W morzu wirusów

Wirusy należą do najpóźniej poznanych składników biosfery i wkroczyły w świat biologii jako czynniki infekcyjne rozmaitych niebezpiecznych chorób, takich jak grypa, polio czy czarna ospa. Dopiero w 1884 francuski mikrobiolog Charles Chamberland opracował filtr o oczkach tak małych, że zatrzymywał nawet bakterie, a w 1892 roku rosyjski biolog Dmitrij Iwanowski przy pomocy filtra Chamberlanda wykazał, że czynnik wywołujący chorobę tytoniu nie jest bakterią, lecz czymś od niej mniejszym. W XX wieku stopniowo poznawaliśmy wirusy odpowiedzialne za kolejne choroby i obecnie znamy z nazwy ok. 6 tysięcy wirusów. Dopiero niedawno nasze „otrzaskanie” z wirusami osiągnęło poziom pozwalający na zajęcie się tymi, które nie wydają się wywoływać żadnych niepokojących objawów.

Czym jest wirus? Najprościej mówiąc, jest to mobilna cząstka materiału genetycznego, która potrafi zmuszać jakiś organizm, aby wytwarzał jej kopie. Ponieważ sama goła cząsteczka RNA czy DNA jest bardzo mało odporna na czynniki środowiskowe, w praktyce oznacza to, że na wędrowanie pomiędzy organizmami mogą sobie pozwolić tylko takie „mobilne elementy genetyczne”, które wytwarzają nie tylko kopie swojej własnej sekwencji genetycznej, ale przy okazji również rozmaite cząsteczki pomocnicze, jak choćby białka tworzące otoczkę. Najprostsze wirusy składają się dosłownie z kilku tego typu dodatków – w praktyce więc o wirusach można spokojnie myśleć po prostu jako o wędrujących pomiędzy organizmami samodzielnych cząsteczkach RNA lub DNA.

Jak łatwo zauważyć, definicja taka nie zawiera w ogóle informacji o jakichkolwiek chorobach. I rzeczywiście, mimo oczywistych skojarzeń, ani wirusy, ani bakterie, wcale nie muszą wywoływać chorób. Ba, im lepiej poznajemy te dwa światy, tym bardziej oczywiste staje się, że zdecydowana większość ich przedstawicieli istnieje sobie spokojnie, nie wadząc nikomu. Ba, są one tak niepozornymi istotami, że niebanalnym zadaniem bywa ich wykrycie, nawet gdy prowadzi się badania skonstruowane ściśle w celu ich odnalezienia.

Global Virome Project to trwające 10 lat badanie, rozpoczęte w 2018 roku, mające na celu zidentyfikowanie nieznanych jeszcze wirusów odzwierzęcych. Przyjęto strategię „masową”, a więc opierającą się na identyfikowaniu absolutnie wszystkiego, co uda się znaleźć w absolutnie dowolnej tkance absolutnie dowolnego zwierzęcia, w tym u ludzi. Spośród 111 rodzin wirusów, które wyróżnia się we współczesnych klasyfikacjach, do wstępnej analizy wybrano 25 tych, których przedstawiciele infekują ludzi.
Jedną z popularnych metod badania bioróżnorodności jest tzw. sekwencjonowanie metagenomowe. Polega ono na pobraniu próbki jakiegoś środowiska – może być to woda oceaniczna, grudka gleby, materiał pobrany ze skóry człowieka albo z krwi jeża ­– a następnie mechanicznym i chemicznym rozbiciu wszelkich obecnych w tej próbce komórek żywych oraz odfiltrowaniu znajdujących się w tak powstałym „koktajlu” cząstek materiału genetycznego. W ten sposób uzyskuje się zbiór całego DNA (lub RNA) obecnego w danym środowisku, jednak bez wiedzy o tym, do jakiej należały pierwotnie komórki. Po pierwszej turze analiz, wykonanych na olbrzymiej próbce najróżniejszych tkanek zwierzęcych, stwierdzono, że w organizmach ssaków i ptakach świata występuje mniej więcej 1,67 miliona nieznanych nauce wirusów, z czego mniej więcej 631-827 tysięcy najprawdopodobniej jest w stanie infekować ludzi.

Warto zatrzymać się na chwilę i zastanowić, co te liczby znaczą w praktyce. Istnienie setek tysięcy wirusów mogących infekować ludzi mogłoby się wydawać wieścią przerażającą, jednak warto zauważyć, że zdecydowana większość wirusów występujących w środowisku, również środowisku organizmu człowieka, nie jest groźna. W 2003 roku wykonano analizę metagenomu ludzkich odchodów (Breitbart i in.: „Metagenomic analyses of an uncultured viral community from human feces”), w toku której bez większego trudu odkryto ok. 5000 nowych potencjalnych gatunków wirusów (aby formalnie zdefiniować nowy gatunek, każdego takiego wirusa należałoby jednak wyizolować i opisać – to dlatego lista gatunków wirusów wciąż pozostaje tak skromna). Lista ludzkich chorób wirusowych, zwłaszcza tych najgroźniejszych, jest jednak dość dobrze znana: przecież osoby, u których wykryto owe tysiące wirusów, nie chorowały na tysiące chorób wirusowych. Słowo „infekcja” oznacza tylko i wyłącznie tyle, że wirusy owe faktycznie namnażają się w tkankach ludzkich. Dopóki jednak namnażanie owo nie wyczerpuje przesadnie komórek i nie wywołuje reakcji układu odpornościowego, stanowi po prostu dodatkowe, niewielkie obciążenie dla organizmu.
Istnieje oczywiście zawsze ryzyko, że któryś z milionów wirusów namnażających się w organizmach zwierząt „przeskoczy” na człowieka, wywołując chorobę: tak właśnie stało się z koronawirusem SARS-CoV-2. Dzięki badaniom typu Global Virome Project powinna wzrosnąć szansa, że tego typu potencjalne zagrożenia poznamy zawczasu, a być może nawet nauczymy się im przeciwdziałać.

Łukasz Lamża

Nauka na żywo II: wielkie debaty – zadanie finansowane w ramach umowy 761/P-DUN/2019 ze środków Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę.

Zobacz wykład Szymona Drobniaka o wirusach