Vedecký objav, že vírusy sa často a neočakávane presúvajú z druhov na druh, mení naše chápanie ich evolučnej histórie a môže mať alarmujúce následky vo forme nových chorôb.
Keď vzniknú nové druhy, odkiaľ pochádzajú ich vírusy? Vírusy, ktoré nie sú ničím iným ako stádom voľne pasúceho sa genetického materiálu, zúfalo potrebujú bunkovú štruktúru a zdroje svojich hostiteľov, aby sa znova a znova rozmnožovali. Vírus bez hostiteľa nie je nič.
V dôsledku tejto závislosti zostávajú niektoré vírusy lojálne voči svojim hostiteľom počas evolúcie, mutujú a mierne sa menia zakaždým, keď sa hostiteľ transformuje na nový druh. Tento proces sa nazýva spoločná odchýlka. Napríklad ľudia a šimpanzy majú mierne odlišné vírusy hepatitídy typu B, z ktorých oba pravdepodobne mutovali z verzie, ktorá infikovala spoločného predka ľudí a ľudoopov pred viac ako štyrmi miliónmi rokov.
Ďalšia možnosť, nazývaná interšpecifický prechod, sa vyskytuje, keď vírus migruje na úplne nový typ hostiteľa, ktorý nemá nič spoločné s predchádzajúcim. Tento typ vírusovej evolúcie je spojený so závažnými novými chorobami, ako je vtáčia chrípka, HIV, Ebola a SARS. A keďže také choroby sú mimoriadne nebezpečné, máme šťastie, že prechod medzi rôznymi druhmi je pomerne zriedkavý jav.
Avšak nedávno, keď vedci v Austrálii uskutočnili prvú štúdiu dlhodobého vývoja tisícov rôznych vírusov, dospeli k prekvapivému záveru, že prechod medzi rôznymi druhmi je oveľa dôležitejší a vyskytuje sa oveľa častejšie, ako sme si predstavovali. Zmena druhov je hnacou silou väčšiny hlavných vývojových novotvarov vírusov. Medzitým je spoločná divergencia menej rozšírená, ako sme očakávali, a spôsobuje najmä postupné zmeny.
"Veľmi presvedčivo preukázali, že spoločná divergencia je skôr výnimkou ako pravidlom," uviedol evolučný biológ Pleuni Pennings, odborný asistent na univerzite v San Franciscu a nezúčastnil sa austrálskeho štúdia.
Tieto nálezy v žiadnom prípade neznamenajú, že nové choroby, ktoré vznikajú pri prechode medzi druhmi, sú vážnejšou a bezprostrednou hrozbou, ako sa predpokladá v medicíne. Ukazujú však, že vývojová dynamika vírusov môže byť prekvapivo zložitá. Ak vedci podcenili frekvenciu prechodu vírusov na nových hostiteľov, potom je v tomto prípade veľmi dôležitou prioritou skúmať, ktoré vírusy sú na to najcitlivejšie.
Existuje veľa dôvodov, prečo je nepravdepodobné, že medzidruhové skoky budú mať významný vplyv na vývoj vírusov. Prekážky, ktoré bránia vírusu v úspešnom prenose na hostiteľa z iného druhu, sú veľmi vážne a impozantné. Ak vírus nedokáže manipulovať s genetickým materiálom hostiteľa a množiť sa, je to slepá ulička, koniec vetvy. Vírus môže potrebovať veľa pokusov o infikovanie nového hostiteľa, ktorý robí už desaťročia alebo viac, pričom v tomto čase akumuluje zodpovedajúce mutácie. Robí to, kým sa nepresadzuje a nezačne sa množiť a šíriť.
