Nakladatelství Alpina Non-Fiction vydává knihu „Living and Inanimate“ od spisovatele a novináře The New York Times Carla Zimmera. TASS zveřejňuje úryvek o virech, o kterých se biologové přou už téměř sto let
Carl Zimmer napsal 14 knih: o parazitech, E. coli, evoluci, dědičnosti. V “Žít a nežijící: Hledání definice života“Ujal se nejobecnějšího tématu biologie (fanoušci, kterých v Rusku musí být opravdu hodně: je to již jeho pátá kniha v katalogu Alpine Non-Fiction, jsou zvědaví, o čem Zimmer napíše příště). Není to tak, že byste museli hledat definice života – už jich je spousta, ale každá má své nevýhody. Tyto nedostatky jsou zvláště patrné, pokud jde o viry.
„Pokud se někdo zeptá, zda je částice procházející filtrem – virus – živá nebo mrtvá,“ napsal britský virolog Norman Peary v roce 1937, „jediná rozumná odpověď je: „Nevím; Víme spoustu věcí, které umí, a mnohem víc toho, co neumí, a pokud nějaká komise definuje pojem žití, pak se pokusím ověřit, zda této definici odpovídá.“
Peary a jeho kolegové virologové pokračovali v objevování základních vlastností virů. Uvnitř jejich proteinových obalů a tukových membrán je skupina genů, které drží pohromadě určité proteiny. Nemají ale vůbec svůj vlastní ATP, který by poskytoval energii pro chemické reakce. Viry jsou zvenčí pokryty huňatým pláštěm bílkovin potažených cukrem. Tyto proteiny se typicky spojují přesně s proteiny na povrchu buněk. Dokování je prvním stádiem virové infekce a pro „úspěch“ musí být přesné jako klíč a zámek. To je jeden z důvodů, proč jsou viry tak selektivní v typech buněk, které infikují, a jsou schopny ovlivnit pouze některé typy buněk a jiné ne.
Jakmile virus přistane na buňce, dostane se dovnitř jeho obal a cenný náklad genů – vlastnost viru. Pokud je podstatou života replikace genů, pak by se viry rozhodně měly považovat za živé. Některé z nich mají geny zakódované v DNA pomocí stejné čtyřpísmenné abecedy, která zaznamenává naši vlastní dědičnost. Postižená buňka bude číst tuto virovou DNA a syntetizovat molekuly RNA, na základě kterých pak bude produkovat proteiny pro vetřelce.
Ale Pirie a další virologové zjistili, že mnoho virů zjednodušilo tento řád procesů. Ve třicátých letech 1930. století Britský výzkumník obdržel údaje naznačující, že geny viru tabákové mozaiky se neskládají z DNA, ale z RNA. Další výzkum ukázal, že mnoho dalších má geny vyrobené z RNA, včetně SARS-CoV-2. Když RNA viry vstoupí do buňky, jejich geny se přeloží přímo do proteinů. Toto je extrémně účinný způsob, jak nás mohou viry způsobit nemocným pro své vlastní virové účely. Ale přitom jen oni vymysleli tak specifickou verzi biochemie.
Na toto téma
MERS-CoV: polozapomenutý, ale nevyhynulý koronavirus. Úryvek z knihy “The Arch Enemy”
Ať už je základ genetického kódu virů jakýkoli – DNA nebo RNA, dokážou si vystačit s překvapivě malým počtem genů. Máme přibližně 20 000 genů kódujících proteiny. SARS-CoV-2 dokázal zničit světovou ekonomiku s pouhými 29. Pokaždé, když vstoupí do buňky v něčím dýchacím traktu, miliony nově objevených virů nesou tuto sadu 29 genů. Obvykle jsou všechny kopie totožné. Některé ale obsahují chyby.
