Zrozumieć świat wirusów. Wirusy chorobotwórcze

Zobacz również

Znane w historii i teraźniejszości przypadki epidemii wirusowych nie trwały nigdy dłużej jak 3 lata. Pozostawał po nich zawsze wirus mniej zjadliwy, którego struktura nici nukleinowej, według mnie, mimo narastających mutacji poza ludzkim organizmem [1], mogła być korygowana mechanizmami reparacyjnymi infekowanych komórek.

Wstępne rozważania

Jak pisałem w poprzednim artykule, dzięki mutacjom wirusy „oddalają się” w swoim podobieństwie od naszego ludzkiego aparatu genetycznego. Ostateczną konsekwencją powinna być więc utrata zjadliwości wszystkich wirusów, jednak, jak uczy nas doświadczenie, tak nie jest. Wirusy nadal zachowują swoje właściwości chorobotwórcze.

Wirusy chorobotwórcze, choć zmieniają swoją zjadliwość, nadal są chorobotwórcze i nadal „podpinają się” pod pracę ludzkiego aparatu genetycznego. Zjawisko to staram się wytłumaczyć możliwością korygowania mutacji, którym podlega wirus w środowisku zewnętrznym, mechanizmami naprawy kwasów nukleinowych występujących w komórce. W tej koncepcji komórka byłaby nie tylko źródłem namnażania wirusa, ale też i warsztatem naprawczym cząsteczek wirusa danego gatunku, które nie oddaliły się zbytnio od aparatu genetycznego gospodarza po swoim pobycie w środowisku zewnętrznym.

Pamiętajmy, że powyższe rozważania nie są wynikiem podsumowania prac badawczych, a wstępną koncepcją bazującą na obserwacji i dotychczasowej znajomości budowy wirusów oraz ich funkcjonowania w środowisku żywej komórki.

Czym są wirusy chorobotwórcze?

Wirusy, które zostały w środowisku i są nam znane obecnie jako wirusy chorobotwórcze, byłyby w świetle proponowanej koncepcji uchwycone w jakby wahadle gromadzenia mutacji na zewnątrz organizmu i naprawiania ich w komórce. Sytuacja taka mogłaby być powodem względnej stabilności wirusa zarówno jeśli chodzi o jego budowę, jak i chorobotwórczość. Za sprawą tego mechanizmu wirusy nigdy nie odzyskują swojej pierwotnej zjadliwości, lecz mogłyby „osiadać” na jakimś względnie stabilnym termodynamicznie poziomie, dając znane nam od dawna względnie schematyczne reakcje chorobowe.

Spektakularnym przykładem utraty zjadliwości przez wirusa w ciągu jednego sezonu jest wirus Chapare, należący do rodzaju mammarenawirusów z grupy Nowego Świata, który stracił swoją zjadliwość w roku 2003 w ciągu jednego sezonu (kilku miesięcy). Nowe zachorowania wywołane tym wirusem pojawiły się dopiero po 16 latach.

Rekombinacja i reasortacja

Mutacja w przypadku wirusów nie polega tylko na zmianie pojedynczych nukleotydów w nici kwasu nukleinowego, ale też na wymianie z innymi nićmi w obrębie tego samego gatunku większych części swoich nici. Proces taki nazywamy rekombinacją, a szczególny wariant rekombinacji wstępujący u wirusów z segmentowaną nicią RNA, gdzie rekombinacji, czyli wymianie, podlega cały segment RNA – reasortacją.

Nowe cząsteczki wirusowe, czyli nowe wirusy, a właściwie jakby podgatunki wyjściowych wirusów powstające w ten sposób, nazywamy reasortantami. Rekombinacja i reasortacja daje możliwość odzyskania przez wirusa swojej dawnej zjadliwości. Oba procesy mogą zachodzić po uwolnieniu nici wirusowej z kapsydu tylko na terenie komórki lub na terenie laboratorium.

Mutacje punktowe za to mogą zachodzić gdziekolwiek i dla jakiejkolwiek formy wirusa. Jednak wirus rekombinowany nie jest z definicji tym samym wirusem, co potwierdza spostrzeżenie, że ten sam wirus nie wywołuje swojej epidemii wielokrotnie. Przykładem może być wirus Ngari.

Wirus Ngari należy do rodzaju ortobunyawirusów, grupy serologicznej Bunyamwera, który odzyskał większą zjadliwość po reasortacji wirusa Bunyamwera oraz Batai. Mechanizmem reasortacji utrzymują swoją zjadliwość wirusy grypy. Wirus SARS CoV-2 jest również reasortantem – nie wiemy czy naturalnym, czy laboratoryjnym [2].

Mechanizm mutacji zewnętrznych, czyli środowiskowych, może wygenerować, a przynajmniej wspomóc, pojawienie się zjadliwości u wirusa, który wcześniej nie był zjadliwy. Taki proces obserwujemy chyba aktualnie wśród koronawirusów.

