Megawirus

Matthias Schleiden 180 lat temu ustalił, że rośliny są zbudowane z komórek, a rok później Theodor Schwann powiedział to samo o zwierzętach. Życie okazało się zatem zjawiskiem komórkowym.

Ćwierć wieku później Louis Pasteur dołożył kolejną grupę – bakterie, które są komórkami i też żyją, bo fermentują. Jednak, choć uratował przed śmiercią na wściekliznę pogryzionego przez zwierzę alzackiego chłopczyka, nie zdołał odkryć przyczyny tej choroby. Nie udało mu się bowiem znaleźć „bakterii wścieklizny”. Pewnie dlatego, że jej nie było. To straszne wówczas schorzenie, na które dziś istnieje szczepionka oraz seria bolesnych zastrzyków, jest bowiem wywoływane nie przez bakterię, tylko przez wirusa. Zbyt małego, by dało się go zobaczyć pod mikroskopem świetlnym. I niemającego żadnej przemiany materii. Wirusy nie oddychają, nie żywią się, nie wydalają. Nie można ich „wyczuć” jak bakterii.

Za małe

W 1884 r. Charles Chamberland wymyślił filtr o porach mniejszych niż rozmiary najczęstszych bakterii, czyli 2 mikrometry. Bakterie obecne w dowolnym roztworze oraz wszelkie inne, zazwyczaj 10-krotnie od nich większe komórki można na nim zatrzymać. Wszystko, co mniejsze, także wirusy, przelatuje. Jeśli ten przesącz był zakaźny, a w przypadku osocza krwi zakażonej wścieklizną był, to jasne, że albo istnieją bakterie za małe, by je zobaczyć przez mikroskop, albo są choroby wywołane przez jakieś znacznie mniejsze od bakterii cząstki zakaźne. Od końca XIX wieku, dzięki holenderskiemu mikrobiologowi Martinusowi Beijerinckowi, nazywamy je wirusami.

Badania wirusologiczne ruszyły pełną parą, bo wirusy praktycznie zawsze są chorobotwórcze. Jednak wciąż pozostają bardzo tajemnicze. Istnieje zatem kilka hipotez dotyczących tego, skąd wirusy się wzięły, oraz kilka odpowiedzi na pytanie, czym one są.

Po pierwsze, każdy komórkowy organizm na świecie ma swoje wirusy. Po drugie, wirusy nie są komórkami i nie działają jak komórki. Choć pod mikroskopem elektronowym mają osłony czasem łudząco podobne do komórek zwierzęcych lub ścian komórek bakteryjnych, roślinnych czy grzybowych. A wewnątrz tych osłon daje się wyróżnić jakieś struktury. Podobieństwo jest jednak tylko zewnętrzne. Nibybłona na zewnątrz wirusów izolowanych ze zwierząt w całości pochodzi z tych zwierzęcych komórek. Jest więc przejęta, a nie wyprodukowana. Z kolei ściana otaczająca wiele innych wirusów, zwana kapsydem, jest białkowa. Takiej nie ma żadna istniejąca ściana komórkowa. Także struktury widoczne wewnątrz cząsteczki wirusa nie mają nic wspólnego z otoczonymi specjalnymi błonami elementami komórek zwierzęcych czy roślinnych.

Co to jest?

Wirusy nie wykazują żadnej przemiany materii. Czyli nie oddychają w żaden ze znanych sposobów. Całkowitą energię do wszelkich procesów, które przeprowadzają, czerpią z komórki gospodarza, w której pasożytują. Jedynym procesem życiowym, który wykazują, jest… wydawanie na świat potomstwa. Czyli potomnych wirusów. Ale i tego nie robią same. Muszą niemal w całości korzystać z maszynerii pozwalającej samej komórce zakażonego gospodarza po prostu powielać swoje kwasy nukleinowe, DNA i RNA.

Na tym polega pasożytnictwo wirusa – umie on przejąć kontrolę nad komórką zwierzęcia, rośliny lub bakterii, nad jej zasobami i mechanizmami działania tak, by wewnątrz komórki gospodarza namnożyły się potomne cząsteczki wirusa. Wirusy zatem, zarówno te komórkowe, jak i te komputerowe, są pasożytami informacyjnymi. Żerują na przepływie informacji w komórkach czy komputerach. I to przejmowanie kontroli nad komórką jest źródłem wielu chorób.

Aby zrobić cokolwiek, wirusy muszą sterroryzować i styranizować komórkę gospodarza – tak by wyprodukowała niezbędne białka. W tym celu zmuszają do współpracy cały aparat produkcji białek obecny w zakażonej komórce. Muszą to zrobić, bo same nie mają tego wszystkiego, co do ich skopiowania jest potrzebne. To tak, jak gdyby ktoś chciał naprawić samochód, ale nie miał żadnych narzędzi. By to zrobić, musi włamać się do warsztatu i ukraść je.

Tak właśnie o wirusach myśleliśmy do 2003 r., kiedy to odkryto megawielkie wirusy, które aż tak perfidne nie są. W swoich wnętrzach mają resztki maszynerii, która jest niezbędna do ich rozmnażania. Stąd wielkość tych genomów. Zamiast kilku (nawet minimalnie dwóch) genów – bo tyle mają standardowe wirusy – te giganty mają ich ponad 2,5 tysiąca! Dla porównania: ulubiona bakteria naukowców, pałeczka okrężnicy, ma ich 4,4 tys., a człowiek – 21 tysięcy. Odkrycie z 2003 r. było zaskakującym ewenementem, ale niedawno w austriackim Klosterneuburgu odkryto coś, co na pewno nie jest bakterią, ale standardowym wirusem też nie. Kolejny wirus gigant, kilka razy większy od standardowego wirusa, ma w sobie maszynerię, która jest w stanie wyprodukować wszystkie niezbędne mu cegiełki, czyli aminokwasy.

Brakujące ogniwo?

Tu tkwi jądro naukowej kontrowersji. Większość naukowców uznaje dzisiaj podział świata istot żywych na trzy królestwa. Dwa z nich, bakterie i archeony, obejmują organizmy jednokomórkowe, których DNA jest nieosłonięte. Są one zatem pozbawione jądra. Natomiast trzecie królestwo to domena komórek wyposażonych w jądro, których DNA jest osłonięte. Te komórki mogą pozostać samotne (tzw. pierwotniaki) lub specjalizować się i tworzyć wielokomórkowe organizmy roślin, zwierząt czy grzybów. Na podstawie wcześniej poznanych niewielkich wirusów przyznawano im raczej pozycję nieorganizmów, nieznajdujących swego miejsca w tym systemie kategoryzującym komórki. Można nawet powiedzieć – zbuntowanych, samolubnych genów, które wyrwały się spod kontroli komórek, „ubrały się” w kilka białek i ruszyły na podbój świata, by kultywować pasożytniczy wyzysk i mnożyć się oraz ewoluować kosztem objadanego z energii i w pełni kontrolowanego organizmu gospodarza. Geny potrafią czasem skakać z miejsca na miejsce w genomie, mogą też całkiem z niego wyskoczyć. Potrafią się zbuntować przeciwko organizmowi, jak to ma miejsce w chorobie nowotworowej. A bliskie związki wirusów z rakiem tylko uprawomocniają hipotezę o wirusie – samolubnym genie.

Jednak po 2003 r. coraz liczniejsi naukowcy patrzą na sprawę odmiennie. Uznają wirusy za pozostałość po nieistniejącej już dziś komórkowej formie życia, która uległa dramatycznemu uproszczeniu i minimalizacji w wyniku pasożytniczego trybu życia.

Ta analogia (pasożyt minimalista) narzuca się sama, wystarczy obserwować otoczenie. U wielu pasożytów, które są bardziej skomplikowane – są roślinami czy zwierzętami – następuje czasami nawet drastyczny zanik struktur i związanych z nimi funkcji. Pasożytom zmienia się zestaw enzymów, tracą elementy komórki i narządy – niemal wszystko, co wydajnie mogą czerpać od gospodarza, na którym żerują. Czy to nie jest okrutnie racjonalne? Dlaczego zatem nie miałyby tak powstać również te najbardziej profesjonalne ze wszystkich istniejących pasożytów – wirusy?

Znalezienie w austriackich ściekach wirusa giganta zdaje się dostarczać argumentów za istnieniem kiedyś takiej komórkowej formy życia, z której wirusy mogłyby powstać. Austriacki wirus Klosneuvirus byłby w takim razie dobrze zachowaną żywą skamieniałością, pośrednim ogniwem takiej ewolucji. •