Naujienos

Virusų planeta

Koronaviruso pandemija privertė žmones atidžiau pažvelgti  į įvairialypį virusų pasaulį. Tarsi iš niekur atsiradęs, paslaptingasis COVID-19 sustingdė civilizaciją. Tačiau  iš esmės turime būti dėkingi šioms kelių dešimčių ar šimtų nanometrų dydžio biologinėms būtybėms už tai, kad tapome tuo, kuo esame.  Apie evoliucinę virusų reikšmę kalbėjomės su Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro Molekulinės mikrobiologijos ir biotechnologijos skyriaus virusologe dr. Laura Kaliniene.

Ar galima teigti, kad virusai yra evoliucijos bendraautoriai?
L. Kalinienė: Galima. Žmonės, vystantys evoliucijos teorijas, bioinformatikai, anksčiau teigdavo, kad virusinės sekos žmogaus genome sudaro apie 10 proc. Dabar manoma, kad ne mažiau kaip 45 proc. mūsų genomo yra retrovirusinės ir į retrovirusus panašios sekos. Kai kurių autorių teigimu ta dalis gali siekti net iki 80 proc. Be to, daugėja duomenų, kad retrovirusinės sekos mūsų genome gali būti aktyvios. Ypač didelis žmogaus endogeninių retrovirusų, pvz., ŽER-K (ŽER – žmogaus endogeninis retrovirusas) ir ŽER-H, aktyvumas stebimas embriogenezės metu. Tačiau vėliau organizmas juos inaktyvuoja. Itin įdomūs yra genai, koduojantys baltymus, atsakingus už žmogaus veido formavimąsi. Gana panašius turi ir šimpanzės. Tačiau žmogaus genus kontroliuoja kitokios, rūšiai specifinės reguliacinės sekos, kurių nemažai yra retrovirusinės kilmės ar į retrovirusus panašios sekos. Taigi pusiau juokais, pusiau rimtai galima teigti, kad už mūsų sielos veidrodžio – veido suformavimą – turėtume būti dėkingi ir virusams.

Ar žinoma, iš kur ar kaip atsirado virusai?
L. Kalinienė: yra kelios virusų kilmės teorijos, tačiau nė viena jų nėra įrodyta ar vyraujanti. Vieni mokslininkai mano, kad virusai kilo iš ląstelių ar jų komponentų. Kai kurios ląstelės evoliucionavo primityvumo link, nes joms energetiškai buvo naudinga tapti parazituojančiomis. Kiti mano, kad virusai išsivystė savarankiškai.

Kitaip sakant, virusų vaidmuo toli gražu nevienareikšmiškas?
L. Kalinienė: Mūsų suvokimą apie virusus suformavo medicina. Pirmiausia pradėjome domėtis virusais, kurie mums sukelia ligas. Tačiau dabar požiūris didėjant duomenų kiekiui kinta. Pavyzdžiui, manoma, kad net ŽIV – žmogaus imunodeficito virusas, kurį keikiame ir norime jo atsikratyti, po kokių 10 000 ar daugiau metų taps endogeniniu, įsitvirtins mūsų ląstelėse ir duos mums naudos. Galėsime panaudoti kokį nors jo baltymą ar reguliacinę seką savo genomui reguliuoti. Tai reiškia, kad gamtoje iš principo nėra nieko nenaudingo. Viskas tarpusavyje susiję.

Kaip galima skirstyti virusus?
L. Kalinienė.: jeigu kalbame apie visą virosferą, ją klasifikuoti galima daugybe būdų. Man labiausiai patinkanti, racionaliausia yra Baltimoro klasifikacija, skirstanti virusus pagal jų genomo tipą. Virusų genomu gali būti RNR molekulė, DNR molekulė. Tai pat segmentuota, žiedinė, linijinė ir t. t. Vieni mokslininkai teigia, kad retrovirusai išsivystė iš retrotranspozonų. Kiti teigia, kad retrovirusai ir retrotranspozonai turėjo bendrą protėvį. Treti, kad retrotranspozonai yra buvę retrovirusai, kurie neteko apvalkalėlio baltymo, o po to įsigijo jį kitokį. Kaip matote, ir čia dar nėra vieningo požiūrio. Beje, būtina pabrėžti, kad RNR turintis COVID-19 nėra retrovirusas. Gamtoje informacija įprastai perrašoma nuo DNR į informacinės RNR molekulę transkripcijos proceso metu. Retrovirusai, turintys atvirkštinę transkriptazę, elgiasi atvirkščiai. Todėl jie sugeba savo RNR esančią genetinę informaciją perrašyti į DNR ir įklijuoti į šeimininko genomą. Koronavirusų genomas yra teigiamo poliškumo – koduojanti RNR, bet ji niekada nėra verčiama DNR.
Retrovirusų vystymuisi būdingas tarpsnis, kai jų genomas įsistato į mūsų genomą. Kuo tai gali baigtis virusui arba mums? Ląstelėms nuolat dalijantis, viruso genomas dauginasi kartu su ląstelės genomu. Jis gali mutuoti ir tapti neaktyvus. Paprastai sakoma, kad išlaikomos tos virusinės RNR funkcijos, kurios pasirodo esančios naudingos mūsų ląstelei / organizmui. Tai labai patogu, nes virusų baltymai jau atlieka kokią nors funkciją. Žmogaus ląstelei paprasčiau tas funkcijas pritaikyti ar panaudoti sau, negu pasiimti kažkokį geną ir jį keisti, kad jis įgautų norimą funkciją. Puikiu tokio naudojimo pavyzdžiu galėtų būti placentos formavimesi dalyvaujantis baltymas sincitinas, kurį „pasiskolinome” iš retrovirusų.
Retrovirusinės sekos, įsiterpusios mūsų genome, dažniausiai yra kontroliuojamos mūsų ląstelių gynybinių sistemų. Pavyzdžiui, žmogaus endogeninis retrovirusas K į mūsų genomą buvo integruotas prieš maždaug 200 000 metų. Jis periodiškai formuoja į virusus panašias daleles ir dar yra gan aktyvus. Vis tik prieš daugybę metų į mūsų genomą patekusios virusinės sekos jau nebėra virusai, nes jos prarado gebėjimą ištrūkti už ląstelės ribų.

