Wirusy z przeszłości

O wirusach w ostatnich miesiącach można było przeczytać niemal wszędzie. To, czy nowo znaleziony patogen jest groźny, najlepiej widać wtedy, gdy porówna się go do tych znanych z przeszłości. Tylko skąd mamy pewność, że w przeszłości w ogóle istniały wirusy, które nam zagrażały? Mowa oczywiście o dalekiej przeszłości, a nie tej liczonej w dziesiątkach lat.

Drzewo wirusów

Wirusy, w przeciwieństwie do bakterii, od których są na ogół co najmniej 10 razy mniejsze, nie zostawiają śladów kopalnych. W efekcie geolodzy czy paleontolodzy – choć spierają się o ślady bakterii z dalekiej, liczonej w miliardach lat przeszłości, wirusów nawet nie szukają. Jest oczywiste, że coś tak delikatnego nie skamieniało. Ale czy na pewno?

Jeśli jednak takich kopalnych śladów nie ma, to skąd wiadomo, że np. cztery ludzkie koronawirusy wywołujące przeziębienia (zanim pojawiły się SARS, MERS i COVID-19, które są koronawirusami groźniejszymi dla naszego zdrowia i życia) współistnieją z naszym gatunkiem już ok. 1000 lat? To, że SARS pojawił się 20 lat temu, a HIV wywołuje pandemię od lat ponad 40, na ogół jest wiadome. Ale skąd badacze wiedzą, że denga jest z nami – ludźmi – od mniej niż tysiąca lat, odra od 10 tysięcy, a ospa prawdziwa od ok. 50 tysięcy? Przecież nawet gdyby znaleźć kości ludzkie, których właściciel za życia przecierpiał ospę, a nawet zmarł na nią, trudno byłoby to udowodnić. Do dziś egiptolodzy spierają się, czy faraon Ramzes V (XX dynastia, jakieś 1150 lat p.n.e.), którego mumię znaleziono i dokładnie przebadano, zmarł na ospę czy z innych powodów. Ta wirusowa choroba nie zostawia śladów w kościach, natomiast ze starszych niż 10 tys. lat ludzkich szczątków wydobycie materiału DNA jest niezwykle trudne. Gdy zwłoki przeleżały zakonserwowane w wiecznej zmarzlinie, w idealnych – z punktu widzenia archeogenetyki – warunkach, szczytem dzisiejszych możliwości jest pobranie materiału genetycznego od kogoś, kto żył 70 tysięcy lat temu. Tyle tylko, że w takich warunkach znajduje się bardzo niewiele szczątków. I jak to wszystko pogodzić z tym, czego uczy się w szkole, że wirusy są najstarszymi elementami tego świata, w którym funkcjonujemy? Takim „życiem przed życiem”, na dodatek bezkomórkowym. Nauczyciele cierpliwie tłumaczyli nam, że za takim poglądem przemawia prostota budowy wirusów. Dziś jednak ta hipoteza dotycząca ewolucji, zwana „wirusy są pierwsze”, konkuruje w naukowym świecie jeszcze z czterema innymi. W tym z hipotezą zasadniczo przeciwstawną – że wirusy są od komórek młodsze, bo są ich zredukowanymi do granic potomkami. Z kolei przewagę ma hipoteza, iż pasożyty, zwłaszcza wewnętrzne, zawsze się redukują i pozbywają zbędnych narządów, jak tasiemiec jelita. Najmłodsza zaś z owych hipotez – licząca nie więcej niż rok – głosi, że wirusy, a zwłaszcza ich materiał genetyczny, to chimery. A więc połączenie tego, co dawne, z tym, co współczesne.

Nie ułatwia zrozumienia tematu pochodzenia wirusów fakt, że są one tak różnorodne (np. ich materiał genetyczny może stanowić dwuniciowy DNA, dwuniciowy RNA, jednoniciowy DNA, jednoniciowy RNA – i to w dodatku w dwóch wariantach, zwanych nicią plus i minus), że aż trudno sobie wyobrazić, by wszystkie miały jednego wspólnego przodka. A to oznacza, że cząsteczka zakaźna, którą dziś zwiemy wirusem, mogła w historii świata powstawać wielokrotnie i niezależnie.

