Kiedy w 1892 roku Robert Koch opublikował swe wiekopomne postulaty, zaczęła się era chorób zakaźnych. Znaczy choroby były już wcześniej, ale nikt przed Kochem nie był w stanie przekonać lekarskiej braci, że nie wywołują owych chorób „morowe powietrza” ani inne wapory czy humory, tylko niewidzialne gołym okiem stworzenia.

No nie chcieli rąk myć, a tym bardziej dezynfekować, a kto próbował im to zasugerować, umierał jak Ignaz Semmelweis, zaszczuty przez koleżeństwo-doktorstwo i przykuty do ściany w domu wariatów. Był rok pański 1865, a nie jakaś jesień średniowiecza!

Postulaty owe, gdy je spełnić, pozwalają bez wątpienia stwierdzić, że dana choroba jest zakaźna. Kluczowym wśród nich jest numer 3., który głosi: „drobnoustrój, wyizolowany od chorej osoby, po wprowadzeniu do organizmu ludzi lub zwierząt musi wywołać tę samą chorobę. Powinno się go dać ponownie z człowieka czy zwierzęcia wyizolować i wyhodować w stanie czystej kultury”.

Bez zwierząt zatem się nie da nawet pokazać, że jakakolwiek bakteria, wirus czy grzyb lub pierwotniak w ogóle jest chorobotwórczy. Chyba, że będziemy umyślnie zakażać eksperymentalnie ludzi.

A skoro dziś już wiadomo, że rak żołądka, a nawet Alzheimer, Parkinson i miażdżyca mają swe podłoże ukryte w miliardach zasiedlających nasz organizm bakterii, korzystanie ze zwierząt w laboratoriach medycyny zakażeń jest nie tylko nieuniknione. Jest coraz bardziej niezbędne.

Znajdziemy w tych zwierzętarniach wszystko. Od nicieni, muszek owocówek i różnych gatunków komarów (insektaria, pozwalające badać np. malarię i wirusowe choroby rozprzestrzeniane za pomocą owadów, jak denga) po pancerniki – niezbędne do badań nad trądem. Przez myszy, króliki, chomiki, świnki morskie, rybki Danio, minogi i kurczaki (dzięki nim wykryto, jak działają podstawowe „ramiona” układu odporności – limfocyty B i T), aż po rekiny, wielbłądy, alpaki, makaki… Absolutna menażeria.

A propos trądu, to ładna pojawia się tu historia ze zwierzętami w tle. Jak to odkrywca prątka gruźlicy – wspomniany wyżej Robert Koch – nie chciał uznać odkrycia swego norweskiego kolegi, Gerharda Henrika Armauera Hansena: prątka trądu. Z tej prostej przyczyny - Norweg (badał u siebie, Norwegia była tak biednym krajem, zanim „Bóg dał mu ropę”, że to właśnie w niej znajdowały się ostatnie europejskie leprozoria jeszcze na przełomie XIX i XX wieku) nie był w stanie spełnić tego właśnie postulatu: dotyczącego zakażania zwierząt, oraz hodowania bakterii potem jako czystej kultury.

I dopóki uczonym wiele dziesięcioleci później nie udało się wychwycić, że po Teksasie i Meksyku trąd roznoszą lokalne pancerniki, oraz że opuszki ich łap pozwalają, po stosownym wypreparowaniu, na hodowlę Mycobacterium leprae w laboratorium, postulaty Kocha dla trądu nie były spełnione. Czyli de facto ciężko go było - z naukowego punktu widzenia - uznać za chorobę zakaźną!

Nie minęło wiele lat, gdy dzięki klasycznemu już dziś eksperymentowi Brytyjczyka, Fredericka Griffitha z roku 1928, mysz laboratoryjna pozwoliła wykazać, że bakterie ulegają transformacji. Czyli, że jeśli ich komórki nie mają jakiejś cechy (np. zjadliwości, oporności na antybiotyki), to gdy im podać DNA innych bakterii, przejawiających owe groźne dla nas cechy, to milusiński dr Jekyll zmienia się w Mr. Hyde’a. Chcesz wiedzieć, dlaczego po szpitalach grasują wielooporne bakterie? Zapytaj mysz Griffitha!

Myszy te, zakażane w owym eksperymencie przez londyńskiego bakteriologa pneumokokiem łagodnym (tzw. R) żyły długo i szczęśliwie, zaś pneumokokiem zjadliwym (zwanym S), marły szybko. Po wstrzyknięciu im owego S, ale uprzednio solidnie ugotowanego na miękko, żyły, a gdy ową zupę z S zmieszano z żywym, ale dotąd niegroźnym R, a następnie wstrzykiwano, mysz marła w męczarniach na zapalenie płuc.

