Počas celej histórie našej planéty ľudia koexistovali s baktériami a vírusmi. Hľadali sme spôsoby, ako odolať búrlivému moru a kiahňam, a ako odpoveď na nás hľadali spôsoby, ako nás infikovať. Používame antibiotiká už takmer sto rokov, odkedy Alexander Fleming objavil penicilín. V reakcii sa na baktérie vyvinula rezistencia na antibiotiká. Bitka sa nekončí. S patogénmi trávime toľko času, že sa striedame. Čo sa však stane, ak naraz narazíme na smrtiace baktérie a vírusy, s ktorými sa tisícky rokov nestretli alebo ešte nikdy nevideli?
Možno to čoskoro zistíme. Zmena podnebia vedie k topeniu permafrostových pôd, ktoré boli zmrznuté už tisíce rokov, a ako sa topí pôda, objavujú sa starodávne vírusy a baktérie, ktoré ožívajú a obnovujú sa.
V auguste 2016, v odľahlom kúte Sibírskej tundry, na polostrove Yamal zomrel 12-ročný chlapec a po antraxe bolo hospitalizovaných najmenej dvadsať ľudí.
Predpokladá sa, že pred viac ako 75 rokmi jeleň infikovaný antraxom zomrel a jeho zamrznutá kostra bola uväznená pod vrstvou zamrznutej pôdy pod permafrostom. Zostal tam až do leta 2016, keď sa v dôsledku intenzívneho tepla roztopil permafrost. Takto vypustila mŕtvolu jeleňov a antraxov do najbližších vôd a pôdy a potom do potravy. Ľudia sú ohrození.
Strašidelné je, že to nemusí byť ojedinelý incident.
Zem sa zahrieva a rozmrazuje viac permafrostu. Za normálnych podmienok sa povrchové vrstvy permafrostu, hlboké asi 50 centimetrov, topia každé leto. Globálne otepľovanie však postupne odhaľuje staré vrstvy permafrostu.
Propagačné video:
Zamrznutá trvalá pôda je ideálnym miestom pre baktérie, aby zostali nažive po dlhú dobu, možno milióny rokov. To znamená, že topiaci sa ľad by mohol potenciálne otvoriť Pandorinu chorobu.
Teploty v polárnom kruhu sa rýchlo zvyšujú, asi trikrát rýchlejšie ako vo zvyšku sveta. Môžu tiež vyjsť ďalšie infekčné agens.
„Permafrost je vynikajúci držiteľ zárodkov a vírusov, pretože je chladný, tmavý a bez kyslíka,“hovorí evolučný biológ Jean-Michel Claverie z University of Aix-Marseille vo Francúzsku. „Patogénne vírusy, ktoré môžu infikovať zvieratá a rastliny, mohli byť uložené v starých permafrostových vrstvách pôdy, vrátane vírusov, ktoré v minulosti spôsobovali globálne epidémie.“
Len na začiatku 20. storočia zomrelo na antrax viac ako milión sobov. Na severe nie je ľahké kopať hlboké hroby, takže väčšina týchto tiel bola pochovaná blízko povrchu, v 7 000 roztrúsených hroboch v severnom Rusku.
Čo iného by sa mohlo ukryť pod zamrznutou pôdou?
Ľudia a zvieratá boli pochovávaní v permafroste už stovky rokov, takže je možné, že vyjdú aj iní infekční pôvodcovia. Napríklad vedci našli fragmenty RNA španielskeho vírusu chrípky v mŕtvolách, ktoré boli masívne pochované v aljašskej tundre. Na Sibíri sú tiež pochovaní kiahne a mor búriky. V štúdii z roku 2011 Boris Revich a Marina Podolnaya napísali: „V dôsledku rozmrazovania permafrostu sa môžu vrátiť vektory smrteľných infekcií 18. a 19. storočia, najmä v blízkosti cintorínov, kde boli pochované obete týchto infekcií.“
V 90. rokoch 20. storočia sa na Sibíri konala vážna epidémia kiahní. Jedno mesto stratilo až 40% svojej populácie. Tela bola pochovaná pod hornou vrstvou permafrostu na brehoch rieky Kolyma. Po 120 rokoch povodne rieky Kolyma začali erodovať brehy a roztápanie permafrostu tento erózny proces urýchlilo.
