Tuberkolózis terjedése elefántokról emberekre

Bevezetés

A tuberkulózis vagy más néven gümőkór a Mycobacterium tuberculosis által terjesztett bakteriális fertőző betegség, mely néhány évtizeddel ezelőtt is az egyik legelterjedtebb kór volt és mellyel még a napjainkban is küzdenünk kell. A WHO 2004-es felmérése szerint a világ lakosságának egyharmada hordozója ennek a baktériumnak, azonban ennek csupán 10% mutatja a betegség tüneteit, melynek megjelenésében az immunszupresszív gyógyszerek, AIDS, immungyengeség is jelentősen közrejátszanak. A történelem folyamán elnyerte a magyar kór címet is, mivel a 19. század végén bekövetkező demográfiai mozgások, háborúskodás olyan életkörülményeket teremtett melyben a tuberkulózis könnyedén szedte áldozatait. Ez a cseppfertőzéssel terjedő, fertőző baktérium mind emberről állatra, mind állatról emberre terjedhet bizonyos fajoknál kiváltva a gümőkórt (pl.: vadállatok, szarvasmarha- M. bovis, sertés esetleg kutya, macska, elefánt), tehát zoonózisról is beszélhetünk.(WHO Global Tuberculosis Report, 2014)

Míg emberekben hosszú időre nyúlik vissza a betegség kutatása, az elefántok esetében 1996-tól fordítanak nagyobb figyelmet a kimutatására, kezelésére. Ebben az évben ugyanis három nap különbséggel kettő egyed pusztult el egy Illinois-i egzotikus állat farmon, és a boncolás során kiderült, hogy az elhullást tuberkulózis okozta. Ez az egzotikus állat farm tizennyolc ázsiai, és kettő afrikai elefántnak adott otthont, ebből kettő ázsiai elefánt pusztult el. Vizsgálatokkal kimutatásra került, hogy még egy tuberkulózis + egyed van a csordában. 1997-ben öt újabb + teszt született, négy különálló létesítményben. Ekkor nyolcvanhét embert vizsgáltak meg, tizenegy + bőrpróbát mutatott, mindegyikük az illinoisi farm munkatársa volt. Egy esetben ugyanazt a törzset mutatták ki, mint a fertőzött elefántból vett mintában lévő, bár nem lehetett tudni, hogy ki volt fertőzött hamarabb, de ezzel bizonyították a Mycobacterium tuberculosis transzmisszióját az emberek és elefántok között. Az első "review"-t 2000-ben publikálták, mely beszámolt róla, hogy tizenhét TBC + elefántot azonosítottak 1996 óta, nyolc különböző állományban Kaliforniában, Floridában, Arkansasban és Missouriban. Három példány állatkerté, tizennégy pedig magántulajdonban volt. 2000 után a témában megjelenő cikkek elefántok esetében leginkább a tuberkulózis kimutatásával, kezelésével foglalkoztak, de beszámoltak egyéb TBC + esetekről is (pl.: Svédország - 2005.). (Susan K. Mikota, 2011.)

Zoonózisok

A vadvilágból származó zoonózisok az egyik legfőbb népegészségügyi probléma, amely valamennyi földrész érinti. Egyre nő a jelentősége annak a fontos felismerésnek, miszerint a vadvilág a zoonózisok rezervoárja. Manapság erre a területre igyekeznek sok figyelmet fordítani. A zoonózisok változatossága a több száz kórokozónak és az eltérő átadási módoknak köszönhető, elterjedését különböző körülmények befolyásolják. A zoonózisok pontos száma ismeretlen, de Taylor és munkatársai 2001-ben 1,415 ismert emberi kórokozót írtak le, amely 62 %-a állati eredetű volt.(Taylor et al. 2001) Egyre több emberi kórokozóról derül ki, hogy állatokból származik. Továbbá, a legtöbb felmerülő fertőző emberi betegség is zoonózis. A vadvilágból származó zoonozisokat tipikusan baktérium, vírus és parazita okozza, míg a gombák elhanyagolható fontosságúak.

