Aby dobrze rozpocząć temat, należy na początku postawić podstawowe pytanie. Czym są wirusy? No i naturalnie na nie odpowiedzieć. Akurat na to pytanie od strony fizyko-chemicznej mamy gotową i dobrą odpowiedź.
W swoim poglądzie na temat pojawienia się życia na Ziemi i jego rozwoju, ludzkość została na pewnym etapie rozwoju współczesnej nauki skonfrontowana z wirusami, czyli rzeczywistością, której jak się okazuje, do tej pory nie jest w stanie sprostać koncepcyjnie. W zgodzie z wynikami badań biochemicznych wirusy są po prostu konglomeratami podstawowych cząsteczek biologicznych, czyli kwasów nukleinowych, lipidów oraz białek [1].
Porównując uorganizowanie cząsteczek wirusowych z organizacją ożywionych organizmów, wirusy są do tego stopnia prostymi układami, że poza komórkami nie wykazują żadnej aktywności. Nie tylko nie powielają się, ale też nie wykazują żadnej aktywności metabolicznej [2].
Stąd prędzej czy później musiało się pojawić pytanie, czy wirusy są w ogóle żywymi organizmami i czy w zasadzie powinniśmy myśleć o nich w kategoriach biologicznych.
Na razie dyskusje o wirusach mają posmak biologiczny. Są one definiowane jako bezwzględne pasożyty wewnątrzkomórkowe. Używa się w stosunku do nich pojęć takich jak: mikroorganizmy, dezynfekcja czy zabijanie. Stworzono dla nich nawet systematykę wzorowaną na systematyce organizmów żywych [3] oraz ukuto zwrot „cykl życiowy wirusów”, co dodatkowo wzmacnia postrzeganie wirusów jako organizmów żywych, a przynajmniej jako układów ożywionych. Mikrobiolodzy zajmujący się ewolucją mikroorganizmów mówią nawet o mutacjach oraz ewolucji wirusów na warunkach równorzędnych z bakteriami, próbując wyciągać z tych badań ogólnobiologiczne wnioski, mimo że wirusy nie spełniają najbardziej podstawowego warunku możliwości „uruchomienia” życia, jakim jest jednoczesna obecność DNA i RNA w jednym wirusie [4].
Stan taki wyklucza nie tylko żywotność cząsteczki wirusowej, ale nawet obecność możliwości zajścia procesów mogących stać się zaczątkiem życia w przyszłości. Wirus zatem nie tylko nie jest organizmem żywym, ale nawet nie posiada potencjału stania się nim.
Wirusy – krótka historia
Pojawienie się wirusów w historii naturalnej naszej planety jest nadal zagadką. Do tej pory nie znamy odpowiedzi na najbardziej podstawowe pytania.
- W jaki sposób i jaką drogą doszły do swojej budowy?
- Czy drogą komplikowania prostszych cząsteczek, mających służyć później jako baza dla prawdziwego życia?
- Czy drogą upraszczania bardziej złożonych struktur posiadających życie, do stanu w którym „fragment” wirusowego życia możemy zauważyć jedynie w prawdziwie żywych komórkach, „użyczających” tym uproszczonym, żywym wcześniej strukturom, odrobinę „chwilowego” życia, tak aby mogły się zreplikować i je opuścić?
Czym są wirusy?
Najkrótsza odpowiedź to: jeden lub dwa kawałki kwasu nukleinowego (albo DNA, albo RNA) zlepionego z kilkoma (najmniejsze wirusy) lub z kilkusetem (największe) cząsteczek różnych białek. W niektórych przypadkach są one jeszcze „oblepione” lipidami.
Wielkość kawałka kwasu nukleinowego waha się od 2 tysięcy nukleotydów (kilo nukleotydów – knt) dla wirusów o pojedynczej nici kwasu nukleinowego do 1 miliona par nukleotydów (mega par zasad – Mbp) dla takich o dwóch niciach nukleinowych. Dla porównania ludzki genom to ok. 3 miliardy par zasad (Gbp). Ludzki genom jest więc milion razy większy od najmniejszych wirusów, a tysiąc razy od największych.