V projekte, ktorý sa začal v 90. rokoch 20. storočia, vedci zo Štátneho výskumného centra pre virologiu a biotechnológiu v Novosibirsku študovali pozostatky ľudí v dobe kamennej, ktoré sa našli v južnej Sibíri v oblasti Altaj. Študovali tiež vzorky z mŕtvol ľudí, ktorí zahynuli počas vírusových epidémií v 19. storočí a boli pochovaní v permafroste Ruska.
Vedci tvrdia, že našli telá s vredmi charakteristickými pre kiahne. Aj keď nenašli samotný vírus kiahní, našli fragmenty DNA.
Samozrejme to nie je prvýkrát, kedy baktérie zamrznuté v ľade opäť ožili.
V štúdii z roku 2005 vedci NASA úspešne oživili baktérie uviaznuté v zamrznutom rybníku na Aljaške na 32 000 rokov. Mikrób zvaný Carnobacterium pleistocenum bol zamrznutý už od pleistocénu, keď sa po Zemi pohybovali vlnené mamuty. Hneď ako sa ľad roztopil, začali znova plávať, akoby sa nič nestalo.
O dva roky neskôr vedci dokázali oživiť 8 miliónov rokov starú baktériu, ktorá spala v ľade pod ľadovcom v údolí Beacon a Mullins v Antarktíde. V tej istej štúdii boli baktérie získané z ľadu staršieho ako 100 000 rokov.
Nie všetky baktérie sa však môžu po zmrazení v permafroste ožiť. Antraxové baktérie to dokážu, pretože vytvárajú extrémne odolné spóry, ktoré môžu veľmi dlho žiť zmrazené.
Medzi ďalšie baktérie, ktoré môžu tvoriť spóry, a teda prežiť v permafroste, patria tetanus a Clostridium botulinum, ktoré sú zodpovedné za botulizmus, zriedkavé ochorenie, ktoré môže spôsobiť ochrnutie a smrť. Niektoré huby môžu prežiť aj v permafroste po dlhú dobu.
Niektoré vírusy môžu tiež prežiť po dlhú dobu.
V štúdii z roku 2014 vedci vedci Claveri oživili dva vírusy uviaznuté v permafrostu na Sibíri po dobu 30 000 rokov. Známe ako Pithovirus sibericum a Mollivirus sibericum, považujú sa za „veľké vírusy“, pretože na rozdiel od väčšiny vírusov sú také veľké, že ich možno vidieť pod bežným mikroskopom. Našli sa v hĺbke 30 metrov v pobrežnej tundre.
Vírusy sa nakazili okamžite po oživení. Našťastie pre nás tieto vírusy infikujú iba jednobunkové améby. Výskum však naznačuje, že sa môžu znovu narodiť aj iné vírusy, ktoré môžu infikovať človeka.
Globálne otepľovanie navyše nemusí roztaviť permafrost, aby predstavovalo hrozbu. Keď sa arktický morský ľad topí, na severné pobrežie Sibír sa ľahšie dostane po mori. Je zrejmé, že jeho priemyselný rozvoj je stále ziskovejší vrátane ťažby zlata a nerastov, vŕtania ropných vrtov a ťažby zemného plynu.
"V súčasnosti sú tieto oblasti prázdne a nikto sa nedotýka hlbokých vrstiev permafrostu," hovorí Claverie. „Tieto starodávne vrstvy však možno získať počas výkopových a vŕtacích operácií. Ak tam stále žijú životaschopné virióny, bude to katastrofa. ““
Obrovské vírusy môžu byť najpravdepodobnejšími vinníkmi vírusového ohniska.
