Ukryty świat wirusów

Autoreklama: fragment książki “Jak powstało życie na Ziemi”, która ukazała się dzisiaj nakładem wydawnictwa Copernicus Center Press.

Są wszędzie. Są wokół nas i w naszym ciele, a nawet w naszych genach. Znajdziemy je w DNA niemal każdej żywej istoty na świecie; połowa naszego DNA to pozostałości po wirusach. Ślady ich obecności odnajdujemy w nawet najstarszych sekwencjach DNA – wirusy towarzyszyły nam, organizmom żywym, prawdopodobnie od samego początku. Czy są tylko jedną z bocznych ścieżek ewolucji? Czy w ogóle można je łączyć z organizmami żywymi? A może są pozostałością po innym, starszym świecie?

Nie ma najmniejszych wątpliwości: wirusy są przedziwne. Martwe, a jednocześnie żywe; kodujące swą genetyczną informację jak popadnie – w dwuniciowym DNA (jak wszystkie żywe organizmy), w RNA, w jednoniciowym DNA; w jednym kawałku albo w wielu, w kolistej cząsteczce DNA jak u bakterii. Jako jedyne – obok pokrewnych im ruchomych elementów genetycznych – zdolne są do przepisywania informacji genetycznej z RNA na DNA. Niektóre wirusy, jak Circovirus (PCV) świń, posiadają zaledwie dwa geny otoczone białkowym kapsydem mniejszym niż 20nm – wielkości najmniejszych tranzystorów w procesorach. Inne, jak Megavirus czy infekujące ameby mimiwirusy, potrafią posiadać ponad tysiąc genów kodowanych na fragmencie DNA zawierającym ponad milion par zasad – dziesięciokrotnie większym niż chromosom najmniejszych bakterii. Również wielkością swojego kapsydu (prawie pół mikrometra) wirusy te niemal dorównują komórkom bakteryjnym.

Jeśli weźmiemy do ręki garść ziemi albo szklankę wody ze stawu, albo jakąkolwiek inną próbkę biosfery, i policzymy znajdujące się w niej genomy, to okaże się, że większość z nich należy do wirusów (patrz ramka 7.1). Pochodzą one z wirionów – cząstek wirusów otoczonych kapsydem, nieaktywnych, choć często zdolnych do zainfekowania jakiejś komórki. Chociaż wirusy kojarzą nam się głównie z chorobami, i wszystkie, jakie zapewne potrafimy wymienić, to wirusy wywołujące przeróżne choroby – żółtaczkę zakaźną, grypę czy COVID-19 – to wokół nas i w nas samych istnieją tysiące czy miliony różnych wirusów; znakomita ich większość, nawet tych funkcjonujących wewnątrz naszego organizmu, nie czyni nam większej szkody.

Więcej – chociaż słyszeliśmy może o kilku czy kilkunastu wirusach, które z perspektywy człowieka odgrywają dużą rolę, to obecnie wydaje się, że każdy bez wyjątku organizm żywy – czy to bakteria, czy archeon, czy eukariont – może być zainfekowany przynajmniej kilkoma różnymi rodzajami wirusów. Nie tylko bowiem człowiek może „złapać wirusa”. Bakterie mają swoje wirusy – bakteriofagi, również wśród archeonów istnieją liczne wirusy. Niektóre z wirusów archeonów przypominają wirusy infekujące bakterie czy eukarionty, a inne wydają się specyficzne dla tej domeny życia. Gorące źródła w parku Yellowstone w dużej mierze zdominowane są przez ekosystemy złożone głównie z archeonów – i ich wirusów. W jednym z takich źródeł zliczono 7–8 gatunków archeonów, na które przypadało ponad 100 różnych infekujących je wirusów. Inne szacunki sugerują, że u samych tylko ssaków czeka na odkrycie ponad ćwierć miliona nowych wirusów, czyli kilkadziesiąt tysięcy na każdy gatunek ssaka. Jeśli więc na każdy żywy organizm przypada więcej niż jeden rodzaj wirusa zdolnego go zainfekować, to wirusów jest znacznie więcej niż organizmów żywych! Istotnie, szacuje się, że kropla morskiej wody (0,05 cm³) zawiera kilkadziesiąt tysięcy komórek bakterii i kilkadziesiąt milionów wirionów.

Wirusy, nawet jeśli ich genom koduje białka potrzebne do ich replikacji, nie ma kompletu genów potrzebnego do samodzielnego funkcjonowania. Dopiero gdy wirus zainfekuje odpowiednią komórkę, to jej enzymy i cała komórkowa maszyneria syntetyzująca białko przejmują na siebie zadanie powielenia genomu wirusa i wytworzenia potrzebnych mu białek. Niemniej wirusami zajmują się raczej biolodzy niż chemiczki czy fizycy; procesy, w które włączona jest genetyczna informacja wirusów, są niewątpliwie silnie związane z żywymi organizmami.

Można więc na wirusy spojrzeć inaczej: chociaż nie posiadają własnego metabolizmu, kradną cudzy – i tak żyją. Jeden z wybitnych badaczy ewolucji wirusów, Patrick Forterre 94 ukuł określenie „wirokomórki” (virocell) – komórki zainfekowanej wirusem, która przez to zmienia swoją ewolucyjną funkcję: nie jest już komórką należącą do organizmu, którego DNA ma w swoim pierwotnym chromosomie, lecz „należy” do wirusa, który ją zainfekował. Z punktu widzenia ewolucji jej funkcją jest teraz reprodukcja wirusa: z autonomicznego replikatora komórka staje się replikatorem wirusa. W tej perspektywie cząstki wirusa poza komórkami są niczym zarodniki albo formy przetrwalnikowe innych organizmów, natomiast prawdziwa „żywa” forma wirusa to właśnie owa wirokomórka.

Oczywiście, jak to zwykle w biologii bywa, sprawa jest bardziej skomplikowana. W wielu przypadkach komórki zainfekowane wirusem mogą funkcjonować w miarę normalnie – na przykład potrafią dokonywać podziału komórkowego, a więc potrafią się replikować. Forterre w tej sytuacji używa określenia „wirorybokomórki” (viroribocells), tzn. komórki będące zarówno samodzielnymi replikatorami (ribocells, rybokomórki w terminologii Forterre’a), jak i replikatorami wirusa. Mniejsza o nazewnictwo: istotne jest to, że jak by na to nie patrzeć, wirusy włączają się do procesów żywej komórki i przechwytują je, a w efekcie dochodzi do ich namnożenia. Dlatego w tym roz- dziale będziemy czasem nazywać wirusy „organizmami” albo pisać o nich tak, jakby były żywe. W naszych oczach są.

Original post