Klasyki Polityki

Tajemnice wirusów

Czy mamy szansę w wojnie z drobnoustrojami?

Farma kurcząt w Taragi w Japonii. Niedawno wykryto tam przypadki ptasiej grypy. Farma kurcząt w Taragi w Japonii. Niedawno wykryto tam przypadki ptasiej grypy. Reuters / Forum
Spełnia się katastroficzny scenariusz – piszą media, strasząc nas epidemią eboli. Czy rzeczywiście wirusy noszą w sobie nieuchronną zagładę cywilizacji?
Sanitariusze z ciałem ofiary wirusa eboli, Monrowia w LiberiiEPA/PAP Sanitariusze z ciałem ofiary wirusa eboli, Monrowia w Liberii
Wirus gorączki Lassa. Choroba jest podobna do tej wywoływanej wirusem ebola.Wikipedia Wirus gorączki Lassa. Choroba jest podobna do tej wywoływanej wirusem ebola.

To naprawdę najwyższa pora, by bić w dzwony na trwogę, bo gorączka krwotoczna staje u naszych bram? Przecież nie tak znów dawno panicznie baliśmy się wirusa SARS, wywołującego nietypowe zapalenie płuc. W 2009 r. sen z powiek spędzała zaś tzw. świńska grypa, a rządy wielu państw w panice kupowały nie do końca przetestowaną szczepionkę. Po grypie świńskiej straszyła zaś ptasia. Czy wirusy rzeczywiście prędzej czy później nas wykończą?

Żeby odpowiedzieć na to pytanie, najpierw musimy zrozumieć, czym są te dziwne i budzące grozę mikroby. Kojarzone głównie z ludzkimi chorobami, choć to mocno niesprawiedliwa charakterystyka. Na lekcjach biologii większości z nas nie uczono, jak bardzo wirusy oddziałują np. na ziemski klimat i wygląd naszej planety oraz kształtują ewolucję wszystkich występujących na niej organizmów. Że są tak liczne i wszechobecne, iż warto się zastanowić, czy Ziemia to nie jest przypadkiem ich planeta. W dodatku mogą być świadkami najdawniejszych czasów, gdy przed około 4 mld lat życie dopiero na Ziemi kiełkowało. No i są nadal wielką zagadką dla nauki, która nie jest w stanie dać jasnej odpowiedzi na pozornie proste pytanie: czy to żywe istoty, czy tylko złożona chemicznie, ale martwa materia?

Trucizna i nasienie

Dowiedzieliśmy się o ich istnieniu stosunkowo niedawno, bo dopiero pod koniec XIX w. Dmitrij Iwanowski, rosyjski botanik i mikrobiolog pracujący m.in. na Uniwersytecie Warszawskim, zainteresował się mozaikowatością – dziwną chorobą tytoniu, przyprawiającą o ból głowy plantatorów. Jej objawem są liczne małe kropki pojawiające się na liściach i przypominające drobne fragmenty mozaiki.

Nauka była wówczas zafascynowana odkrywaniem niewidocznego dla nieuzbrojonego oka mikroświata bakterii oraz ich związków z chorobami. Iwanowski podejrzewał więc, że jakieś nieznane jeszcze mikroby atakują tytoń. Jednak przeprowadzone w 1892 r. eksperymenty, polegające na przepuszczaniu wyciągów z liści przez filtry wyłapujące bakterie, wykazały jednoznacznie, że czynnik wywołujący plamy na tytoniu bez problemu przez taką przeszkodę przenika. Iwanowski zinterpretował to błędnie – uznał, że mozaika na liściach pojawia się na skutek działania bakteryjnej toksyny przedostającej się przez filtr.

Badania rosyjskiego naukowca powtórzył w 1898 r. inny mikrobiolog i botanik, Martinus Beijerinck z Holandii. Z identycznym wynikiem, ale zauważył, iż tajemniczy czynnik chorobotwórczy nie namnaża się na pożywce dla bakterii, ale w komórkach liści tytoniu. To właśnie Beijerinck użył po raz pierwszy pochodzącego z łaciny słowa wirus, które w starożytnym Rzymie oznaczało zarówno jad węża, jak i męskie nasienie. Był to – jak sto lat później wykaże nauka – bardzo trafny wybór. Wirusy są bowiem zarówno czynnikami niosącymi choroby i śmierć, jak i wielkimi kreatorami życia.