Propagačné video:
Na jar minulého roku napríklad skupina biológov a biomedicínskych vedcov vedená Susan VandeWoude, profesorkou porovnávacej medicíny na University of Colorado, poskytla príklad toho, čo by sa dalo nazvať neúplným medzidruhovým prechodom. Vandewood skúma lentivírusy. Toto je typ retrovírusu, do ktorého patrí HIV. Jej nositeľmi sú pumy a rysy severoamerické. Profesorka spolu so svojím výskumným tímom neustále nachádzala určitý lentivírus rysa červeného v pumpe v Kalifornii a na Floride. Ale zakaždým, genetické údaje naznačujú, že tento vírus sa objavil v dôsledku kontaktu pumy s infikovaným rysom, povedzme, keď puma jedla rysa, a nie z iného infikovaného puma, ktorý ho šíril. Koncentrácia vírusu v cougary bola tiež nízka, čo naznačuježe vírus sa ťažko reprodukuje.
V skratke, vírus vstúpil do nového mačacieho hostiteľa, ale organizmus hostiteľa nebol pre parazita príliš vhodný a nemohol sa na ňom správne usadiť. "V mnohých prechodoch sa nenašiel žiadny dôkaz o tom, že by sa nový vírus množil v pumách," poznamenáva Vandewood. (Na rozdiel od toho tím Vandewoodovho tímu zistil, že určitá forma vírusu rysa sa sťahovala do panterov na Floride, čo prenášalo variant, ktorý si prispôsobili.) Pretože prechody lentivírusu z jedného mačacieho druhu na iný sa vyskytujú tak často, môže v priebehu času dosť silne mutovať, a potom puma sa pre neho stane vhodným biotopom. Doteraz sa to však nestalo, aj keď ich bolo veľa.
Navyše, keď vírusy úspešne skočia z jedného druhu na druhý, môžu sa stať obeťou vlastného úspechu. Toto sa týka predovšetkým malých izolovaných populácií (takto sa narodilo veľa nových druhov). Nebezpečné vírusy môžu veľmi rýchlo zničiť dostupných hostiteľov, po ktorých samy zmiznú.
Z tohto dôvodu môžu viroológovia s vysokou mierou istoty povedať, že aj keď sa interpecies skoky v širokom časovom rámci vyskytujú často, môže byť normou spoločná divergencia vírusov a ich hostiteľov. Existuje však len málo experimentálnych dôkazov na podporu tohto predpokladu. „Ideálna spoločná divergencia je jedným z tých javov, o ktorých sa môžete dozvedieť. Ak sa však pokúsite nájsť dobré príklady tohto druhu vzájomnej odchýlky, ukázalo sa, že sú veľmi, veľmi zriedkavé, “hovorí Pennings.
Profesor biológie na University of Sydney Edward Holmes a jeho austrálski kolegovia sa rozhodli toto záhady vyriešiť. Použitím údajov o vírusovom genóme rekonštruovali vývojovú históriu 19 hlavných vírusových rodín, z ktorých každá obsahuje od 23 do 142 vírusov, ktoré obývajú rôzne hostiteľa, od cicavcov po ryby a rastliny. Vytvorili fylogenetické (vývojové) schémy pre vírusové rodiny a pre ich hostiteľské druhy a potom ich porovnali. Vedci zdôvodnili toto: ak sa vírus v podstate odkloní od svojho hostiteľa, ktorý sa s ním vyvíja, potom by v tomto prípade mala byť fylogenetická schéma vírusu podobná ako u jeho hostiteľa, pretože predkovia vírusu museli infikovať predkov hostiteľa. Ak však vírus preskočí z hostiteľa na hostiteľa,vývojové vzorce hostiteľov a vírusov budú vyzerať inak. Aký je rozdiel? Závisí to od počtu medzidruhových prechodov.
