Skąd się biorą nowe wirusy?

10 kwietnia 2020
Blog szalonych naukowców

Powodującego pandemię koronawirusa pół roku temu jeszcze nie było. Wiek temu nie było powodującego AIDS HIV. W zasadzie co roku mamy nową odmianę wirusa grypy. Skąd się biorą?

Można powiedzieć, że nowe gatunki wirusów powstają po prostu jak nowe gatunki innych organizmów żywych – na drodze ewolucji. Ale czy wirusy właściwie są żywe?

Wirus to olbrzymie ilości pojedynczych wirionów. Taki wirion ma dość prostą budowę. O ile wszystkie pozostałe drobnoustroje cechują się, podobnie jak inne organizmy żywe, budową komórkową, o tyle o wirusach tego powiedzieć nie można. Wirus ma na zewnątrz osłonkę zbudowaną z białka i lipidów, tzw. kapsyd. Ma często dość regularny geometryczny kształt. Pewne białka, umożliwiające przyssanie się i wtargnięcie do komórki żywiciela, często wystają. Na przykład wirus grypy ma na wierzchu cząsteczki hemaglutyniny i neuraminidazy. Na ich podstawie klasyfikuje się różne odmiany, np. H1N1.

W środku znajduje się materiał genetyczny – DNA bądź RNA. W przypadku wszystkich organizmów, od bakterii przez palmy po człowieka, informację genetyczną koduje DNA, RNA zajmuje się głównie przenoszeniem tej informacji na białko.

No dobrze – materiał genetyczny w opakowaniu. Na opakowaniu jakieś białka umożliwiające przyssanie się i wtargnięcie do komórki żywiciela. Wszystko. Ale skoro nic więcej nie ma, to w jaki sposób wirus się odżywia, rozmnaża, przeprowadza metabolizm?

Mianowicie – w żaden. Wirus nie ma własnego metabolizmu. Nie potrzebuje i nie może się odżywiać. Nie potrafi samodzielnie się rozmnażać. Mówi się raczej, że wirus się namnaża – wykorzystując komórkę żywiciela.

Wirus czepia się odpowiedniej komórki, np. nabłonka dróg oddechowych. Wkręca się do środka. Jego materiał genetyczny jest tak zbudowany, że może połączyć się z materiałem genetycznym komórki żywiciela. Jedna z teorii wyjaśniających powstanie wirusów stanowi nawet, że w rzeczywistości wirusy powstały z takich odczepionych fragmentów eukariotycznego DNA. Istnieją też tzw. transpozony, coś w rodzaju pasożytniczego DNA wszczepiającego się to tu, to tam w genom. Dawkins miał rację, pisząc o samolubnych genach.

W każdym razie cały mechanizm wykorzystywany przez komórkę do produkcji własnych białek wedle zawartego we własnym DNA przepisie zostaje oszukany i użyty do produkcji białek wirusa. Jeśli jakiś wirus nie zawiera DNA, tylko RNA, także nie jest to przeszkodą. Występujący w HIV enzym, odwrotna transkryptaza, przekształci RNA w DNA (szczęśliwie istnieją leki hamujące). Komórka produkuje nowe DNA bądź RNA i nowe białka wirusa tworzą kolejne wiriony. Atakują kolejne komórki itd.

A więc powstaje prosty układ powielany w miliardach kopii. W biologii powielanie materiału genetycznego jest zwykle ułomne. Jakaś zasada azotowa tworząca DNA się zawinie, kwant promieniowania przypadkowo padnie i zmodyfikuje układ wiązań… Tak się tworzą mutacje.

Człowiek ma duże DNA. Większość nie pełni prawdopodobnie żadnej istotnej funkcji. Większość mutacji jest neutralna. Nie wpływa w najmniejszym stopniu na możliwość przetrwania i jako taka nie podlega doborowi naturalnemu. Nawet jeśli mutacja trafi na jakiś region, od której jednak coś zależy, z kilkudziesięciu tysięcy genów dana komórka nie używa wszystkich. Komórka mięśnia sercowego ma gen kodujący barwę oczu, ale go nie używa. Co miałaby z nim robić? Mutacja tego genu w kardiomiocycie (komórka serca) również na nic nie wpłynie. A nawet mutacja genu ważnego z powodu widzenia mięśnia sercowego, np. kodującego podjednostkę jednego z kanałów jonowych, nie zostanie przekazana następnemu pokoleniu. Przekazywane są tylko mutacje, które zajdą w komórkach będących prekursorami gamet.

Zupełnie inaczej wygląda materiał genetyczny wirusa. Niewielki, kodujący kilka kluczowych białek. Tutaj szansa na mutację neutralną jest niewielka. Cykl „życia” może być bardzo krótki, więc nowe modele będą wypróbowane bardzo szybko. Któryś dobrze sobie poradzi nie tylko w starym żywicielu, ale i w dość odmiennym, nowym.

Niestety testowanie tysięcy nowych modeli powoduje, że któryś w końcu zaskoczy. Tak jak to teraz możemy obserwować.

Marcin Nowak

Ilustracja: CDC, SARS-CoV-2, w domenie publicznej (za Wikimedia Commons)