Holenderski uczony miał także świetną intuicję, uznając chorobę tytoniu za wywoływaną przez coś innego niż bakterie. Ale niewiele więcej potrafił na ten temat powiedzieć. Dopiero skonstruowanie w latach 30. ubiegłego wieku mikroskopu elektronowego pozwoliło po raz pierwszy zobaczyć wirusy, a rozwój genetyki, biochemii i wirusologii umożliwił poznanie ich budowy chemicznej. Okazało się, że pod tym względem to bardzo proste i zarazem dziwne twory. Składają się z mniejszych lub większych cząsteczek DNA albo RNA (materiału genetycznego), zawierających wirusowe geny. Owe cząsteczki otoczone są zbudowanymi z białek tzw. kapsydami. Niektóre wirusy posiadają jeszcze dodatkową osłonkę lipidową.

Taka konstrukcja to bardzo niewiele (można by nawet powiedzieć: prawie nic) w porównaniu z nawet najprostszymi jednokomórkowymi organizmami, które posiadają całą maszynerię pozwalającą powielać się i dostarczać energię niezbędną m.in. do wzrostu i rozmnażania. Wirusy tego nie umieją, gdyż są pasożytami totalnie zależnymi od swoich gospodarzy. Do wytworzenia własnych kopii wykorzystują maszynerię komórek żywicieli, do których wnętrza w różne sprytne sposoby wnikają. Kiedy są poza komórkami gospodarza, trwają w całkowitej bezczynności, właściwie martwe, bo same nie są w stanie nic poza owym biernym trwaniem zrobić.

To był główny powód, dla którego wyrzucono wirusy poza zbiór istot żywych, uznając je za skomplikowane cząsteczki chemiczne. W naukach ewolucyjnych traktowano wirusy jako czynniki w stosunku do życia zewnętrzne, coś w rodzaju trzęsienia ziemi czy wybuchu wulkanu.

Powyższy pogląd do dziś pozostaje przedmiotem gorącej debaty naukowej (m.in. z powodu braku jednej, powszechnie uznanej definicji życia). I choć większość uczonych zgadza się, że raczej nie należy tych dziwnych tworów uznawać za żywe istoty, to z drugiej strony nie można ich wrzucać do tego samego worka, co np. skały czy woda. Bo wprawdzie nie są w stanie same się rozmnażać, nie wykazują metabolizmu (przemiany materii), ale jednak noszą w sobie materiał genetyczny, w którym informacja zakodowana jest dokładnie w ten sam sposób jak u bakterii, roślin, grzybów czy zwierząt (w tym ludzi). Przede wszystkim zaś skala oddziaływania wirusów na wszystkie istoty żywe i procesy ewolucji jest gigantyczna i bezprecedensowa, z czego jeszcze nie tak dawno nie zdawano sobie w ogóle sprawy. Dlatego naukowcy, opisując wirusy, używają ciekawych, nieraz brzmiących wręcz literacko, określeń. Mówią o tworach prowadzących rodzaj „zapożyczonego życia”. O istotach znajdujących się w szarej strefie pomiędzy materią nieożywioną a żywą, czyli bytujących gdzieś w międzyświatach.

Stwórcy DNA

W tym momencie pojawia się naturalne pytanie, skąd się takie dziwne istoty wzięły i kiedy pojawiły się na Ziemi. Wiele wskazuje na to, że nastąpiło to zaraz po tym, gdy zakwitło na niej życie. Są więc świadkami (a ślady tego noszą w swoim materiale genetycznym) zdarzeń sprzed ok. 4 mld lat. Ich dokładna geneza stanowi nadal zagadkę – teorii powstania wirusów jest kilka, ale żadna do dziś nie została poparta rozstrzygającymi dowodami. Jedna z hipotez mówi np., że są one oderwanym kawałkiem materiału genetycznego pochodzącym z większego organizmu. Ów fragment „nauczył się” pasożytować na innych komórkach, wykorzystując do tworzenia swoich kopii ich maszynerię.

