Wirusy wdychamy w ogromnych ilościach. Na początku XXI wieku odkryto coś, co można kolokwialnie nazwać opadem wirusowym. Nieustanny strumień cząstek wirusowych spadających z atmosfery w ogromnych ilościach. Szacuje się, że na metr kwadratowy dziennie opadają ich setki milionów na metr kwadratowy – opowiada w Radiu Naukowym dr Szymon Drobniak, biolog z Uniwersytetu Jagiellońskiego i New College, University of New South Wales (UNSW) w Sydney. Szymon jest również tłumaczem książki Carla Zimmera „Planeta wirusów. Czy wirusy sterują życiem na Ziemi?”, którą świeżo opublikowało wydawnictwo Copernicus Center Press www.ccpress.pl.

Nie da się więc nie mieć z wirusami kontaktu. – Traktujemy je jako coś, co nam szkodzi. Ale na świecie o wiele więcej jest wirusów, które ludziom w ogóle nie szkodzą – dodaje dr Drobniak. Wirusy w swojej naturze są pasożytami, nie mogą żyć (?) poza inną komórką. – W tym sensie zawsze komuś szkodzą, ale w większości bakteriom – opowiada naukowiec.

Wirusy w naszym genomie

Co więcej, wirusy są nie tylko wokół nas, ale i w naszych wnętrzach – w sposób najdosłowniejszy. Tkwią w naszych genomach. „Przez miliony lat nieustającej inwazji retrowirusów na nasze genomy ich materiał genetyczny gromadził się w ludzkim DNA w zastraszającym tempie. Każdy z nas posiada w swoim genomie prawie 100 tysięcy fragmentów retrowirusowego DNA, co stanowi około 8% naszego całkowitego DNA. Aby umieścić tę liczbę we właściwej perspektywie, dobrze jest zdać sobie sprawę z tego, że geny kodujące wszystkie 20 tysięcy ludzkich białek stanowią raptem 1,2% naszego DNA” – pisze w „Planecie wirusów” Carl Zimmer. – Dzieje się to tak, że retrowirus z jakiegoś powodu, przez mutację albo to, że wbuduje się w złym miejscu (…), staje się nieaktywny. I tak zostały w naszych organizmach jako takie wirusowe nagrobki – dopowiada dr Drobniak.

W tym sensie retrowirusy są jednymi z ważniejszych silników ewolucji. Przykład? Znów Carl Zimmer: „W roku 1999 Jean-Luc Blond odkrył wraz ze swoim zespołem ludzkiego endogennego retrowirusa, który został nazwany HERV-W. Badacze byli zaskoczeni, że jeden z genów tego wirusa wciąż zdolny jest produkować zakodowane w nim białko. Okazało się, że kodowane białko – zwane syncytyną – pełni bardzo ważną i ściśle określoną rolę, rolę istotną nie dla wirusa, ale dla jego ludzkiego gospodarza. Syncytyna występuję wyłącznie w łożysku. (…) Usunięcie genu syncytyny u myszy prowadziło do stuprocentowej śmiertelności mysich embrionów przed narodzinami. Pochodzące od wirusa białko było kluczowym elementem pozwalającym na przekazywanie substancji odżywczych z krwioobiegu matki do rosnącego embrionu”.

Gdyby nie retrowirus HERV-W, nasze rozmnażanie mogłoby wyglądać zupełnie inaczej. Niesamowite, co?

Radio Naukowe patronem medialnym „Planety wirusów”

Bardzo Wam polecam cały podcast oraz książkę „Planeta wirusów” Carla Zimmera. Jest kompaktowa, napisana (i przetłumaczona!) w lekki i zrozumiały sposób. Pozycja obowiązkowa, szczególnie w czasach, gdy pewien znany wszystkim wirus tak mocno zmienił nasze życie. Radio Naukowe jest dumnym patronem medialnym książki!

Zajrzyjcie na stronę CC Press:

https://www.ccpress.pl/planeta-wirusow

 

TRANSKYPCJA

 

Szymon Drobniak: Na początku XXI wieku odkryto coś, co bardzo kolokwialnie można by nazwać deszczem wirusowym albo opadem wirusowym, czyli taki nieustanny strumień cząstek wirusów, które w ogromnych ilościach, szacowanych na setki milionów na metr kwadratowy powierzchni Ziemi dziennie, spadają z atmosfery.

 

Karolina Głowacka: Wirusy są wszędzie – w wodzie, powietrzu, glebie, nas samych. Są jednymi z ważniejszych silników ewolucji, a jednocześnie są to twory – bo przecież nie organizmy – wciąż dla nas tajemnicze. Nazywam się Karolina Głowacka, to jest Radio Naukowe – podcast, który działa i rozwija się dzięki wsparciu patronek i patronów w serwisie Patronite. Przed wami odcinek numer sześćdziesiąt jeden o planecie wirusów. Zaczynamy.

 

K.G.: Doktor Szymon Drobniak, biolog z Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Sydney jest gościem Radia Naukowego. Dzień dobry. 

 

S.D.: Dzień dobry.

 

K.G.: Szymon jest również tłumaczem książki, o której będziemy dzisiaj rozmawiać – Planeta wirusów. Czy wirusy sterują życiem na Ziemi?. Napisał ją Carl Zimmer i jest to książka opublikowana przez Copernicus Center Press po raz pierwszy po polsku. Premiera tego podcastu ma miejsce piętnastego września, a dzień wcześniej była premiera tej książki. I muszę z dumą powiedzieć, że Radio Naukowe jest patronem medialnym tej bardzo interesującej publikacji. Skoro zadane jest to pytanie, czy wirusy sterują życiem na Ziemi, to oczywiście mamy ku temu jakieś przesłanki. Masz takie poczucie, że niedoceniane przez lata wirusy to jest taki świat, w którym jeszcze nauka ma się gdzie zagłębiać?