Vo svojej práci, publikovanej v časopise PLOS Pathogens, uviedli, že vo všetkých 19 rodinách vírusov boli interspeciálne prechody rozšírené. Holmes povedal, že pre neho nebolo žiadnym prekvapením, že každá vírusová rodina, ktorú študovali, vyzerala, akoby medziskakovala. Bol však prekvapený, ako často robia také skoky v celej svojej histórii. "Všetci to robia," povedal Holmes. „A to je niečo neobvyklé.“
S odvolaním sa na otázku, prečo si vedci predtým neuvedomili, aké dôležité sú medzidruhové prechody pre vývoj vírusu, Holmes vysvetlil, že autori fylogenetických štúdií v minulosti často považovali problém príliš úzko, študovali pomerne malý počet hostiteľských druhov a vírusov a robili ho v malom časovom rámci. … Za 10 alebo 20 rokov možno nebudete musieť skákať medzi dvoma druhmi. "A za milión rokov sa to určite stalo," povedal Holmes.
Jeho priekopnícky prístup „poskytuje pohľad na dlhodobý vzťah medzi hostiteľmi a vírusmi,“uviedol John Denn, docent biológie na Queens College.
Pochopenie toho, ako a prečo dochádza k medzidruhovým prechodom, pomohlo Holmesovi a jeho kolegom pozorovanie vírusov RNA (ktoré používajú RNA ako genetický materiál). Dospeli k záveru, že takéto vírusy sa krížia oveľa častejšie ako vírusy DNA (ktoré používajú DNA). "Je to pravdepodobne spôsobené tým, že majú vyššiu mieru mutácie," uviedol Vandewood. Vďaka kombinácii menšieho genómu a vyššej rýchlosti mutácie má RNA vírus lepšiu šancu prispôsobiť sa prostrediu nového hostiteľa.
Okrem toho Holmes vysvetľuje tento trend rôznymi životnými cyklami vírusov RNA a DNA. Infekcie s účasťou vírusov RNA sú často ťažké, ale sú krátkodobé, to znamená, že choroba prichádza a odchádza pomerne rýchlo, ako je tomu v prípade chrípky alebo bežného prechladnutia. Táto nestálosť vedie k tomu, že vírus môže vynechať príležitosť stať sa súčasťou vznikajúcich hostiteľských druhov. „Pri nebezpečnom víruse trvá škodlivé účinky celé dni alebo týždne,“hovorí Holmes. „A v priemere je spoločná odchýlka v takýchto prípadoch zriedkavá. Je to len tak, že vírus zmizne veľmi rýchlo. ““
Infekcie spojené s vírusom DNA sú však často chronické. Keď sa časť hostiteľskej populácie odchýli od svojho typického tvaru a vytvorí nový druh, je pravdepodobnejšie, že vírus vezme so sebou, pretože je infikovaných mnoho ďalších hostiteľov. Zvyšuje sa tak pravdepodobnosť vzájomnej divergencie medzi vírusom a jeho novým hostiteľom.
Životný štýl hostiteľa tiež zohráva úlohu pri prechode vírusov a pri vzájomnom pôsobení týchto medzidruhových skokov. „Vieme, že veľkosť a hustota hostiteľskej populácie sú veľmi dôležité a tento faktor určuje, koľko vírusov má,“hovorí Holmes. Ako príklad uvádza netopiere. Netopiere majú tendenciu prenášať veľké množstvo rôznych vírusov, ale je to čiastočne spôsobené skutočnosťou, že existuje veľké množstvo netopierov. Je pravdepodobné, že takéto veľké populácie vírus chytia. "Existuje veľmi jednoduché ekologické pravidlo: čím viac hostiteľov, tým nebezpečnejšie vírusy môžu prenášať," poznamenáva Holmes. „Je to tak, že vírus má väčšiu šancu nájsť zraniteľného hostiteľa.“
V roku 1975 Francis L. Black z Yale University napísal výskumný dokument, ktorý poskytol hĺbkové pochopenie toho, ako dynamika hostiteľskej populácie ovplyvňuje ľudské choroby. Po preštudovaní pomerne izolovaných a malých spoločenstiev Amazonských domorodcov vedci zistili, že chronické vírusové infekcie sa u týchto ľudí vyskytujú pomerne často, ale akútne infekcie väčšinou chýbajú. Izolácia chráni tieto kmene pred novými vírusmi. Tých málo nebezpečných vírusov, ktoré sa napriek tomu dostali do domorodých spoločenstiev, čoskoro vymizlo. Mali málo hostiteľov, aby prežili, a preto vírusy zmizli pomerne rýchlo.
