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 virusologe dr. Laura Kaliniene.

Yra kelios virusų kilmės teorijos, tačiau nė viena jų nėra įrodyta ar vyraujanti. Tiesą sakant, nepaisant mokslininkų pastangų, mes apie šią gyvybės formą žinome stebėtinai mažai. Kai kurios hipotezės tiesiog prieštarauja viena kitai.
L. Kalinienė sako, jog yra dvi esminės versijos. Vieni mokslininkai tvirtina, kad virusai kilo iš ląstelių. Susiformavo tokios aplinkos ir gyvenimo sąlygos, kad kai kurioms ląstelėms tapo naudinga pavirsti parazituojančiomis. Kiti mano, kad virusai išsivystė nepriklausomai nuo ląstelės. Neabejotina tik tai, kad virusai yra pati gausiausia gyvybės forma Žemėje. Jų genomu gali būti DNR arba RNR molekulė. Kai kurie virusai, įsiskverbę į ląstelę, įklijuoja į šeimininko ląstelės savo genomą, kad galėtų daugintis. Jeigu patekę į ląstelę, jie sugeba savo RNR esančią genetinę informaciją perrašyti į DNR ir įklijuoti į aukos genomą, tuomet jie vadinami retrovirusais.
Anksčiau buvo manoma, kad virusinės sekos žmogaus genome sudaro apie 10%. Dabar teigiama, kad ne mažiau kaip 45% mūsų genomo yra retrovirusinės ir į retrovirusus panašios sekos. O kai kurių autorių teigimu tas procentas gali siekti net iki 80% viso genomo.
Be to, daugėja duomenų, kad retrovirusinės sekos mūsų genome gali būti aktyvios. Ypač didelis žmogaus endogeninių retrovirusų aktyvumas stebimas embriogenezės metu. Tačiau vėliau organizmas juos inaktyvuoja. Štai virusinės kilmės genas esantis motinos ląstelėse, koduoja baltymą sincitiną, kuris būtinas placentai susiformuoti. Virusologė pateikia dar vieną įdomų pavyzdį. Pavyzdžiui, yra genai, koduojantys baltymus, atsakingus už veido formavimąsi. Panašius turi ir šimpanzės. Kadangi šiuos žmogaus genus kontroliuoja endogeniniai retrovirusai, galima teigti – už tai, kad esame gražesni už beždžiones, turėtume būti dėkingi virusams.
Mūsų suvokimą apie ypač žmogaus patogeninius virusus suformavo medicina. Nes pirmiausia pradėjome domėtis tais virusais, kurie sukelia ligas. Tačiau net šie virusai, kaip aiškėja, gali pakeisti savo „charakterį“. Yra tikimybė, kad net ŽIV virusas po kokių 10.000 metų ar daugiau taps endogeniniu, ras bendrą kalbą su ląstelėmis ir galiausiai duos mums kokios nors naudos.

Taigi, kaip tie virusai įsigudrina pritapti ląstelėje, užuot ją sunaikinę? Matyt dėl to, kad tai naudinga abiem pusėms. Virusas, o tiksliau jo genetinis ego tampa šeimininko ląstelės nuomininku, mainais už kokią nors paslaugą gavęs nuolatinę pastogę.
Virusų vystymuisi būdingas tarpsnis, kai jų genomas įsistato į mūsiškį. Ir kuomet jo genomas pasidaugina kartu su ląstelės genomu, jis gali mutuoti, tapti neaktyvus. Paprastai sakoma, kad išlaikomos tos funkcijos, kurios pasirodo esančios naudingos mūsų organizmui.
Tai labai patogu, nes virusų DNR arba RNR koduojami baltymai jau atlieka kokią nors funkciją. Žmogaus ląstelei paprasčiau tas funkcijas pritaikyti ir panaudoti savo reikmėms, negu pasisavinus kokį geną jį keisti, kad jis įgautų norimą funkciją. Puikus tokio pritaikymo pavyzdys – žmogaus endogeninis retrovirusas K, embriogenezės metu saugantis vaisių nuo kitų retrovirusų puolimo.
Retrovirusinės sekos, kurios yra mūsų genome, kontroliuojamas mūsų ląstelių gynybinių sistemų. Toks yra ir žmogaus endogeninis retrovirusas K. Jį mes „gavome dovanų“ maždaug 200.000 metų. Jis dar yra aktyvus, periodiškai formuoja virusines daleles. Tačiau tos dalelės jau nebegali išeiti už ląstelės ribų.
Beje, įdomu tai, kad mūsų genome yra ypatinga šokinėjančių genų grupė, sugebanti peršokti iš vienos vietos į kitą. Jie vadinami retrotranspozonais (ir transpozonais). Kai kurie mokslininkai teigia, kad retrovirusai išsivystė iš retotranspozonų. Kiti mano, kad retrovirusai ir retrotranspozonai turėjo bendrą protėvį. Treti tvirtina, kad retrotranspozonai yra buvę retrovirusai.

Barbara McClintock atrado, kad kukurūzai streso sąlygomis sugeba paspartinti savo evoliuciją. Kai kurie genai transpozonai imdavo šokinėti iš vienos DNR vietos į kitą ne aklai, o pagal tam tikrą sistemą. Kad naujos mutacijos atneštų naudos. Vienas toks genas netgi buvo pavadintas Jordanu, pagerbiant šoklųjį krepšininką Maiklą Jordaną. Didelė sausra, karštis ar kiti išorės veiksniai skatina tikslingas mutacijas. 1983 metais už šį atradimą mokslininkė pelnė Nobelio premiją. Taigi, evoliucija gali būti kur kas greitesnė ir veikia tikslingiau. Ypač ekstremaliomis sąlygomis.
Stresas ypatingai skatina evoliucinę įvairovę. Puikiai žinoma, kad mūsų organizme yra daug ir įvairių mikroorganizmų. Tai ir bakterijos, ir bakterijas infekuojantys virusai. Streso sąlygomis ta įvairovė būna didesnė.
Eksperimentai su vaisinėmis muselėmis patvirtino, jog šokinėjantys genai suteikia joms ypatingų galių. Pavyzdžiui, jos tapo atsparios karščiui, maisto trūkumui ir ėmė gyventi trečdaliu ilgiau už kitas museles. Geriau supratę šiuos paspartintos evoliucijos procesus, turbūt galėsime kada nors modifikuoti mūsų imunines sistemas ir neutralizuoti pavojingas mutacijas. Kai bakterijas E. coli ėmė marinti badu, jos greitai mutuodamos įgijo sugebėjimą vartoti iki tol nenaudotus junginius. Bakterijos ėmė rinktis mutacijas, kad išgyventų. Reiškinys vadinamas hipermutacija – procesas veikia 100 mln. kartų greičiau, nei įprastai. Šokinėjantys genai labai aktyvūs esant ankstyvoms smegenų vystymosi stadijoms. Taip jie suformuoja unikalias kiekvieno mūsų smegenis. Imuninės sistemos antikūnų įvairovę irgi lemia šokinėjančių genų veikla. Tyrimai liudija, kad nekoduojamos DNR dalies, kuri sudaro 97% vso mūsų genomo, pusę sudaro šokinėjantys genai. Taigi, kas nešokinės, tas neprogresuos.

Dr. Laura Kalinienė jau 20 metų tyrinėja bakterinius virusus. Jie yra patys gausiausi ir jų įvairovė stulbina. Be to, bakterijas puolantys virusai mums gali suteikti daug naudingos informacijos ir padėti kovoti su žmones puolančiais piktaisiais jų giminaičiais. Tokiais, kaip ŽIV arba koronavirusas.
Ji sako, jog teisinga yra nuostata, kad mano „priešo priešas yra mano draugas“. Mums bakterijos ypač pastaruoju metu kelia daug problemų, nes daugėja antibiotikams atsparių bakterijų. Todėl bakterinių virusų tyrinėjimas ypatingai svarbus, nes jie gali tapti efektyviu kovos su bakterijomis ginklu, nenaudojant antibiotikų.
Deja, tai, kas puikiai veikia laboratorijos sąlygomis Petri lėkštelėje, realiame gyvenime ne visada pritaikoma. Visų pirma todėl, kad dauguma virusų laboratorijoje nesidaugina. Tačiau kai pavyksta, bakteriniai virusai paverčiami itin efektyviu ginklu. Juos naudojant, jau pavyksta pasiekti įspūdingų rezultatų.
Šie metodai kuriami Gruzijoje, Eliavos institute. Ten susiformavo gilios tradicijos gydyti bakterinę infekciją virusais, kurie tą bakteriją infekuoja. Tai vienas iš būdų tiesiog imti ir naudoti ką duoda gamta.
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.
Virusai keitė mus ne tik skolindami mums savo genų, bet ir susargdindami įvairiausiomis ligomis. Taip irgi buvo spartinama natūrali atranka. Silpniausi visuomenės nariai išmirė, o likę įgavo atsparumą. Tokiu būdu žmonija iš virusų gavo brangiai kainavusių dovanų.
Virusologė pateikia dar vieną pavyzdį. Paprastai Sialo rūgšties mūsų ląstelėse yra daug. Bet vienos rūšies Sialo rūgšties mes neturime, bet ją turi beždžionės. Ir kaip manoma neturime todėl, kad patyrėme virusų spaudimą. Kad taptume atsparesni kai kuriems virusų, nes daug virusų naudoja tą konkrečią molekulę.
Virusai nuolat veikė mūsų evoliuciją, keitė mūsų mikrobiotą. Pavyzdžiui, žarnyne yra daug mikroorganizmų, kurie 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.
Dar vienas Nobelio premijos laureatas Salvadoras Luria įsitikinęs, kad būtent tokiu būdu virusai paspartino visos gyvybės evoliuciją. Taigi, yra virusai žudikai, ir yra mūsų partneriai. Jie yra pagrindiniai genų išradėjai, kūrėjai ir tiekėjai. Už savo žmogiškumą turime padėkoti vienam (pirmajam) retrovirusui, kuris įsiterpė mūsų genome ir taip palengvino kelią kitiems retrovirusams mus užkrėsti. Mokslininkai mano, jog ši savybė ir suteikė mums ypatingų kozirių, kurie mus pavertė žmonėmis.

Rolandas Maskoliūnas