 

S.D.: Tak, jak najbardziej. Muszę przyznać, że tłumaczenie tej książki otworzyło mi oczy na bardzo wiele rzeczy, które dotyczą wirusów. Jestem biologiem ewolucyjnym i w swojej pracy zajmowałem się do tej pory dosyć dużymi gabarytowo organizmami, czyli zwierzętami, a ostatnio ich mikrobiomem, czyli bakteriami. Natomiast do tej pory nie schodziłem do tego poziomu wirusowego. W mojej świadomości wirusy tak naprawdę funkcjonowały bardziej jako organizmy chorobotwórcze, czyli powodujące głównie problemy w naszym życiu. Dla mnie jako biologa wirusy to jest też narzędzie dlatego, że czasami używamy ich np. do wstrzykiwania jakichś kawałków DNA do komórek, jeżeli jest taka potrzeba. Albo wirusy są używane czasami w różnego rodzaju procedurach biochemicznych jako takie mikroskopijne lub wręcz nanoskopijne mikromaszyny, które robią za nas różne rzeczy w trakcie badań. Natomiast w codziennym życiu najczęściej myślimy o nich, kiedy mamy grypę, katar albo jakąś inną chorobę wirusową. 

 

K.G.: W ostatnich miesiącach wiadomo, o czym przede wszystkim myślimy – o koronawirusie.

 

S.D.: Dokładnie. Zresztą drugie wydanie tej książki zostało troszkę zmotywowane właśnie tym, że pojawił się koronawirus. W pierwszym wydaniu oczywiście nie było o nim śladu, bo wtedy jeszcze nie znaliśmy SARS-CoV-2. Miałem bardzo ciekawą sytuację z tą książką dlatego, że kiedy zaczynałem ją tłumaczyć, dostałem do tłumaczenia wersję pierwszą – było to wydanie angielskie, które ukazało się właśnie jako drugie wydanie, które zawierało już rozdział o koronawirusie, ale to wydanie było napisane przed wynalezieniem szczepionek. I najciekawsze było to, że kiedy kończyłem tłumaczenie, dostałem zaktualizowany plik, który miał się stać trzecim angielskim wydaniem i który niemalże w czasie rzeczywistym miał pewne rzeczy poprawiane, edytowane, tak żeby odpowiadały one temu, co się działo. Bo trzeba przyznać, że akurat w przypadku koronawirusa obserwowaliśmy rozwój całej sytuacji tak, jak się rzeczy działy – i jednocześnie zmieniała się też książka. 

Więc najczęściej traktujemy wirusy jako taki niuans, który nam przeszkadza, czyli pasożyty, które wywołują choroby. Jest to bardzo niesprawiedliwe spojrzenie dlatego, że jak się okazuje, wirusy są absolutnie wszędzie i na świecie jest o wiele więcej wirusów, które nam, ludziom w ogóle nie szkodzą. To jest taki paradoks, że wirus z definicji jest pasożytem. Wirusy nie są żywe według współczesnych definicji życia, a przynajmniej nie w pełni żywe, chociaż oczywiście jak w każdej dziedzinie mamy obozy. To znaczy, nawet niektórzy wirusolodzy się z tym do końca nie zgadzają, ale faktem jest, że wirus w przeciwieństwie do jakiejkolwiek innej żywej komórki nie potrafi żyć, przetrwać, rozmnażać się poza jakąś żywą komórką, którą wykorzystuje. Czyli nie potrafi żyć inaczej, niż będąc pasożytem jakiegoś bardziej zorganizowanego życia komórkowego. Więc absolutnie wszystkie wirusy, które występują na świecie, są pasożytami i komuś szkodzą w taki czy inny sposób. Natomiast tak się składa, że ta pula nam szkodząca jest mniejszością dlatego, że większość wirusów – patrząc na frakcje tego, co jest na naszej planecie – to wirusy, które szkodzą bakteriom, czyli tzw. bakteriofagi. I ta książka zresztą bardzo fajnie rozwija ten wątek w dosyć spektakularny sposób.

 

K.G.: Tak, ta wielka wojna między wirusami a bakteriami to jest rzecz może nawet na osobny podcast. Książkę otwiera taka scena, kiedy zostaje odkryta kryształowa jaskinia – miejsce, do którego nie miał dostępu żaden człowiek i które w ogóle było odcięte. Pobrano tam próbkę wody. Okazało się, że w jednej kropli znaleziono dwieście milionów wirusów. To są takie rzeczy, które zupełnie rozsadzają głowę. Wirusy są wszędzie na Ziemi, ale także głęboko w nas. Naukowcy pomyśleli sobie: no dobrze, to skoro są w takich odciętych jaskiniach, to może zajrzyjmy też w głąb samych siebie. I tu też znaleźliśmy wirusy – w płucach, jeśli dobrze pamiętam. I to chyba też było zaskoczenie.