Gdyby nie owe myszy Griffitha, do dziś być może nie odkrylibyśmy DNA, nie istniałaby inżynieria genetyczna (w całości oparta o transformację obcego DNA do jakiś komórek), nie byłoby dostępnej ludzkiej insuliny, hormonu wzrostu i wielu innych leków, bez których już sobie dziś nie wyobrażamy medycyny.

A Griffith, choć nie doczekał się splendorów, walnie przyczynił się do walki z pneumokokowymi zapaleniami płuc, które realnie zabijały chorych na Hiszpankę – grypę z czasów I Wojny Światowej i tuż po, która dosłownie zdziesiątkowała nam ludzką populację .

Liczby królików, które dały podwaliny immunologii i nowoczesnej, opartej o przeciwciała diagnostyce medycznej, wprost nie da się zliczyć. Mnożyły się one w zwierzętarniach jak to króliki. I były hołubione. Dobry dawca przeciwciał mógł zawsze liczyć na drapanie za uchem i soczystą marchewkę od złaknionych cennych immunoglobulin tak profesorów, jak doktorantów.

Nic nam bowiem - do czasu powszechnego dostępu do sekwencjonowania DNA, czyli do jakiś 20 lat temu - nie oddało większych usług w ustaleniu, co jest do czego podobne w świecie istot żywych, niż surowica królika. Królika bowiem da się zaimmunizować dokładnie wszystkim. Od ludzkiej albuminy, przez białka błonowe komórek roślinnych, aż po PCV (tak, to samo, z którego miewaliśmy płytki w przedpokojach w blokach z okresu wielkiej płyty). Da się im zatem wstrzyknąć dowolnie cokolwiek i otrzymać po dwóch tygodniach przeciwko temu czemukolwiek przeciwciała.

Są zatem króliki laboratoryjne niezbędnym elementem w każdym badaniu każdej szczepionki – bo ona ma stymulować produkcję konkretnych przeciwciał. Oraz w milionach innych badań, gdzie po prostu jest nam szybko potrzebne jakieś przeciwciało – a tak naprawdę cały ich zestaw łączący się z jakimś konkretnym białkiem czy wielocukrem.

Od dobrego ćwierć wieku jednak króliki są coraz bardziej pasée, istnieje bowiem i dynamicznie się rozwija technologia przemysłowego pozyskiwania przeciwciał zwanych monoklonalnymi z tzw. hybrydom mysio-ludzkich. Takie przeciwciała rozpoznają tylko jedną bardzo konkretną domenę (strukturę) na całym, częstokroć wielkim antygenie, np. jakimś obcym białku. Choćby tym nieszczęsnym powierzchniowym „spike” robiącym „słoneczną koronę” koronawirusa, które jest od kilku miesięcy źródłem wielu dramatów. Bo to ono właśnie umożliwia wirusowi wejście do naszych komórek.

Tu zatem potrzebna jest mysz. Wstrzykujemy jej antygen, a po kilkunastu dniach pozyskujemy z niej śledzionę, z tej zaś limfocyty B – takie białe krwinki, które wytwarzają przeciwciała. Każda taka komórka wytwarza przez całe swe życie tylko jeden konkretny rodzaj przeciwciał – wiążących tylko jeden antygen w jeden konkretny sposób. Taki limfocyt z myszy, która oddała swe życie dla nauki i medycyny, łączy się następnie z komórką ludzkiego szpiczaka.

To nowotwór, więc komórka owa jest nieśmiertelna, i daje nieśmiertelność całej powstałej hybrydzie komórki mysiej z komórką ludzką. Hybryda owa produkuje dane przeciwciało, a ono może być lekiem, np. w onkoterapii, czy służyć diagnostyce w tak rozlicznych testach, że nie sposób tu nawet je z grubsza wyliczyć. Jedna poświęcona mysz, a może dać hektolitry niezbędnych w medycynie przeciwciał monoklonalnych.