Inna teoria zakłada, że wirusy były kiedyś jednokomórkowymi organizmami, które „wpadły na pomysł”, iż można pozbyć się całego zbędnego komórkowego bagażu i przestać troszczyć się np. o pokarm i przemianę materii, a i tak odnieść ewolucyjny sukces – czyli skutecznie powielać swoje geny. Historia ewolucji zna przykłady takich zakończonych sukcesem cofnięć w rozwoju. Niektóre bakterie – m.in. chlamydie – są małe i potrafią rozmnażać się wyłącznie wewnątrz obcych komórek, korzystając z ich zasobów. Inny spektakularny przykład to samce ryb głębinowych z rodziny matronicowatych – wgryzają się w ciało samicy, stając się małą pasożytniczą naroślą pozbawioną wszystkiego oprócz układu oddechowego i narządów płciowych.

Niezależnie od tego, jaka jest geneza wirusów, okazuje się (a przynajmniej tak sądzą niektórzy naukowcy), że mogły one bardzo mocno namieszać już na bardzo wczesnych etapach ewolucji. Materiał genetyczny organizmów żywych (jeśli wyłączymy z tej grupy wirusy) to dziś wyłącznie DNA, ale u zarania dziejów świat opierał się na siostrzanym i mniej stabilnym RNA. Skąd ta zmiana? Okazuje się, że słynną podwójną helisę DNA (którą nosimy niemal w każdej komórce ciała) mogły „wynaleźć”… niektóre wirusy. Po to – w dużym uproszczeniu – by lepiej chronić swój materiał genetyczny przed mechanizmami obronnymi gospodarzy, które niszczyły pasożytnicze RNA wirusów.

To, co odróżnia nas (i inne zwierzęta, rośliny czy grzyby) od bakterii, to obecność w komórkach pewnej wyjątkowej struktury: jądra (a w nim DNA). Otóż według jednej z hipotez, wyodrębnione jądro to nic innego niż wirus, który wniknął do jakiegoś jednokomórkowego organizmu i tak już pozostał.

Wreszcie płeć. Wiele wskazuje na to, że płciowe rozmnażanie powstało jako odpowiedź na ataki pasożytów, przede wszystkim wirusów. Podział na płcie służy bowiem zwiększaniu zmienności genetycznej potomstwa. Ta zaś jest potrzebna – mówiąc w skrócie – by intruzom uniemożliwić atak na komórki naszego ciała.

Tyle hipotezy. To co jest zaś pewne, to fakt ogromnego wpływu wirusów na ewolucję i procesy zachodzące na Ziemi. Są one pasożytami żerującymi na wszystkich znanych żywych organizmach – od najmniejszych po największe. Część z nich potrafi wbudowywać swój materiał genetyczny w DNA gospodarzy. Szacuje się, że nawet 8–10 proc. ludzkiego DNA pochodzi właśnie od tych mikrobów. Tak, w jednej dziesiątej jesteśmy wirusami i nie jest to żart.

Kąpiel w mikrobach

Wirusy zabijają dziś biliony mikroorganizmów, absorbujących z i uwalniających do atmosfery dwutlenek węgla. Pośrednio wpływają więc na ziemski klimat. Zabite przez wirusy mikroby uwalniają także węgiel, który służy jako pożywka dla innych żywych organizmów. Ta rzeź dokonuje się głównie w oceanach, które kiedyś przez naukowców były uważane za niemal pozbawione wirusów. Tymczasem jeden litr wody morskiej może zawierać ok. 100 mld tych mikrobów. Biomasa morskich wirusów równa jest wadze 75 mln płetwali błękitnych, czyli największych zwierząt, jakie kiedykolwiek pojawiły się na Ziemi (masa ciała tych wielorybów dochodzi do 190 t).