Siedzą w nas

Tyle komplikacji. Ale są i dobre wiadomości. Wewnątrz swych podstawowych grup gromadzących wirusy genetycznie podobne, zwanych rodzinami, wirusy są spokrewnione. I da się ustalić ich wspólnego przodka, choć nie sposób go znaleźć (z powodu nietrwałości wirusów). Ponadto analizując materiał genetyczny wirusów uczeni widzą, jakie jest tempo powstawania mutacji w danej rodzinie. Mutacji warunkujących, że np. dany koronawirus, niegdyś nietoperzowy, zakaża dziś wielbłądy, łuskowce, ptaki czy ludzi. Dzięki takim analizom powstaje tzw. zegar molekularny, który pozwala wyliczyć, kiedy najprawdopodobniej zaistniał ostatni wspólny przodek danej grupy wirusów. To tak wyliczono „wiek” wirusa ospy prawdziwej, odry czy dengi, czyli ustalono, kiedy to ich przodkowie, mówiąc obrazowo, „weszli” do naszego gatunku i zaczęli wywoływać jego choroby.

Problemem jest oczywiście to, że wirusy mają maleńkie genomy, a mutują nagminnie – ich zegary tykają z zawrotną szybkością. Na przykład dla SARS-CoV-2 na przełomie maja i czerwca znane były już 6822 mutacje. Wsparci narzędziami cyfrowymi naukowcy są jednak w stanie na podstawie tych danych zbudować drzewa genealogiczne SARS-CoV-2.

„Czytanie” genomu wirusów to niejedyny sposób na poznawanie ich przeszłości. Wirusy nie są żywe, nie są komórkami, ale ewoluują i mają za sobą konkretną historię. Jeśli są to wirusy wywołujące choroby u nas i naszych przodków, ta historia jest związana z ewolucją naszego gatunku. Dlatego… jesteśmy żywą skamieniałością wirusów, które kiedyś „wdarły się” do naszego gatunku, lub jego przodków. I to jesteśmy tą skamieniałością dosłownie. Nasz ludzki genom jest usiany sekwencjami pochodzenia wirusowego. Niestety, nie każdy wirus zostawia w naszym DNA swoje ślady równie mocno. Najchętniej w nasze DNA włączają się tzw. retrowirusy (np. HIV). Ale jest jeszcze drugi warunek. One muszą się włączyć w DNA komórki, z której powstają komórki rozrodcze, bo tylko to daje szansę, że „ślad wirusa” zostanie przekazany kolejnym pokoleniom. Jeśli wirusy włączą swój materiał genetyczny w DNA komórki np. nerki albo komórki krwi, kolejne pokolenia go nie odziedziczą. Takie „ślady wirusów” ma każdy z nas. Wypełniają 5–8 proc. naszego ludzkiego genomu. Nie są na ogół groźne, a bywają pożyteczne – zaobserwowano udział pochodzących z takich elementów genów np. przy tworzeniu łożyska. Niektórzy naukowcy wprawdzie postulują ich rolę dla powstawania nowotworów lub chorób autoimmunologicznych, ale… analiza ich sekwencji wskazuje, że wiele z nich jest z nami od więcej niż 10 mln lat, a to znaczy, że dziedziczymy je po naszych przedludzkich przodkach. Miały zatem czas nas zdziesiątkować, a skoro tego nie zrobiły, to raczej nie mogą.

Feniks z komórek

Ale czy któregoś dnia te fragmenty wirusów, które odziedziczyliśmy po naszych dalekich przodkach, mogą się zaktywizować? Teoretycznie tak. Choć na razie tylko w laboratorium. Taki proces nazwano „zmartwychwstaniem wirusa”, choć to wyjątkowo nietrafne określenie, bo to, co nie żyje, ani nie może umrzeć, ani następnie wrócić do życia. Wirusy są cząsteczkami, a nie żywymi cząstkami materii. Owego „wskrzeszenia” dokonali w 2006 roku uczeni francuscy w stosunku do retrowirusa, który „wskoczył” w naszego jeszcze mocno kosmatego i niechodzącego bardzo prosto przodka ok. 5 mln lat temu. Ta rodzina retrowirusów, którą zajęli się badacze z Institute Gustave-Roussy w Villejuif pod wodzą Thierry Heidmanna, nazywa się skrótowo HERV-K. I jest całkowicie wymarła. Jak dinozaury czy mamuty. Czyli dziś już w populacji ludzkiej wirusy z tej grupy nie krążą ani nie zakażają. Są natomiast przyszpilone w naszym genomie, niczym motyle.

Francuzom udało się nie tyle skutecznie wyciąć taki element HERV-K z ludzkiego genomu, ile stworzyć go w laboratorium. Porównali ze sobą 30 znanych sekwencji HERV-K i ustalili, jak najprawdopodobniej wyglądała sekwencja materiału genetycznego ich wspólnego przodka. Taką sekwencję – klocek po klocku – stworzono, a następnie takiemu wirusowi pozwolono zakażać linie komórek ludzkich. Okazało się, że ledwo dawały radę. Naukowcy tak powstałego wirusa nazwali Feniks. No bo jak się mógł nazywać inaczej? •