Chcemy duże zwierzę laboratoryjne w walce o lepszą przyszłość bez chorób zakaźnych? To niemożliwe, ale zawsze warto powalczyć, żeby ich było mniej, nie? Proszę bardzo. Skoro mam teraz opowiedzieć o przeciwciałach w skali „Nano”, potrzebne nam będą zwierzęta wielkie, jak rekiny, albo wielbłądowate, czyli dromadery, wielbłądy, alpaki i lamy. Nie zawsze bowiem duży może więcej. Duży jest przyciężki, nie wszędzie wlezie, nie wszystko spenetruje… „Tiny and mighty” mówi o nanoprzeciwciałach poeta.

Zwierzę może być spore, ale jego przeciwciała, o ile ewolucja wywinęła kozła (a w rozwoju rekinów, oraz niezależnie wielbłądowatych po prostu zrobiła salto mortale), są doprawdy niewielkie. Co najmniej połowę, a czasem dziesięciokrotnie mniejsze od normalnych, takich jak nasze, ludzkie. A komórki i struktury mamy malutkie. I tam trzeba umieć się dostać, jak chce się robić cuda współczesnej medycyny.

Czasem trzeba zablokować łączenie się jednego sporego białka – niech będzie to nasz bohater, koronawirusowy spike – do jego sporego receptora, ludzkiego białka ACE2. Jednak domena, ścisły obszar tego wiązania się ze sobą, jest bardzo maleńka. A połączenie ścisłe. Jeśli chcemy mu zapobiec, trzeba dokładnie tam wysłać bardzo maleńkie białko, a nie zwykłe ludzkie przeciwciało 150 kilodaltonów żywej wagi.

I owa lama ze zwierzętarni czy inny wielbłąd – lub rekin, jeśli laborant woli pływać w wodzie z lekkim anestetykiem, zamiast usiąść na taborecie i głaskać zwierzę po szyi – jest immunizowana, po czym po miesiącu pobiera się od niej krew, a ona sobie tam dalej spokojnie stoi lub biega po wybiegu i żuje trawę. Z tej krwi pozyskuje się bardzo dziwne, małe, ale super specyficzne przeciwciała. To w nich tkwi nadzieja na skuteczny i nowoczesny lek wszystkich cierpiących na COVID-19. I to one już dzisiaj są zarejestrowanymi lekami na rozliczne choroby. Od rzadkich zakrzepic po zatrucia jadami.

Potrzeba nanoprzeciwciał produkowanych masowo. Z krwi wielbłąda zatem pozyskuje się znów limfocyty B. Tym razem jednak przeciwciało jest takie małe i sympatyczne, że da się zrobić taki biotechnologiczny myk [1] , by wielbłąd stał i żuł, mysz nie musiała poświęcać się i oddawać swej śledziony, a nanoprzeciwciało robiły bakterie. Tych nikomu nie żal i nikt w ich obronie nie walczy.

„Daj spokój, pchła to też istota” śpiewał kabaret „Elita” z Wrocławia. O bakterii nikt nawet tak nie pomyśli. No i robią zatem w całych hektolitrach pożywki te zbawienne nanoprzeciwciała. Niezbędnych do wielu dziedzin nauki (np. krystalografii), w medycynie, tak w terapii, jak diagnostyce.

I jest pomysł – zresztą polski – by nanoprzeciwciało przeciw SARS-CoV-2 sprząc z bakteriofagiem (wirusem bakteryjnym), aby ów bakteriofag dosłownie „wyznakowywał” wirusa, wystawiając go do odstrzału przez naszych osobistych „czyścicieli” – komórki żerne oraz układ siateczkowo-śródbłonkowy. O tym, że są wirusy, które leczą, pisałam już wcześniej. W ramach walki z COVID-19 obmyślono po prostu kolejną, wspartą nanoprzeciwciałami, mutację tego pomysłu.

A co mają zwierzęta – zwłaszcza te laboratoryjne – do naszej gwiazdy ostatnich trzech miesięcy, koronawirusa SARS-CoV-2? Wszyscy już chyba słyszeli o lwach z nowojorskiego zoologu zakażonych SARS-CoV-2 i mających objawy zapalenia górnych dróg oddechowych. Oraz o szpicu z Hong Kongu – ten z kolei nie miał objawów, ale miał tego samego wirusa, co jego chory właściciel. Ludzie zaczęli porzucać swoje domowe zwierzęta, nie wyłączając rybek i żółwi, mimo zapewnień weterynarzy, że to nonsensowne.

