https://www.duodecimlehti.fi/duo60038
HI-viruksen evoluutio
Lääketieteellinen Aikakauskirja Duodecim
1996;112(2):130-
Mika Salminen ja Pauli Leinikki
Kädellisten immuunikatoviruksille (HIV-1 ja HIV-2 sekä apinoiden immuunikatovirukset) on ominaista nopea geneettinen muuntelu. Se auttaa virusta sopeutumaan uuteen ympäristöön valinnan ja siitä johtuvan adaptaation kautta. Muuntelun kautta immuunikatovirukset ovat kehittyneet omiksi geneettisen sukulaisuuden perusteella jaoteltaviksi pää- ja alaryhmikseen. Ne voidaan jakaa viiteen päätyyppiin ja nämä vielä useaan alatyyppiin. Kahteen päätyyppiin kuuluvat HIV-1 ja -2 sekä eräät apinoiden virukset, kun taas kolmeen muuhun kuuluu ainoastaan apinoiden viruksia .
HIV-2-päätyypin viruksia pidetään vähemmän patogeenisina kuin päätyypin HIV-1 viruksia. Vaikka HIV-1-virusten patogeneesissa ja leviämisnopeudessa on havaittu alueellisia eroja, ei niitä ole selvästi pystytty yhdistämään viruksen alatyyppiin. Virustyyppien sukulaisuussuhteet osoittavat, että HIV-1 ja HIV-2 ovat ilmeisesti syntyneet zoonoosien kautta siirtymällä apinoista ihmiseen.
HIV muuntelee nopeasti, eli sen geneettiseen koodiin syntyy muutoksia, jotka vaikuttavat ilmeisesti myös viruksen biologisiin ominaisuuksiin. Itse asiassa yksittäisen potilaan infektiota ei voida ajatella vain yhden viruksen aiheuttamaksi, vaan hänellä on elimistössään joukko keskenään sukua olevia, mutta kuitenkin erilaisia viruksia (Goodenow ym. 1989). Tällaista virusjoukkoa kutsutaan nimellä quasispecies, joka suomeksi käännettynä voisi olla vaikkapa näennäislaji.
Näennäislajien olemassaolo johtuu luultavimmin siitä, että HIV:n genomin kopioimisesta (replikaatiosta) huolehtiva entsyymi (käänteiskopiointientsyymi, RT) ei osaa korjata tekemiään virheitä (Bebenek ym. 1989). HIV on retrovirus, ja sen lisääntyessä RNA-genomi kopioituu ensin DNA:ksi, joka sitten integroituu solun DNA:han. Tällöin syntyy provirus, josta solun RNA-polymeraasit puolestaan tuottavat viruksen proteiinikomponentteja koodaavia lähettejä ja uusia RNA-genomeja viruspartikkeleita varten. Päinvastoin kuin solun DNA-polymeraasit, jotka osaavat korjata tekemänsä virheet, RT ja RNA-polymeraasit eivät tähän pysty. Siksi jokaiseen genomiin jää ainakin 1–2 mutaatiota jokaisen infektiosyklin aikana. Yhdysvaltalaiset tutkijat ovat hiljattain osoittaneet, että elimistössä syntyy päivittäin suuria määriä uusia viruspartikkeleita, jopa yli 109 virusta (Wei ym. 1995). Siksi potilaassa voi olla samanaikaisesti hyvinkin suuri joukko erilaisia elinkykyisiä, toistensa kanssa kilpailevia muunnoksia.
Kopiointivirheen takia syntyneet muunnokset hyödyttävät virusta erityisesti olosuhteiden muuttuessa. Kun elimistössä syntyy vasta-aineita tai soluvälitteinen immuniteetti jotakin viruksen rakennetta vastaan, on tietysti hyödyllistä pystyä korvaamaan tämä rakenne uudella. Kun potilaalle aletaan antaa lääkitykseksi atsidotymidiiniä (AZT), veren valkosolujen proviruksiin ilmestyy viimeistään kuuden kuukauden kuluttua resistenssistä kertovia pistemutaatioita (Larder ym. 1989, Boucher ym. 1992). Tuoreet tutkimukset ovat osoittaneet, että muutokset alkavat näkyä plasmassa olevissa viruspartikkeleissa jo paljon aikaisemmin, jopa viikoissa (Wei ym. 1995). Resistenssin syntyminen puolestaan johtaa siihen, että elimistön virusmäärä palaa suunnilleen samaksi kuin ennen hoidon aloittamista.