Történelem

A történelem során a vadvilág fontos forrása volt azoknak a fertőző betegségeknek, amelyeket az embereket is megfertőzhettek, az állatok valamilyen módon mindig szerepet játszottak a történelem nagy járványaiban. Vegyünk például egy ismert bakteriális megbetegedést, amely ősidők óta rengeteg áldozatot szedett. A bubó pestis terjesztésében a patkányoknak és a rajtuk élő bolháknak volt központi szerepe. (Wheelis 2002)

A veszettséget elsőként Mezopotámiában írták le vadászkutyákban Kr. e 2,300 körül. Néhány ősi kínai, egyiptomi, görög és római feljegyzésben felismerhető leírás van a betegségről. (Blancou 2003) A középkori Európában a betegség előfordult háziállatokban és vadállatokban is. Veszett rókák, farkasok, borzok és medvék szerepeltek az akkori irodalomban és képzőművészetben.

Terjedése

A zoonózisok terjedése sokféleképp történhet. Számtalan zoonózis közvetlen érintéssel terjed át állatról emberre. A Francisella tularensis, a tularémia okozója elkapható, ha a bőr érintkezik egy fertőző, beteg vagy halott nyúllal vagy más rágcsálóval. A veszettség a veszett állat harapásával, nyálával terjed. A hantavírus a levegőben terjed rágcsálókról emberre. A zoonózisok fertőzhetnek állati eredetű élelmiszerrel vagy vízzel is, pl. Salmonella ssp. és Leptospira ssp. Számos vadállatoktól származó betegség rovarokkal terjed. Jól ismert terjesztők a szúnyogok, a legyek, a bolhák és a kullancsok. Az állatsimogatók látogatói elsősorban gyerekek, így őket fertőzi a közvetlen érintkezés útján is terjedő E. coli, Salmonellassp. (Bender et al. 2004)

A TBC tünetei

Korai szakaszban láz, izzadtság, levertség (termelődő interferonok miatt), érintett területen esetleges nyirokcsomó duzzanat észlelhető. A tüdőben megjelenő gumók előrehaladott állapotban légzési nehézségeket, köhögés rohamokat válthatnak ki, mellyel esetleg vér is keveredhet. A bélgümők végstádium felé hasmenést okozhatnak, a tejmirigy tuberkulózisa esetén sárgás-zöldes tej nyerhető csupán, melyben baktériumok is előfordulhatnak. Így az anyától még el nem választott utódok könnyedén fertőződhetnek. Érintett lehet még a vese, mellékhere, női nemi szervek, méh, központi idegrendszer- ez esetben meningitisről beszélhetünk. Amennyiben a baktérium bekerül a véráramba úgynevezett milliaris TBC alakul ki, ebben az esetben testszerte apró fókuszpontok létesülnek, mely nagy százalékban halálos kimenetelűek. (Varga János at all.; 1999)

Betegség lefolyása

Leggyakrabban a tüdő alveolusaiból indul ki a betegség, ahol a baktérium osztódni kezd. Azonban itt a fertőzött állat/személy védelmi rendszere megpróbálja ezt megakadályozni, azonban a nyirokkeringéssel az adott esetben mediastinalis nyirokcsomókba való átterjedését a baktériumnak a szervezet nem tudja megakadályozni. A gyulladásos megbetegedések közé tartozó TBC makrophágok, T- és B- lymphocyták és fibrobastok megjelenését hozza magával a kialakuló granulómában, mely még a baktériumokat is tartalmazza. Az ott jelenlévő T- lymphocyták citokineket, interferonokat termelnek, mellyel jelzik az egész szervezet számára a probléma jelenlétét, s egyrészt ösztönzik a makrophágok infekció helyére történő migrációját, s ott a baktériumok elpusztítását, másrészt maguk is képesek a bacilus megszüntetésére. Sokszor a szervezet csak visszaszorítani képes a bejutott kórokozót, s ilyenkor az lappang rövidebb- hosszabb ideig. A betegség folyamán megjelenő granulóma vagy tuberkulum sajátossága, hogy közepén gyakran sejtelhalás, nekrózis megy végbe, ez a terület elfolyósodásával jár.

A betegség lappangása és aktiválódása

A M. tuberculosis jelenlétének tünettelen állapota a lappangó TBC. A lappangó TBC-vel szemben is kialakul a gazdaszervezet immunválasza, amely megpróbálja kontrollálni a baktériumok növekedését, fejlődését, szaporodását, így a fertőzés csendes állapotba kerül, de nem semmisül meg, továbbra is jelen van a szövetekben. A sejtes immunválasz következtében csökken a baktériumok anyagcseréje. Ellentétben az aktív TBC-vel, a lappangó TBC nem fertőz, emiatt nem jelent közegészségügyi veszélyt. Mivel a lappangó TBC semmiféle klinikai tünetet, rosszullétet nem okoz, a diagnózis tuberculin bőrpróbával állítható fel. A pozitív eredmény megmutatja, hogy a páciensnek korábban már volt kapcsolata a mikrobával. A módszer a PPD bőrbe való bejuttatásán nyugszik. Bizonyos esetekben a fertőzés azonosítható mellkasi röntgennel, amely megmutatja a régebbi fertőzések hegeit.

A makrophágok a baktériumok fagocitálása után sem képesek azokat elpusztítani, mivel nem jön létre a fagoszóma-lizoszóma fúziója. A legtöbb fertőzött betegben elindul a T-sejtek és makrophágok toborzása, ami következtében kialakul a másodlagos immunválasz, így a szervezet az ellenőrzése alá vonja a fertőzést. Amint az immunrendszer elkezd gyengülni, a lappangó betegség aktiválódik, kialakul az aktív TBC. Ez akár több évtizeddel a megfertőződést követően is bekövetkezhet. Az aktiválódást többféle faktor indukálhatja: rákos megbetegedések, drogok használata, HIV-fertőzés, cukorbetegség stb. (Parrish et al. 1998)

Jól ismert, hogy hozzáértő kezeléssel csökkenthető az aktív TBC kialakulásának kockázata azoknál a betegeknél, akiket a közelmúltban fertőzött meg a baktérium. Mivel a fertőzött betegek 90 %-nál elindul az immunválasz a mikroorganizmusok ellen, érdekes volna kifejleszteni egy hatékony védelmi mechanizmust, amely kiegészíti az immunrendszer működését, megfékezi a betegség kialakulását például specifikus gyógyszerekkel vagy vakcinákkal. Az antigén expressziója a lappangás ideje alatt képes fokozni az immunrendszer hatékonyságát a mikroorganizmusok ellen. (Young 2001)

Immunológiai történések

Egy 1999-ben publikált kísérletben (Ehlers 1999) egy egér intravénás fertőzése esetén kezdetben a megfigyelt baktériumok replikációs ideje rendkívül rövid. Az egész immunreakció makrophág aktivációval kezdődött, melyhez T-sejtek által előállított macrophag-derivered pre-inflamatory citokinek kellenek, mint például az interleukin 2(IL-2), IL-12, illetve jelen van még a tumor nekrotikus faktor (TNF), melyet a már aktivált makrophágok termelnek. Megtalálható még a bakteriális fertőzés esetén mindig jelen levő gamma interferon (INF-gamma), melyet az T-sejtek (közüllük is a natural killer sejtek) termelnek, hogy gátolják a baktérium populációnövekedését. Nagyjából 2 héttel a fertőzés után már látható mértékű méretcsökkenés volt tapasztalható az immunrendszer védelmének köszönhetően, s kiemelten a gamma-interferonoknak hála. Az INF-gamma szerepe, hogy a makrophágokat nitrát-oxid szintetáz 2 (iNOS2) szintézisére ösztönözze, mely nitrát-oxidot hoz létre, amely az egyik fő mikobaktérium mediátor az egerek szervezetében. Lassan túlélő baktériumok egy alvó, nem vagy alig osztódó állapotba szorulnak vissza. Ez az állapot nem teljesen felel meg az emberekben megtalálható látens állapotnak, de jól bemutatja, hogy alakul ki egy egyensúlyi állapot a patogén baktérium és a fertőzött egyed immunrendszere között.

Az aktív TBC-és állapot ugyanakkor könnyedén vissza tud állni, ha az immunrendszer aktivitása csökken, vagy ha mondjuk iNOS gátló anyaggal kezeljük az állatot, hiszen akkor annak gátló hatása kiesik, s a baktériumok elszaporodhatnak.