Kwas nukleinowy (RNA) koronawirusa ma ok. 30 knt jest więc mniejszy od ludzkiego ok. stu tysięcy razy
Fizykochemicznie wirus jest więc konglomeratem makrocząstek pochodzenia biologicznego. Jego struktura i budowa jest na tyle prosta, że można ją odtworzyć w laboratorium. Co więcej, można wyprodukować dowolną liczbę cząsteczek dowolnego wirusa (albo różnych gatunków). Można sobie zaprojektować nawet własnego. Znajomość konstrukcji wirusów oraz współczesne posługiwanie się technikami molekularnymi są na tyle zaawansowane, że wirusy można produkować laboratoryjnie i patentować jak nowe cząsteczki chemiczne, w tym leki.
Reakcje człowieka zwane chorobami
Jednak tylko niewielka liczba wymyślonych wirusów będzie w stanie spowodować u człowieka reakcje, które nazywamy chorobami. W dobie współczesnych technik molekularnych nie jest sztuką uczynić jakiegokolwiek wirusa, ale dużą sztuką jest uczynić wirusa chorobotwórczego. W praktyce łatwiej jest prowadzić modyfikacje na już istniejących cząsteczkach wirusowych niż tworzyć nowe. Te już istniejące w przyrodzie mają aktywność biologiczną, którą znamy.
Tworzenie nowego wirusa będącego aktywnym biologicznie jest zajęciem trudnym i kosztochłonnym, ponieważ nie do końca znamy ich zasady konstruowania pod kątem wywoływania chorób. Nie znamy prawie w ogóle zasad, które decydują o tym, czy dany wirus będzie chorobotwórczy i w jaki sposób [5].
Cząsteczek wirusowych występujących na świecie zostało opisanych dziesiątki tysiący. Baza sekwencji wirusowych liczy ok. 75 000. Liczba ich jest jednak trudna do dokładnego określenia, ponieważ to zależy, jak je liczymy. Jeśli wystarczyłaby różnica jednego nukleotydu, aby sklasyfikować nowego wirusa, to liczba ich może być teoretycznie liczona w milionach, a być może w miliardach [6].
W praktyce liczymy tzw. gatunki wirusów, a wśród nich rozróżniamy grupy serologiczne, czyli jakby „podgatunki”, które powodują wytwarzanie różnych przeciwciał. Odmian serologicznych tego samego wirusa jest średnio kilkadziesiąt w każdym gatunku, a ich liczba w obrębie gatunku jest bardzo zmienna, od ponad stu do tylko jednego [6].
Dlatego coraz chętniej mówimy o niciach wirusowych, a nie o gatunkach czy grupach serologicznych. Nić wirusowa oznacza po prostu kawałek kwasu nukleinowego. Nić ta może zostać opakowana w pudełeczko białkowe nazywane kapsydem. Ta sama nić może zostać opakowana w prawie identyczne kapsydy, różniące się niewielkimi detalami. Pudełeczka kapsydowe w obrębie gatunku zwykle nie różnią się kształtem, lecz raczej „ornamentyką”. Wyjątkiem są tutaj wirusy tzw. pleomorficzne, np. paragrypy, czy tzw. arenawirusy, których kapsyd może różnić się na wygląd znacznie, nawet w obrębie tego samego gatunku. Abstrahując jednak od wspomnianych wyjątków, to różnicy między kapsydami w obrębie gatunku „na oko”, nawet mikroskopowe, zwykle nie widzimy. Różnicę tę wyczuwa jednak nasz układ immunologiczny, wytwarzając różne przeciwciała przeciw tym różnie „rzeźbionym” pudełeczkom (nukleokapsydom). O przynależności gatunkowej wirusa decyduje nić wirusowa, dlatego te same nici opakowane w pudełeczka o różnej ornamentyce nazywamy „podgatunkami” lub bardziej naukowo serotypami ze względu na to, że pudełeczka te rozróżniamy przeciwciałami [7].
