Co kryje się w naszych genach? - ebook

1

Wirus, czyli genetyczna bomba

Zanim nastąpiła pandemia...

Trudno sobie wyobrazić w przyrodzie coś prostszego – zbudowana z białek cieniutka otoczka, a pod nią mikroskopijna ilość splątanej nici DNA lub RNA. Całość mniejsza od najmniejszych bakterii, nie wspominając o ogromnych komórkach ludzkiego ciała. Ale to właśnie te struktury, bo nawet nie jesteśmy w stanie nazwać ich żywymi organizmami, są zdolne zawładnąć niemal każdą istotą, łącznie z ludźmi, wykorzystać ją do rozmnożenia się, a następnie bez litości zabić. Oto wirusy, prawdziwi władcy życia na Ziemi.

Kiedy rozpoczynałam pracę nad tą książką, był grudzień 2019 roku. Jeszcze przed świętami Bożego Narodzenia zaczęły docierać do nas pierwsze informacje o tajemniczym wirusie, który rozprzestrzenia się w chińskim mieście Wuhan. Traktowaliśmy to wszyscy z dystansem – ot, jeszcze jeden wirus, który pojawił się w świecie bardzo odległym od naszego i który zapewne wkrótce zostanie opanowany. Współczuliśmy zamkniętym w domach mieszkańcom Wuhan, patrzyliśmy z życzliwym zainteresowaniem, jak Chińczycy próbują zdławić epidemię. Wkrótce potem poznaliśmy imię złoczyńcy – koronawirus, jeden z szerokiej grupy wirusów odzwierzęcych. Nie minęło kilka dni, a zaczął pojawiać się w coraz to nowych miejscach na świecie. W styczniu i lutym 2020 roku wiele osób z Polski zdążyło jeszcze wyjechać na ferie do Włoch, nie zdając sobie sprawy, z czym mają do czynienia. Ja sama byłam w Kapsztadzie pod koniec lutego, i jedyne oznaki obaw to był pomiar temperatury na lotnisku po przylocie. Lekarze jednak już wiedzieli – w 2003 roku mieli już do czynienia z podobnym wirusem, wywołującym ciężkie zapalenie płuc. To był koronawirus SARS. Nowy koronawirus, nazwany SARS-CoV-2, okazał się mniej zabójczy, ale za to zdecydowanie bardziej zakaźny niż jego poprzednik...

Wszyscy wiemy, jak dalej potoczyła się ta historia, choć nikt z nas nie zna jeszcze jej zakończenia. Naszą podróż po tajemnicach genetyki zacznijmy więc od przyjrzenia się wirusom, mikroskopijnym cząsteczkom, których miliardy fruwają wokół nas i które wyspecjalizowały się w jednym typie ataku – genetycznym. Istnieją nie tylko po to, aby powielać swoje geny w zainfekowanym organizmie, ale też by czasem włamywać się do genomu ofiary i zostać tam na zawsze.

CO TO JEST, CZYLI MAŁA ŚCIĄGA
ZE SZKOLNYCH DEFINICJI

• DNA – kwas deoksyrybonukleinowy, który składa się z ciągu czterech podstawowych zasad: adeniny, tyminy, cytozyny i guaniny, oznaczanych dla ułatwienia literami A, T, C i G. W tych literkach – zawsze w sekwencji trzech z nich – zapisane są informacje o aminokwasach, z których potem budowane będą konkretne białka w organizmach żywych.

• RNA – kwas rybonukleinowy, zbudowany bardzo podobnie jak DNA, z tym że zamiast tyminy ma zasadę o nazwie uracyl (U). Bywa jedynym nośnikiem informacji genetycznej u wirusów, w żywych organizmach odgrywa między innymi rolę pośrednią jako nośnik informacji między DNA w jądrze komórkowym a resztą komórki, w której produkowane są białka.

• Nukleotyd – pojedyncza zasada w nici DNA, „cegiełka” informacji genetycznej.

• Gen – fragment nici DNA, w którym zakodowane są informacje o produkcji jednego białka.

• Chromosom – struktura, w jaką ułożony jest materiał genetyczny wewnątrz komórki.

• Genom – komplet genów, jaki jest na wyposażeniu danego organizmu.

Patrząc na te zmyślne strategie, wobec których żywe organizmy bywają zupełnie bezbronne, aż trudno czasem uwierzyć, że przez współczesną naukę wirusy nie są traktowane jako organizmy żywe. Tak, to cząsteczki materii nieożywionej! Mimo że wykazują niektóre cechy organizmów żywych, bo mają materiał genetyczny. Jednak aby być uznanym za organizm żywy, nie wystarczy przenosić materiału genetycznego. Z biologicznego punktu widzenia żywe komórki, od bakterii po baobab, mają swój metabolizm, pobierają składniki odżywcze z otoczenia, przetwarzają je w swoich komórkach, wydzielają różne substancje, wreszcie dzielą się i rozmnażają. Wirusy się tylko replikują, używają żywych organizmów, żeby tworzyć swoje niezliczone kopie. Ale same nie są w stanie tego dokonać. Aby wtargnąć do komórki, wirus używa czegoś w rodzaju przyssawki, białka, które przyczepia się do specyficznych białek na powierzchni komórki gospodarza. W ten sposób właśnie atakują nas koronawirusy – ich przyssawkami są białka ułożone w kształcie korony. Po „sklejeniu się” z zaatakowaną komórką wirus wnika do jej środka.

Kiedy wirus dostanie się do komórki i wniesie do niej swoje geny i białka, jest w stanie zrobić z komórką to, co chce. Oczywiście musi być to wirus niejako dedykowany konkretnej komórce konkretnego gatunku. I to musi być też określony typ komórki – gdyby na przykład koronawirus SARS-CoV-2 znalazł się w naszej krwi, to nic by zapewne nie zrobił krwinkom. Dopiero kiedy dotrze do komórek płuc, zaczyna swój bezwzględny atak.

Każdy wirus ma swoje unikatowe metody na wniknięcie do komórki. Kiedy już to się uda, wirusowi zależy tylko na jednym – na zmuszeniu komórki do wytwarzania jego niezliczonych kopii. W tym celu wirusy natychmiast rozpoczynają produkcję swoich białek, dzięki którym kopiują swoje RNA (lub DNA, jeśli taki mają materiał genetyczny) i produkują nowe wirusy. Jedna zainfekowana komórka może uwolnić nawet miliony nowych egzemplarzy wirusa, zanim umrze.

Inaczej działają wirusy zwane retrowirusami. Ich nie interesuje jedynie przerwanie błony komórkowej i włamanie się do wnętrza komórki. One chcą wejść dalej, do samego jądra komórkowego, w którym w chromosomach przechowywany jest materiał genetyczny. Potem wbudowują się w nić DNA swojej ofiary, wpływając na pracę genów i zmieniając funkcjonowanie komórki. Jednym z najbardziej znanych retrowirusów jest wirus HIV, atakujący komórki odpornościowe, do tej grupy należy też wirus zapalenia wątroby typu B.

Bardzo ciekawymi wirusami są bakteriofagi, atakujące wyłącznie komórki bakterii – stąd ich nazwa, oznaczająca w wolnym tłumaczeniu „pożeracze bakterii”. Niektóre z nich mają dość skomplikowaną budowę, zdecydowanie upodabniającą je do bardziej zaawansowanych stworzeń – nieco przypominają berła z rękojeścią, do której ktoś dokleił cienkie i długie nóżki. Bakteriofagi potrafią infekować swoje ofiary na dwa sposoby. Bakteriofag T wstrzykuje swój materiał genetyczny do komórki bakterii Escherichia coli, zmuszając ją do replikowania jego genów oraz otoczki, a następnie niszczy bakterię od środka. To jeden sposób. Ale na przykład bakteriofag lambda działa inaczej – wnika do genomu bakterii i pozostaje tam, nie szkodząc bakterii. Wystarczy jednak, że warunki zewnętrzne zrobią się niekorzystne, bakteria ulegnie osłabieniu albo jest niedożywiona, a bakteriofag uaktywnia się i szybko namnaża, a potem zabija swoją ofiarę. To ten drugi sposób. Zdolności wirusów do wbudowywania się w genom zainfekowanej komórki okazały się przełomowe dla genetyki, pozwalając na uczynienie z nich głównych nośników genów w terapiach genowych, o czym będziemy opowiadać więcej w kolejnych rozdziałach.

I choć wydawałoby się, że o świecie wirusów przez XX stulecie dowiedzieliśmy się naprawdę dużo, okazuje się, że naukowcy „przegapili” wirusy, które są naprawdę olbrzymie (Giant viruses). Odkryto je dopiero na początku XXI wieku! To paradoks, że największe wirusy najtrudniej było dostrzec, ale winne były temu tak zwane filtry bakteriologiczne, służące mikrobiologom do odsiewania wirusów od bakterii. Nowe wirusy były na tyle duże, że podobnie jak bakterie nie przechodziły przez filtry. Ale nie tylko wielkość odróżnia je od innych typów wirusów. Są też o wiele bardziej zaawansowane, mają nie kilkanaście, ale setki genów – największy Mimivirus ma ich ponad 1200. Wirusy te działają inaczej niż znane dotychczas. Wprawdzie mogą namnażać się wyłącznie w komórce nosiciela, ale robią to w wyjątkowo przemyślny sposób. Po wniknięciu do komórki tworzą w niej specjalną strefę, przeznaczoną wyłącznie do powielania swojego materiału genetycznego. Wirusy te, którym nadano wpadające w ucho nazwy: mimiwirusy, momowirusy i mumuwirusy, atakują wyłącznie niewielkie organizmy wodne – ameby.

------------------------------------------------------------------------

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki

------------------------------------------------------------------------