 

S.D.: Zacznijmy od tego, że w ogóle wirusy są dookoła nas w powietrzu. Wdychamy je w ogromnych ilościach – to też było wielkie zaskoczenie i odkrycie, którego dokonano stosunkowo niedawno, bo dopiero na początku XXI wieku. Odkryto coś, co bardzo kolokwialnie można by nazwać deszczem wirusowym albo opadem wirusowym, czyli taki nieustanny strumień cząstek wirusów, które w ogromnych ilościach, szacowanych na setki milionów na metr kwadratowy powierzchni Ziemi dziennie, spadają z atmosfery. Jest bardzo wiele hipotez, jak one się tam dostają. Oczywiście najprawdopodobniej są to wirusy, które normalnie żyją w glebie oraz przede wszystkim w oceanach. Są porywane przez ruchy powietrza, wdmuchiwane do atmosfery i tam krążą. Jest to absolutnie niesamowite dlatego, że wirus oczywiście poza tym, że atakuje komórki, zawiera geny, jakieś konkretne instrukcje genetyczne. Można śmiało powiedzieć, że jest to absolutnie najszybszy i najbardziej efektywny mechanizm transportu jakiejkolwiek informacji genetycznej na świecie, bo wiele z tych wirusów w atmosferze jest po prostu porywanych przez prądy strumieniowe, które przemieszczają się w naszej atmosferze i które są transportowane na ogromne odległości. Później opadają na Ziemię, a my je wdychamy. Natomiast są to oczywiście głównie wirusy, które pasożytują na mikroorganizmach glebowych i oceanicznych, więc poza tym, że wciągniemy je do naszych płuc, to one nam niczego nie zrobią, bo najpewniej nie znajdą w naszych organizmach niczego, na czym mogłyby pasożytować, czyli odpowiednich bakterii. Każdy z nas, ludzi, ma w różnych częściach ciała coś, co nazywamy mikrobiomem. Mamy mikrobiom skórny, jelitowy, w drogach moczowych. W naszym organizmie oczywiście są miejsca, gdzie bakterii być nie powinno – np. układ krwionośny czy płyn mózgowo-rdzeniowy – one powinny być sterylne, ale generalnie w naszym organizmie żyje mnóstwo bakterii. A tam, gdzie są bakterie, są wirusy bakteriofagi, które na nich pasożytują. 

Jest to absolutnie symptomatyczne, że do tej pory badania mikrobiomu ludzi, zwierząt skupiały się tylko i wyłącznie na tych bakteriach, więc pytaliśmy, jak te bakterie wpływają na nasz mózg, na nasze zachowanie, a mało kto pytał do tej pory o wirusy, które na nich pasożytują. Bo przecież tak naprawdę te wirusy niejako kontrolują populację bakterii żyjących w naszym organizmie. Jest to o tyle ciekawe, że w wielu sytuacjach prawdopodobnie te bakteriofagi naszego mikrobiomu po prostu nas ratują dlatego, że kontrolując w odpowiedni sposób i promując albo modyfikując wzrost konkretnych rodzajów bakterii, utrudniają też np. rozwój bakterii chorobotwórczych. Bardzo mi się spodobała historia, jeżeli chodzi o wirusowych sprzymierzeńców – żebyśmy trochę mieli w tyle głowy, że niektóre wirusy mogą nam bardzo pomagać – która jest opowiedziana pod koniec książki, kiedy jest mowa o tzw. megawirusach, czyli wirusach, które odkryto w bardzo nietypowym środowisku, bo w wodzie kondensującej się w klimatyzatorach. To było niesamowite odkrycie, bo przez długi czas te wirusy uznawano za jakieś dziwne bakterie dlatego, że były przeogromne. One były o dwa rzędy wielkości większe niż normalne wirusy i rozmiarami przypominały bardziej właśnie bakterie niż standardowe wirusy. Nie dało się ich długo oznaczyć i dopiero stosunkowo późno, w XXI wieku udało się je oznaczyć jako zupełnie nową klasę wirusów. Co ciekawe, one z jednej strony mogą infekować i atakować komórki organizmów wyższych, a z drugiej strony mają swoich naturalnych wrogów, tzw. wirofagi, czyli coś, co jest dla mnie absolutnym topem, jeżeli chodzi o wojny między mikroorganizmami, bo mamy wirusy, które atakują wirusy. Bardzo wiele organizmów wyższych sobie te wirofagi, czyli te pasożyty innych wirusów, integruje ze swoim genomem – tak, żeby jak taki megawirus zaatakuje, od razu móc uaktywnić tego wirofaga i go wysłać na wojnę z wirusowym wrogiem. Tak że sieć zależności, jaka istnieje między organizmami, wirusami, bakteriami to jest coś absolutnie rozsadzającego głowę. 

 

K.G.: Pamiętam z innego źródła, że z wirusami gigantami była też taka historia, że kiedy się przygotowuje różne preparaty, to używa się takich sitek, żeby odsiać bakterie. Więc one zostawały na tych sitkach do odsiewania bakterii, dlatego nie zauważano ich jako wirusów w roztworach. Taka zabawna, może techniczna przypadłość też pokazuje, jak działa nauka. Ale w tej książce bardzo mnie uderzyło to, jak mocno wirusy są sprzężone z ewolucją życia na Ziemi, to, jak wiele genów pochodzenia wirusowego jest w naszych genomach. To wcale nie jest mały odsetek. I to, jak one są istotne dla nas jako dla łożyskowców.

 

S.D.: Dokładnie. Sądzi się, że wiele genów, które np. umożliwiają zespolenie się zarodka ze ścianą macicy w trakcie ciąży, czyli coś, co jest absolutnie podstawową rzeczą w przypadku łożyskowców, czy też np. geny, które odpowiadają za wzrost mózgu i za powstawanie synaps, czyli takich połączeń elektrycznych pomiędzy komórkami nerwowymi, niezwykle przypomina geny, które odkrywa się w takiej specjalnej klasie wirusów zwanej retrowirusami. Ogólnie rzecz biorąc, myślę, że naukowcy dopiero zaczynają zdawać sobie sprawę z tego, jak wiele zawdzięczamy retrowirusom. To są bardzo ciekawe wirusy. Jednego z nich na pewno wszyscy doskonale znamy – to znaczy, mam nadzieję, że tylko ze słyszenia dlatego, że jednym z najpospolitszych retrowirusów jest wirus HIV, który jest odpowiedzialny za epidemię AIDS, czyli zespołu nabytego upośledzenia odporności, choroby przenoszonej drogą płciową właśnie za pomocą tego retrowirusa. Retrowirusy mają to do siebie, że stosują bardzo sprytną strategię odwrotną do większości wirusów. Przechowują swój materiał genetyczny w postaci RNA. Kiedy zaatakują jakąś komórkę, przepisują ten materiał genetyczny na DNA, a następnie mogą go zintegrować z genomem gospodarza, przez co taki wirus się kopiuje, wykorzystując najzwyczajniej w świecie właściwości komórek gospodarza i to, że one same z siebie się kopiują. „Nieświadomie” kopiują one w ten sposób wirusowy genom, który w pewnym momencie może się po prostu uaktywnić, wyciąć z powrotem niejako z tego genomu i utworzyć nowe cząstki wirusowe, które zakażają kolejne komórki. I dzieje się tak, że czasami to wycinanie się retrowirusa następuje z pewnym marginesem błędu. Czyli on np. może zabrać ze sobą kawałek genomu gospodarza, przenieść go do innej komórki albo nawet do innego gatunku, wprowadzając do niego potencjalnie ciekawy materiał genetyczny, który później ewolucja może wykorzystać, prowadząc do powstania jakichś nowych cech. Poza tym taki retrowirus oczywiście wstawia się w genomie często w losowych miejscach, powodując rozerwanie określonych genów, co również może stanowić presję selekcyjną, czyli zachęcać niejako ewolucję do kierunkowania zmian w jakichś cechach w konkretną stronę. Takie retrowirusy są niesamowicie prężnymi silnikami napędzającymi ewolucję. Wiemy o tym dlatego, że w naszym genomie jest bardzo dużo śmieciowych retrowirusów, czyli kawałki, które wyglądają jak wirus, tyle że z jakiegoś powodu, np. przez jakąś mutację albo przez to, że się wstawiły w złym miejscu, albo przez to, że wstawiły tylko kawałek siebie, „zapominając” o jakichś witalnych fragmentach, po prostu stały się nieaktywne i zostały w naszym organizmie jako takie, powiedzmy, wirusowe cmentarzysko. 

 

K.G.: Czyli są to takie gołe geny? No bo wirus to geny i otoczka białkowa. Rozumiem, że jak nie ma tej otoczki, to zostają same geny.

 

S.D.: Dokładnie. Akurat retrowirusy są bardzo proste genetycznie, mają stosunkowo nieduże genomy i zawierają raptem kilka genów, których zadaniem jest przepisanie RNA na DNA, wstawienie tego wszystkiego do genomu gospodarza, a później wycięcie tego z powrotem w postaci RNA i zapakowanie z powrotem w otoczkę białkową. Jesteśmy w stanie to tak łatwo wykryć dlatego, że jest to charakterystyczna sekwencja genów. Tak jak wspominałem, retrowirusy mają tę unikatową strategię rozmnażania się. Większość wirusów działa w nieco inny sposób – po prostu wnikają do komórki, kopiują za jej pomocą swój materiał genetyczny do bardzo, bardzo dużych liczb kopii, otaczają je białkami i rozrywają komórkę, wydostając się i atakując nowe. Więc większość wirusów nie ma tego etapu wstawienia się do genomu gospodarza, gdzie uśpione czekają na jakiś lepszy moment.

 

K.G.: No ale ta część jest w naszym genomie. Co to znaczy? Że one miały jakiś zasadniczy wpływ na to, jak się zmienialiśmy, jak ewoluowaliśmy? Bo dobrze wiemy, jak niewielka różnica w zapisie genetycznym może powodować ogromne różnice między gatunkami. Wiadomo, jak niewiele różnimy się np. od szympansów – dzielimy z nimi chyba dziewięćdziesiąt dziewięć i siedem procenta. No to osiem procent, a zdaje się, że tyle jest naszych genomów pochodzenia wirusowego – to jest jakaś gigantyczna liczba. 

 

S.D.: Tak. Możemy na to patrzeć jako na źródło mutacji. Mutacja w biologii ewolucyjnej to jest bardzo szerokie pojęcie, bo może oznaczać jakąś punktową zmianę DNA, kiedy np. w cząsteczkę DNA uderzy foton jakiegoś promieniowania jonizującego i spowoduje zmianę litery kodu genetycznego, powstaje jakaś punktowa mutacja, która może mieć znaczenie w ewolucji, np. doprowadzić do ewolucji nowej cechy. Ale najczęściej jest śmiertelna i powoduje, że dany organizm jest po prostu eliminowany. Retrowirusy działają tak samo, tylko wywołują inne klasy mutacji, które polegają najczęściej na różnego rodzaju wielkoskalowych zmianach w materiale genetycznym, czyli jakichś wycięciach, przearanżowaniach całych fragmentów materiału genetycznego, przenoszeniu kawałków tego materiału między różnymi organizmami. Takie wielkoskalowe mutacje mogą mieć znaczenie np. w procesach, które są istotne dla makroewolucji, czyli dla procesów ewolucyjnych zachodzących w bardzo dużej skali czasowej. Biolodzy ewolucyjni najczęściej, kiedy myślą o ewolucji, myślą oczywiście o tzw. mikroewolucji, czyli właśnie takich malutkich kroczkach, które dzieją się w skali kilku, kilkudziesięciu pokoleń, które polegają najczęściej na stosunkowo powolnych zmianach częstotliwości występowania określonych genów. Natomiast od czasu do czasu obserwujemy duże zmiany, makroewolucyjne, które skutkują najczęściej jakimiś dość poważnymi innowacjami ewolucyjnymi, które np. doprowadzają do powstania nowych rzędów czy gromad zwierząt. Bardzo często takie zmiany zachodzą w genach, które rządzą planem budowy ciała, czyli np. tym, gdzie wyrastają odnóża albo jak to ciało jest skonstruowane, albo np. jak duży wytwarza mózg. Takie przearanżowania genów odpowiedzialnych za plan budowy ciała mogą wynikać m.in. z jakichś błędów w tym wycinaniu i wstawianiu się retrowirusów dlatego, że działają tak jak każde inne tzw. ruchome elementy genetyczne. Czyli robią to wszystko na ślepo i od czasu do czasu mogą zrobić to w taki sposób, że przearanżowanie doprowadzi do powstania nowego fenotypu, czyli nowych cech, które ewolucja bardzo szybko przechwyci. Ewolucja niczego tutaj nie ukierunkowuje. Ona tylko bardzo cierpliwie czeka na powstanie jakiegoś wariantu, a kiedy on już powstanie i faktycznie okazuje się lepszy w tym sensie, że zwiększa sukces jakiegoś organizmu, to nagle od razu jest promowany przez ewolucję i bardzo szybko się rozprzestrzenia w populacji.

 

K.G.: Tak że znaczenie wirusów dla naszego życia może być dużo głębsze, niż się nam wydaje i niż przeziębienie. Natomiast w książce u Carla Zimmera jest to rzucone jednym zdaniem, ale bardzo mnie zaciekawił taki pomysł, że być może to właśnie wirusy wykombinowały coś takiego jak dwuniciowe DNA, co być może zostało potem przejęte przez gospodarzy. Jest taki pomysł i, jak mówię, jest on rzucony na końcu, ale może też na to zwróciłeś uwagę, bo mnie to się wydaje bardzo ciekawe i działające na wyobraźnię.

 

S.D.: Tak, to się wpisuje w bardzo długą dyskusję na temat tego, skąd się wzięły wirusy. Tak jak mówiłem, oficjalnie, według wszelkich standardów wirusy nie są żywe, w tym sensie, że nie potrafią się same rozmnażać, nie odżywiają się same itd., tylko potrzebują do tego żywej komórki. Natomiast z tego od razu rodzi się pytanie z cyklu, co było pierwsze: jajko czy kura? To znaczy, czy wirusy to są bardzo prymitywne replikatory, które istniały na świecie i były pierwszymi protoorganizmami, i z nich później, w ciągu dalszej ewolucji powstały żywe komórki, czy być może wirusy to są tak naprawdę komórki pierwotne, które z jakiegoś powodu przez to, że przyjęły pasożytniczy tryb życia, podlegały kolejnym uproszczeniom? To jest jak najbardziej możliwy scenariusz dlatego, że jak popatrzymy sobie na jakiekolwiek pasożyty, np. tasiemiec, pchły czy pasożyty roślinne, to są to zawsze gatunki, które w jakiś sposób się upraszczają. Dlatego, że ich pasożytniczy tryb życia eliminuje bardzo wiele potrzeb. Tasiemiec żyje w środku jelita i nie potrzebuje ani narządów zmysłów, ani odnóży, ani niczego poza powierzchnią ciała, w którą wchłania pokarm. Wirusy mogły wyewoluować w ten sposób – mogły powstać z protokomórek, które zaczęły podgryzać i podjadać inne protokomórki, i z czasem przez to, że nie potrzebowały tych wszystkich komponentów swojej maszynerii komórkowej, stawały się coraz prostsze, aż do momentu, kiedy przestały być zdolne do samodzielnego życia i mogły żyć już tylko jako pasożyty innych komórek. Hipoteza dotycząca tego, że DNA w wirusach mogło powstać jako logiczny ciąg ewolucji od RNA, jest oczywiście bardzo ciekawa, ale akurat tutaj ogólnie zgadzamy się z tym, że RNA było pierwszym materiałem genetycznym. DNA powstało po nim dlatego, że selekcyjnie z punktu widzenia ewolucji było znacznie korzystniejszą cząsteczką, bo było mniej podatne na mutacje. Jako dwuniciowa cząsteczka DNA jest bardzo stabilne, bardzo trudno je rozerwać, wprowadzić do niego jakąś mutację, no i ta dwuniciowość sprawia też, że de facto w jednej cząsteczce mamy od razu dwie kopie informacji, więc bardzo łatwo można ją odtworzyć. Natomiast czy to się stało w cząstkach wirusowych – to znaczy, czy to one pośredniczyły w tej ewolucji – czy też działo się to już w komórkach? Jest to bardzo ciekawa hipoteza, ale jesteśmy daleko od definitywnego stwierdzenia. Niestety – i to jest największy problem w wirusologii – wirusy nie ulegają fosylizacji, czyli nie kamienieją, mówiąc bardzo potocznie, więc nie mamy skamieniałych wirusów, które moglibyśmy zbadać. 

 

K.G.: Pewnie i tak byłoby bardzo, bardzo trudno je dostrzec, bo one są wielokrotnie mniejsze od bakterii. Zostawiam na razie na boku te wirusy giganty, bo one trochę nam psują statystyki. [śmiech] Ale takie klasyczne wirusy to są jakieś bardzo maleńkie… Nie chcę powiedzieć „istoty”. Byty.

 

S.D.: Byty, twory. Zawsze jak piszę o wirusach, to mam duży problem, bo jak się o nich pisze, to od razu się ciśnie na usta słowo „organizm”, a staram się przed tym powstrzymywać. Słowo „twór” wręcz umniejsza roli i złożoności wirusów samych w sobie. Więc trudno nawet językowo sobie z tym poradzić. 

 

K.G.: Czyli one są bardzo, bardzo małe i błyskawicznie ewoluują. Jeśli dobrze pamiętam, w książce pada takie zdanie, że ewoluują najszybciej na Ziemi. Jeżeli tak, to znaczy, że są one dla nas naprawdę bardzo trudnym przeciwnikiem, bo proszę zwrócić uwagę, szanowni słuchacze, jaki mamy kłopot z narastającą antybiotykoopornością, że bakterie się uczą tego, żeby wymykać się naszym antybiotykom, a na wirusy ile mamy leków? Prawie wcale. Są one błyskawiczne, ciągle trzeba zmieniać szczepionki na grypę. Teraz mamy ból głowy związany z ewolucją i kolejnymi wariantami SARS-CoV-2. Wirusy są naprawdę trudnymi przeciwnikami.

 

S.D.: Faktycznie wirusy ewoluują szybciej. Wynika to m.in. z tego, że są znacznie mniej skomplikowane. W momencie, kiedy nawet w komórce bakteryjnej – nie mówiąc o komórkach roślinnych czy zwierzęcych – coś się zepsuje, czyli dojdzie do mutacji… Jak wspominałem, mutacje są paliwem ewolucji, to one wprowadzają nową informację, którą ewolucja może wykorzystać. Jeżeli w takiej bardziej złożonej komórce coś się zepsuje przez mutację, to najczęściej na amen, komórka umiera. Bardzo rzadko pojawiają się mutacje, które coś naprawiają albo polepszają. Wyobraźmy sobie duże urządzenie elektroniczne, w którego środek losowo uderzamy młotkiem. W bardzo rzadkich przypadkach coś w ten sposób naprawimy. Natomiast wirusy są bardzo małe, bardzo nieskomplikowane i tak naprawdę mutacje w ich przypadku nie zabijają ich, bo wirus nie jest żywy. Jeżeli ta mutacja nie uszkodzi jakiegoś kluczowego genu odpowiedzialnego za namnażanie się takiego wirusa, to ona najczęściej pozostaje i takie mutacje się gromadzą. Bardzo fajną analogią jest to, o czym powiedziałaś, czyli ta antybiotykooporność bakterii dlatego, że u wirusów mamy dokładnie ten sam proces, tyle że działa on nie z udziałem antybiotyków, ale z udziałem szczepionek. Trudno powiedzieć, żeby wirusy były oporne na szczepionki, bo nie do końca tak jest. Szczepionka sama w sobie nie atakuje wirusa, tylko zmusza nasz organizm do wyprodukowania mechanizmów, które mają go zwalczyć. Ale w przypadku szczepionek i wirusów mamy dokładnie taką samą sytuację, bo jeżeli nie zaszczepimy np. jakiejś populacji wystarczająco szybko, czyli jeżeli wystarczająco szybko nie uodpornimy wszystkich na dany wariant wirusa, to ten wirus może zdążyć wyewoluować, tak jak się to działo w przypadku wirusa SARS-CoV-2, który przechodził przez tę serię różnych odmian. Najwięcej problemów sprawiała nam odmiana Delta, teraz jest mowa o odmianie Mu, czyli tej najnowszej, która jest obecnie intensywnie badana, i pojawiają się pytania, czy faktycznie może jeszcze bardziej namieszać w skuteczności szczepionek. Natomiast to, co najbardziej mi się podoba, to to, że za tę ewolucję wirusów bardzo często odpowiada nawet nie to, że one są po prostu mało skomplikowane, ale to, że nie możemy zaszczepić każdego człowieka z różnych powodów. Niektórzy ludzie przez różnego rodzaju zaburzenia immunologiczne, choroby upośledzające ten układ odpornościowy nie mogą dostać szczepionki, bo by ich najzwyczajniej w świecie zabiła. Pojawiły się takie badania, które próbowały odkryć, dlaczego koronawirus w określonych kontekstach klinicznych ewoluuje w stronę tych problematycznych odmian, które później znacznie szybciej się rozmnażają, są znacznie bardziej zakaźne. Okazało się, że największym rezerwuarem i takim inkubatorem ewolucji dla tych wirusów są właśnie ludzie, którzy mają tak upośledzone układy odpornościowe, że nie tylko nie mogą one zwalczyć wirusa, ale wręcz pozwalają mu się bez najmniejszych hamulców namnażać. W momencie, kiedy wirus trafia do takiego człowieka i nagle wrzuca piąty bieg, jeśli chodzi o tempo reprodukcji, czyli o rząd wielkości zwiększa tempo namnażania się w organizmie, to jednocześnie o rząd wielkości zwiększa prawdopodobieństwo tego, że w trakcie tego kopiowania się w czyimś organizmie po prostu nastąpi jakaś mutacja. Niezaszczepiony organizm z upośledzoną odpornością to jest taki poligon doświadczalny, gdzie kolejne generacje wirusa ulegają mutacjom, walczą ze sobą. To jest po prostu jednoosobowa gra o tron, gdzie przechodzą całe generacje wirusa, jedna po drugiej, aż w końcu powstaje taka, która jest tak wirulentna, że już nie utrzymuje się w granicach danego człowieka, tylko napotykając jakiegokolwiek innego człowieka, od razu go zakaża i wypiera z niego i z całego otoczenia te starsze, mniej wirulentne warianty wirusa. To jest wyścig, z którym wydaje mi się, że nie możemy wygrać. Jedyne, co możemy zrobić, to oczywiście próbować przekonywać ludzi do tak prozaicznych decyzji jak zaszczepienie się. Z czym, jak widać, zwłaszcza w naszym kraju, ale nie tylko, mamy często duży problem. I myślę, że wynika to z tego, że ludzie nie do końca zdają sobie sprawę, z jakim wrogiem próbujemy sobie poradzić i jak niesamowicie szybkie decyzje musimy podejmować. 

