Wszyscy jesteśmy wirusami

Czas spojrzeć prawdzie w oczy: jestem wirusem. I ty także. I twoja koleżanka z pracy, sąsiad i dziewczynka bawiąca się na podwórku. Gdyby porządnie przetrzepać nasze DNA, to okazałoby się, że jest ono usiane fragmentami wirusów. Do niedawna szacowano, że około 0,5 procent ludzkiego genomu stanowią nieczynne wirusy, które kiedyś zaraziły przodków człowieka, utraciły aktywność i jako genetyczne śmieci są przekazywane z pokolenia na pokolenie. Świadomość, że jest się takim genetycznym wysypiskiem, może być nieco upokarzająca, ale da się przeżyć. Niestety, gdy genetycy i wirusolodzy zaczęli dokładniej grzebać w genomach różnych istot, okazało się, że po wirusach odziedziczyliśmy nawet... 90 procent naszego DNA! I to bynajmniej nie w formie wyciszonych kawałków genów. Niektóre z nich mówią pełnym głosem, wpływając na losy ewolucji. Prawdopodobnie to geny pochodzące od wirusów sprawiły, że mamy sprawny układ odpornościowy i łożysko utrzymujące przy życiu płód. Ba, zawdzięczamy im nawet to, że składamy się z
komórek!

O istnieniu wirusów wiemy od ponad stu lat. Byty te sprawiały zawsze sporo kłopotu swoim badaczom, wymykały się bowiem klasyfikacjom na „żywe” i „martwe”. Dawniej sądzono, że są jedynie dość złożoną molekułą łączącą białko i kwas nukleinowy: DNA lub RNA. Owszem, jeśli spojrzeć na nie przez lupę ortodoksyjnej definicji, są pozbawione życia. Pozostawione same sobie nie potrafią się powielać, nie mają przemiany materii, nie ewoluują. Jednak gdy natrafią na komórki odpowiedniego żywiciela, sytuacja zmienia się dramatycznie. Maszyneria komórki zostaje zaangażowana do produkcji potomnych wirusów tak intensywnie, że przerasta to nieraz jej normalną aktywność. Wirus po zainfekowaniu ofiary staje się więc niezwykle sprawnym żywym bytem. Do czasu, gdy opuści komórkę, szukając kolejnych możliwości zarażania. Czy jest w takim razie żywy, czy martwy? Luis Villarreal, dyrektor Centrum Badań nad Wirusami przy University of California, uważa, że takie pytania niewiele wnoszą. „Czy poszczególne składniki komórki,
potraktowane osobno, są żywe, czy nie? – pytał kilka lat temu na łamach „New Scientist”. – A nasiona? Nie mogą być uznane za żywe, jednak mają pewien potencjał do życia. Podobnie jest z wirusami. Życie to pewien złożony stan, a istoty żywe są zbudowane z tych samych »cegiełek« co wirusy” – pisał wówczas uczony.

Wirus stwórca

Niektóre wirusy, jak choćby ebola, błyskawicznie uśmiercają swego gospodarza lub przyprawiają go o ciężką chorobę. Jednak wbrew powszechnym skojarzeniom takie brutalne zachowania wcale nie są wśród wirusów regułą. Wiele z nich odwiedza gospodarza na długi czas, nie wyrządzając większych szkód, a czasami wbudowując się nawet w jego własne DNA. Nierzadko zdarza się przy tym, że jedna komórka jest zakażona przez różne wirusy. A wówczas może się zmienić w ewolucyjny poligon – twierdzą naukowcy. Bo różne wirusy, powielając się, wbudowując i wycinając się z DNA gospodarza, robią mnóstwo zamieszania.
Mogą wepchnąć się w środek genu ofiary i w ten sposób zmienić jego pracę, mogą porwać ze sobą kawałek napadniętego DNA albo na odwrót – zostawić w nim część swojego genomu. Mogą także wymienić się genami z innym wirusem. Jest im tym łatwiej, że na naszej planecie są niewiarygodne ilości wirusów. W każdym mililitrze morskiej wody jest ich średnio 10 milionów! Naukowcy znajdują je w gorących źródłach, w skałach na głębokości kilku kilometrów – słowem: wszędzie, gdzie tylko można coś zarazić. Badacze twierdzą więc, że bałagan towarzyszący infekcjom wirusowym może być główną siłą napędzającą ewolucję i prowadzącą do powstania nowych cech, a nawet nowych gatunków. I mają na to dowody. W większości przebadanych przez genetyków bakterii 10–20 procent genomu to uśpione wirusy. Na dodatek w DNA niemal każdej bakterii genetycy napotykali na blisko 10 procent niby-genów o nieznanej funkcji, nazwanych ORFan. Nie przypominają one genów pozostałych organizmów, nie mają nawet swoich odpowiedników wśród innych bakterii.
Przypominają za to krótkie geny wirusowe. Pamiątki po zakażeniach wirusami wbudowującymi się w genom to nie tylko przypadłość bakterii. Także nasza. W ludzkim DNA znajdowano je sporadycznie już w latach 70. ubiegłego wieku. Ale dopiero poznanie całej sekwencji genomu człowieka ujawniło skalę wirusowego desantu. Niemal 10 procent naszego DNA to wpisane tam na stałe retrowirusy. Kolejne 40–50 procent to sekwencje zaskakująco je przypominające. Jeśli jeszcze uwzględnimy wirusopodobne fragmenty DNA zdolne do powielania się i wędrowania po genomie, to okazuje się, że nawet do 90 procent naszego materiału genetycznego to wirusy, ich fragmenty lub ich krewniacy. Gdyby jeszcze był to nieaktywny, gigantyczny balast, jak kiedyś sądzono. Ale najbardziej szokujące jest to, że byłe ofiary używają wirusowych genów dla swojej korzyści.

Rozwojowa infekcja

Pierwsze sugestie, że dawne zakażenie wirusem może pomóc w ewolucji, pochodzą oczywiście z badań bakterii. Przykład? Pałeczka wywołująca błonicę szkodzi, bo wytwarza silną toksynę. Jak się okazało, przepis na toksynę pochodzi z genu bakteryjnego wirusa. Podobnie jest w przypadku jadu kiełbasianego i toksyn przecinkowca cholery. No dobrze, generalnie traktujemy wirusy i bakterie jako jedno zło, więc taka współpraca może nie robić na nas wrażenia. Co innego przykład z ludzkiego podwórka.

Co powiecie na wiadomość, że jedno z kluczowych białek umożliwiających zagnieżdżenie się zarodka w macicy pochodzi od wirusa? Mowa o syncytynie wytwarzanej przez łożysko. Ludzki gen syncytyny jest po prostu porzuconym genem otoczki białkowej dawnego retrowirusa! Dawnym zakażeniom zawdzięczamy także zdolność naszego układu odpornościowego do reakcji na drobnoustroje, z którymi nigdy wcześniej się nie zetknęliśmy. Mało tego, wirusowe geny mogą nadal regulować aktywność naszych własnych!

Niedawne badania przeprowadzone w niemieckim Heidelbergu wykazały, że w naszych komórkach działa przynajmniej 35 genów wirusów odgrywających ważną rolę dla ludzkiej biologii. Proces oczywiście nie zatrzymał się wraz z powstaniem Homo sapiens. Bez przerwy jesteśmy atakowani przez wirusy – choćby przez HIV, który także potrafi wbudować się w nasze DNA. Zresztą inne zwierzęta także są bombardowane wirusami. Australijscy naukowcy z zapartym tchem obserwują właśnie inwazję retrowirusa KoRV na ich narodowy symbol – misie koala. Wirus zaatakował zaledwie 100–200 lat temu, ale zagnieździł się już na dobre w genach niektórych torbaczy. Teraz na oczach genetyków zaczyna ekspansję w obrębie całej populacji misiów. Czy dzięki temu z koali wyewoluuje inny gatunek?

Tak było już wcześniej. Dzięki Human Genome Project dowiedzieliśmy się, że w naszym DNA jest około 200 genów obecnych także u bakterii. Czyżby pamiątki po naszym wspólnym, jednokomórkowym przodku? Cóż, niekoniecznie. Tych genów nie znaleziono bowiem w DNA gatunków pośrednich stadiów ewolucji, na przykład drożdży, much czy robaków. A może efekt ataku bakterii na człowieka? Luis Villarreal proponuje trzecią opcję: te geny powstały u wirusów, które potem niezależnie skolonizowały dwie linie rozwoju życia: bakterie i kręgowce. I zostawiły u nich swoje geny. * Co było pierwsze?*

Niektórzy ewolucjoniści idą jeszcze dalej i sugerują, że wirusy istniały na Ziemi jeszcze przed powstaniem pierwszych komórek. Pływały w tak zwanej pierwotnej zupie, w której zachodziły bez przerwy różne reakcje biochemiczne. Mogły uczestniczyć w utworzeniu się komórek prabakterii, a potem mieszały się do ewolucji na wszystkich etapach. Villarreal wraz z kilkoma innymi autorytetami twierdzi, że nawet jądro komórkowe jest po prostu dawnym dużym wirusem. Jako argument za swoją tezą przytacza zdumiewające podobieństwo enzymów służących do powielania DNA u wirusa T4 i w komórkach roślin i zwierząt. Takich argumentów wciąż przybywa, więc nie byłem zaskoczony, gdy w 2000 roku francuska fundacja Les Treilles rozpoczęła dyskusję światowych wirusologów i biologów molekularnych o wpływie wirusów na ewolucję i początki życia na Ziemi. Jeden z uczestników, Roger Hendrix z University of Pittsburgh, proszony o podsumowanie powiedział: „Wygląda na to, że przez ostatnie 3,5 miliarda lat wirusy urządzały sobie na Ziemi orgię
wymiany genów”.

Piotr Kossobudzki