Kuo epidemija skiriasi nuo pandemijos?
L. Kalinienė: pandemija yra tada, kai užkratas išplinta po visą pasaulį. Epidemija yra lokalesnė. Kalbant apie priežastis jos gali būti įvairios. Pavyzdžiui, gripo virusas. Žmonės mano, kad nuo XX a. pradžios buvo kilusios tik dvi pandemijos – ispaniškasis gripas ir kiaulių gripas. Tai nėra tiesa. Vien tik XX a. buvo keturios gripo pandemijos. Nepamirškime ir AIDS ligos, kurią taip pat galime traktuoti kaip pandemiją. Kalbant apie gripo virusą esmė yra ta, kad jo genomas segmentuotas. Kai įvyksta mutacija jo struktūriniame gene, turime šiek tiek kitokį viruso variantą, gebantį sukelti epidemiją. Tačiau kai tą pačią ląstelę infekuoja dviejų skirtingų rūšių gripo virusai (pavyzdžiui, paukščių ir žmogaus gripo virusai), naujai susiformavęs mutantas turi ir vieno, ir kito viruso segmentų. Tai vadiname perrūšiavimu. Susidaro visiškai naujas, kitoks segmentų rinkinys. Naujas gripo viruso variantas, su kuriuo mūsų organizmas dar nebuvo susidūręs. Jei toks virusas išplis, susidursime su pandemija. Pandemija galime vadinti ir kažkada buvusį raupų siautėjimą, ypač kai šis virusas iš Europos persikėlė į Amerikos žemyną.

Jūs tyrinėjate ne žmogaus, bet bakterinius virusus. Kokia šių darbų praktinė reikšmė?
L. Kalinienė: aš jau daugiau nei 20 metų tyrinėju bakterinius virusus. Šie virusai labai įvairūs, jų yra daugiau negu žmogaus, nes jų šeimininkų žymiai daugiau. Dažnai įsivaizduojama, kad virusas yra blogis, žudikas. Neįvertinama, kad nuostata „mano priešo priešas yra mano draugas“  neretai būna teisinga. Bakterijos, ypač pastaruoju metu, kelia daug problemų daugėjant antibiotikams atsparių padermių. Todėl bakterinių virusų tyrimai gali padėti įveikti šią problemą. Ši virusų grupė siūlo įvairių sprendimų, kaip galėtume kovoti su bakterijomis, nenaudodami antibiotikų. Pavyzdžiui, Gruzijoje Eliavos institute nepaprastai gilios tradicijos gydyti bakterines infekcijas virusais, kurie tas bakterijas infekuoja. Tačiau toks gydymo būdas yra gan komplikuotas, be to, dažnai žmonės nesutinka būti gydomi virusais. Todėl kuriamos įvairios sistemos naudojant atskirus bakterinių virusų koduojamus baltymus. Vienas populiaresnių yra baltymas lizocimas, ardantis bakterinės ląstelės sienelę. Toks baltymas gali būti panaudotas antibiotikams atsparioms bakterijų ląstelėms naikinti.

Vadinasi, mūsų bendradarbiavimas su virusais atrodo neišvengiamas?
L. Kalinienė: Virusai nuolat veikė mūsų evoliuciją, keitė mūsų mikrobiotą. Pavyzdžiui, žarnyne yra daug mikroorganizmų, kurie mums padeda virškinti ir apsisaugoti nuo įvairių ligų sukėlėjų. Ant odos taip pat nešiojame daugybę bakterijų. Visų šių mikroorganizmų įvairovę, kaip manoma, reguliuoja bakteriniai virusai. Genome esančių endogeninių virusų palikimu mes taip pat labai įvairiai naudojamės. Visai neseniai buvo nustatyta, kad galbūt virusinės kilmės baltymas padeda bendrauti neuronams. Yra žinomas baltymas ARC, kilęs, kaip manoma, iš Ty3/gypsy retrotranspozono. Šis baltymas formuoja į virusus panašias daleles, į kurias supakuoja savo paties informacinę RNR. Ir tokios dalelės tarsi laiškai per sinapses perduodami iš vienos nervinės ląstelės į kitą.
Žmonės dažnai sako, kad gyvename žmonių pasaulyje. O mes gyvename virusų pasaulyje. Mūsų šaldytuve laikomi virusiniai preparatai, kuriuose virusinių dalelių yra daugiau, negu žvaigždžių Paukščių tako galaktikoje. Vienoje kolonijoje, kurias matome Petri lėkštelėje, virusinių dalelių gali būti daugiau, negu žmonių šioje Žemėje. Tai įsivaizduokite, kiek virusinių dalelių yra aplinkoje. Žinoma, kad jos ir tiesiogiai, ir netiesiogiai daro įtaką mūsų gyvenimui ir evoliucijai.

Kalbėjosi dr. Rolandas Maskoliūnas, LMA vyriaus. specialistas ryšiams su visuomene