„Väčšina vírusov je rýchlo inaktivovaná mimo hostiteľských buniek v dôsledku svetla, vysychania alebo spontánnej biochemickej degradácie,“hovorí Claverie. „Napríklad, ak je ich DNA poškodená a nedá sa opraviť, vírusy prestávajú byť infekčné. Medzi známe vírusy sú však obrovské vírusy zvyčajne veľmi tvrdé a pretrvávajúce. ““
Claverie hovorí, že by sa mohli objaviť vírusy od najstarších ľudí, ktorí obývajú Arktídu. Mohli by sme dokonca vidieť vírusy dlho vyhynutých hominidov, ako sú neandertálci a Denisovani, ktorí sa usadili na Sibíri a boli vystavení rôznym vírusovým chorobám. V Rusku sa našli zvyšky neandertálcov vo veku 30 - 40 000 rokov. Ľudské populácie tu žili, boli choré a zomreli tisíce rokov.
„Možnosť, že by sme mohli vírus chytiť z dávno vyhynutého neandertálca, naznačuje, že myšlienka, že vírus môže byť„ eradikovaný “z planéty, je nesprávna a dáva nám falošný pocit bezpečia. Preto by sa zásoby vakcín mali uchovávať len pre prípad. “
Od roku 2014 analyzuje Claverie obsah DNA v permafroste pri hľadaní genetického podpisu vírusov a baktérií, ktoré môžu infikovať človeka. Našiel veľa baktérií, ktoré môžu byť pre človeka nebezpečné. Baktérie majú DNA, ktorá kóduje faktory virulencie: molekuly, ktoré produkujú patogénne baktérie a vírusy, ktoré zvyšujú ich schopnosť infikovať hostiteľa.
Tím Claverie tiež objavil niekoľko sekvencií DNA, ktoré podľa všetkého pochádzajú z vírusov, vrátane oparu. Zatiaľ však neboli nájdené žiadne stopy kiahní. Z pochopiteľných dôvodov sa nepokúsili oživiť žiadny z patogénov.
Je možné, že patogény, od ktorých si ľudia zvykli, sa môžu prejaviť aj na iných miestach, nielen v ľade alebo permafroste.
Vo februári 2017 vedci NASA uviedli, že našli mikróby vo veku 10 až 50 000 rokov v kryštáloch v mexickej bani. Tieto baktérie sa nachádzali v jaskyni Kryštálov, časti bane v Naize v severnom Mexiku. Jaskyňa obsahuje mnoho mliečnych bielych kryštálov minerálneho selenitu, ktorý sa vytvoril po stovky tisíc rokov.
Baktérie boli uväznené v malých, tekutých vreckách kryštálov, ale hneď ako boli vybraté, oživili sa a začali sa množiť. Tieto mikróby sú geneticky jedinečné a môžu to byť nové druhy, vedci ich prácu zatiaľ neuverejnili.
Ešte staršie baktérie sa našli v jaskyni Lechugilla v Novom Mexiku, 300 metrov pod zemou. Tieto mikróby nevidel povrch viac ako 4 milióny rokov. Jaskyňa nikdy nevidela slnečné svetlo a bola izolovaná už 10 000 rokov od povrchových vôd.
Napriek tomu sa baktérie nejakým spôsobom ukázali ako rezistentné na 18 druhov antibiotík vrátane liekov, ktoré sa v boji proti infekciám považovali za „poslednú prekážku“. V štúdii uverejnenej v decembri 2016 vedci zistili, že baktérie známe ako Paenibacillus sp. LC231 boli rezistentné na 70% antibiotík.
Pretože baktérie boli úplne izolované v jaskyni štyri milióny rokov, neprišli do styku s ľuďmi alebo s antibiotikami, ktoré používame na liečbu infekcií. Ukazuje sa, že ich rezistencia na antibiotiká sa javila inak.
