Apie ekstremaliose zonose aptiktus mikroorganizmus ir virusus, su jais vykdomus tyrimus ir galimą poveikį žmonijai pasakoja Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro virusologė dr. Laura Kalinienė.
Radiniai lede mokslininkų nestebina
Kalbėdama apie virusus, dr. L. Kalinienė pabrėžia, kad šiandien naujų ar kadaise egzistavusių virusų atradimas – visiškai normalus procesas: „Labai svarbu suvokti, kad virusai – gausiausia populiacija žemėje, kuri dar pasižymi ir didžiausia įvairove, todėl tai, ką žinome šiandien – tik lašas jūroje.
Nedaug žinome ir apie tuos virusus, kurių nė nereikia atšildyti, su daugeliu neturime galimybės net dirbti, nes paprasčiausias būdas tirti virusą yra laboratorijoje gebėti auginti to viruso šeimininkus – pavyzdžiui, tas ląsteles, kurias virusas infekuoja. Daugelio virusų ar jų šeimininkų atveju šita užduotis kol kas mokslininkams dėl įvairių aplinkybių neįveikiama.“
Virusologė pasakoja, kad virusai ar bakterijos ir kiti mikroorganizmai, randami įvairiose ekstremaliose teritorijose, tokiose kaip ugnikalnių krateriai, kalnuose ir urvuose esantys ledynai, amžino įšalo zonos, yra intensyviai tiriami jau kurį laiką, bet toli gražu ne į visus klausimus jau surasti atsakymai.
„Į amžino įšalo zonose, kalnų viršūnėse ar uolose esančius ledynus mikroorganizmai ir virusai pateko įvairiai. Visų pirma, kaip ir šiandien, taip ir tada įvairūs virusai tiesiog egzistavo aplinkoje ir, pakitus ekologinėms sąlygoms ir pusiausvyrai, įšalo lede. Dalis tokiose ekosistemose esančių virusų įšalo kartu su kažkada gyvenusio šeimininko, pavyzdžiui, gyvūno ar žmogaus, palaikais. Todėl atšilusių virusų atsiradimas nė kiek nestebina. Tačiau kyla klausimas, kiek metų tokie virusai gali išbūti įšalę lede ir išlikti infektyvūs“, – svarsto virusologė.
Tai, kad virusas išsaugojo savo infektyvumą daugybę metų įšalęs lede, pasak virusologės, nustatyti galima ne visada – ne su visais virusais mokslininkai gali dirbti. „Pavyzdžiui, darbui su potencialiai itin patogeniškais žmogui virusais reikia 3-iojo biosaugumo lygio laboratorijos. Tokių Lietuvoje tėra viena (Nacionalinė visuomenės sveikatos priežiūros laboratorija), tačiau ji nėra skirta rutininiams moksliniams tyrimams.
Be to, susiduriama su jau minėta tinkamo virusui padauginti šeimininko nebuvimo problema. Dėl šių ir kitų priežasčių ne visus rastus virusus mokslininkai stengiasi „atgaivinti“. Dažniausiai iš ledynų ar kitų vietų paimti mėginiai tiriami pasitelkiant kitus metodus, pavyzdžiui, metagenominę analizę, kai virusai nėra kultivuojami, o yra tiriama jų genetinė medžiaga“, – paaiškina mokslininkė.
Atgaivinti 30 tūkstančių metų senumo virusai
Nors naujų virusų atradimo faktas mokslininkų per daug nestebina, atliekamų tyrimų rezultatai atskleidžia išties neeilinius duomenis. Svarbus pasiekimas virusų pasaulyje, pasak dr. L. Kalinienės, buvo sėkmingas bandymas infektyvius virionus išgauti iš pavyzdžių, paimtų iš Sibire esančių amžino įšalo zonų – atgaivinti, manoma, 30 tūkst. metų senumo amebas infekuojantys virusai Pithovirus sibericum (1 pav.) ir Mollivirus sibericum (2 pav.).
Kalbant apie įšalo zonose esančius mikroorganizmus, pavyzdžiui, bakterijas, mokslininkams yra pavykę atgaivinti maždaug 8 milijonų metų senumo Arthrobacter genties bakterijas mėginiuose iš Antarktidos (3 pav.). Formos viršus Formos apačiaar gauti bakterijų nukleorūgščių pavyzdžius, skaičiuojančius net 34 milijonus metų.
Vienas naujausių tyrimų, atliktų šiaurės vakarų Tibete, taip pat nustebino rezultatais – tiriant 600 ir 15 tūkst. metų senumo pavyzdžius, aprašytos 32 virusų gentys, iš kurių net 28 buvo naujos.
