отмъщение

  • Ротавирусната инфекция е основна причина за тежка диария при малки деца и животни.
  • Човешките ротавирусни ваксини се появяват като ефективна намеса за обществено здраве за предотвратяване на инфекции.
  • Млякото съдържа захари, протеини и антитела, способни да инхибират ротавирусите.
  • Молекулите, получени от млечни продукти, могат да осигурят допълнително средство за намаляване на тежестта на ротавирусните инфекции, особено в развиващите се страни.

Основният виновник за вирусния гастроентерит при малки деца е група вируси, наречени ротавируси, които причиняват тежка диария и дехидратация. След като са се развили, за да разпознават определени повърхностни молекули върху клетките, които облицоват тънките черва, ротавирусите се захващат върху тези молекули, за да започнат своята война и да нахлуят в червата. Въпреки това, бозайниците са разработили някои собствени биологични оръжия, за да се противопоставят на вирусните атаки. Например, млякото съдържа много забележителни съставки, включително захари и протеини, които имитират рецепторите на клетъчната повърхност, към които ротавирусите се свързват в червата. Тези млечни лакомства могат да помогнат за предпазването на бебетата от гастроентерит, като действат като примамки, изтривайки вредните ротавируси.

Всяка година диарията, причинена от ротавирусни инфекции, засяга милиони деца по целия свят и убива около половин милион деца на възраст под пет години, главно в развиващите се страни (Tate et al., 2012). Ротавирусите също са отговорни за сериозни заболявания при младите от други видове бозайници, което води до значителни икономически загуби в животновъдството. Две ваксини срещу човешки ротавирус станаха достъпни през 2006 г. и оттогава се оказаха много ефективни (85–100%) за намаляване на тежестта от ротавирусни инфекции в индустриализираните западни страни (Giaquinto et al., 2011). В развиващите се страни обаче ваксинацията е по-малко ефективна (обикновено 40–70%), освен че е възпрепятствана от високите разходи и други бариери пред широкото разпространение. Следователно учените и органите за обществено здраве продължават да търсят допълнителни средства, които могат да помогнат за борба с ротавирусните инфекции както при хората, така и при животните.

Няколко научни изследвания през последните няколко десетилетия показват, че кърменето предпазва кърмачетата от чревния хаос, причинен от ротавирусите. Изследователите отдавна отдават този анти-ротавирусен ефект на някои захари, протеини и антитела, присъстващи в млякото, но разгадаването на детайлите на молекулярната война все още продължава.

Сложни захари, участващи в битка

Някои ротавируси, които заразяват животните, разпознават вид проста захар - монозахарид - наречен сиалова киселина. Сиаловите киселини обикновено седят в края на сложни захари или олигозахариди, вериги от 3–10 монозахариди, които са прикрепени към повърхността на много клетки. Придържайки се към такива олигозахариди, съдържащи сиалова киселина, вирусите могат да проникнат в клетките.

Изследователи от Университета в Илинойс наскоро потвърдиха хипотезата, че съдържащите сиалова киселина олигозахариди в човешкото мляко могат да осуетят подобни атаки върху чревните клетки от зависимите от сиаловата киселина ротавируси (Hester et al., 2013). Въз основа на тестове в лабораторно отгледани клетъчни култури, те съобщават, че блокирането на прикрепването на ротавирус към клетките е най-вероятно основната контрастратегия на млечните захари. Техните данни също така показват, че дори ако вирусите преобладават в етапа на свързване, млечните захари все пак могат да се борят, например като пречат на проникването на вируса в клетките или на способността на ротавирусите да се репликират в клетките.

Хестър и колегите му стигнаха до заключението, че млечните захари могат да бъдат полезни за предотвратяване на ротавирусна инфекция при човешки бебета, както и при млади животни. Те предполагат, че захарите от човешко мляко могат дори да се използват терапевтично, например във формули, за да се намали тежестта и продължителността на заболяването при деца, вече заразени с ротавирус. Като част от своето проучване те разработиха ефективен метод за изследване на битката между ротавирус и млечна захар в червата на прасенцата. Следвайки стриктни указания за етиката на животните, този нов модел на животни предоставя чувствителна система за скрининг на млечните захари и други съставки за анти-ротавирусна активност.

Докато това проучване на доказателствената концепция демонстрира положителни ефекти на сложните млечни захари срещу ротавирус, зависим от сиалова киселина, който заразява прасета, то не показва ефект на млечните захари срещу човешки ротавирус, който има не се нуждаят от сиалова киселина, за да свържат клетките гостоприемници. Тъй като човешките ротавируси обикновено не зависят от сиаловата киселина, в кърмата трябва да има допълнителни компоненти, които да осигуряват наблюдаваната защита на кърмачетата от гастроентерит.

Фокусирайки се върху три човешки ротавируса, които обикновено причиняват гастроентерит, изследователите в Синсинати, Охайо, предполагат, че тези вируси биха дошли в друга захарна структура (Huang et al., 2012). Те предоставиха първите доказателства, че протеин, изпъкнал от основните човешки ротавируси, шип протеин VP8 *, се свързва по специфичен начин с група сложни захари, известни като антигени на хисто-кръвна група (HBGA). HBGAs присъстват на повърхностите на червените кръвни клетки и клетките, които подреждат храносмилателните, дихателните и пикочно-половите пътища.

