Nawet jeśli nie jest to koronawirus – słowo „wirus” nieodmiennie kojarzymy z czymś złym, szkodliwym, wywołującym nikomu niepotrzebne problemy. W powszechnej świadomości wirusy to uniwersalne pasożyty człowieka, sprawcy wszystkich najgorszych plag. Najlepiej by było – myśli pewnie wielu z nas – gdyby wirusy zupełnie zniknęły z tego świata.

Co powiesz, jeśli stwierdzę – że potrafię czytać w Twoich myślach? Wiem na przykład co pomyślisz, jeśli wypowiem właśnie słowo „wirus”. Przez Twoją głowę przeleciało teraz pewnie kilka myśli – ale jedną z nich na pewno był „koronawirus”. No dobrze – trochę może przesadzam z tym czytaniem w myślach. Na pewno jednak niewiele pomyliłem się typując pierwsze skojarzenia związane ze słowem „wirus”. Cały świat od wielu miesięcy mierzy się z pandemią COVID-19 i kolejnymi wariantami wywołującego chorobę koronawirusa SARS-CoV2 – nic więc dziwnego, że akurat ten zarazek zajmuje teraz centralne miejsce w naszych zmartwieniach. Problem polega na tym, że takie upraszczanie rzeczywistości to w przypadku wirusów objaw niebywałej niesprawiedliwości – to tak, jakbyśmy wszystkie gryzonie sprowadzili do bycia „szczurami” o nieco tylko innej biologii, i to jedynie dlatego, że to szczury są najmniej lubianymi i pożądanymi członkami tego rzędu ssaków. Kiedy myślimy o wirusach – sytuacja przedstawia się podobnie. Nawet jeśli nie jest to koronawirus – słowo „wirus” nieodmiennie kojarzymy z czymś złym, szkodliwym, wywołującym nikomu niepotrzebne problemy. W powszechnej świadomości wirusy to uniwersalne pasożyty człowieka, sprawcy wszystkich najgorszych plag. Najlepiej by było – myśli pewnie wielu z nas – gdyby wirusy zupełnie zniknęły z tego świata. Nikomu przecież nie są potrzebne. W przeciwieństwie do bakterii, od czasu do czasu wyświadczających nam przysługę w postaci produkcji ogórków kiszonych czy jogurtu, wirusy wydają się być najbardziej irytującymi elementami świata żywego.

Sięgając po książkę Carla Zimmera Planeta wirusów spodziewałem się właśnie takiego katalogu chorób i odwirusowych dolegliwości. Jakież było moje zaskoczenie, kiedy zamiast litanii najstraszliwszych plag tego świata dostałem do ręki książkę malującą obraz Ziemi jako planety witalnie od wirusów uzależnionej. Świata, w którym ewolucja życia i wielu grup organizmów bez wirusów nigdy nie doszłaby do skutku. Książka opisuje wprawdzie kilka doskonale znanych wirusów chorobotwórczych (w tym HIV, koronawirusa, wirusa grypy czy przeziębienia) – na pewno jednak się na nich nie koncentruje. Czas więc najwyższy na naukowo-kulturowy szok: planetą Ziemią „zarządzają” właśnie wirusy. I wcale nie chodzi tutaj o wirusy pasożytujące na organizmach nas samych, ludzi. Okazuje się, że wirusy realnie zagrażające naszemu zdrowiu stanowią raptem niewielki procent całego wirusowego bogactwa Ziemi. Pozostałe z nich są częścią ogromnej i w dużej mierze niepoznanej różnorodności tych stojących na granicy życia i śmierci tworów.