Vedci sa domnievajú, že u baktérií, ktoré nepoškodzujú ľudí, sa okrem iného vyvinie prirodzená rezistencia na antibiotiká. To znamená, že táto veľmi odolná voči antibiotikám existuje milióny alebo dokonca miliardy rokov.
Je zrejmé, že takáto rezistencia na antibiotiká sa nemôže vyvinúť na klinike počas používania antibiotík.
Dôvodom je to, že mnoho druhov húb a dokonca aj iných baktérií prirodzene produkujú antibiotiká, aby získali konkurenčnú výhodu oproti iným mikróbom. Takto Fleming prvýkrát objavil penicilín: baktérie v Petriho miske zomreli po kontaminácii plesňami produkujúcimi antibiotiká.
V jaskyniach, kde je nedostatok jedla, musia byť organizmy nemilosrdné, ak chcú prežiť. Baktérie, ako je Paenibacillus, si možno museli vyvinúť rezistenciu na antibiotiká, aby sa predišlo úmrtiu konkurenčných organizmov.
Toto vysvetľuje, prečo sú baktérie rezistentné iba na prírodné antibiotiká, ktoré pochádzajú z baktérií a húb, a tvoria asi 99,9% všetkých antibiotík, ktoré používame. Baktérie sa nikdy nestretli s umelými antibiotikami, takže na ne nemajú rezistenciu.
"Naša práca a práca ostatných ukazuje, že rezistencia na antibiotiká nie je ničím novým," uviedol vedúci štúdie mikrobiológ Hazel Barton z Akronskej univerzity v Ohiu. „Naše organizmy boli izolované z povrchových druhov 4 až 7 miliónov rokov, ale ich odolnosť je geneticky identická s odolnosťou vyskytujúcou sa u povrchových druhov. To znamená, že tieto gény sú minimálne také staré a nevyskytli sa, pretože ľudia začali používať antibiotickú liečbu. ““
Hoci Paenibacillis nie je škodlivý pre ľudí, teoreticky môže prenášať jeho rezistenciu na antibiotiká na ďalšie patogény. Ale pretože je izolovaný pod 400 metrov skaly, zdá sa to nepravdepodobné.
Napriek tomu je prirodzená rezistencia na antibiotiká voči antibiotikám taká rozšírená, že mnohé baktérie vznikajúce z topiaceho sa permafrostu ju už môžu mať. Na podporu toho vedci v štúdii z roku 2011 extrahovali DNA z baktérií nájdených v 30 000-ročnom permafroste v Beringovom mori. Našli gény kódujúce rezistenciu na beta-laktámové, tetracyklínové a glykopeptidové antibiotiká.
Stojí to za znepokojujúce?
Predpokladá sa, že riziko patogénnych mikróbov vznikajúcich z permafrostu je vo svojej podstate nepoznateľné, takže nie je potrebné sa obávať. Namiesto toho sa musíme zamerať na jasnejšie hrozby spojené so zmenou klímy. Napríklad, keď sa zem zahreje, severné krajiny sa môžu stať náchylnejšie na prepuknutie „južných“chorôb, ako je malária, cholera a horúčka dengue, pretože ich patogény sa v teple darí.
Existuje tiež názor, že by sme nemali ignorovať riziká, keď ich nemôžeme kvantifikovať.
"Existuje nenulová šanca, že nás môžu patogénne mikroorganizmy znovu objaviť a infikovať," hovorí Claverie. „Aká je pravdepodobnosť, že ešte nie je známa, je to však pravdepodobné. Možno je možné tieto baktérie vyliečiť antibiotikami, rezistentnými baktériami, vírusom. Ak patogén nebol dlhodobo v kontakte s ľuďmi, imunitný systém nebude pripravený. Takže existuje nebezpečenstvo. “
ILYA KHEL