Legtöbbször a belélegzett baktériumok gyorsan elpusztulnak az immunválasznak hála, de természetesen előfordulhatnak kivételek, amely esetben aktív fertőzés tud kialakulni. Ezt leggyakrabban azok a baktériumok tudják kivitelezni, melyek képesek a makrophágoknak a cytoplazmájában elbújni. Így szunnyadó állapotban maradva a tüdő makrophágjaiban ki tudják majd alakítani az elmeszesedő granulómákat, tuberkulumokat, melyről maga a betegség a nevét kapta. A granulóma kialakulása tulajdonképpen a szervezet CD-4 medált túlérzékenységével hozható kapcsolatba, s gyakran roncsolja a környezetben lévő szöveteket, nekrózist, szövetelhalást váltva ki. Tehát ugyanaz a védekező rendszer mely megakadályozza a baktérium túlburjánzását a szervezetben, egyben nekrotikus hatást is aktivál a granulómában és a környező szövetekben is, így szépen lassan elfolyósítva a tüdő fertőzött állományait, s végsősoron halálát okozva az élőlénynek. Amelyért tehát nem is a baktérium felelős, csak az ő virulenciáját megakadályozni igyekvő immunrendszer, tehát maga a szervezet.

Az elpusztított granulómák helyén fibroblast aktivitás lép előtérbe, hogy a teret kitöltse, s heges szövettel pótolja, s így a tüdő alveolaris szövetét a kis légzsákocskákkal lassan, folyamatos fertőzés, vagy gyenge immunrendszer esetén le nem győzött terjedő granulómák esetén egy haszontalan, légcserére alkalmatlan szövet veszi át. (Rodrigo Gay Ducati, 2006)

Az immunreakcióban részt vevő makrophágokat attól függően, hogy gyulladás keltő, s egyben a baktérium aktivitását csökkentő tulajdonsággal rendelkezik M1, illetve M2-es, gyulladás csökkentő, gyógyulást serkentő sejteket különböztetünk meg.

M1: iNOS (inducible nitric oxid synthase) szekréció jellemzi ezt a típust, s jelenlétük nagyban segít kialakítani a védelmet a baktérium ellen a fent részletezett mechanizmus révén. L-argininből állít elő különböző anyagokat az által termelt iNOS enzim, mely ezért a hatásért felelős.

M2: Gyógyulás serkentő aktivitásuk egybefügg argináz szintézisükkel, mely enzim L-argininből ureát és L-ornitint tud képezni, ami azonnal L-prolinná alakul. A prolin, illetve hidroxi-prolint a kollagén szintézis egyik fontos eleme, így ennek koncentrációjának növelésével serkentődik a hegképződés. Illetve ez a makrophág típus jelentős anti-féreg hatással is rendelkezik.

Az M2 argináz, illetve az M1 típus iNOS enzime kompetitív versenyeznek az L- argininért, tehát az egyes, illetve kettes típusú macrophágok aránya jelentősen befolyásolja a kialakuló granulóma típusát természetesen a fertőzés stádiumától függően. (Joshua T. Mattila at all.; 2013)

A baktérium

Aerob, patogenikus baktériumot (M. tuberculosis) Robert Koch fedezte fel 1882 egy fertőzött állat tuberkulumját szétmorzsolva, s a benne élő kórokozót kitenyésztve.

A kissé görbült pálcika alakkal rendelkező flagellum nélküli, gyengén gramm-pozitív baktérium, amely nem formál spórát, vagy védelmező tokot maga köré, s még toxinokat sem termel. A változó méretű nagyjából 0,3-0,6 mikrométer széles és 1-4 mikrométer hosszú baktérium, nagyon különleges sejtfallal rendelkezik, s ennek köszönthetően nagyon ellenálló a manapság használt antibiotikumok többségére (például az rifampicin, vagy isoniazid). Fejlődésére jellemző, hogy nagyon lassan növekszik, osztódási üteme nagyjából 24 óra körüli, s laboratóriumi körülmények között is nagyjából 3-4 hét szükséges, hogy látható méretűvé válljon a baktérium populáció, mely intracelluláris makrophág patogenitással rendelkezik.