Zacznijmy od uzmysłowienia sobie prostego faktu. Jeśli czytasz te słowa pod gołym niebem, na przykład ciesząc się ostatnimi ciepłymi dniami mijającego lata, całe Twoje ciało jest wręcz bombardowane wirusami – i nie mam tu na myśli cząstek koronawirusa wydychanych przez przechodnia niezakrywającego ust i nosa maseczką. Szacuje się, że każdego dnia na jeden metr kwadratowy naszej planety spada jakieś 800 milionów wirusowych cząsteczek. Tworzą one „wirosferę” – warstwę ziemskiej atmosfery wzbogaconą o cząstki wirusowe, rozciągającą się niewiele poniżej pułapu rejsowego samolotów pasażerskich. Wirusy, które tam krążą, pochodzą przede wszystkim z rozpylanej nad oceanami wody morskiej, ale też z porywanych przez wiatr cząsteczek gleby. Niewiarygodnie lekkie – wirusy atmosferyczne przemieszczają się z łatwością między odległymi regionami naszej planety, transportując informację genetyczną na gigantyczne odległości i z prędkościami niedostępnymi organizmom żywym. Jest to najprawdopodobniej najszybszy mechanizm transportu materiału genetycznego na Ziemi – i jednocześnie jest to konsekwencja istnienia niedocenianej do tej pory części ziemskiej biosfery, składającej się właśnie z wirusów.

Pojawia się oczywiste pytanie – skąd takie niewiarygodne ilości wirusów biorą się w wodzie morskiej, zasilającej następnie atmosferyczną wirusową menażerię? Odkrycie pochodzenia tych wirusów stanowi z pewnością jedną z najważniejszych obserwacji w historii badania bioróżnorodności Ziemi. W połowie lat 90. ubiegłego wieku oceaniczni mikrobiolodzy, stosując wyrafinowane techniki mikroskopowe, a na początku XXI wieku także genetyczne, odkryli nową, gigantyczną w swojej liczebności grupę organizmów należących w gruncie rzeczy do najdrobniejszego morskiego planktonu. Tworzą ją bakteriofagi – wyspecjalizowane wirusy pasożytujące na bakteriach. Jeden mililitr oceanicznej wody zawiera około stu miliardów bakteriofagów, czyli o rząd wielkości więcej niż mamy w wodzie morskiej komórek bakteryjnych, i o dwa rzędy wielkości więcej niż wynosi liczba pływających w mililitrze oceanu komórek planktonu eukariotycznego (glonów i pierwotniaków).

Mówiąc najprościej – bakteriofagi to pożeracze bakterii. Jako ich pasożyty potrafią one wstrzykiwać swój materiał genetyczny do ich komórek, gdzie następnie powielają się i tworzą kopie wirusowych cząsteczek, które następnie rozrywają zaatakowaną komórkę i wydostają się na zewnątrz. Wpływ tej najdrobniejszej, mikroskopowej frakcji planktonu na życie na Ziemi, i w gruncie rzeczy na życie Ziemi, musi być ogromny. Zacznijmy od tego, że bakterie magazynują w swoich komórkach gigantyczne ilości węgla. Wirusy, odpowiadając za jakieś 80% śmiertelności oceanicznych komórek bakteryjnych, sterują więc przepływem węgla przez ekosystem na skalę iście planetarną. Poprzez zabijanie i wysyłanie w głębiny oceanu komórek bakterii – bakteriofagi odpowiadają za wiązanie około 3 gigaton węgla atmosferycznego na rok. Sterują również obiegiem azotu (w końcu niemalże wszystkie organizmy zdolne do wiązania azotu atmosferycznego i „wprowadzania go” do ekosystemów oceanicznych to bakterie i sinice!). Wreszcie, przekierowują ogromne ilości materii organicznej zawarte w miliardach obumierających komórek bakteryjnych na dno oceanu, zapobiegając nadmiernemu użyźnianiu powierzchniowych wód oceanicznych. Gdyby w jednej chwili zniknęły bakteriofagi wirusowego planktonu oceanicznego – prawdopodobnie zastopowaniu uległyby procesy wiązania węgla atmosferycznego przez morską wodę. Pozbawione wirusowej kontroli planktoniczne bakterie mnożyłyby się w sposób wykładniczy, szybko doprowadzając powierzchniowe wody do stanu przeżyźnienia i w konsekwencji zabijając inne żyjące tam mikroorganizmy, a w dalszej perspektywie również przedstawicieli większych, wielokomórkowych gatunków.