Viry mutují jako známější formy života. Navíc mutují mnohem rychleji než lidé, rostliny a dokonce i bakterie. Naše buňky obsahují molekulární tým korektorů, kteří čtou nové sekvence DNA a vrací většinu chyb k opravě. Lví podíl virů nedokáže opravit chyby. SARS-CoV-2 a další koronaviry se liší tím, že mají gen pro primitivní korektorský protein. Ale i když míra jejich mutací není tak vysoká jako u jiných virů, stále hromadí mutace tisíckrát rychleji než my.
Někdy tyto nové mutace poskytují konkrétnímu viru konkurenční výhodu nad ostatními. Mohou urychlit jeho reprodukci. Mohou učinit mutantní virus neviditelným pro radar imunitního systému. Takové viry budou upřednostňovány přirozeným výběrem.
Jinými slovy, moderní výzkum virů ukazuje, že mají další charakteristiku toho, že jsou živé: vyvíjejí se. Mohou si vyvinout rezistenci na antivirotika. Mohou se přizpůsobit novému hostitelskému druhu. Definice života NASA uvádí evoluci mezi svá nejdůležitější kritéria, přesto Gerald Joyce, jeden z jejích autorů, cítil, že schopnost viru vyvíjet se nemůže převážit skutečnost, že se nejedná o soběstačný chemický systém. Viry získávají vše, co potřebují, z chemického systému buňky a pouze uvnitř ní jsou schopny se vyvíjet.
“Podle pracovní definice virus v konkurenci selže,” řekla Joyce magazínu Astrobiology.
Časopis.
Viry však mají také obránce. V roce 2011 předložil francouzský vědec Patrick Forter řadu argumentů ve prospěch jejich života. Alespoň v určitých časech, říká. Pro Fortera je buňka základním znakem života. A když ji napadne virus, stane se v podstatě rozšířením virových genů. Výzkumník to nazývá virocell. “Snem normální buňky je produkovat dvě buňky; snem virobuňky je produkovat sto nebo více nových virobuněk,” napsal v roce 2016.
Na toto téma
Kolik pohlaví mohou mít mimozemšťané? Výňatek z “Zoologův průvodce po galaxii”
Forter nedokázal přesvědčit většinu svých kolegů virologů. Purificación López-García a David Moreira nazvali jeho argument „logikou cizí“. Jiní zavrhli virocellu jako druh poetické licence. Viry nežijí, tím méně sní. A když mezinárodní komise pro jejich taxonomii přijala moderní klasifikační systém, jednoznačně prohlásila, že „viry nejsou živé organismy“. „Žijí jen vypůjčeným životem,“ vysvětlil jeden z členů komise.
Je zvláštní, že lidé vytlačují viry z domu života a nechávají je viset kolem prahu. Za prahem je hrozná tlačenice. V litru mořské vody je více virů, než je lidí na celé planetě. Jako lžíce hlíny. Pokud bychom mohli spočítat všechny viry na Zemi, převyšovaly by počet všech forem buněčného života dohromady možná desetinásobně.
Rozmanitost virů je také kolosální. Někteří badatelé odhadují, že na planetě mohou být biliony jejich forem. Když vědci objeví nové viry, často se jedná o zástupce velkého taxonu, který byl dříve neznámý. Pozorovatelé ptáků mají oprávněný důvod k radosti, když objeví nový ptačí druh. Představte si, jaké to je obecně objevovat ptáky! Přesně to se virologům stává.
Je možné vyhnat všechnu tuto biodiverzitu ze života? Vyhánění virů totiž mimo jiné znamená, že odmítáme uvažovat o jejich úzkém spojení s ekologickou sítí života. V krvežíznivosti soupeří s predátory, ničí korálový útes nebo sužují Pseudomonas aeruginosa v plicích. Viry udržují zcela klidné vztahy s mnoha hostiteli. Naše zdravé tělo je domovem bilionů virů, které se souhrnně nazývají „viry“. Většina z nich infikuje bakterie, plísně a další jednobuněčné zástupce našeho mikrobiomu. Některé studie naznačují, že virom člověka udržuje rovnováhu jeho mikrobiomu a přispívá k blahu lidstva.
Země má svůj vlastní virom, který působí jako geochemická síla. Mrkni a v tu chvíli bude mít 10 miliard bilionů fágů v oceánu čas infikovat mořské bakterie. Mnoho z nich zabíjí své mikrobiální hostitele, ročně uvolní do vody asi 3 Gt organického uhlíku a stimuluje růst nového života. Ostatní fágové jsou milosrdnější: vplíží se dovnitř svého hostitele a nechají ho chvíli žít. A někteří s sebou dokonce přinášejí geny, které jsou prospěšné pro jejich hostitele. Existují fágy, které se unášejí v oceánu s fotosyntetickými geny v rezervě. Mikroorganismy jimi infikované lépe absorbují sluneční záření. Těmto virům vděčíme za část kyslíku, který dýcháme.
Výše uvedené fágy získaly geny pro asimilaci světla tajností. Když jejich předci zaútočili na jiné fotosyntetické mikroorganismy, při replikaci omylem přidali geny hostitele ke svým vlastním. Ale viry jsou také schopny darovat nové geny svým hostitelským genomům. Bakterie se například mohou stát odolnými vůči antibiotikům v důsledku infekce virem. Náš vlastní genom obsahuje desítky tisíc virových fragmentů, které tvoří až 8 % naší DNA. Některé z těchto fragmentů se staly geny a genovými přepínači. Pokud jsou viry neživé, znamená to, že neživé věci jsou do nás pevně zapojené.
Virus je malá neživá částice, která nám nějak způsobuje nevolnost. A některé z nich dokonce způsobují celosvětová ohniska nemocí. Studujeme podstatu viru a chápeme, v čem spočívá jeho zákeřnost
- Co je to
- Kdo je objevil?
- Jak virus funguje
- Jak fungují a proč jsou nebezpečné
Co je to virus
Virus je submikroskopická částice, která šíří infekci uvnitř buněk živých organismů: zvířat, rostlin, lidí, hub a dokonce i bakterií.
Viry jsou často zaměňovány s bakteriemi. Mají společné to, že jsou patogeny různých nemocí. Viry jsou však na rozdíl od bakterií nebuněčnou formou života a jsou zhruba stokrát menší (20–400 nm).
Lze virus považovat za živý organismus? Spíš ne než ano. Jednak mimo hostitele nejeví známky života a není schopen sebereprodukce. Neakumuluje a nevyrábí energii a také neudržuje vnitřní prostředí, protože prostě neexistuje. Na druhé straně se virus vyvíjí, mutuje a množí, předává genetické informace dalším generacím, což jsou vlastnosti živého organismu.
Viry nejsou stejné. Mohou mít tvar koule, spirály, nebo to může být složitý asymetrický plexus atd. Například tvar viru vztekliny vypadá jako kulka a ebola má tvar nitě.
Jak vypadají viry? (Foto: iStock / Vikivector)
Kdo objevil viry?
Viry objevil ruský biolog Dmitrij Ivanovskij v roce 1892. Tomuto vědeckému průlomu předcházelo několik událostí.
Na konci 19. století již byly objeveny bakterie, které vysvětlovaly vznik mnoha nemocí, ale ne všech. Povaha nemocí, jako jsou neštovice, vzteklina, spalničky a žlutá zimnice, zůstala neodhalena. Francouzský mikrobiolog Louis Pasteur navrhl, že patogen vztekliny byl příliš malý na to, aby byl detekován mikroskopem.
V roce 1884 vynalezl student a kolega Louise Patera Charles Chamberland porcelánový filtr, který zbavoval kapaliny bakterií. To umožnilo ruskému vědci Dmitriji Ivanovskému studovat mozaikovou chorobu tabáku, při které se skvrny na listech místo toho, aby byly zelené, objevují v mozaikovém vzoru tmavě zelené a světle zelené.
Ivanovský prošel šťávou z nemocné rostliny přes porcelánový filtr. Šťávu přefiltrovanou ze všech bakterií aplikoval na zdravé tabákové listy, po kterých rostlina onemocněla. Vědec si tedy uvědomil, že bakterie s tím nemají nic společného, a věřil, že „toxiny“ prošly filtrem, což způsobilo onemocnění. V průběhu dalších experimentů dospěl k závěru, že za onemocnění tabákem může vědou dosud neznámá forma biologického mikroživota, která je mnohem menší než bakterie. Výsledky svého výzkumu prezentoval ve vědeckém článku „O dvou chorobách tabáku“ v roce 1892. Zde může virologie jako věda začít.
Dmitrij Ivanovskij, zakladatel virologie. (Foto: Vědecká knihovna M. Gorkého)
Sedm let po publikaci Dmitrije Ivanovského vyšel článek nizozemského vědce Martina Beijerincka, který do značné míry zopakoval výsledky studie ruského vědce. Byl to Beijerinck, kdo navrhl používat termín „virus“ k označení infekční částice (z latinského „virus“ – jed). Patogen však považoval za kapalný infekční princip, což se ukázalo jako mylné.
V roce 1939, s příchodem elektronového mikroskopu, byli biologové schopni vidět virus tabákové mozaiky.
Virus onemocnění tabákové mozaiky. (Foto: Velká sovětská encyklopedie)
Jak virus funguje
V centru viru je genetický materiál ve formě nukleové kyseliny (DNA nebo RNA). Kolem něj je proteinová struktura – kapsida. Kapsida slouží k ochraně viru a pomáhá při únosu buněk. Někdy jsou viry složitější – jsou navíc pokryty lipidovým obalem – superkapsidou – tukovou strukturou, která je chrání před změnami prostředí. Bakteriofágy – viry, které infikují bakterie – mají mírně odlišnou strukturu. Mají mnohostěnovou hlavu a tyčovitý výběžek.
Jak viry fungují a proč jsou nebezpečné
Virus se do lidského těla dostává krví, sliznicí úst a nosu, jícnem a mikrotraumaty na povrchu kůže.
Jak k infekci dochází? Genetický materiál viru je uložen uvnitř buňky a ovlivňuje její nejdůležitější fragmenty. Přirozené procesy v buňce jsou narušeny a mění se v „virovou továrnu“. Biologové tento proces nazývají replikace. Během replikace se genetický materiál viru smísí s geny hostitelské buňky. V důsledku toho virus mutuje a zvyšuje svou schopnost přežití. Když je ustaven proces replikace, to znamená, že infikovaná buňka produkuje genom viru, samotná virová částice se vyloupne a infikuje nové buňky.
Většina virů si vybírá specifický cíl v živém organismu. Virus hepatitidy se váže na jaterní buňky. Virus dětské obrny napadá motorické neurony v míše. Virus lidské imunodeficience (HIV) se zaměřuje na řadu buněk imunitního systému. Náš imunitní systém to ve 100 % případů infekce nedokáže odolat. Místo produkce protilátek začne imunitní systém viru pomáhat. Vědci zatím nemají přesnou odpověď, proč se tak děje. Existuje verze, že tento jev je způsoben tím, že náš genom obsahuje endogenní retroviry. Jde o sekvence DNA získané z virů, které infikovaly naše dávné předky. Tyto genetické prvky tvoří asi 8 % našeho genomu a pocházejí od předků moderních retrovirů, jako je HIV. Retroviry jsou třídou virů, které ve svém genomu přeměňují RNA na DNA a běžné buňky naopak přeměňují DNA na RNA.
Viry se rychle mění. Jakákoli mutace je uložena v genomu, což jim pomáhá rychle se vyvíjet. Viry mají navíc krátký životní cyklus. Tyto faktory zasahují do analýzy genomu virů, a proto je obtížné s nimi bojovat.