A Mycrobacteria nemzettségben jelenleg ismert 60 faj közül kevés patogén ismert, köztük a TBC okozójával, vagy éppen a lepra kialakítójával. Jelenlegi kutatások szerint valószínűleg a M. bovis egyik elődjéből fejlődött ki az embereket oly gyakran fertőző M. tuberculosis, mely még jelenleg is kezeletlenül aktív TBC esetén 40-60% mortalitással rendelkezik. Az, hogy a bejutott baktérium lappangó, vagy aktív TBC-ét alakít ki, sok tényezőtől függ. Egyrészt az éppen infekciót okozó baktérium populáció is rendelkezik egy adott virulencia képességgel (nagyobb virulenciájú baktériumok, nagyobb valószínűséggel alakítanak ki aktív TBC), másrészt a lappangásra kényszerített kórokozók az immunrendszer védekezőképességének csökkenésére (így például, egy fejlődő HIV-vírus miatt legyengült szervezetben) aktívvá válhatnak. Pont emiatt gyakran jelentkezik a TBC más immunszupresszív betegségekkel. (Rodrigo Gay Ducati at all. 2006)

A baktérium virulenciájáért az általa termelt ESAT-6 fehérje mennyisége felelős, mely CFP-10 (culture filtrate protein) fehérjével együtt egy heterodimer fehérjekomplexet alkot. A CFP-10 fehérje, korábban az ESAT-6 chaperon fehérjéjének tekintették, azonban mai kutatások szerinte nagyobb jelentősége van annál, mivel kizárólag a neutrophil granulocytákra kemotaxikus hatással van, s belőlük Ca2+ tranziens felszabadítását váltja ki. (Welin A, 2014)

A M. tuberculosis sejtfala

A M. tuberculosis egy rendkívül ritka sejtfalat termel, a sejtfal szerkezetét felépítő alkotók közül a megszokott N-acetil-ecetsav helyett a peptidoglikán N-glikolil-ecetsavat tartalmaz. Sokkal nagyobb különbség azonban, hogy a M. tuberculosis sejtfalának több mint 60 %-át lipidek alkotják, melyek 60-90 szénatomos zsírsavakból is állhatnak, ezeket szokás mikolsavaknak is nevezni (Brennan & Nikaido 1995). A mikolsavak elágazó láncú zsírsavak, amelyek rendelkeznek hosszú (40-64 szénatomos) és rövid (22-24 szénatomos) ággal is (Jarlier & Nikaido 1994), illetve kovalens kötéssel kapcsolódnak a sejtfalat alkotó polyszacharidhoz, az arabinogalaktánhoz, amely viszont foszfodiészter kötéssel kapcsolódik a rendhagyó szerkezetű peptidoglikánhoz (Brennan & Nikaido 1995). Hozzávetőlegesen az arabinogalaktánban lévő arabinóz maradványok 10 %-át helyettesítik mikolsavak (McNeil & Brennan 1991). A sejtfal számos más szabad lipidet is tartalmaz, amelyek azonban nem kovalens kötéssel kapcsolódnak a sejtvázhoz (mycolylarabinoga-lactan-peptydoglycan complex). Ezek a lipidek viselkednek antigénként a gazdaszervezetben (Brennan & Nikaido 1995).

Granulóma típusok

Sokféle granulóma alakulhat ki, attól függően, hogy éppen a szervezet mely része fertőződött, illetve, hogy az immunrendszerben éppen mely válasz dominál, s a fertőzés éppen melyik szakaszában figyeljük meg a granulómát. A legismertebb a nekrotikus granulóma, melynek felépítésére jellemző, hogy rendelkeznek egy belső necrosisos, sejtelhalásos területtel mely két „gyűrűvel” van körülvéve: egy belső makrophág dominanciát mutató, s egy külső lymphocyták uralta résszel, melyben főleg T- és B-sejtek találhatók.

Beszélhetünk ezen kívül még nem nekrotikus (a betegség későbbi szakaszában, főleg aktív, vagy reaktív fázisban), illetve sejtes granulomákról. Fibrózus, ásványi sókat tartalmazó granulómák jellegzetesen látens fertőzés idején fordulnak elő gyakrabban. Elsajtosodó granulómákat exsudatív folyamatok során figyelhetünk meg, amikor a sejtes immunválasz visszaszorítódik, s vérsavó és lymphoid sejtek szivárognak a tuberkulumba, sejtburjánzás, s későbbi nekrózis helyett. (Varga János at all. 1999)

