Pro mnoho zemí je nemoc jako malárie dávno zapomenutým tématem, nicméně podle WHO si tato nemoc každoročně vyžádá více než 500 000 životů. Nejčastěji na ni umírají děti. Genetici z Tomské státní univerzity studují vývoj maláriových komárů, aby předpověděli budoucnost, včetně možnosti epidemií. Igor Sharakhov, vědec z Virginia Tech a TSU Biological Institute, hovořil v rozhovoru pro Alma Mater o tom, jak se malárií komáři objevili na Sibiři, jak se naučili přežít v drsných podmínkách a zda se malárie může vrátit do Ruska.
PŘES SIBIŘ TRANZITEM
– Igor Valentinovič, rozsáhlý výzkum vedený vědci TSU pomohl odpovědět na otázku, kde se na území moderního Ruska objevili komáři malárie. Řekněte nám prosím, co jste zjistili a proč je nutné studovat evoluci tohoto hmyzu?
– Rekonstrukce vývoje malarických komárů je zajímavá nejen ze zásadního hlediska, ale má i velmi důležitý praktický význam. Pokud zjistíme sekvenci původu druhů komárů, pochopíme, jak se změnily genomy a jak došlo k adaptaci na nové podmínky. Zároveň budeme schopni určit původ schopnosti komárů přenášet patogeny nebezpečných infekcí a adaptovat se na nové patogeny.
V rámci našeho výzkumu jsme studovali genové sady 13 druhů malarických komárů, z nichž 11 je palearktických (euroasijských) a dva nepolární ze Severní Ameriky. Byl sekvenován soubor genů pro nejsevernější druh malarických komárů – Anopheles beklemishevi, objevený a popsaný v Tomsku v roce 1976 profesorem na TSU. Vladimír Stegnii (spolu s Valentinou Kabanovou) a pojmenované po vynikajícím ruském biologovi Vladimiru Beklemiševovi.
Identifikovali jsme 1271 genů, jsou přítomny v jedné kopii u všech 13 druhů, pocházejí ze společného předka a byly přenášeny vertikálně během evoluce. Na základě těchto informací byl zkonstruován fylogenetický (evoluční) strom. V jeho kořenech, jak jsme očekávali, byly dva severoamerické druhy, které jsou předky zbývajících 11 druhů. Následuje An. beklemishevi.
Vědec z Virginia Polytechnic University a BI TSU Igor Sharakhov
Fylogenetická analýza zároveň pomohla zjistit, jak se tento druh dostal do Eurasie. Dříve existovaly dvě verze. Podle prvního – An. beklemishevi “přišel” přes Grónsko, když bylo před desítkami milionů let spojeno s Amerikou a Evropou. Podle druhého existovala před miliony let jiná cesta, která spojovala Ameriku s Asií – Beringův most nebo, jak se také nazývá, Beringova šíje. V současné době je to Beringův průliv, ale několikrát v historii planety se proměnil v kus země spojující Chukotku s Aljaškou. Po ní migrovali teplokrevní živočichové a mohl se s nimi dostat i krev sající hmyz.
Anopheles beklemishevi je rodovým druhem všech euroasijských druhů. To bylo potvrzeno v této práci a pomocí analýzy fylogenetických stromů konstruovaných na základě chromozomálních přestaveb. Možná to byl An. beklemishevi nebo jeho předek migroval z Ameriky do Eurasie. V důsledku pozdější speciace vznikly Anopheles sacharovi (zlomyslný přenašeč malárie), Anopheles martinius a další jižní druhy. Poté se v Evropě objevily sesterské druhy – Anopheles atroparus a Anopheles labranchiae. Nejmladší byli Anopheles maculipennis, Anopheles messeae a Anopheles daciae.
Poslední dva jsou v Eurasii velmi rozšířené druhy s vysokou úrovní chromozomálního polymorfismu, díky kterému mohou obsadit rozsáhlá území a snadno se přizpůsobit různým podmínkám.
– Můžete říci, jak dlouho se tyto druhy objevily?
– Pomocí časových kalibrací z jiných děl bylo možné zjistit, že An. beklemishevi a zbytek euroasijských druhů se rozdělily přibližně před 20 miliony let. Právě v této době existoval Beringův most. Hypotéza migrace přes Grónsko a Evropu, které byly propojeny nejpozději před 50 miliony let, naráží na výsledky fylogenetické analýzy.
Věříme, že masivní zalednění „vytlačilo“ maláriové komáry do jiných oblastí, zejména do Evropy, kde se komáři mohli rozšířit a získat oporu. Právě tam pravděpodobně došlo ke speciaci všech euroasijských malarických komárů a následnému šíření nových druhů po území Eurasie.
Aby se usadili v oblastech s drsným klimatem, například na území moderní Sibiře, museli maláriičtí komáři „zapnout“ složité adaptační mechanismy. Jednou z nich je úplná diapauza, charakteristická pro severní druhy – to je získaná schopnost hibernace. Před zimou se oplozené samice naposledy napijí krve, ale neutratí ji na vývoj vajíček, ale zpracují ji na tuk. Všichni muži zemřou. Na jaře po probuzení samice létají, živí se krví a kladou vajíčka, následně se objevují jedinci obou pohlaví.
