszą polimerazę.
Jak zadbać o szczątki
Wnioski wynikające z porównań sekwencji nukleotydowych RNA wirusów są, oczywiście, dość spekulatywne, bo dotyczą zaledwie kilku genomów. Naukowcy sądzą jednak, że z czasem uda się znaleźć kolejne próbki i dzięki nim poszerzyć i zweryfikować uzyskaną obecnie wiedzę.
„Fakt, że trzy z sześciu analizowanych przez nas archiwalnych próbek z lat pandemii dało dobrej jakości RNA świadczy o ogromnym potencjale kolekcji medycznych – piszą w swojej pracy, która ukazała się w »Nature Communication«”. Zauważają jednak, że główną przeszkodą w lepszym zrozumieniu ewolucji wirusów grypy z 1918 r. będzie identyfikacja zachowanych próbek patologicznych. „Niestety takie próbki są rzadkie i trudne do zlokalizowania ze względu na długie zaniedbywanie ich w muzeach. Zapewnienie odpowiednich, długoterminowych warunków przechowywania materiałów biologicznych, a także digitalizacja związanych z nimi źródeł pisanych (np. protokołów sekcji), to niezbędne kroki, które należy podjąć w celu zachowania i wykorzystania pozostałych nielicznych kolekcji zawierających znaczny materiał archiwalny”.