W ogromnej większości są to bakteriofagi, czyli mikroby wyspecjalizowane w pasożytowaniu na bakteriach. Jak pisze Carl Zimmer, jeden z najlepszych amerykańskich popularyzatorów nauki i autor książki „Planeta wirusów”, bakteriofagi w ciągu jednej sekundy dokonują ok. 10 bln ataków na morskie mikroorganizmy. Każdego dnia zabijają od 20 do 50 proc. bakterii żyjących w światowych oceanach. I dzięki temu utrzymują je w ryzach. Co więcej, bakteriofagi potrafią wygasić epidemię cholery wywoływaną przez żyjące w wodzie przecinkowce cholery. Tak więc nie bójmy się wchodzić do morza, choć oznacza to kąpiel w wirusowej zupie. Ogromna większość tych mikrobów jest bowiem dla nas niegroźna.

Jeśli ktoś chciałby zobaczyć namacalny dowód działalności morskich wirusów, niech spojrzy na zdjęcia lub obejrzy w naturze słynne białe klify w angielskim Dover. Powstały one na skutek odkładania się wapiennych skorupek jednokomórkowych glonów. W dużej części zabitych przez wirusy.

Warto jeszcze na chwilę wrócić do liczb przywoływanych przez Carla Zimmera, by uświadomić sobie, kto tak naprawdę zasiedlił naszą planetę. Kiedy chorujemy na grypę, jedna zarażona wirusem komórka naszych dróg oddechowych zostaje zmuszona do wyprodukowania ok. 10 tys. nowych wirusów. W ciągu kilku dni liczba wirusów grypy w naszym ciele wzrasta do ok. 100 bln. W 2009 r. Dana Willner z San Diego State University pobrała próbki flegmy ludzi. Okazało się, że w płucach każdego z nas (zdrowego czy chorego) stale rezyduje ok. 174 gatunków wirusów.

A ile w ogóle jest wirusów na Ziemi? Najczęściej w literaturze naukowej pojawia się liczba 1031 (czy 1 z 31 zerami), choć należy pamiętać, że to wyłącznie przybliżone szacunki. Oznacza to, że wirusów jest 10 mln razy więcej niż gwiazd w znanym nam Wszechświecie. Gdyby ustawić wszystkie ziemskie wirusy jeden na drugim, to utworzyłyby wieżę sięgającą w kosmos na odległość 200 mln lat świetlnych (jeden rok świetlny to ok. 9,5 bln km). Ocenia się, że wirusy mogą stanowić ok. 5 proc. biomasy (czyli masy wszystkich organizmów żywych). Natomiast liczba ich gatunków pozostaje nieznana. Samych wirusów pasożytujących na ssakach może być aż 320 tys.

Wszystko to dowodzi, że wirusy odniosły spektakularny ewolucyjny sukces. Osiągnięty m.in. za sprawą dużej zmienności genetycznej. Dzięki niej mogą skutecznie ścigać się z gospodarzami, na których pasożytują. Z tego też powodu różnorodność wirusów jest tak ogromna (niektóre, jak bakteriofagi T4, przypominają z wyglądu niezwykłe nanoroboty; inne zaś przybierają bardzo proste formy), a efekty działania tak odmienne. Wywołują bowiem zakażenia ostre, przewlekłe, lekkie i bardzo ciężkie, przenosząc się pomiędzy organizmami w najróżniejszy sposób. Niektóre mogą powodować również nowotwory, ingerując w DNA gospodarzy (jak wirus brodawczaka odpowiedzialny za raka szyjki macicy u ludzi). Jeszcze inne zamieszkać na zawsze i czaić się w komórkach – jak wirus opryszczki – by tylko od czasu do czasu dawać o sobie znać.