Alkalmazott vizsgálati módszerek elefántoknál

„Cultures”: Ez a legáltalánosabb módszer, az első vizsgálatok így készülnek leginkább. A minták származhatnak az ormány átöblítéséből, szájból vagy ormányból, mint kenet vagy a friss ürülékből. Az ormányból mosófolyadékkal gyűjtött mintát két módszerrel nyerhetik. Az egyik, hogy katéteren keresztül 30-60 ml fiziológiás sóoldatot juttatnak az egyik orrlyukba, majd fecskendőbe szívják vissza. A másik pedig, hogy 60 ml fiziológiás sóoldatot juttatnak az egyik orrlyukba, majd a kilélegzett folyadékot gyűjtik be, az ormány végéhez tartott műanyag tasakba (általában ezt a módszert alkalmazzák). Ennek az eljárásnak nagy előnye, hogy altatás nélkül lehet a mintát begyűjteni. A mintákból sejttenyészetet hoznak létre.

Egyéb eljárásokat is alkalmaznak, ezeket főleg másodlagosan, az első vizsgálat eredményének igazolására. Ilyen például: NAAT (nucleic acid amplification test - ezzel a módszerrel a fertőzést okozó baktérium (M. tuberculosis) genetikai anyagait lehet felderíteni.) Intradermal tuberculin testing, ELISA, stb. (Susan K. Mikota at all., 2001)

Referenciák

Bender JB, Shulman SA Reports of zoonotic disease outbreaks associated with animal exhibits and availability of recommendations for preventing zoonotic disease transmission from animals to people in such settings. J Am Vet Med Assoc; 2004

Blancou J History of the surveillance and control of transmissible animal diseases. Paris: Office International des Epizooties; 2003

Joshua T. Mattila, Olabisi O. Ojo, Diane Kepka-Lenhart, Simeone Marino, Jin Hee Kim, Seok Yong Eum, Laura E. Via, Clifton E. Barry, III, Edwin Klein, Denise E. Kirschner, Sidney M. Morris, Jr, Philana Ling Lin, and JoAnne L. Flynn - Microenvironments in tuberculous granulomas are delineated by distinct populations of macrophage subsets and expression of nitric oxide synthase and arginase isoforms; 2013

Parrish NM, Dick JD, Bishai WR, Mechanisms of latency in Mycobacterium tuberculosis. Trends Microbiol 6: 107-112.; 1998

Rodrigo Gay Ducati, Antonio Ruffino-Netto, Luiz Augusto Basso, Diógenes Santiago Santos, The resumption of consumption - a review on tuberculosis; 2006

Susan K. Mikota - A Brief History of TB in Elephants (Tuberculosos in elephants: A scientific seminar sponsored by USDA-APHIS-Animal Care); 2011

Susan K. MikotaD.V.M., Linda PeddieD.V.M., James PeddieD.V.M., Ramiro IsazaD.V.M., M.S., Freeland DunkerD.V.M., Gary WestD.V.M., William LindsayD.V.M., R. Scott LarsenD.V.M., M.S., M.D., SalmanB.V.M.S., Ph.D., Delphi ChatterjeePh.D., Janet PayeurD.V.M., Ph.D., Diana WhippleM.S., Charles ThoenD.V.M., Ph.D., Donald S. DavisPh.D., Charles SedgwickD.V.M., Richard J. MontaliD.V.M., Michael ZiccardiD.V.M., M.P.V.M., and Joel MaslowM.D., Ph.D - Epidemiology and diagnosis of Mycobacterium tuberculosis in captive asian elephants (Elephas maximus); 2001

Taylor LH, Latham SM, Woolhouse ME Risk factors for human disease emergence. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci; 2001

Varga János, Tuboly Sándor, Mészáros János – A háziállatok fertőző betegségei, Állatorvosi járványtan II; 1999

Welin A, Björnsdottir H, Winther M, Christenson K, Oprea T, Karlsson A, Forsman H, Dahlgren C, Bylund J. - Culture filtrate protein 10 kDa (CFP-10) from Mycobacterium tuberculosis selectively activates human neutrophils through a pertussis toxin-sensitive chemotactic receptor; 2014

Wheelis M Biological warfare at the 1346 Siege of Caffa. Emerg Infect Dis; 2002

Young D, Letting the genome out of the bottle: prospects for new drug development. Ann NY Acad Sci 953: 146-150.; 2001

Hivatkozások

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3323390/