Zistenie, že interspecifické prechody sa vyskytujú často, môže spôsobiť vážne obavy, pretože sú spojené s nebezpečnými novými chorobami. V minulosti bolo veľa skokov a vyskytovali sa často. Čo nás čaká budúcnosť - to isté, ale vo veľkých množstvách?
Nie je potrebné. „Štatistika prechodov medzi jednotlivými druhmi z minulosti nie vždy presne predpovedá budúcnosť, najmä pokiaľ ide o ľudí,“hovorí Pennings. Náš životný štýl sa dnes líši aj od toho, ako ľudia žili len pred niekoľkými storočiami, a preto sa riziko nákazy novými chorobami pre nás zdá byť odlišné.
Osoba je tiež nositeľom veľkého počtu vírusov. Naše populácie sú príliš veľké a sme neuveriteľne mobilní, čo znamená, že vírusy ľahko a jednoducho prenášame na nových vnímavých hostiteľov. „Robíme veľa vecí, ktoré zvyšujú šance na prenos vírusu. Rád strkáme nos do miest, kam by sme nemali ísť, príliš riskujeme, jeme to, čo by sme nemali jesť, “hovorí Vandewood. "Pravdepodobne sme najhoršími páchateľmi pravidiel, a preto sa najčastejšie stávame objektom medzidruhových skokov - jednoducho preto, že niekedy robíme šialené činy."
Takéto šialené činy často vedú ku kolíziám s inými druhmi. Čím častejšie to robíme, tým viac sme vystavení novým vírusom. Druhy, s ktorými prichádzame do styku, nás najčastejšie ohrozujú. "Je pravdepodobnejšie, že sa nakazíme niečím, čo je myši, ako tigrom," hovorí Pennings.
Ďalší výskum histórie vývoja vírusov však pomôže vedcom pochopiť, či existujú druhy, ktorým by sme mali venovať väčšiu pozornosť ako zdroje nových infekcií. (Epidemiológovia už pozorne sledujú vírusy prenášané z hydiny na ľudí, pretože sa obávajú vtáčej chrípky.) Vírusy z rastlín, rýb a cicavcov sú pravdepodobne rovnako nebezpečné pre ľudí. Rovnako je možné, že vo výskume, ktorý predpovedá budúcu epidémiu, sa vedci zúžia na niekoľko vysoko rizikových skupín.
Holmes má iný názor. „Nemyslím si, že prognózy v tomto prípade môžu byť efektívne,“hovorí. "Chápem, prečo sa to deje, ale počet nových vírusov, ktoré zisťujeme, je obrovský, a preto sú prognózy v tomto prípade jednoducho nevhodné."
Našťastie sa tento druh analýzy uľahčil s príchodom a rozvojom metagenomiky, ako sa nazýva vetva genomiky, ktorá neštuduje genóm jednotlivého organizmu, ale úplnosť genomických informácií získaných z prostredia. V rámci tohto výskumu si Holmes a jeho kolegovia vyberajú genomické sekvencie z rôznych dostupných databáz. Nepotrebujú fyzické vzorky vírusov, a to samo osebe predstavuje inováciu v oblasti výskumu. „Virologia prechádza do novej fázy, v ktorej je možné pomocou metagenomiky masovo vzorkovať, aby sa zistilo, čo je tam,“hovorí Holmes.
Poznamenáva tiež, že nové informácie o vírusoch sú dnes dostupnejšie, a preto fylogenetické schémy, ktoré vytvoril on a jeho kolegovia v blízkej budúcnosti, podstúpia zásadné zmeny. "Za tri roky budú tieto schémy omnoho komplexnejšie, pretože nájdeme toľko nových vzoriek týchto vírusov," sľubuje Holmes.
Zámok Mallory