Ta zmienność sprawia również, że niezwykle trudno jest nam z wirusami walczyć. Najskuteczniejsza broń, jaką obecnie posiadamy (choć przeciw nielicznym wirusom), to szczepionki. Dzięki nim odnieśliśmy naprawdę spektakularne zwycięstwa nad polio czy ospą prawdziwą, praktycznie eliminując ze środowiska wywołujące je mikroby. Ale przeciw wielu wirusowym chorobom szczepionek nie umiemy stworzyć. Przykładem jest ebola. Prof. Włodzimierza Guta z Zakładu Wirusologii Narodowego Instytutu Zdrowia Publicznego PZH wcale to nie dziwi: – Nie jesteśmy na tyle genialni, by teoretycznie móc wszystko zaplanować. Eksperymentalne szczepionki przeciwko wirusowi ebola fantastycznie działają u myszy. Tylko że ebola nie jest dla nich zaraźliwa tak jak dla ludzi i dla celów badawczych trzeba je sztucznie zakażać. Dlaczego w takim razie preparaty te tracą skuteczność u człowieka? Uczeni tego nie wiedzą, gdyż nie zdołali rozpracować eboli na tyle dokładnie, aby poznać wszystkie tajemnice: na przykład dlaczego wirusy atakują zuchwale tak różne komórki organizmu albo dlaczego potrafią się w nich ukryć przed układem odporności. – Nie wiadomo, w jaki punkt wirusa uderzyć, by zahamować jego namnażanie – przyznaje prof. Gut, dodając, że w przypadku dobrze znanych szczepionek przeciwko polio lub wściekliźnie ich odkrywcom zawsze towarzyszył łut szczęścia.

Choć niektórych może dziwić bezradność współczesnej medycyny w walce z wieloma wirusami, dla ekspertów nie jest ona zaskakująca. – Wirusy poza komórką są strukturą martwą – przypomina prof. Włodzimierz Gut. – Skoro potrafią przetrwać tyle milionów lat, nie łudźmy się, że zdołamy je okiełznać w ciągu 10, 30, a może nawet 50 lat.

Nie taka ebola straszna

Warto jednak spokojnie spojrzeć na obecną epidemię eboli. Choć skutki zakażenia wywołującym ją wirusem są naprawdę straszne, to obecna panika bardziej ma wymiar medialny niż rzeczywisty. Pandemia światu raczej bowiem nie grozi, gdyż wywołujący chorobę wirus nie jest specjalnie przebiegłym pasożytem. W interesie pasożytów nie leży zabijanie swoich gospodarzy, a tymczasem wirus gorączki krwotocznej szybko uśmierca nawet do 90 proc. swoich ofiar. Jest pod tym względem zbyt skuteczny, działając na własną niekorzyść. Dlatego dotychczasowe epidemie eboli dość szybko wygasały. Ponadto chorujący zaczynają zarażać innych dopiero wówczas, gdy wystąpią u nich widoczne objawy. Więc przy sprawnej służbie zdrowia można dość szybko i skutecznie takie osoby odizolować.

Prawdziwymi mistrzami wywoływania epidemii są inne wirusy, przede wszystkim grypy (i grypopodobne). Przenoszą się drogą kropelkową, zarażając kolejne ofiary, zanim pojawią się objawy. W trakcie słynnej epidemii hiszpanki z 1918 r. zachorowała na grypę aż jedna trzecia światowej populacji. Ale śmiertelność wyniosła „tylko” jakieś 5–10 proc.

Tak więc obecnej epidemii gorączki krwotocznej nie musimy się specjalnie obawiać, bo raczej nie spełni się, jak piszą niektóre gazety, „katastroficzny scenariusz” przedostania się wirusa na wszystkie kontynenty. To inne mikroby – odpowiedzialne za SARS, czyli nietypowe zapalenie płuc, czy grypę – mogą nam poważniej zagrozić. Bo gęsto zaludnione miasta i międzykontynentalny transport lotniczy to dla nich wymarzone środowisko do działania.

Dziękujemy dr Ewie Krawczyk z Georgetown University za konsultację merytoryczną.

Polityka 34.2014 (2972) z dnia 19.08.2014; Temat tygodnia; s. 18
Oryginalny tytuł tekstu: "Tajemnice wirusów"
Więcej na ten temat
Reklama

Czytaj także

Kraj

Wymarsz z religii

W szkołach średnich, w dużych miastach, uczestniczący w lekcjach religii to już mniejszość. Topniejąca z roku na rok.

Joanna Podgórska
01.12.2021
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną