Vírusy ako evolučné motory. Prečo je ich ťažké „zabiť“, liečiť a aký prospech majú pre celý Svet

Vírusy ako evolučné motory. Prečo je ich ťažké „zabiť“, liečiť a aký prospech majú pre celý Svet

Vírusy sú malé a jednoduché infekčné častice bez bunkovej membrány, ktoré si vystačia len s trochou genetickej informácie. Parazitujú a zabíjajú svojich nedobrovoľných hostiteľov. To je klasický pohľad na vírusy, a preto nie sú u ľudí také obľúbené. Mali by sme im však byť vďační, pretože sa zdá, že keby nebolo ich, neexistovali by sme. V životnom prostredí zohrávajú nečakane dôležitú úlohu.

Vírusy sú zvláštne. Väčšina biológov ich neradi klasifikuje ako živé organizmy, pretože im chýbajú charakteristické črty. Nedisponujú vlastným metabolizmom a nedokážu sa sami replikovať. Na to potrebujú svojho nedobrovoľného hostiteľa. Pokiaľ do hostiteľa neprenikli, sú to iba nepatrné častice pozostávajúce iba z niekoľkých nukleových kyselín, ktoré obsahujú pokyny na replikáciu, obklopené proteínovým obalom. Nikdy viac. Celkovo im v prípade potreby postačí asi tucet génov, ale niekedy až dva gény. Aj napriek tomu vedia, ako svojho hostiteľa zabiť, ak im to pôjde „podľa plánu“. Robí to tak, že vírus unesie bunku, prevezme jej metabolizmus pre vlastnú potrebu, replikuje sa, kým bunka nevybuchne a nevypustí to, čo z nej zostalo, spolu s novými vírusmi do svojho prostredia. To je pre hostiteľa rozhodne nepriaznivé, ale veľmi dobré pre ekosystémy. Možno som obsiahol niečo nezvyčajné, ale rozoberiem to hlbšie.

Vírusy živia a sú dôležité pre oceány. Oceány by boli celkom prázdne a pusté bez vírusov. Sú palivom pre ekosystémy. Dôvod: obsah ich explodovaných hostiteľov je dokonale biologicky dostupný, pretože všetky zlúčeniny sú prítomné v organickej forme. Ostatné mikroorganizmy, sú tak okamžite schopné absorbovať a metabolizovať železo alebo dusík od obetí vírusov. Majú oveľa väčšie problémy s tým, čo im zostane z trávenia, pretože veľa organických látok sa v čreve transformovalo na anorganické látky. Jednoducho neslúži tak dobre ako „hnojivo“. Poškodené, mŕtve obete vírusov tiež stimulujú biochemické cykly. Oceánsky planktón z toho vo veľkom ťaží. Vírusy každý deň zničia asi pätinu obrovskej mikrobiálnej biomasy v oceánoch. A planktón sa obzvlášť hojne zvyšuje práve z tohto dôvodu.

Vírusy ďalej zohrajú svoju úlohu v životnom prostredí už dlho, pretože príbuzní patogénu ľudskej obrny infikujú organizmy planktónu. Vírusy sprevádzajú vývoj bunkových živých organizmov miliardy rokov – a výrazne ich ovplyvnili. Vírusy sú teraz „podozrivé“ z toho, že prenášajú genetické informácie z jedného organizmu do druhého ako taxík, čím sa urýchľuje vývoj. Projekt ľudského genómu odhalil, že ľudský genóm má množstvo sekvencií vírusových génov. Dávajú o sebe vedieť špeciálnymi sekvenciami DNA, ktoré ich lemujú. To, čo tam bolo kódované, akoby medzi dvoma stĺpcami boli kedysi retrovírusy, patriace napríklad do tej istej skupiny ako patogén AIDS. Tento genetický materiál nie je len pozostatkom dávneho boja, ale plní isté funkcie. Vírusy sú bežne jedny z najrýchlejšie mutujúcich organizmov, sekvencie endogénnych retrovírusov sa zdajú byť prekvapivo dobre zachované. Sekvencia, ktorá zostala dlho nezmenená, naznačuje, že organizmus potrebuje príslušný gén. Stalo sa to približne asi pred 15 miliónmi rokov, keď bol do ľudského genómu zabudovaný retrovírus, ktorý sa teraz ukázal ako pomoc pri rakovine, pretože táto takzvaná endogénna vírusová DNA posilňuje produkciu kontrolného faktora v prekurzorových bunkách mužských gamét. To podporuje tzv. „samovraždu“ defektných buniek. Tieto znalosti sa možno niekedy použijú pri vývoji terapie rakoviny semenníkov. Nech je to akokoľvek – vírusy, ktoré pred 30 rokmi neboli pre väčšinu výskumníkov ničím iným ako zbytočnými časticami, sa teraz dostávajú do popredia. Majú to, čo je potrebné na to, aby mohli hrať kľúčovú úlohu v ekosystéme, ako evolučné motory.

Vírusy sa vyvinuli takým spôsobom, že je ťažké ich zabiť. Prečo sú tak náročné na liečbu?

Súčasťou problému je povaha samotných vírusov. Existujú ako voľne žijúce zombie – nie celkom mŕtve, ale rozhodne nie živé. Vírusy nerobia vlastne nič.  Sú nečinné, až dokým neprídu do kontaktu s hostiteľskou bunkou. Zvláštne zloženie týchto infekčných agensov je súčasťou toho, čo sťažuje ich porážku. Vírusy sú v porovnaní s inými patogénmi, akými sú napríklad baktérie, nepatrné. A pretože nemajú žiadny z charakteristických znakov živých vecí napríklad metabolizmus alebo schopnosť vlastnej reprodukcie, je náročné ich zamerať pomocou liečiv.

Ďalej, vírusy existujú, pretože môžu. To platí pre čokoľvek, čo môže existovať, takže ak to bude možné, bude to existovať. Nemajú v úmysle urobiť niečo škodlivé alebo prospešné. Pod pojmom môže existovať sa rozumie, že musia existovať vhodné podmienky na to, aby mohol vírus existovať. Zahŕňa to základné stavebné bloky, ako sú aminokyseliny, z ktorých sa skladajú všetky nukleové kyseliny RNA a DNA. Tie sa potom rôznymi spôsobmi poskladajú, aby vznikli ďalšie veľké entity. Aby existovali správne podmienky pre vírus, musí mať jednoznačne hostiteľa, kde dokáže uskutočniť replikáciu genóm v dostatočne veľkom množstve. Potom sa stane ďalším procesom, známym ako dynamická rovnováha. Čím viac hostiteľov je, tým viac vírusov bude. A tu sa stáva to, že vírus môže byť vo forme, ktorá bude pre hostiteľa prospešná, alebo škodlivá. V bakteriálnom svete je ľahké vidieť, ako sa môžu vyvíjať vírusy (bakteriofágy). Zostanem teraz pri DNA vírusoch.

Bakteriofág je DNA obalená v proteíne. Proteíny chránia DNA mimo buniek a umožňujú DNA vstupovať do bunky. Na „palube“ môžu byť aj proteíny na iniciovanie infekcie. Niektoré vírusy sa môžu integrovať do genómu bez toho, aby okamžite zlikvidovali hostiteľa. Tieto vírusy nazývame lyzogénne, pretože sa vedia integrovať na konkrétne miesto v DNA.

Plazmidy sú nahé DNA, zvyčajne cirkulárne, aj keď v niektorých prípadoch sú lineárne. Plazmidy sa replikujú v bakteriálnych bunkách a môžu byť medzi nimi prenášané. Niektoré nesú zacieľovacie enzýmy, ktoré im umožňujú integrovať sa do genómov, a nazývajú sa integratívne plazmidy.

Transpozóny sú úseky DNA, ktoré kódujú enzýmy, umožňujúce pohybovať alebo kopírovať sa v genóme.

A teraz si všimnite spoločné funkcie. Lysogénny fág, integračné plazmidy a transpozóny majú všetky integračné schopnosti. Plazmidy a niektoré fágy majú svoje vlastné replikačné zariadenie. Plazmidy sú teda potenciálne niekoľko krokov k získaniu obalových proteínov a k tomu, že budú fágom ich delí len niekoľko stôp od samotného plazmidu. Podobne sa transpozón získavajúci určitú replikačnú schopnosť môže stať integračným plazmidom, alebo môže získať obalový proteín a stať sa fágom. A tak ďalej. Naše ľudské kategórie rozdelili to, čo je skutočne kontinuum funkčných schopností. Vírusy môžu mutovať a reprodukovať sa veľmi rýchlo. Môžu tiež „ukradnúť“ DNA / RNA z iných organizmov a vírusov. Sú tiež príliš malé na to, aby zanechali fosílie. Vďaka tomu je veľmi ťažké sledovať ich presný vývoj. Na druhej strane sa vírusy tiež považujú za jednu z hlavných hybných síl evolúcie, pretože môžu preniesť svoju DNA na iné organizmy. Vďaka obrovskej mutačnej schopnosti sú schopné k horizontálnemu prenosu génov medzi rôznymi druhmi. Aj takto sú organizmy geneticky modifikované. Na prácu používajú vírusy. Vírus nemôže existovať bez bunky. Nemôžeme však existovať bez toho, aby niečo iné robilo fotosyntézu. Vírusy aj ľudia sú absolútne závislí na nejakej inej forme života, aby bola naša existencia možná. Vírusy sú tu dlhšie ako my. Vírusy na seba pravdepodobne útočili nejaký čas, kým sa náhodou nespojil reťazec DNA, ktorý dokázal vyprodukovať niečo komplikovanejšie. Vírusy môžu byť v istom zmysle ozvenou „veľkého tresku života“. Toto je len hypotéza. Na svete je VEĽA vírusov. Sú mimoriadne bežnou formou „takmer všetkého života“.

