Krakowscy naukowcy na warsztat wzięli leptospirozę, a wiec chorobę zakaźną wywoływaną przez rodzaj tlenowych bakterii Gram-ujemnych, z rodzaju Leptospira. Dotychczas zidentyfikowano niemal 70 gatunków Leptospira, wśród nich kilkanaście patogennych, wywołujących zakażenia u zwierząt, w tym ssaków domowych i hodowlanych. Choroba może być dla niektórych gatunków bardzo groźna, w przypadku hodowli prowadzi też do wielu strat ekonomicznych.

Niestety, leptospiroza przenosi się również na ludzi, a jej przebieg może być ostry, w skrajnych przypadkach prowadząc do śmierci lub poważnych powikłań. Na świecie co roku leptospirozą zaraża się około milion osób, a około 60 tysięcy umiera. Zakażenie bakterią odbywa się poprzez uszkodzoną skórę oraz błony śluzowe, a ze względu na swój odzwierzęcy charakter, leptospiroza uznawana jest za chorobę zawodową, na którą szczególnie narażeni są rolnicy, hodowcy zwierząt, a także pracownicy oczyszczalni ścieków.

Wąskie gardło w walce z chorobą

Okazuje się, że zwalczenie choroby nie jest łatwe, przede wszystkim ze względu na to, jak wiele jest gatunków bakterii.

– Walkę z leptospirozą utrudnia silne zróżnicowanie gatunkowe i serologiczne bakterii Leptospira – tłumaczy dr hab. Dariusz Latowski z Uniwersytetu Jagiellońskiego. – Poszczególne gatunki morfologicznie nie różnią się między sobą, a to powoduje, że prawidłowa identyfikacja patogenów obecnych w danym regionie jest wyzwaniem dla diagnostów laboratoryjnych. W przypadku leptospirozy czym innym jest zdiagnozowanie choroby, a czym innym określenie, jaki dokładnie rodzaj bakterii ją wywołał. 

W klasyfikacji serologicznej bakterie Leptospira zostały podzielone na liczne serowarianty, określane na podstawie zmienności antygenowej. Wprowadzony podział obejmuje zarówno gatunki patogenne, jak i niepatogenne. Dodatkowo, na użytek dotychczas stosowanych metod diagnostycznych, wyodrębnione serowarianty zostały ujęte w odrębne serogrupy. Aby móc skutecznie i prawidłowo przeciwdziałać epidemii leptospirozy, na przykład poprzez zastosowanie właściwych odmian szczepionek, warunkiem koniecznym jest prawidłowe określenie serogrup i serowariantów Leptospira bytujących na danym terenie. Dopiero wtedy można skutecznie ukierunkować odmienne typy szczepionek, które zadziałają na konkretny serowariant. I to właśnie kwestie identyfikacji oraz precyzyjnego określania serowariantów i serogrup Leptospira stanowią do dziś wąskie gardło w walce z tą chorobą oraz w jej przeciwdziałaniu.

Koszty i czas

Jak podkreślają naukowcy, jest to problem ogólnoświatowy, jak dotąd bowiem w żadnym z regionów globu nie wdrożono metod pozwalających stosunkowo szybko i łatwo wskazywać serowarianty leptospir.

– Obecnie w diagnostyce leptospirozy dominują metody genetyczne, na przykład z wykorzystaniem technologii PCR. Mimo że są one stosowane do zdiagnozowania choroby, nie pozwalają jednak wskazać konkretnego serowariantu. Ten wyróżnik zależy od typu antygenów obecnych na powierzchni bakterii. To właśnie identyfikacja serowariantu jest kluczowa w działaniach epidemiologicznych i profilaktyce – wyjaśnia dr lek. wet. Aleksandra Lewicka z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie.

A prof. Zbigniew Arent z URK dodaje: – Współczesny problem w przeciwdziałaniu leptospirozie bierze się stąd, iż metody identyfikacji serowariantów Leptospir są bardzo czasochłonne i kosztochłonne. Nie zajmują się tym rutynowo laboratoria diagnostyczne. Badania są dotychczas wykonywane jedynie przez specjalistyczne laboratoria badawcze. Opracowana przez nas metoda jest prosta i może być przeprowadzona przez zwykłe ośrodki biochemiczne posiadające odpowiednie zaplecze, takie jak chromatograf cieczowy. Metodę łatwo więc upowszechnić, a przy tym kluczowe jest to, iż uzyskanie informacji o konkretnych serowariantach obecnych w badanej próbce zajmuje znacznie mniej czasu w porównaniu do obecnie stosowanych technik badawczych.

Nowa metoda

Zespół naukowców z UJ i Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie wpadł na pomysł, by identyfikację serowariantów bakterii Leptospira oprzeć na badaniu składu LPS obecnego w bakteriach. LPS to unikatowy lipopolisacharyd obecny w zewnętrznych błonach komórkowych bakterii Gram-ujemnych. Jest on na tyle unikatowy, że zbadanie jego składu daje pewność co do przynależności badanej bakterii do danego serowariantu, badając zatem skład chemiczny LPS można wprost odpowiedzieć na pytanie, do jakiej serogrupy należy badana bakteria oraz który serowariant reprezentuje. 

– Opracowana przez nas metoda skraca czas badania, ponieważ do identyfikacji serowariantów nie potrzebne są analizy surowic. Dziś laboratoria badawcze chcąc pozyskać informacje o serowariantach, bazują na analizach serologicznych, w których niezbędne jest wyprodukowanie surowic odpornościowych. Surowice te pozyskuje się od zarażanych królików. Nasza metoda w ogóle nie wymaga takich surowic. Jest dużo szybsza, tańsza i bardziej humanitarna, bo wykonuje się ją bez udziału zwierząt. Stosując ją możemy w prosty sposób określić, z jakim serowariantem mamy do czynienia, a taka informacja dla służb walczących z epidemią, czy wdrażających programy profilaktyki jest w pełni wystarczająca do skutecznego działania – tłumaczy dr Jan Łyczakowski z UJ.

Jak wyjaśniają naukowcy, badanie bakterii odbywa się już po ich wyizolowaniu z materiału klinicznego – pozyskiwanego z krwi, moczu lub pośmiertnie z tkanek zwierząt.

– Do tej pory laboratoria diagnostyczne na całym świecie nie dysponują tak szybkim narzędziem do identyfikacji serowariantów Leptospir. Szybszy i łatwiejszy dostęp do informacji o tym, jakiego rodzaju serowarianty są obecne na danym terenie, stanowić będzie przyczynek do tego, by w poszczególnych regionach znacznie szybciej i skuteczniej reagować na zagrożenia epidemiologiczne. To pozwoli podnieść skuteczność szczepień profilaktycznych i docelowo zwalczać ogniska epidemii – podkreśla dr inż. Gabriela Konopka-Cupiał, dyrektorka Centrum Transferu Technologii UJ, CITTRU. 

Po zabezpieczeniu własności intelektualnej obie uczelnie pracują nad tym, by nawiązać współpracę z partnerami, którzy wdrożą ich metodę do praktyki diagnostycznej i upowszechnią ją na świecie.

Groźna bakteria

Badania przeprowadzone w Wielkiej Brytanii i Irlandii, które oparto na testach na obecność przeciwciał w mleku pochodzącym z gospodarstw gdzie nie stosowano szczepień przeciwko leptospirozie, wykazały, iż bakterie Leptospira dotknęły stada bydła mlecznego w skali od około 72 do 80 proc. Infekcje leptospirozą powodują znaczne straty ekonomiczne w hodowli zwierząt, a tym samym w produkcji mięsa i przemyśle mleczarskim. Dane szacunkowe umieściły leptospirozę na drugim miejscu (po zakażeniach powodowanych przez wirusy BVDV) wśród głównych endemicznych infekcji bydła.

U zwierząt gospodarskich choroba przebiega najczęściej w sposób przewlekły, często subkliniczny, doprowadzając głównie do strat w rozrodzie, ponieważ jest ona przyczyną niepłodności i poronień.

Obraz kliniczny jest całkowicie inny niż u psów i ludzi, u których przebieg jest nadostry, ostry, często śmiertelny. Przebieg choroby w dużej mierze uzależniony jest od zakażanego serowariantu, dlatego opracowana na UJ i UR w Krakowie metoda identyfikacji serowariantu, może być bardzo przydatna w ocenie sytuacji epidemiologicznej.

W ostatnich latach zaobserwowano zwiększoną liczbę przypadków o ostrym, często śmiertelnym przebiegu leptospirozy u psów. Dziś wiadomo, że do zakażeń leptospirozą może dochodzić w parkach miejskich, co wskazuje na konieczność weryfikacji obecnych zaleceń dotyczących szczepień. Szczepienia zwierząt przeciwko leptospirozie, zarówno hodowlanych, jak i domowych, nie są obowiązkowe. Należy jednak podkreślić, że nawet gdy właściciel zwierząt zdecyduje się na szczepienie, to daje ono odpowiedź poszczepienną tylko na konkretny serowariant. Ponieważ nie ma możliwości zaszczepienia zwierząt na wszystkie serowarianty, przed szczepieniem konieczne jest wykonanie badań epidemiologicznych, które pozwolą zidentyfikować serowarianty aktualnie bytujące w danym regionie. Dopiero wtedy możliwe będzie skomponowanie możliwie skutecznej szczepionki.