HIV:n sukulaiset ja alkuperä
Pitkään on oletettu, että HIV on syntynyt zoonoosina siirtymällä eläimestä ihmiseen. Tapahtumaketjuksi oletettiin apinoiden immuunikatovirus (simian immunodeficiency virus, SIV) > HIV-2 > HIV-1. Ongelmana oli että HIV-1:n ja HIV-2:n välinen samankaltaisuus oli vain 50–65 % sen mukaan, mitä geeniä käytettiin vertailussa. Kilpailevana hypoteesina esitettiinkin, että HIV-1:lla olisi toinen edeltäjävirus kuin HIV-2:lla. Tuoreimmat tiedot afrikkalaisissa apinoissa esiintyvistä viruksista tukevatkin tätä hypoteesia ja viittaavat jopa siihen, että HIV-1 ja HIV-2 ovat molemmat siirtyneet apinoista ihmisiin ainakin kaksi erillistä kertaa (Sharp ym. 1994). Kaikki tunnetut kädellisten lentivirukset näyttävät muodostuvan ainakin viidestä pääryhmästä, jotka vielä voidaan jakaa alaryhmiin keskinäisen sukulaisuutensa perusteella (kuva 1) (Sharp ym. 1994).
Viime aikojen tutkimukset afrikkalaisten apinoiden SI-viruksista ovat kiistatta osoittaneet, eräiden apinalajien (Macaca mulatta, Cerchocebus atys) virukset (SIVmac/sm) ja ihmisen HIV-2 itse asiassa kuuluvat samaan pääryhmään (Gao ym. 1992, Sharp ym. 1994). Pääryhmä koostuu ainakin viidestä alaryhmästä. Ihmisen HIV-2 on peräisin luultavasti C. atys -apinasta, ja siirtymisiä on ollut ilmeisesti ainakin kaksi. Reesusapinoihin (Macaca mulatta) SIVmac on siirtynyt C. atys -apinoista luultavasti tarhauksen yhteydessä, luonnossa elävillä reesusapinoilla virusta ei nimittäin ole tavattu.
HIV-2/SIVmac-infektio aiheuttaa AIDSia sekä ihmiselle että reesusapinalle, kun taas C. atys- ja C. aethiops -apinat pysyvät täysin terveinä (Sharp ym. 1994). C. atys -apinoita metsästetään ja pidetään yleisesti lemmikkeinä eräissä Afrikan maissa. Nykyinen HIV-2 näyttää siirtyneen ihmiseen suhteellisen vähän aikaa sitten, ja ilmeisesti samanlaisia zonooseja tapahtuu edelleenkin, jopa suhteellisen usein (Gao ym. 1992). Tuleva kehitys riippuu sitten siitä, kykeneekö siirtynyt virus aiheuttamaan jatkuvan infektion ja siirtymään ihmisestä toiseen.
HIV-1-pääryhmä vuorostaan koostuu ainakin kahdesta ryhmästä, jotka ovat M (main) ja O (outgroup). Ne ovat kutakuinkin yhtä etäällä toisistaan kuin HIV-1 ja HIV-2, joten tulevaisuudessa saattaa tulla kysymykseen O-ryhmän uudelleen nimeäminen HIV-3:ksi. M-ryhmän virukset ovat tätä nykyä maailmanlaajuisen epidemiologian kannalta merkittävin kädellisten lentivirusryhmä. Geneettisesti ne voidaan jakaa vielä ainakin kahdeksaan alaryhmään tai -tyyppiin, joita merkitään kirjaimilla A-H. Alatyyppi B on levinnein; se on aiheuttanut suurimman osan kaikista tartunnoista Pohjois-Amerikassa, Länsi-Euroopassa ja monessa Aasian ja Etelä-Amerikan maassa (Louwagie ym. 1993). Alatyyppi E on levinnyt laajalle Thaimaassa ja Kaakkois-Aasiassa, C-alatyypin aiheuttama epidemia leviää parhaillaan räjähdysmäisesti Intiassa (Brown ym. 1994, Jain ym. 1994). Muita alatyyppejä on tavattu pääasiallisesti Afrikassa muutamin poikkeuksin, joista huomattavimpia ovat olleet entisen itäblokin alueella likaisten neulojen välityksellä nopeasti levinneet F- ja G-tyypin paikalliset epidemiat. Myös Suomessa tilanne on poikkeava. Olemme osoittaneet, että vaikka B-tyyppi aiheuttaakin kaksi kolmasosaa kaikista infektioista, lähes kaikkia muitakin alatyyppejä esiintyy (Salminen ym. 1993, Liitsola ym. 1996).M-ryhmään kuuluu myös simpansseista löydettyjä viruksia. Simpanssit voidaan myös tartuttaa HIV-1:llä mutta ne eivät näytä sairastuvan AIDSiin.