„Amžino įšalo zonose temperatūros ir ultravioletinių spindulių poveikio nebuvimas ir deguonies stygius sudaro labai palankias sąlygas virusams užsikonservuoti. Bet ne visi virusai išgyvena užšalę. Kiek ilgai ir ar gali virusas išbūti užšalęs neprarasdamas infektyvumo – individuali kiekvieno viruso charakteristika, kurią reikia išaiškinti.
Tokie tyrimai atliekami ir su naujuoju koronavirusu – kiek jis pakantus užšalimui, kiek laiko jis gali išlikti infektyvus prabuvęs ant užšaldytų produktų ar šaldytuose vandenyse ir panašiai“, – pasakoja dr. L. Kalinienė.
Pasak mokslininkės, vyrauja nuomonė, kad užšalimą geriau pakenčia didieji DNR turintys virusai – tokie kaip raupų virusai arba amebas infekuojantys megavirusai, kurie matomi net šviesiniu mikroskopu – jų struktūra ir genomas yra palankesni tokioms sąlygoms.
Kita vertus, gripo ar koronavirusai, turintys RNR, įprastai priskiriami labiau pažeidžiamiems virusams, bet dėl riebalinio apvalkalėlio struktūros ypatumų taip pat gali tam tikrą laiką išbūti užšalę, o atšilę – likti infektyvūs. Tačiau ilgam šalčio laikotarpiui pakantūs senieji virusai neretai pasižymi ir išskirtiniais bruožais.
„Senieji virusai dažnai pasižymi unikaliomis genetinėmis ar struktūrinėmis ypatybėmis, kurios gali lemti šiuolaikiniams virusams nebūdingas savybes ar vystymosi ypatumus. Senieji iš amžino įšalo zonų išgauti virusai neretai koduoja unikalius baltymus, kurie nėra būdingi šiuolaikiniams virusams.
Lyginamoji tokių virusų analizė yra naudinga ir informatyvi, nes leidžia ištirti, kaip kito atskirų virusų linijos, kaip keitėsi prisitaikymas prie šeimininkų, ir suteikia daug kitos svarbios informacijos“, – sako dr. L. Kalinienė.
Atšilusių virusų išplitimo galimybės – menkos
Nors mokslinėje spaudoje jau galima rasti įvairių sukurtų modelių, kaip nuo ledynų atitirpę mikroorganizmai ir virusai į kitas geografines zonas galėtų plisti, pavyzdžiui, su vėju ir oro lašeliais, mokslininkai tokių virusų galimybę sukelti pandemines situacijas vertina skeptiškai dėl kelių priežasčių.
„Virusui įsitvirtinti reikalinga tam tikra šeimininkų koncentracija, o ekstremaliose zonose tiek žmonių dažniausiai nėra. Net jei ekspedicijoje ir susiburia didesnis būrys mokslininkų, kurie atlieka tyrimus ir potencialiai susiduria su naujais į aplinką patekusiais virusais, tai dar nereiškia, kad padidėja tikimybė plisti virusams, nes ir jų plitimo keliai skirtingi – vienas per kraują, kitas oro lašeliniu būdu, trečias per fekalinę taršą.
Tad jei mokslininkas atkasė senovinį krauju ar su vabzdžių pagalba plintantį virusą, bet aplinkoje, pavyzdžiui, nėra tą virusą platinti gebančių vabzdžių, o mokslininkas nečiupinėja pavyzdžio plikomis žaizdotomis rankomis, tai labiausiai tikėtina, kad toks virusas pakliuvęs į deguonies kupiną ir UV spindulių veikiamą aplinką tiesiog nunyks“, – pavyzdį pateikia dr. L. Kalinienė.
Mokslininkė priduria, kad neturėtume pamiršti ir molekulių evoliucijos. „Molekuliniu požiūriu mes nesame tokie, kokie buvome prieš, tarkim, 30 000 metų. Todėl tikėtina, kad virusas, kuris mums buvo pavojingas tuomet, šiandien neberastų sau tinkamo šeimininko dėl to, kad jam prisitvirtinti prie mūsų ląstelių būtina struktūra yra labai pakitusi ar jos vykstant žmogaus evoliucijai tiesiog nebeliko.“
Virusologė pasakoja, kad amžino įšalo zonose jau buvo rasta ir ispaniškojo gripo viruso, kurio epidemija pasaulyje plito 1918–1920 m., pėdsakų.