Gatunek wirusa to „pęk” nici wirusowych, które choć różnią się nieco między sobą, to zachowują pewien wyznaczony arbitralnie wzór nici dotyczący jej sekwencji i struktury. Różnice między nićmi mogą sięgać nawet 30%, a mimo to być zaliczane nadal do jednego gatunku. Wynika to z uwarunkowań historycznych. Podstawową cechą klasyfikacyjną oprócz rodzaju i morfologii kwasu nukleinowego w cząsteczce wirusa jest nadal jego wygląd, a właściwie wygląd jego nukleokapsydu w mikroskopie elektronowym, oraz obraz kliniczny choroby po zakażeniu. Porównywanie sekwencji czyli struktury pierwszorzędowej kwasów nukleinowych nadal jest traktowane bardziej jako wskazówka niż podstawa umieszczenia danej cząsteczki wirusa w danym miejscu klasyfikacyjnym. Póki co rozróżniamy ok. 6 600 gatunków wirusów powodujących choroby [8].
Ile wirusów powoduje choroby?
Większość z nich nie powoduje chorób u ludzi. Część z nich wywołuje choroby tylko w organizmach roślinnych, część tylko w zwierzęcych, część u bakterii. Wśród ludzi choroby wywołuje ok. 230 cząsteczek wirusowych (gatunki z serotypami). Nie jest to liczba mała, ale z drugiej strony nie taka duża jak nasze wrażenie mnogości wirusów spowodowane „morzem” słów wypowiadanych na ten temat, chociażby w mediach, a zwłaszcza w tzw. kolorowych czasopismach. Ok. 230 gatunków razem z grupami serologicznymi oznacza, że musielibyśmy „przechorowywać” trzy wirusy rocznie, aby starczyło nam na to życia. Roboty mamy więc pełne ręce, a nie zapominajmy jeszcze o bakteriach i innych czynnikach infekcyjnych. Liczby w tym kontekście wydają się duże, ale już nie aż tak, aby przekraczały ludzką wyobraźnię.
W praktyce „chorobowej” od tej liczby należy odjąć wirusy, z którymi nigdy nie będziemy mieli kontaktu, bo nie będzie okazji. Część z nich przebywa tylko na określonym terenie i z różnych powodów nie jest „przenaszalna” do innych miejsc. Nazywamy je endemicznymi. W sumie można stwierdzić, że przeciętny mieszkaniec naszej planety będzie miał w ciągu swojego życia kontakt z ok. 120 gatunkami chorobotwórczych wirusów, a osoby aktywne podróżniczo i towarzysko z ok. 170 gatunkami.
O autorze:
Dariusz Struski – lekarz medycyny, specjalista w dziedzinie medycyny rodzinnej z trzydziestodwuletnim stażem pracy w Polsce, Szwecji, Norwegii. W przeszłości kierownik Ośrodka Kształcenia Lekarzy Rodzinnych we Wrocławiu. Obecnie wykładowca z zakresu Evidence Based Medicine (Medycyny opartej na faktach) oraz medycy rodzinnej, ze szczególnym zainteresowaniem dotyczącym chorób zakaźnych.
Przypisy:
- Mandell, Douglas, and Bennet. Principles and Practice of Infectious Disease
- ibidem
- David O. White, Frank J. Fenner, Medical Virology, wyd. IV, Academic Press, 1994, s. 17.
- Louten J., Essential Human Virology, Elsevier, 2016.
- Wimmer, Eckard; Mueller, Steffen; Tumpey, Terrence M; Taubenberger, Jeffery K (December 2009). „Synthetic viruses: a new opportunity to understand and prevent viral disease”. Nature Biotechnology.
- Ryan KJ, Ray CG, Sherris JC, eds. (2004). Sherris Medical Microbiology (4th ed.). McGraw Hill.
- Breitbart M, Rohwer F (June 2005). „Here a virus, there a virus, everywhere the same virus?”. Trends in Microbiology.
- Baron EJ (1996). Baron S; et al. (eds.). Classification. In: Baron’s Medical Microbiology (4th ed.). Univ of Texas Medical Branch.
- „Virus Taxonomy: 2019 Release” . talk.ictvonline.org. International Committee on Taxonomy of Viruses. Retrieved 25 April 2020.