Antibiotiká, ktoré sa používajú na boj proti bakteriálnym infekciám, napádajú bunkové steny baktérií, blokujú tvorbu bielkovín, alebo zastavujú reprodukciu baktérií. Nie sú však účinné proti vírusovým infekciám, pretože vírusy tieto procesy nevykonávajú. Vírus sa však nemôže vlámať do akejkoľvek bunky v tele. Namiesto toho sa jeden z jeho proteínov viaže na iný proteín podobný kľúču zapadajúcemu do zámku. Ak už dôjde k invázii, bunka sa v podstate premení na továreň, ktorá chrlí stovky a stovky kópií vírusu na základe pokynov kódovaných v jej genetickom materiáli. Lenže, v ľudskom tele sa vyvinuli obranné systémy na ochranu pred týmito druhmi infekcií.

Po prvé, bunky majú vstavaný poplašný systém na detekciu vírusových útočníkov. Prítomnosť votrelca spúšťa takzvanú vrodenú imunitnú odpoveď, ktorá môže zahŕňať uvoľnenie proteínu hostiteľskej bunky, ktorý sa pokúša interferovať s replikáciou vírusu, alebo môže zahŕňať imunitný systém, ktorý sa pokúša vypnúť ohrozené bunky. Niekedy však tieto obranné mechanizmy nestačia. Príležitostne, ak máte vysokú dávku vírusu alebo ak vírus našiel spôsoby, ako sa vyhnúť týmto ochranným opatreniam, potom si táto vrodená reakcia môže vyžiadať posilnenie. Práca týchto posíl na pokuse poraziť vírus je zvyčajne to, čo spôsobuje príznaky vírusovej infekcie. Inými slovami, je to v tomto okamihu, keď človek môže dostať horúčku a mnoho ďalších nepríjemných pocitov. Keď sa imunitný systém konečne spustí, môže nastať tzv. cytokínová búrka, ktorá sa považuje za koreň niektorých z najzávažnejších prípadov infekčných ochorení. Niektoré škody v organizme môžu byť spôsobené veľmi silnou a svižnou imunitnou reakciou, pri ktorej sa telo bráni a akosi vrhá na vírus všetko, čo má. Extrémna imunitná odpoveď môže zhoršiť zápal pľúc a spôsobiť závažný zápal spolu s koinfekciou bakteriálnych patogénov, ktoré ako vždy vstupujú do popredia s každou infekčnou časticou. Tie ako keby čakali  v zálohe na vhodnú chvíľu. Schopnosť vírusu vyhnúť sa detekcii je ďalším dôvodom, prečo je ťažké liečiť liekmi. Čím skôr užijete lieky, tým lepšie, ale kým niekto príde na kliniku, vírus už narastie, takže lieky môžu vírus spomaliť, ale na zastavenie poškodenia už môže byť neskoro. Vývoj antivírusových liekov je tiež náročný, pretože musia pracovať veľmi špecificky v boji proti určitým vírusom. To sa líši od antibiotík, ktoré môžu liečiť rôzne bakteriálne infekcie. Vlastnosti, na ktoré sa antibiotiká zameriavajú je bunková stena alebo ochranný „povlak“ baktérií. Tieto veci sú rovnaké pre mnoho rôznych typov baktérií. Preto môžeme vytvoriť liek ako penicilín, ktorý nepôsobí proti jednej baktérii, ale proti mnohým druhom. Tým, že vírusy unášajú ľudské bunky, antivírusové lieky sa nemôžu ľahko zamerať na rovnaké funkcie bez toho, aby hostiteľa ešte viac poškodili. Vírusy sú tiež rozmanitejšie, takže ani patogény, ktoré sú úzko súvisiace, ako súčasný koronavírus, nemusia nevyhnutne reagovať na rovnakú liečbu. Podobne lieky, ktoré sa používajú na liečbu vírusu herpes simplex, nie sú účinné proti iným herpes vírusom. A pretože vírusy majú rôzne „kľúče“ na vniknutie do buniek, existuje len málo bežných cieľov pre lieky na blokovanie infekcií. Aj keď sú na niektoré vírusy k dispozícii antivírusové lieky, nemusia infekciu nevyhnutne vyliečiť. Lieky používané na liečbu HIV sú napríklad účinné pri potláčaní replikácie vírusov, ale nie pri jeho eradikácii. Sezónnu chrípku je možné liečiť antivírusovými liekmi, ktoré môžu pomôcť skrátiť trvanie ochorenia, ale je bežné, že vírus dokážeme odhaliť aj potom, čo sa pacient zotaví. Vírusy sú proste jedinečné, ktoré dokážu obísť nielen spomenuté lieky, ale aj vakcíny a dokonalý imunitný systém.

Odolnosť vírusov je to, čo z nich robí takú hrozbu v celej histórii, od chrípkových pandémií až po vypuknutie eboly. A ich schopnosť rýchlo sa vyvíjať v kombinácii s výzvami vývoja liečebných postupov a liečiv zabezpečí, že zostanú aj naďalej značnou hrozbou. Vírusy chcú zo seba urobiť viac a nájsť nových hostiteľov, ktorí by sa mohli úspešne nimi nakaziť. Je to skutočne prežitie tých najschopnejších.

Spracoval: Michal Šebeňa