Nors viruso nepavyko atgaivinti, pasak dr. L. Kalinienės, net ir esant gyvybingiems virionams dar nereiškia, kad ispaniškasis gripas vėl sukeltų tokią pat mirtiną pandemiją: „1918 m., kai šis virusas buvo negailestingas ir žiaurus, mes neturėjome antibiotikų, o neretai pavojingas ne tiek pats gripas, kiek antrinės bakterinės infekcijos. Dabar vaistus turime, mūsų populiacija neišvarginta karo, todėl ir toks proveržis šiandien, ko gero, būtų sklandžiau suvaldytas.“
Mokslininkė atkreipia dėmesį, kad dažniausiai visuomenė taip įsibaimina virusų, kad pamiršta apie bakterijas, sukeliančias, pavyzdžiui, juodligę ar buboninį marą, kurios taip pat gali patekti į aplinką dėl tirpstančių ledynų ir yra ne mažiau pavojingos: „2016-aisiais buvo užfiksuotas bakterinės infekcijos – juodligės – protrūkis Sibire. Manoma, kad jis kilo dėl beveik prieš 100 metų nuo juodligės nugaišusio elnio, kuris buvo įšalęs, o atšilęs užkrėtė kitus elnius. Nuo jų užsikrėtė per 20 žmonių, iš jų juodlige susirgęs 12 metų berniukas neišgyveno.
Ši liga neišplito, bet nežinome, ar kitose mažose tautose, kurios, pavyzdžiui, neturi sąlyčio su likusia populiacijos dalimi, nėra nutikę ko nors panašaus. Dar daugiau nerimo kelia stebinantis faktas, kad iš amžino įšalo zonų paimtos ir atgaivintos senosios bakterijos neretai pasižymi atsparumu daugeliui mūsų turimų antibiotikų, o tai ateityje gali dar labiau padidinti ir taip jau nemažą atsparumo antibiotikams problemą.“
Pandemijų išvengti nepavyks
Vilniaus universiteto virusologės teigimu, kalbėdami apie pavienius tirtus ledynų pavyzdžius apimame tik dešimtimis skaičiuojamas virusų rūšis, tuo tarpu metagenominiai tyrimai rodo, kad virusinių dalelių viename mililitre vandenyno vandens yra net apie 107–108, daugybė jų, esančių tiek ore, tiek dirvožemyje, mus supa kasdien ir apie šiuos virusus žinome itin mažai. Todėl tam, kad sukauptume daugiau informacijos ir mums gresiančias pandemijas galėtume bent nuspėti, būtina atlikti kuo daugiau tyrimų.
„Virusologiniu požiūriu norint pasiruošti būsimoms pandemijoms puikiai tinka posakis „nori taikos – ruoškis karui“. Tad jei norime būti pasiruošę ateičiai, turime kuo daugiau ištirti šiandien, net jei tai atrodo mažai naudinga, pavyzdžiui – šiandien žmogui dar nepatogeniškus gyvūnų virusus. Kad neprašautume, kaip prašovėme su koronavirusu, laiku neištyrę šikšnosparnių“, – pataria dr. L. Kalinienė.
Mokslininkė įsitikinusi, kad nenaudingų žinių virusologijoje nėra ir kiekvienas atliktas tyrimas anksčiau ar vėliau gali būti naudingas: „Labai gerai, jei vieną ar kitą procentą visai virosferai ar net gyvajai gamtai būdingų dėsningumų galima išaiškinti dirbant su nepavojingais virusais. Pavyzdžiui, tiriant vien tik bakterinius virusus, kurie absoliučiai nepavojingi žmogui, buvo padaryti didieji moksliniai atradimai, išaiškintas genetinis kodas. Todėl bakteriniai virusai – nepaprastai paranki sistema, suteikianti daug vertingos informacijos, kurią galima pritaikyti tiriant ir žmogui patogeniškus virusus.“
Vis dėlto net ir vykdant tyrimus visu pajėgumu tikėtina, kad pandemijų ateityje neišvengsime ir jų vis daugės. Tam įtakos turi vis didėjanti žmonių populiacija, taip pat sparčiai auganti gyvulininkystės pramonė, vykdoma ūkinė veikla, ne tik prisidedanti prie visuotinės klimato krizės ir ledynų tirpsmo, bet ir besiplečianti į anksčiau neatrastus arealus.
„Kai žmogus ima kelti koją ten, kur iki šiol dar nėra įžengęs – kerta Amazonės miškus, gręžia ledynus ieškodamas naftos, tai pats sukuria labai palankias sąlygas naujoms pandemijoms atsirasti. Įvairūs protrūkiai, sukeliami tokių virusų kaip Marburgo virusas, neretai siejami su lengvai žmogui nepasiekiamų vietų tyrinėjimu.
Pasaulio sveikatos organizacijos pranešimai apie vis grįžtančius Ebolos, hantavirusų protrūkius, naujos gripo atmainos liudija, kad net ir nuolat stebint aplinką kitos pandemijos išvengti nepavyks. O ką jau kalbėti apie virusus, kuriais užsikrėtę nejaučiame jokių simptomų, todėl net nežinome, kad jie egzistuoja, ir netiriame. Todėl visa, ką galime padaryti – tirti, kaupti žinias ir ruoštis“, – sako dr. L. Kalinienė.