Wirusy. Najliczniejsze i najważniejsze organizmy na Ziemi?

Wokół tajemnicy życia na Ziemi

Stosunkowo niedawno odkryliśmy obecność wirusów. Pod koniec XIX wieku rosyjski botanik, Dmitrij Iwanowski zainteresował się mozaikowatością, dziwną chorobą tytoniu. Do jego badań nawiązał Holender Martinus Beijerinck i to on po raz pierwszy użył określenia „wirus”. Zobaczyliśmy je dopiero w latach 30. XX wieku, wraz ze skonstruowaniem mikroskopu elektronowego. Wirusy miały i mają ogromny wpływ na ludzkość. Były np. przyczyną wielkiej epidemii w imperium rzymskim w latach 165–180 n.e. i znacząco wpłynęły na losy cesarstwa. Dzisiaj doświadczamy wpływu koronawirusa SARS-CoV-2 i nasz świat zmienił się niewyobrażalnie.

Większość z nas postrzega wirusy jako czynniki chorobotwórcze i najchętniej widzielibyśmy życie na Ziemi bez ich udziału. Do dzisiaj prawie wszyscy wirusolodzy badają wyłącznie patogeny. Od niedawna pojawia się coraz więcej badań nad niebagatelną rolą wirusów w kształtowaniu życia na Ziemi w przeszłości i obecnie. A także nad ich rolą dla naszego zdrowia. Bez wirusów życie i planeta, jaką znamy, przestałyby istnieć. Powoli zaczynamy postrzegać te złożone organizmy (chociaż to zaledwie niewielkie cząstki zakaźne infekujące wszystkie formy życia, niezdolne do namnażania się poza komórką gospodarzem) w innym świetle.

Wirusy są obecne praktycznie wszędzie na Ziemi i są znacznie liczniejsze niż bakterie. Szacuje się, że w dowolnym momencie na naszej planecie znajduje się co najmniej 10³¹ cząstek wirusa, w porównaniu z 10²³ gwiazd w znanym nam wszechświecie (Forterre et al. 2020). W ciele każdego z nas rezyduje około 10¹⁸ bakteriofagów (wirusów atakujących bakterie), o rząd wielkości więcej niż bakterii (Aziz 2009).

Nauka dopiero zaczyna odkrywać kluczową rolę wirusów dla różnorodności biologicznej, ewolucji gatunków – zaczynając od naszego własnego – a nawet dla regulacji klimatu. Jak każdy organizm, który stwarza zagrożenie dla innych, wirusy na poziomie ekologicznym wykonują podstawowe zadanie, regulując liczebność innych gatunków i zapewniając ich równowagę w ekosystemach. Fagi są głównym regulatorem populacji bakterii w oceanach i prawdopodobnie również w każdym innym ekosystemie na naszej planecie (Suttle 2005). Wirusy wpływają na cykle biogeochemiczne, są ważnym elementem obiegu węgla w oceanach (Rohwer et al. 2009).

Odegrały one bardzo ważną rolę w ewolucji wielu gatunków, w tym naszego. Ich naturalną cechą jest zdolność do nieustannej replikacji i mutacji. To sprawia, że stanowią bogate repozytorium innowacji genetycznych, które mogą przekazać innym organizmom. Przenoszą fragmenty DNA między różnymi osobnikami, gatunkami czy ekosystemami i wydają się najbardziej kreatywnymi genetycznie ze wszystkich znanych nam czynników (Villarreal 2008). Wszystkie organizmy, które mogą zostać zarażone wirusami, mają możliwość wykorzystania genów wirusa na swoją korzyść. W przypadku Homo sapiens, około 8% genomu jest pochodzenia wirusowego. Podobnie jest w przypadku genomów innych ssaków. Te endogenne wirusy w naszym DNA, są jednym z kluczowych elementów sterujących naszą odpornością. To dzięki nim nasz układ odpornościowy się usprawnił, co pozwala mu skuteczniej walczyć z różnymi infekcjami (Wildschutte et al. 2016).

Wirusy są wszędobylskie, cały czas stykamy się z ogromną ich liczbą, jednak zdecydowana ich większość nie ma żadnego negatywnego wpływu na nasze zdrowie i samopoczucie. Niektóre wirusy infekujące ludzi są rzeczywiście zdolne do wywoływania poważnych i często śmiertelnych chorób, ale innymi wirusami można manipulować, aby były korzystne dla zdrowia ludzkiego. Wirusy te oferują potencjał leczenia raka, korygowania zaburzeń genetycznych lub zwalczania chorobotwórczych infekcji wirusowych. Ponadto wirusy są wykorzystywane w wielu badaniach genetycznych do określania mechanizmów molekularnych, są stosowane jako środki owadobójcze i np. zwiększają tolerancję niektórych roślin na suszę (Mietzsch, Agbandje-McKenna 2017).

O wirusach wiemy mniej niż o jakiejkolwiek innej formie życia. Jednak dzisiaj jesteśmy raczej pewni, że jak mówi Tony Goldberg, epidemiolog z University of Wisconsin-Madison: „Gdyby wszystkie wirusy nagle zniknęły, świat byłby cudownym miejscem na około półtora dnia, a potem wszyscy byśmy umarli – to podstawa. Wszystkie najważniejsze rzeczy, które robią na świecie, znacznie przeważają nad złymi” (Nuwer 2020).

Prof. Piotr Skubała

Literatura:
- Aziz R. K. 2009. A hundred-year-old insight into the gut microbiome. Gut Pathogens 1: 21, doi:10.1186/1757-4749-1-21.
- Forterre P., Gaïa M., Cereceda R. 2020. Viruses: an intimate 'enemy', yet essential for life on Earth. Euronews, euronews.com/2020/04/20/viruses-an-intimate-enemy-yet-essential-for-life-on-earth; dostęp 3.04.2021.
- Mietzsch M., Agbandje-McKenna M. 2017. The Good That Viruses Do. „Annual Review of Virology” 4: 1, iii-v, doi.org/10.1146/annurev-vi-04-071217-100011.
- Nuwer R. 2020. Why the world needs viruses to function. BBC Future, bbc.com/future/article/20200617-what-if-all-viruses-disappeared, dostęp 3.04.2021.
- Rohwer F., Prangishvili D., Lindell D. 2009. Roles of viruses in the environment. „Environmental Microbiology” 11: 2771–2774, DOI: 10.1111/j.1462-2920.2009.02101.x.
- Suttle C. A. 2005. Viruses in the sea. „Nature” 437: 356-361, doi:10.1038/nature04160.
- Villarreal L. P. 2008. Are Viruses Alive? „Scientific American”, scientificamerican.com/article/are-viruses-alive-2004/, dostęp 3.04.2021.
- Wildschutte J. H., Williams Z. H., Montesion M., Subramanian R. P., Kidd J. M., et al. 2016. Discovery of unfixed endogenous retrovirus insertions in diverse human populations. PNAS; doi.org/10.1073/pnas.1602336113.