Względna liczba zmian mutacyjnych w nici wirusa rośnie bardzo szybko, co teoretycznie może w końcu wygenerować wystarczającą zgodność nici wirusowej z „maszynerią replikacyjną” ludzkiej komórki i doprowadzić do namnażania tej nici jak swojego kwasu nukleinowego. Wirus ten jednak straci swoją zjadliwość tym samym, wyżej opisanym mechanizmem. Zdobywanie zjadliwości nici wirusowej można potraktować więc jak „dochodzenie” do podobieństwa z aparatem genetycznym komórki. Ten sam mechanizm jednak po „dojściu” do podobieństwa genetycznego komórki sprawia, że nić wirusowa „mija” to podobieństwo i w końcu zaczyna się od niego „oddalać”. Wirusy mutują szybko, bo nie mają możliwości naprawiania mutacji. Szybkość mutacji wirusa jest więc wielokrotnie większa w środowisku zewnętrznym niż w komórce, która ma do dyspozycji takie mechanizmy. Brak możliwości samoistnego naprawiania zmian nukleotydowych wymuszanych warunkami zewnętrznymi połączone z niewielkimi rozmiarami nici nukleinowych powoduje wysoki poziom zmian w obrębie nukleinowej składowej cząsteczki wirusa, pozbawiając jej zjadliwości w stosunkowo krótkim czasie. Mutacje wirusowe nie są, jak widać, zjawiskiem groźnym dla nas. Raczej powinniśmy się cieszyć z tego, że wirusy szybko mutują. Dzięki temu tracą w końcu swoją zjadliwość.

Cykl procesu chorobowego

Proces chorobowy po kontakcie z wirusem podlega pewnym regułom, które można uogólnić. Każdy proces chorobowy kiedyś się zaczyna, rozwija i kończy. Wszystkie objawy związane z chorobą nazywamy cyklem chorobowym. Choroba ma swój początek, rozwinięcie, kulminację i zejście. Poszczególne aspekty cyklu chorobowego, jak długość trwania czy natężenie objawów, nazywamy przebiegami.

W aspekcie czasowym przebieg choroby może być:

  • nadostry (piorunujący)
  • ostry
  • podostry
  • przewlekający się
    • podprzewlekły
    • przewlekły

Co do nasilenia objawów przebieg może być:

  • łagodny
  • umiarkowany
  • ciężki
  • powikłany
  • śmiertelny

Czas upływający od „przyklejenia się” wirusa do nabłonka lub tkanek pod uszkodzonym nabłonkiem do pojawienia się pierwszych objawów chorobowych nazywamy czasem inkubacji. Ten jest różny dla różnych wirusów i bardziej niż od wirusa zależy od stanu immunologicznego osoby zarażonej. Zarażenie nie musi oznaczać choroby. Zarażenie najczęściej przebiega bezobjawowo. Jako pierwsze „grube” przybliżenie można przyjąć założenie, że objawy chorobowe rozwijają się u ok. co 5-tego zarażonego. W praktyce wygląda to różnie dla różnych wirusów, ale przyjęcie średniego stosunku chorujących do zarażonych na poziomie 10-20% populacyjnie oddaje rzeczywistość dość dobrze.

Kiedy wirus zostanie wciągnięty do jakiejś komórki, stanie się wiroidem i jeśli jest dostatecznie dobrze dopasowany do naszego aparatu genetycznego, komórka zaczyna go namnażać. Parametr oceniający liczbę uwalnianych wirionów z zakażonej komórki nazywamy burst size. Parametr ten przyjmuje różne wartości dla różnych wirusów i różnych komórek, wahając się od kilkudziesięciu do kilkudziesięciu tysięcy.

Jedna zarażona ludzka komórka ludzkim chorobotwórczym wirusem jest w stanie wyprodukować ok. 10 000 cząsteczek wirusa (dla grypy A) czy ok. 2 000 dla wirusa HIV dla limfocytów T, po czym zwykle rozpada się i uwalnia wirusy do swojego otoczenia. Taki cykl namnażania wirusa nazywamy litycznym. Cykl ten występuje jako reguła w ostrych objawach chorobowych. Jeśli zdamy sobie sprawę z tego, że zwykle potrzeba ok. 100 cząstek wirusowych (dla niektórych wirusów wystarczy ok. 20), aby rozpocząć proces chorobowy, to możemy zdać sobie sprawę z wydajności namnażania wiroidów i produkcji wirusów. 20 cząsteczek wirusowych nie spowoduje choroby, ale powielenie ich do bilionów/trylionów już tak.

Liczbę wyprodukowanych wirusów w trakcie procesu chorobowego można liczyć właśnie w bilionach/trylionach. Liczba zarażonych komórek zależy od sprawności naszego układu immunologicznego. Im jest słabszy, tym więcej komórek jest zarażanych i tym więcej jest produkowanych wirionów, a w konsekwencji wirusów.