Wydaje się więc, że wirusy stoją na straży bardzo delikatnej równowagi, która od milionów lat istnieje w ziemskiej biosferze, i która zapewnia stabilność obiegu pierwiastków w przyrodzie – a wraz z nią względną stabilność planetarnego klimatu. Niezwykłe jest, że centralnymi aktorami w tym procesie są twory (celowo unikam tutaj używania słowa „organizmy”), które oficjalnie nie są nawet uznawane za „ożywione”. Wirusy, będąc w zasadzie prostymi replikatorami, potrafiącymi się namnażać jedynie wewnątrz żywych komórek, lokują się gdzieś pomiędzy ożywionym światem aktywnie metabolizujących i dzielących się komórek, i nieożywionym światem złożonych związków organicznych, takich jak białka czy kwasy nukleinowe. Ta biologiczna niejednoznaczność wirusów była zresztą powodem ich stosunkowo późnego odkrycia – jako niezwykle małe, znacznie mniejsze od typowych komórek bakteryjnych, wirusy były niewidzialne w typowych preparatach mikroskopowych. Choć pierwsze oznaki istnienia dziwnych tworów wywołujących choroby roślin (pierwszym odkrytym wirusem był ten wywołujący tzw. mozaikę tytoniową) zaobserwowano już pod koniec XIX wieku, dopiero w XX wieku – dzięki zastosowaniu wyrafinowanych technik biochemicznych oraz dzięki wynalezieniu mikroskopii elektronowej – udało się zobaczyć te najmniejsze z patogenów.

Obecnie dość dobrze rozumiemy biologię wirusów chorobotwórczych. Potrafimy za pomocą modelowania matematycznego przewidywać ich ewolucję, umiemy z fascynującą szybkością „rozbrajać” wirusowe choroby – np. poprzez opracowywanie szczepionek zapobiegających wirusowym infekcjom. Spektakularnym przykładem jest tutaj oczywiście seria szczepionek na koronawirusa SARS-CoV2, opracowanych w absolutnie rekordowym czasie i dających realne nadzieje na zakończenie przewalającej się przez świat pandemii. Dzięki szybkim i efektywnym technikom produkcji szczepionek potrafimy być również o krok przed innym powszechnie infekującym nas wirusem – tym wywołującym grypę. Dzięki procesowi zwanemu konwersją genetyczną wirus grypy potrafi modyfikować znajdujące się na jego powierzchni białka, tworząc nowe wersje siebie skutecznie unikające ludzkiego układu odpornościowego – zwykle „wytresowanego” do zabijania wcześniejszych, już „nieaktualnych” wersji zarazka. Szczepionki na grypę stanowią właśnie takie szybko reagujące przedłużenie naszego nieco powolniejszego układu odpornościowego – zawierają one koktajl wirusowych antygenów, dostosowany do aktualnie rozprzestrzeniającego się wariantu wirusa grypy. Szczepiąc się taką szczepionką dajemy naszemu układowi immunologicznemu przewagę – nie musi on „uczyć się” nowych form wirusa na żywo, przechodząc przez stadium ostrej, często bardzo niebezpiecznej infekcji.

Widząc te wszystkie naukowe przełomy w badaniu wirusów chorobotwórczych trudno jest uwierzyć, że przez tak długi czas mikrobiologom umykało istnienie atmosferycznego i oceanicznego mikroświata, pełnego zupełnie nieznanych, egzotycznych wirusów toczących swoje mikroskopijne wojny z bakteriami, i dzięki nim – trzymających w ryzach funkcjonowanie całej biosfery. A to przecież dopiero wierzchołek góry lodowej wirusowych tajemnic. Jednym z ostatnich przełomowych odkryć w wirologii jest odnalezienie tzw. mega-wirusów, olbrzymich (wielkości komórki bakteryjnej) tworów mogących infekować np. komórki pierwotniaków żyjących w żołądkach zwierząt przeżuwających. Co ciekawe – te gigantyczne wirusy mają swoich własnych pasożytów (Tak! Wirusy wirusów!) – tzw. wirofagi. Będąc sprzymierzeńcami ofiar mega-wirusów – czasami dostają one ich „pozwolenie” na umieszczenie swoich genów w genomie gospodarza. Dzięki temu, w razie kolejnego ataku mega-wirusa, gospodarz może szybko skorzystać z usług wirofaga i pozbyć się atakującego go mega-intruza.

Te – i znacznie więcej niesamowitych historii ze świata wirusów znajdziecie w najnowszej książce Carla Zimmera. Ostrzegam! Po jej lekturze już nigdy nie spojrzycie tak samo na swoją kolejną wirusową infekcję.

Autor: dr Szymon Drobniak