 

K.G.: Może warto by było w ramach kampanii proszczepiennych jeszcze mocniej przypominać mimo wszystko sukcesy. Bo zaczęłam od tego, jakimi wirusy są dla nas trudnymi przeciwnikami – na pewno, jeśli chodzi o leczenie – ale to szczepionki są tym czymś, co spowodowało, że o niektórych wirusach możemy zapomnieć albo niemalże zapomnieć. Oczywiście, że trzeba się pilnować, ale przecież ospę wietrzną, która zabiła setki milionów ludzi w ciągu lat, udało się zdusić właśnie stosowaniem szczepionek. Opisuje to Carl Zimmer w książce, o której rozmawiamy, Planeta wirusów – tam, gdzie wybuchały kolejne ogniska, robiono taki kordon, szczepiono miejscową ludność i punkt po punkcie w końcu ospa wietrzna przestała siać takie spustoszenie. Jest to zupełnie spektakularny sukces nas jako ludzkości.

 

S.D.: Tak, zgadza się. Nie chcę aż tak bardzo spoilerować tego rozdziału, bo mimo wszystko mam nadzieję, że nasza rozmowa zachęci słuchaczy do przeczytania książki, a  ten rozdział o ospie wietrznej czyta się jak dobry thriller. Powiem tylko, że faktycznie ospa wietrzna jest jednym z najbardziej spektakularnych sukcesów, chociaż, jak na pewno pamiętasz z książki, obecnie bardzo kontrowersyjnym, bo ona jest oczywiście wybita w środowisku naturalnym, ale konkretne kraje w dalszym ciągu trzymają strategiczne próbki tego wirusa. Nie do końca wiadomo, po co. Oczywiście można by się spierać, czy jest to konieczne ze względów naukowych, natomiast warto pamiętać o tym, że akurat ospa wietrzna była bardzo dobrym wirusem do wytępienia dlatego, że w przeciwieństwie do koronawirusa jest niezakaźna, dopóki nie pojawią się objawy. Natomiast jak wiemy, niestety największym problemem koronawirusa, z którym obecnie się zmagamy, jest to, że osoby, które nie mają objawów albo jeszcze nie mają objawów tej choroby, zakażają. Ospa wietrzna była zakaźna dopiero w momencie, kiedy kładła człowieka do łóżka. Znacznie wolniej się też rozprzestrzeniała i mutowała. Ten wirus jest trochę inaczej skonstruowany i szczepionki były skuteczne o wiele dłużej. Więc faktem jest, że w przypadku koronawirusa mamy dosyć niekorzystny zestaw kilku cech, które sprawiają, że jest on znacznie trudniejszy do wytępienia. To, co czasami lubię podkreślać i co czasami przemawia do ludzi, to metafory wojenne – zachęcają niektórych do tego, żeby jednak zrobić wysiłek i się zaszczepić. Obecnie bawimy się z koronawirusem w coś, co biolodzy ewolucyjni znają od bardzo dawna, co opisuje tzw. hipoteza czerwonej królowej. Tylko że my do tej pory nie stosowaliśmy tej analogii, bo takie procesy nie miały miejsca na taką skalę, jak obecnie obserwujemy w przypadku chorób wirusowych. W bardzo dużym skrócie hipoteza ta mówi o tym, że organizmy żywe i ich pasożyty są w takim ciągłym wyścigu i nigdy nie mogą przestać ewoluować dlatego, że jeżeli którykolwiek by przestał, to ten drugi od razu by go prześcignął i po prostu wytępił. Więc według tej hipotezy odbywa się taki nieustanny bieg i wyścig zbrojeń w momencie, kiedy pasożyt wynajduje nowe sposoby atakowania, a organizm gospodarza wynajduje nowe sposoby obrony. No i my robimy dokładnie to samo, czyli wdaliśmy się teraz w taki morderczy wyścig i w momencie, kiedy np. nie chcemy się zaszczepić, to stajemy w tym wyścigu i jesteśmy absolutnie łatwym łupem dla wirusa, który nawet na moment się nie zatrzyma w swojej ewolucji.

 

K.G.: Oczywiście wirusy zawsze krążyły w strefie moich zainteresowań, ale zainteresowałam się nimi mocniej również przez pandemię. I ten świat jest tak inny, tak skomplikowany, tak spektakularny, tak oderwany od tego, co rozumiemy w takiej makroskali, i jednak głęboko nieznany, że trochę się łapię za głowę i mam poczucie onieśmielenia, że oto mamy niemalże obcych na Ziemi, których odkrywamy od stosunkowo niedawna. Te wirusy giganty, które wymykały się naszym oczom, naszym instrumentom badawczym do XXI wieku. Mam wrażenie, że trochę to przypomina o jakiejś takiej pokorze wobec przyrody, a także stawia pytanie, że może jest jeszcze coś, co naprawdę jest tuż przed naszymi oczami, a z jakiejś przyczyny tego nie dostrzegamy? Czy wirusy wzbudzają w tobie jako w naukowcu takie refleksje? 

 

S.D.: Na pewno zachęcają do myślenia o nieznanym. Zresztą historia wirusów i to, czego się o nich uczymy teraz, takie rzeczy jak np. to, że poznaliśmy te wirofagi, czyli wirusy wirusów, coś, co kiedyś nawet nie pojawiało się w orbicie myślenia wirusologów, czy inne zakaźne twory, które nie są wirusami, bo nie mają otoczki białkowej albo materiału genetycznego – tzw. wiroidy albo priony, o których słyszeliśmy, bo są odpowiedzialne np. za chorobę wściekłych krów czy encefalopatię mózgową Creutzfeldta-Jakoba – to są wszystko tak słabo poznane czynniki chorobotwórcze, które są jeszcze o poziom niżej na tej skali nieżycia w stosunku do wirusów. No bo jeżeli nie wiadomo, czy wirusy są żywe, czy martwe, to wiroidy i priony już niemalże na pewno są martwe, a mimo tego mogą wywoływać choroby, replikować się, ewoluować. Nie wiem, czy jest gdzieś moment, kiedy to się zatrzyma. Natomiast tak jak powiedziałaś, największym problemem jest to, że najczęściej szukamy w złych miejscach. Zresztą historia odkrycia wirusów bardzo dobitnie to pokazuje dlatego, że wirusy odkryto w ten sposób, że zauważono, że płyn, który został uzyskany z zakażonych pewnym wirusem roślin – oczywiście wtedy jeszcze nie wiedziano, że tę chorobę wywoływał wirus – był zakaźny nawet po przefiltrowaniu go przez najdrobniejsze filtry, jakie były wtedy dostępne. To jest świetna ilustracja tego, że naukowcom się wydawało, że jak przefiltrują to przez ten filtr, to to będzie po prostu woda, że tam już nic nie będzie poza cząsteczkami, które mogą być rozpuszczone. Nikomu nie przychodziło do głowy, że tam może być coś jeszcze mniejszego, co przechodzi przez pory tego filtra i jest czynnikiem infekcyjnym. I tak naprawdę ta wyprawa po wirusy – od momentu odkrycia tego zakaźnego płynu do momentu, kiedy sobie zdano sprawę, że to jest nowy rodzaj mikroorganizmu albo mikroba, który dopiero w połowie XX wieku zobaczono pod mikroskopem elektronowym – pokazuje, że najczęściej nasz problem polega na tym, że patrzymy w złą stronę, w złej skali albo najzwyczajniej w świecie nie dopuszczamy do naszych myśli tego, że coś gdzieś może się kryć. Ostatnio pojawiły się nowe i bardzo ciekawe doniesienia o tzw. borgach. Ja jako geek oraz fan science fiction od razu podchwyciłem temat, bo borg to była taka rasa niemalże eusocjalnych, jak pszczoły czy mrówki, kosmitów, którzy rozprzestrzeniali się po wszechświecie w uniwersum Star Treka i wchłaniali kolejne światy. Odkryto takie dziwne fragmenty materiału genetycznego w glebach oraz dziwnych miejscach, w których żyją tzw. ekstremofile, czyli bakterie przystosowane do życia w bardzo specyficznych warunkach środowiska. Jak się okazało, te borgi to są po prostu kawałki DNA, najprawdopodobniej w ogóle nieopłaszczonego w żaden inny sposób, które mogą się jakoś przenosić między komórkami i zmieniać ich fizjologię. Jak na razie bardzo mało o nich wiemy. Wiemy, że istnieją, potrafimy je wykrywać i sekwencjonować, ale nie wiemy, czym są, skąd się wzięły, czy to są po prostu jakieś samowycinające się kawałki DNA, które wyciekły z komórek bakteryjnych do środowiska i tam są, czy są to pozostałości jakichś dziwnych wirusów. Natomiast samo ich odkrycie pokazało, że znowu patrzyliśmy w złą stronę i w ogóle nie spodziewaliśmy się, że tego typu twory mogą istnieć. Nie dopuszczaliśmy takiej możliwości. Tak że myślę, że jeszcze bardzo dużo przed nami i że powstanie jeszcze wiele książek Planeta….

 

K.G.: Pogadamy sobie kiedyś. Ja będę na dziennikarskiej emeryturze, ty na naukowej i będziemy sobie rozmawiać: pamiętasz, jak w dwa tysiące dwudziestym pierwszym myśleliśmy o tym, czego to jeszcze nie odkryjemy? Na pewno będziemy dużo dalej, bo naprawdę wszystkie nauki, ale mam wrażenie, że zwłaszcza biologia bardzo, bardzo przyspiesza. Szanowni państwo, drodzy słuchacze, słuchaczki Radia Naukowego – książka, o której rozmawiamy, Planeta wirusów Carla Zimmera, to zgrabna, niedużej objętości publikacja, ale pełna treści, w której znajdą państwo m.in. takie wątki: jak to możliwe, że wirusy mogą powodować nowotwory i jak to odkryliśmy? Jest również o bakteriofagach, które mogą nam pomóc w walce z bakteriami, więc możemy wykorzystać tę wielką wojnę między wirusami a bakteriami dla naszych celów. Jest także bardzo precyzyjnie o tym, jak odkryto wirusy, a także np. o tym, jak wirusy mogą się rozprzestrzeniać i jakie znaczenie ma to, gdzie dotrze dany wirus, bo wirus HIV stał się znany, kiedy dotarł do Stanów Zjednoczonych. A jak to się wydarzyło, wyczytają państwo w książce Planeta wirusów autorstwa Carla Zimmera. Wydało ją Wydawnictwo Copernicus Center Press, Radio Naukowe jest jej patronem, a przetłumaczył ją mój dzisiejszy gość – doktor Szymon Drobniak, biolog z Uniwersytetu Jagiellońskiego i Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Sydney. Dziękuję ci bardzo, Szymonie.

 

S.D.: Dzięki wielkie i polecam się na przyszłość.