Tym tłumaczymy falę i nawroty chorób, nie tylko u małych dzieci mających z założenia słabszy układ immunologiczny, ale też i wśród domowników chorego dziecka. Chore dziecko produkując wirusy w liczbie bilionów/trylionów, staje się „jadowite” – o ile przyjmiemy tłumaczenie wirusa jako „jad” – przełamując obronę immunologiczną swoich domowników. O ile domownicy są w stanie znieść normalne lub kilkukrotnie zwiększone stężenie wirusów w swoim otoczeniu bez objawów, to zwiększenie stężenia wirusów w najbliższym otoczeniu miliony, a czasami miliardy razy, dla wielu jest zbyt dużym obciążeniem i dlatego dotychczas zdrowi rodzice zaczynają chorować.

Mówiąc o obrocie wirusami w organizmie, musimy się posługiwać olbrzymimi liczbami.

W kale zakażonego rotawirusem chorego dziecka wykrywa się ok. 10 Exa (1019 sztuk) cząsteczek wirusa w 1 gramie stolca. 1 gram to ok. 1 ml objętości stolca, szczególnie jeśli jest wodnisty. Na szczęście nasze organizmy są przygotowane do tej mikroskopowej walki. Komórek neutralizujących wirusy jest w każdym mililitrze krwi ok. 10 Tera (1013). Jest to milion razy mniej niż cząstek wirusowych, ale każda z komórek jest w stanie zniszczyć od kilku do kilkudziesięciu tysięcy tych cząsteczek, co zmniejsza przewagę liczebną wirusa do tysięcy razy, a poza tym komórki te mogą zmieniać swój wygląd, funkcję i przechodzić z naczyń włosowatych do zainfekowanych tkanek, osiągając miejscowo, w „ognisku” zakażenia, wystarczająco dużą przewagę nad wirusami. Poza tym działają również niekomórkowe mechanizmy usuwania wirusów. Z doświadczenia wiemy, że zdecydowana większość osób zdrowieje, a więc możemy zakładać, że mechanizmy ochrony organizmu przed infekcją po pierwsze są obecne, a po drugie są w przeważająco dużej liczbie przypadków wystarczająco skuteczne.

Hipoteza numer 2

Aby wyprodukować 1 trylion wirusów należy zainfekować ok. 100 000 000 komórek. Przestrzennie oznacza to sześcianik komórek o długości boku ok. 500 komórek. Wymiary komórek naszego ciała wahają się średnio między 10 a 100 um. Jeśli przyjmiemy średni wymiar komórki nabłonkowej naszego ciała 50 um, oznacza to u osoby dorosłej sześcianik komórek o boku ok. 2,5 cm. Sześcianik jest odpowiednio (nawet kilka razy) mniejszy u dzieci (nawet 10x) i u osób z gorszym stanem odporności, a więc osób starszych, chorych czy zainfekowanych przewlekle innymi czynnikami oraz osób z wrodzonymi defektami odporności. Hipotetyczny sześcianik jest oczywiście wyobrażonym zbiorem wszystkich zainfekowanych komórek w organizmie i nie musi odpowiadać jednemu konkretnemu anatomicznie miejscu. Widzimy zatem, jak zainfekowanie bardzo niewielkiej części naszego ciała zmusza organizm do wywołania ogólnej reakcji chorobowej.

Liczba zainfekowanych komórek, przy której organizm nie reaguje chorobowo, rośnie wraz z wiekiem. Z doświadczenia wiemy, że z zasady dzieci przestają chorować w wieku między 5 a 10 lat. Mniej więcej tyle czasu wymaga wytrenowanie prawidłowo skonstruowanego układu immunologicznego. Niestety, część osób rodzi się z mniejszymi lub większymi defektami układu immunologicznego, przez co chorują dłużej i częściej w wieku nastoletnim, a czasami również w wieku dorosłym.

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:

[1] https://www.mdpi.com/1660-4601/17/9/3092 (Int. J. Environ. Res. Public Health 2020, 17(9), 3092).

[2] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7306724/

Zobacz również

Popularne artykuły

Czy istnieją biologiczne dowody na niedawne stworzenie życia?

Podczas jednej z moich częstych wizyt w biurze dyrektora liceum, jego indywidualna opieka dostarczyła mi lekcję życia, o której nigdy nie zapomniałem. Jego słowa...

Archeopteryks: ptak czy gad? A może nie?

Archeopteryks jest prawdopodobnie najsłynniejszą skamieliną, jaką kiedykolwiek odkryto. Ma mieszankę cech podobnych do ptaków i gadów, a po raz pierwszy opisany został zaledwie dwa lata...

Wiek ziemi – co o nim wiemy?

Żadna metoda naukowa nie jest w stanie udowodnić, jaki jest wiek ziemi lub wszechświata. Wszystkie oceny wieku ziemi oparte są na obliczeniach,...