Neúplná diapauza se vyskytuje i u komárů, ale je typická pro jižní a evropské druhy. Úplná diapauza je typická pro dvě linie, které se objevily v různých fázích času – An. beklemishevi se oddělil od jiných druhů přibližně před 20 miliony let a An. maculipennis, An. messeae a An. daciae se vyvinula úplná diapauza nezávisle na An. beklemishevi. Tyto druhy vznikly v období před osmi miliony až dvěma miliony let.
Další výzkum realizovaný v rámci projektu podpořeného Ruskou vědeckou nadací nám pomůže získat data o souvislosti mezi chromozomálními přestavbami a odolností malarických komárů vůči různým druhům stresu. Skutečnost, že taková závislost existuje, byla prokázána studiemi jiných vědců. Bylo tedy zjištěno, že v Africe mají malárií komáři žijící v savaně chromozomální přeuspořádání 2La, což zajišťuje odolnost vůči suchu. Komáři, kteří žijí ve vlhkých lesích, nemají tuto restrukturalizaci, ačkoli patří ke stejnému druhu. U malarických komárů žijících na Sibiři se poprvé zkoumá souvislost mezi chromozomálními přestavbami a adaptačními schopnostmi na genomické úrovni.
TAM JE CESTA ZPĚT
– Igore Valentinoviči, malárie je nemoc, která je v Rusku považována za dávno poraženou. Je to tak? Nebo je možný její návrat?
– Masové choroby malárie v Rusku a SSSR skutečně ustaly do poloviny 1950. let po rozsáhlých opatřeních na boj proti této chorobě a maláriím komárům. Jednalo se o distribuci léků proti malárii, odvodňování vodních ploch, používání insekticidů (DDT) a podporu hygienických opatření.
Navzdory tomu, že byl přerušen přenosový cyklus patogenu malárie (parazitický protist rodu Plasmodium) mezi komáry rodu Anopheles a lidmi, stále žijí v Rusku a sousedních zemích druhy maláriových komárů schopné přenášet Plasmodium falciparum. Návrat malárie je tedy možný, pokud se objeví významný počet nemocných, kteří mohou při sání krve přenést malarické plasmodium na komáří samice.
Komáři zase do dvou až tří týdnů zajistí vývoj a rozmnožení plasmodia. Zdravý člověk se nakazí, když samice komára malárie vstříkne do krve namnožené plasmodium ve stadiu sporozoitu, ke kterému dochází při dalším sání krve.
V tropických zemích je malárie endemická a nemocnost a úmrtnost zůstávají vysoké. Existuje možnost importu parazitů malárie a komárů malárie do Ruska prostřednictvím turistických cest, migrace, dodávek komodit a dalších kanálů. Pokud člověka s malárií uštkne v Rusku maláriový komár, existuje riziko, že komár nakazí další lidi.
V současné době jsou importované případy malárie zjištěny v Rusku, nejčastěji z Afriky, dále z Indie, Thajska, Latinské Ameriky a Blízkého východu – ročně je registrováno 80–120 případů malárie. Pravděpodobnost hromadného propuknutí onemocnění je nízká, protože infekce malárie vyžaduje přítomnost velkého počtu malarických komárů a infikovaných lidí v těsné blízkosti. Protože je však malárie velmi závažným onemocněním, je nutné sledovat možné případy jejího výskytu a provádět nezbytná opatření k hubení komárů a edukovat o opatřeních k prevenci onemocnění.
Studium adaptivních schopností malarických komárů pomůže řídit populace
– Sibiřané, zvyklí na komáry, je nevidí jako velké nebezpečí. Jaká závažná onemocnění mohou komáři přenášet?
– Malaričtí komáři rodu Anopheles na Sibiři šíří dirofilariózu, pro člověka nebezpečné parazitární onemocnění způsobené háďátky rodu Dirofilaria. Kromě malarických komárů žijí na Sibiři komáři rodů Aedes a Culex. Zástupci rodu Aedes přenášejí horečku dengue, která je považována za hlavní virové onemocnění 21. století kvůli neobvykle rychlému šíření po celém světě.
Propuknutí epidemií nových infekcí může nastat náhle. Pozoruhodným příkladem schopnosti komárů představovat nové hrozby pro lidské zdraví je rychlé šíření horečky Zika v Brazílii v roce 2015, kterou přenáší invazní druh Aedes aegypti. Horečky dengue, Chikungunya a Zika ohrožují polovinu světové populace, včetně těch, kteří žijí v jižní Evropě. Zatímco na Sibiři se tropické virové horečky pravděpodobně neobjeví, západonilská horečka přenášená komáry rodu Culex je v současnosti v Rusku považována za nové přirozené ohnisko. Virus se rychle šíří z Evropy do asijského Ruska, včetně Sibiře.
NEMOC „MILUJÍCÍ TEPLO“.
– Igor Valentinovič, píšou, že malárie velmi závisí na klimatu. Znamená to, že globální oteplování rozšíří okruh komárů a zvýší riziko šíření nebezpečných infekcí?
– Ano, malárie závisí na klimatu a globální oteplování může zvýšit šíření malárie a dalších nemocí šířených komáry. Komáři přenášející malárii žijí především v tropických a subtropických oblastech, kde je vysoká teplota a vlhkost. Globální oteplování může změnit klimatické podmínky v mírných oblastech a vytvořit příznivější podmínky pro komáry, což zase zvyšuje pravděpodobnost šíření malárie a dalších infekcí.
Některé studie naznačují, že změna klimatu již ovlivňuje šíření malárie. Například zvýšení teploty a vlhkosti může zvýšit rychlost rozmnožování komárů, urychlit jejich životní cyklus a zvýšit jejich počet, což může vést k dalším případům malárie. Suchá nebo chladná období způsobená změnou klimatu mohou zároveň snížit míru rozmnožování, množství komárů a snížit riziko přenosu malárie.
Na jihu, například v Africe, může sezóna vyprodukovat 7-10 generací komárů, ale u nás je to jen jedna nebo dvě generace. Na Sibiři je letní období krátké a teploty nižší, vývoj od kladení vajíček do dospělosti k dalšímu potomstvu je pomalejší.
Globální oteplování může navíc změnit oblasti, kde se malárie vyskytuje. V některých regionech, kde malárie dříve nebyla endemická, může změna klimatu vytvořit podmínky pro její vznik. V jiných oblastech, kde je již malárie běžná, by změna klimatu mohla způsobit její rozšíření. Migrace obyvatelstva v kombinaci s globálním oteplováním vytváří podmínky pro propuknutí malárie a dalších nemocí v regionech Eurasie, včetně Střední Asie, Kavkazu a některých regionů Ruska.
Možným důvodem rychlé adaptace komárů na měnící se podmínky a rychlého šíření rezistence na insekticidy je speciální genetická architektura komárího genomu. Vysoké úrovně variací znamenají, že mutace, které podporují adaptaci prostředí nebo rezistenci vůči insekticidům, mohou být již přítomny v genomech a čekají na křídlech.
Studenti magisterského studia TSU se zabývají studiem malarických komárů
Je nutné studovat ekologii, fyziologii, genetiku a chování komárů, abychom mohli vyvinout nové netriviální a zároveň ekologické přístupy v boji proti šíření malárie. Celkově může globální oteplování zvýšit riziko šíření malárie a dalších nemocí přenášených komáry, takže opatření k prevenci šíření komárů jsou důležitá pro udržení zdraví národa.
– Igore Valentinoviči, jak se můžete chránit při cestách do Brazílie, Spojených arabských emirátů nebo Thajska?
– V poslední době se začínají objevovat vakcíny, které jsou vyvíjeny pro specifické typy malárie, například pro Plasmodium falciparum, který způsobuje nejtěžší formu onemocnění. Některé z těchto vakcín jsou v klinických studiích a zatím nejsou dostupné pro široké použití.
Pro některá virová onemocnění přenášená komáry, jako je žlutá zimnice, je k dispozici očkování. Proti horečce Dengue nebo Chikungunya však neexistuje účinná vakcína. Stále se musíme spoléhat na tradiční opatření k prevenci malárie a dalších nemocí přenášených komáry.
Měli byste používat repelenty, které zabraňují kousnutí komáry, jako jsou ty, které obsahují 20% diethyltoluamid (DEET). Dlouhé rukávy a kalhoty snižují pravděpodobnost kousnutí komárem. Sítě proti hmyzu musí být instalovány na oknech a dveřích prostor. Před cestou byste měli začít užívat preventivní léky, které pomáhají předcházet infekci malárie, a to i v případě kousnutí infikovaným komárem.
Neměli byste spát venku bez moskytiér. Je důležité si uvědomit, že preventivní opatření proti malárii se mohou lišit v závislosti na tom, kam cestujete a na ročním období. Nejvyšší pravděpodobnost kousnutí a infekce komárem je v období dešťů v tropických a subtropických zemích. Mnoho druhů malarických komárů je aktivních večer nebo v noci. Naproti tomu Aedes aegypti – přenašeč horečky dengue, Chikungunya a Zika – kousne během dne.
Pro záznamu: Malárie postihla v roce 2021 na celém světě 247 milionů lidí. Ve stejném roce zemřelo na malárii odhadem 619 000 lidí. 95 % všech případů malárie a 96 % úmrtí na malárii se vyskytuje v africkém regionu. Přibližně 80 % všech úmrtí na malárii v regionu se vyskytlo u dětí mladších pěti let. V Rusku jsou zaznamenány pouze případy importované malárie. Podle Rospotrebnadzor byla v roce 2021 v Ruské federaci malárie diagnostikována u 94 pacientů, 5 lidí zemřelo.