To prawda: zwierzęta, przynajmniej niektóre, mogą chorować na COVID-19. Ale to jest w istocie – o ile nie będzie epidemiczne – raczej błogosławieństwo. Przynajmniej dla nauki. Bo w badaniu każdej choroby, a im bardziej jest ona nieznana, tym bardziej, jest potrzebny odpowiedni model zwierzęcy. Model, czyli stworzenie, które nie tylko da się w kontrolowany sposób zakazić wirusem, ale będzie miało symptomy podobne do człowieka i w ogóle będzie jak najbardziej do nas podobne.

Owo podobieństwo nie musi być zewnętrzne. Niech to by była i mysz, tylko taka… ludzka. Czyli aby część jej białek – zwłaszcza tych istotnych dla infekcji COVID-19 – była dokładnie taka, jak ludzkie odpowiedniki. Mysz dzieli od człowieka jakieś 80 milionów lat ewolucji – wtedy żył nasz ostatni wspólny przodek. Trzeba zatem najczęściej taką ludzką mysz zrobić. Żeby miała ludzkie a nie mysie białko ACE2 – to warunek minimalny. I taka mysz była zrobiona w ramach pierwszej epidemii SARS, ale w ramach naszej dojutrkowości – także w nauce – zapomniano o niej.

Na szczęście ten bezcenny transgeniczny gryzoń (to trochę trwa i kosztuje zrobić zwierzę z ludzkim genem zamiast własnego) zrobiony w 2007 roku w laboratorium Stanleya Perlmana na Uniwersytecie Iowa, przetrwał w formie zamrożonych plemników. Gdy bowiem SARS przestał być problemem, zawieszono związane z nim projekty na „wieczne nigdy” – teraz jemy tego konsekwencje w ramach epidemii COVID-19. Nie jesteśmy gotowi i znowu czas jest potrzebny, by z plemnika, zmrożonego w Jackson laboratory, które dostarcza za darmo mysich „szczepów” do celów naukowych, była ta mysz, co trzeba. Zwłaszcza że z prośbą zwróciło się teraz jednocześnie… tysiąc laboratoriów.

Mysi bowiem ACE2 jest tak inny od ludzkiego, że myszy nie dało się zakażać SARS-CoV-1, a teraz z SARS-CoV-2 jest podobnie – nie ma objawów jakiś wielkich, nie da się zatem testować ni kandydatów na leki ni potencjalnych szczepionek. Znajdujemy się zatem na etapie delikatnego rozmrażania bezcennego mysiego nasienia i …oby się udało i niech ta sperma będzie płodna!

Można oczywiście metodami inżynierii genetycznej „przyciąć” wirusa do potrzeb myszy – co zrobić łatwiej, niż „przyciąć mysz” do potrzeb wirusa. Ale moim zdaniem to krótkowzroczna strategia. Pozwoli jedynie badać interakcje, nie pozwoli pracować nad szczepionką czy lekami – etap „zhumanizowanego” zwierzęcia jest nie do uniknięcia.

Już jednak od czasów epidemii SARS przed niemal 20 laty wiadomo, że da się tym wirusem zakazić skutecznie innego gryzonia: chomika syryjskiego. Bez żadnych modyfikacji, a chomików jest wiele, bo uwielbiamy dawać je dzieciom, jako żywe maskotki. Dziś okazało się, że choć SARS-CoV-1 nie zakażał ich bardzo, wiec model był z tego też słaby, to SARS-CoV-2 bardziej sobie chomiczka upodobał.

On w ogóle lubi różne zwierzęta, co dość dziwne, bo wirusy są na ogół raczej dość gatunkowo specyficzne pod względem tego, co skutecznie umieją zakazić. Na łamach zatem „Clinical Infectious Diseases” z 26 marca możemy przeczytać artykuł autorstwa badaczy z Hong Kongu, którzy zdołali zakazić SARS-CoV-2 osiem chomików. Miały pełno wirusa w tkance płucnej i jelitach wyładowanych chomiczym ACE2).

Biedne zwierzęta będą chyba świetnym modelem tego zakażenia, bo niemal natychmiast ich sierść uległa skołtunieniu, przygarbiły się zagorączkowały i miały szybszy oddech. Wpadają też w letarg, co badacze z Hong Kongu uważają za „close enough” do objawów COVID-19 u ludzi. A ACE2 chomika różni się w swym kluczowym dla wiązania wirusowego „Spike” elemencie tylko 4 aminokwasami od białka ludzkiego, gdy u myszy czy szczura tych różnic jest kilkanaście. Z punktu widzenia pracowników zwierzętarni, zawsze lepiej, że to chomik, niż lew, nieprawdaż?