O-ryhmän virukset löydettiin melko vähän aikaa sitten, ja tähän asti niitä on tavattu lähinnä Gabonissa ja Kamerunissa (Nkengasong ym. 1993, Van den Haesvelde ym. 1994). Koska O-viruksia tunnetaan vasta vain parikymmentä, ei vielä tiedetä, voidaanko tämäkin ryhmä jakaa vielä geneettisiin alatyyppeihin. Myös O-ryhmään kuuluu eräs simpansseista löydetty virus. HIV-diagnostiikan kannalta merkittävä seikka on se, että O-ryhmän virukset ovat antigeenisesti erilaisia kuin M-ryhmä. Siksi testiä valitessa tulisi varmistua, että sillä voidaan todeta myös O-ryhmän aiheuttamat infektiot. Erityisesti tämä koskee peptidi-EIA-testejä.
HIV-1-ryhmän geneettinen sukulaisuusverkosto on samantapainen kuin ryhmässä HIV-2/SIVmac. Zoonooseja on esiintynyt ilmeisesti ainakin kaksi, lähteenä ehkä simpanssi.
Muut nykyisin tunnetut kädellisten lentivirusryhmät SIVagm (neljä alatyyppiä), SIVsyk jaSIVmnd ovat löytyneet afrikkalaisista Cercopithecus aethiops (afrikkalainen vihreä apina), Cercopithecus mitis (Sykesin apina) ja Mandrillus sphinx (mandrilli) -apinoista (kuva 1). Virukset eivät ilmeisesti aiheuta niissä minkäänlaista tautia, vaikka hyvin suuri osa apinoista on luonnossa kroonisia tartunnankantajia (Jain ym. 1994).
Rekombinaatio
Retroviruksilla on toinenkin keino muunnella geneettistä informaatiotaan. Rekombinaation avulla kokonaisia genomin osia voi vaihtua keskenään eri virusten välillä (Clavel ym. 1989, Hu ja Temin 1990). Retrovirusten genomi sisältää itse asiassa kaksi täydellistä RNA-genomia, jotka kaiketi useimmiten ovat identtisiä. Mikäli kaksi hieman erilaista virusta esimerkiksi kahdesta eri HIV-1-alatyypistä infektoi samanaikaisesti solun, virukseen voi joutua yksi kopio kumpaakin genomia. Kun tällainen heterotsygoottinen viruspartikkeli vuorostaan tartuttaa seuraavan solun, voivat nämä kaksi erilaista genomia rekombinoitua ja muodostaa rekombinanttiviruksen. Rekombinaatio tapahtuu RT-entsyymin valmistaessa DNA-muotoa RNA-genomista. Tässä vaiheessa RT helposti vaihtaa yhdeltä RNA-genomilta toiselle, ja proviruksesta tulee rekombinantti (Clavel ym. 1989, Hu ja Temin 1990).
Pitkään oletettiin, että rekombinaatiota voi tapahtua vain näennäislajin sisäisenä ilmiönä. Tämä oletus on kuitenkin osoittautunut vääräksi. Alatyyppien E ja B aiheuttama kaksoisinfektio on todettu Thaimaassa (Artenstein ym. 1995), ja Ruotsista on raportoitu potilasinfektioita, jotka ilmeisesti ovat A/D-rekombinanttivirusten aiheuttamia (Leitner ym. 1995). Itse olemme osoittaneet alatyyppien A ja C välisen rekombinaation aiheuttaman infektion.
Havainnot on tehty vertailemalla sukupuita, jotka on laadittu viruksen eri geeneistä. Useimmissa tapauksissa tällaiset sukupuut jakavat virukset alatyyppeihin täsmälleen samalla tavalla riippumatta siitä, minkä geenin perusteella analyysi tehdään. Rekombinanteilla tulos on toinen: virus voi olla esimerkiksi gag-geenin perusteella A-tyyppiä mutta env-geenin perusteella D-tyyppiä. Aikaisempaa tarkemmat tekniikat ovat paljastaneet, että jopa noin 10 % kaikista sekvensoiduista HIV-1-M-ryhmän viruksista saattaa olla ainakin kahden alatyypin välisiä rekombinaatioita (Robertson ym. 1995).
Kun tutkittiin samasta potilaasta peräisin olevia vuoden välein kerättyjä näytteitä, joissa molemmissa todettiin A/C-rekombinaatio, virusten havaittiin eroavan toisistaan rekombinaatiokohdan suhteen. Tulos viittaa siihen, että rekombinaatio on jatkuva prosessi ja vaikuttaa varmaankin viruksen evoluutioon (Salminen ym. julkaisematon havainto).