Изследването на Huang et al. предполага, че независимите от сиалова киселина човешки ротавируси могат да използват HBGAs като свързващи партньори, за да получат достъп в клетките. Между другото, HBGAs също присъстват като свободно плаващи олигозахариди в няколко биологични течности, включително мляко. Тези изследователи установиха, че съдържащите HBGA фракции от проби от човешко мляко се свързват с човешки ротавирус. Така че има все повече доказателства, че млякото съдържа арсенал от сложни захари, годни да се борят срещу различни видове ротавируси.

Протеини, опаковащи удар

Много от протеините в млякото също се смятат за ключови играчи в защитата срещу патогенни нашественици. Например, човешкият протеин лактадхерин инхибира човешки ротавируси (Kvistgaard et al., 2004). Лактадеринът е един от градивните елементи в тънкия филм на протеини и липиди, заобикалящи мастните капчици в млякото, известен като мембрана на глобулата на млечната мазнина.

Подобно на много от протеините в мембраната на глобулата на млечната мазнина, лактадеринът е гликопротеин, което означава, че е украсен с олигозахариди. Захарите, стърчащи от протеиновата повърхност, вероятно заслужават поне част от заслугата за антивирусния ефект.

Няколко лаборатории демонстрираха, че други гликопротеини, като MUC1, които съставят мембраната на глобулата на млечната мазнина както в човешкото, така и в кравето мляко, също инхибират ротавирусите. Тези братовчеди от човешки и говежди гликопротеини се различават доста в способността си да инхибират ротавирусите, вероятно поради разликите в структурата на протеина, както и в свързаните захари (Kvistgaard et al., 2004). Все още има много какво да се открие относно техния антивирусен механизъм.

Антитела - търговска алтернатива?

Много усилия са положени в опитите за разработване на търговски млечни продукти с антиинфекциозни свойства. По-конкретно, коластрата на кравата - богатата предмлечна течност, отделяна през първите няколко дни на лактацията, която съдържа големи количества антитела - предизвика голям интерес. Антителата, известни също като имуноглобулини, са гликопротеини с мисия за търсене и унищожаване, улавящи чужди нашественици като вируси или бактерии чрез заключване върху специфични целеви молекули на тяхната повърхност.

Потенциална бариера пред широкото използване на продукти, получени от коластра, е тяхната висока цена, като се има предвид ценната природа на суровината. Интересното е обаче, че екип от изследователи от Дания и Испания демонстрира, че неутрализиращите ротавируса антитела присъстват в обикновен търговски суроватъчен продукт, което предполага, че може да има евтини алтернативи на антителата, получени от коластра (Bojsen et al., 2007).

Ротавирусните антитела обаче лесно се унищожават чрез термична обработка (пастьоризация), която се използва по хигиенни причини при приготвянето на търговски продукти от говежди суроватки. Поради това Бойсен и колеги подчертаха, че е от решаващо значение производителите да оптимизират условията на отопление, за да поддържат съответния анти-ротавирусен ефект.

Ясно е, че освен осигуряването на хранене на кърмачета, както човешкото, така и кравето мляко са пълни с защитни молекули, някои от които са разработили специализирани механизми за отмъщение в надпреварата във въоръжаването с ротавируси. Очевидно ротавирусите са страховити врагове, които твърде често са имали надмощие. Но с нововъзникващото обещание за човешки ротавирусни ваксини и потенциала да повишат техния успех в подходяща комбинация с практики за кърмене и усъвършенствани продукти, получени от мляко, изглежда, че ротавирусите вече са сложили картите срещу тях.

Bojsen A, Buesa J, Montava R, Kvistgaard AS, Kongsbak MB, Petersen TE, Heegaard CW, Rasmussen JT (2007). Инхибиращи дейности на говежди високомолекулни суроватъчни протеини върху ротавирусни инфекции in vitro и in vivo. J Dairy Sci 90: 66-74.

Giaquinto C, Dominiak-Felden G, Van Damme P, Myint TT, Maldonado YA, Spoulou V, Mast TC, Staat MA (2011). Обобщение на ефективността и въздействието на ротавирусна ваксинация с пероралната петивалентна ротавирусна ваксина: систематичен преглед на опита в индустриализираните страни. Ваксина срещу хум 7: 734-748.

Hester SN, Chen X, Li M, Monaco MH, Comstock SS, Kuhlenschmidt TB, Kuhlenschmidt MS, Donovan SM (2013). Олигозахаридите от човешко мляко инхибират заразността от ротавирус in vitro и при остро заразени прасенца. Br J Nutr 110: 1233-1242.

Huang P, Xia M, Tan M, Zhong W, Wei C, Wang L, Morrow A, Jiang X (2012). Спайковият протеин VP8 * на човешкия ротавирус разпознава антигени на хисто-кръвна група по специфичен за типа начин. J Virol 86: 4833-4843.

Kvistgaard AS, Pallesen LT, Arias CF, López S, Petersen TE, Heegaard CW, Rasmussen JT (2004). Инхибиращи ефекти на съставките на човешкото и говеждото мляко върху ротавирусните инфекции. J Dairy Sci 87: 4088-4096.

Tate JE, Burton AH, Boschi-Pinto C, Steele AD, Duque J, Parashar UD; Координирана от СЗО глобална мрежа за наблюдение на ротавирусите (2012). 2008 оценка на свързаната с ротавирус смъртност при деца на възраст под 5 години преди въвеждането на универсални програми за ваксинация срещу ротавирус: систематичен преглед и мета-анализ. Lancet Infect Dis 12: 136-141.