Problem jest i taki – i tak to wygląda w relacji SARS-CoV-2 a eksperymentalne małpy – że nie zawsze słabe w modelu jest to, iż zwierzę nie chce zachorować z powodu ludzkiego wirusa. Problemem może być właśnie to, że choruje za bardzo i zupełnie inaczej, niż człowiek. Testowane małpy okazują się tu niemal natychmiast rozwijać gwałtowne zapalenie mózgu, jak niektórzy ludzie w przypadku MERS. A i dla SARS-CoV-2 wykazano niedawno, ze potrafi zaatakować układ nerwowy – tak obwodowy (czasowa utrata węchu i smaku), jak i mózg. Makaki nie mają jednak objawów zapalenia płuc. Czy to dyskwalifikuje model? To zależy, do czego chcemy go wykorzystać. Jeśli do badania szczepionki, nie. Jeśli do badania leków – raczej tak.

Wspomniawszy wyżej z wdzięcznością owych niezbędnych dla nauki techników, laborantów, specjalistów – zoologów, zootechników, a także ekipy sprzątające, zapewniające pokarm i wodę, trzeba sobie uświadomić, że znalezienie dobrego zwierzęcego modelu każdej choroby, w tym zwłaszcza chorób zakaźnych, to absolutne clou programu pracy nad nią – nad jej leczeniem i zapobieganiem jej. Od czasów Kocha już tego nie unikniemy. A dziś, gdy kwarantanny narodowe zamknęły naukowców, techników i ekipy sprzątające zwierzętarnie w domach z dziećmi, lub wprowadzono rygory pracy pojedynczej, aby uniknąć wyłączenia całego laboratorium z pracy w wyniku zakażenia jednego pracownika, nie da się działać szybko, bo grupowo.

Dlatego nie dziwi, że WHO organizuje obecnie co czwartek wideokonferencję, w której bierze udział niemal 100 największych na wiecie specjalistów od modeli zwierzęcych chorób zakaźnych i chorób płuc. Oni muszą wspólnie, dzieląc się wstępnymi wynikami i dyskutując, ustalić, jaki model zwierzęcy będzie dla COVID-19 najodpowiedniejszy, a jednocześnie dający się szybko otrzymać i tanio utrzymać.

Czy będą to chomiki, fretki, a może makaki lub inne gatunki małp? Zwierzę musi bezpiecznie dla swego życia oddawać krew do analiz, najlepiej wielokrotnie w toku zakażenia. Mysz jest za mała, chomik też… szczur czy fretka, choć mają problemy z ACE2, są z tego punktu widzenia lepszym rozwiązaniem. Problem stworzenia modelu choroby zakaźnej, zwłaszcza „na akord” nie jest ani trochę trywialny.

Bez zwierząt w laboratorium nie dowiemy się dzisiaj właściwie niczego i nie opracujemy żadnych skutecznych strategii walki z COVID-19. Nie dowiemy się, dlaczego dzieci nie są wrażliwe aż tak bardzo na zachorowanie, a to ważne, nieprawdaż? Nie będziemy mieć leków, a to niezbędne. Nie można wobec tego wirusa siedzieć latami w defensywie. Schować się przed nalotem dywanowym jest mądre. Siedzieć w schronie na wieczność, nie pracując nad kontratakiem, jest głupie. Bez zwierząt laboratoryjnych o mądrości możemy sobie tylko pomarzyć. Nie tylko w walce z COVID-19 czy mikrobami.

Magdalena Kawalec-Segond

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy

Przypisy:
[1] Z owych limfocytów B izoluje się całkowity mRNA, na jego bazie tworzy się bibliotekę cDNA w dużych bakteryjnych wirusach, fagach, np. lambda. Taka biblioteka produkuje zakodowane w niej białka i daje się przeszukiwać konkretnym antygenem – szukamy wszystkich sytuacji, gdy klon z biblioteki wiąże nasz antygen – znaczy koduje przeciwciało zdolne to robić. Teraz bardzo szybko możemy je mieć w bardzo dużej ilości i bardzo wysokiej czystości. A jak już są sklonowane w bakteriach, to za pomocą metod inżynierii genetycznej można z nimi już zrobić wszystko. Zmodyfikować je całkowicie i dowolnie. Źródła:
https://www.sciencemag.org/news/2020/04/mice-hamsters-ferrets-monkeys-which-lab-animals-can-help-defeat-new-coronavirus?utm_campaign=news_daily_2020-04-13&et_rid=379130090&et_cid=3284539#