HIV:n muuntelun kliininen merkitys
Alatyyppien kliinistä merkitystä on tässä vaiheessa vielä vaikea arvioida. Sellaisen muunnoksen leviäminen, jota esimerkiksi verenluovuttajien tutkimisessa käytettävät testit eivät nykyisin löytäisi, saattaisi pahentaa epidemiologista tilannetta, mutta vaikutus jäisi luultavasti hyvin lyhytaikaiseksi, koska testejä pystytään nykyisin nopeasti korjaamaan. Äskettäin esiin tullut O-tyyppi näkyi useimmissa testeissä jonkinlaisena negatiivisesta taustasta erottuvana signaalina, joka ei kuitenkaan aina yltänyt selkeästi positiiviselle tulosalueelle. Tämä johti siihen, että eräät testit oli vedettävä pois markkinoilta. Myyntiin tuli kuitenkin hyvin nopeasti uuden sukupolven testejä, joissa ongelma oli korjattu.
Alatyyppien merkitystä potilaan lääkehoidon kannalta ollaan vasta tutkimassa. Suurin osa tähänastisista hoitokokemuksista perustuu B-alatyypin infektioiden hoitamiseen, eikä systemaattista tutkimusta muiden alatyyppien hoitovasteesta ole tehty. Suomessa käynnissä oleva tutkimus (Laukkanen ym., julkaisematon havainto) saattaa olla tässä suhteessa antoisa, koska muiden kuin B-alatyyppien osuus on meillä varsin suuri.
Kauaskantoisemman merkityksen viruksen alatyyppien erottuminen saisi, jos paljastuisi, että alatyyppien välillä olisi merkittäviä biologisia eroja esimerkiksi tartuttavuudessa, taudinkuvassa tai taudin etenemisessä. Äskettäin on esitetty väitteitä siitä, että tällaiset erot olisivat todellisia ja että esimerkiksi A/E-alatyyppi olisi heteroseksuaalisessa kontaktissa sata kertaa tarttuvampi kuin B-alatyyppi (Essex 1995). Samanlaisia väitteitä on tosin esitetty aiemminkin muistakin alatyypeistä, mutta tulokset eivät ole olleet yksiselitteisiä, vaan virulenssissa on näyttänyt tapahtuvan ajan myötä muutoksia myös saman alatyypin sisällä. Eläinmallien puute hidastaa luotettavan tiedon saamista.
Alatyyppien paljastuessa kiinnitettiin myös paljon toiveita siihen, että rokotteista voitaisiin saada tehoavia, kunhan vain rokote valmistettaisiin siitä alatyypistä, joka rokotettavassa väestössä on laajimmin levinnyt. Neutralisaatiokokeet viittaavat kuitenkin siihen, ettei tämäkään asia ole niin yksinkertainen kuin odotettiin. Alatyyppien välillä tapahtuu ristiin neutraloitumista, ja saman alatyypin sisälläkin vasta-aineiden neutraloiva vaikutus on hyvin epäjohdonmukainen. Laajakirjoista neutraloivaa epitooppia, joka voisi tarjota suojan kaikkia alatyyppejä vastaan, on toistaiseksi etsitty turhaan.
Mihin evoluutio voi johtaa?
Vaikka AIDS-virukset muodostavat erittäin heterogeenisen virusjoukon, ne voidaan kuitenkin geneettisen sukulaisuuden perusteella ryhmitellä toisistaan selvästi eroaviksi ryhmiksi, joiden sisällä on nähtävissä kehityslinjoja. Kaikilla näillä viruksilla on ilmeisesti ollut yhteinen alkuvirus, josta ne ovat kehittyneet pistemutaatioiden ja rekombinaation avulla. Siitä, milloin AIDS-virukset ovat siirtyneet ihmisiin, kiistellään edelleen. Toiset pitävät mahdollisena, että ne olisivat olleet ihmisen loisia jo kauan, toiset taas ovat äskettäisten zoonoosien kannalla (Myers ym. 1992). Immuunikatoa virukset aiheuttavat vain ihmiselle ja reesusapinalle, ja molemmissa tapauksissa geneettinen sukulaisuus tukee äskettäin tapahtunutta siirtymistä. Muilla kädellisillä infektio on apatogeeninen ja geneettinen sukulaisuus viittaa pitkäaikaiseen isäntä-loissuhteeseen. Hyvin mielenkiintoinen kysymys on se, voisiko HIV-infektiostakin joskus adaptaation kautta tulla täysin oireeton. Vaikka niin kävisi, prosessi näyttää valitettavan hitaalta.
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar