Ne visi virusai yra blogi: kai kuriems turėtume būti dėkingi, kad išvis esame

Jie yra atsakingi už COVID-19 pandemiją ir ilgą sąrašą ligų, kurios kamuoja žmoniją nuo neatmenamų laikų. Bet ar yra kas nors, už ką jiems galime padėkoti?

Merilendo universiteto (JAV) biologijos mokslų profesorius Ivanas Erillas sako, kad daugelis biologų – įskaitant jį patį – mano, kad tokių „gerų“ virusų yra, ir kalbėti galima apie vieną konkrečią virusų rūšį: bakteriofagus – arba virusus, kurie užkrečia bakterijas. Kai šių virusų DNR patenka į ląstelę, joje gali būti instrukcijų, leidžiančių ląstelei atlikti naujus triukus.

Didelė bakterijų virusų galia

Bakteriofagai kontroliuoja bakterijų populiacijas tiek sausumoje, tiek jūroje. Jie kasdien sunaikina iki 40 proc. vandenynų bakterijų, padeda kontroliuoti bakterijų augimą ir organinių medžiagų persiskirstymą.

Jų gebėjimas selektyviai naikinti bakterijas taip pat džiugina medikus. Natūralūs ir dirbtiniai bakteriofagai sėkmingai naudojami gydant bakterines infekcijas, kurios nereaguoja į antibiotikus. Šis procesas, vadinamas bakteriofagų terapija, gali padėti kovoti su atsparumu antibiotikams.

Naujausi tyrimai rodo dar vieną svarbią fagų funkciją: bakteriofagai gali būti pagrindiniai gamtos genetiniai meistrai, kuriantys naujus genus, kuriuos ląstelės gali pritaikyti naujoms funkcijoms įgyti.

Bakteriofagai yra pati gausiausia gyvybės forma planetoje – jų bet kuriuo metu pasaulyje sklando ne vienas nonilijonas – o tai yra vienetas su 31 nuliu.

Kaip ir visi virusai, bakteriofagai taip pat pasižymi dideliu dauginimosi ir mutacijų greičiu, t.y. kiekvieną kartą dauginantis, susidaro daugybė virusų variantų, pasižyminčių skirtingomis savybėmis.

Dauguma bakteriofagų turi standų apvalkalą, vadinamą kapside, kuriame saugoma jų genetinė medžiaga. Daugeliu atvejų apvalkale yra daugiau vietos, nei reikia bakteriofagui – kad čia būtų galima saugoti jo replikacijai būtiną DNR.

Tai reiškia, kad bakteriofagai turi vietos papildomam genetiniam bagažui: genams, kurie iš tikrųjų nėra būtini bakteriofago išgyvenimui, ir kuriuos jis gali keisti savo nuožiūra.

Kaip bakterijos pertvarkė virusinį jungiklį

Norėdami pamatyti, kaip tai vyksta, giliau pažvelkime į bakteriofagų gyvavimo ciklą.

Bakteriofagai būna dviejų pagrindinių rūšių: nuosaikieji ir virulentiniai. Virulentiniai bakteriofagai, kaip ir daugelis kitų virusų, veikia pagal invazijos ir kopijavimo bei žudymo programą. Jie patenka į ląstelę, užgrobia jos komponentus, sukuria savo kopijas ir išsiveržia lauk.

Kita vertus, nuosaikūs bakteriofagai žaidžia ilgą žaidimą. Jie sujungia savo DNR su ląstelės DNR ir gali metų metus miegoti, kol kas nors juos suaktyvina. Tada jie vėl pradeda elgtis kaip virusai: replikuojasi ir išsiveržia lauk.

Daugelis vidutinio aktyvumo bakteriofagų kaip paleidiklį naudoja DNR pažeidimus. Tai tarsi signalas „Hiustone, turime problemą“.

Jei pažeidžiama ląstelės DNR, vadinasi, toliau gali būti pažeista ir joje gyvenančio bakteriofago DNR – todėl bakteriofagas išmintingai nusprendžia peršokti „į kitą laivą“. Genai, nurodantys bakteriofagams replikuotis ir išsiveržti, ramybės būsenoje yra išjungti – nebent aptinkama DNR pažeidimų.

Bakterijos pertvarkė šį gyvybės ciklą kontroliuojančius mechanizmus, kad sukurtų sudėtingą genetinę sistemą, kurią I.Erillas ir jo bendradarbiai tyrinėja jau daugiau nei du dešimtmečius.

Bakterijų ląstelėms taip pat rūpi sužinoti, ar jų DNR pažeista. Jei taip nutinka, jos aktyvuoja genų rinkinį, kuris bando taisyti DNR. Tai vadinama bakterijų SOS atsaku – nes, jei taisymas nepavyksta, ląstelei galas.

Bakterijos organizuoja SOS atsaką naudodamos į jungiklį panašų baltymą, kuris reaguoja į DNR pažeidimus: jis įsijungia, jei yra pažeidimas, ir išsijungia, jei jo nėra.

Turbūt nenuostabu, kad bakterijų ir bakteriofagų jungikliai yra evoliuciškai susiję. Todėl kyla klausimas: kas išrado jungiklį – bakterijos ar virusai?

Ligšioliniai mokslininkų tyrimai rodo, kad bakteriofagai tai padarė pirmieji.

Neseniai paskelbtame tyrime I.Erillas ir kolegos nustatė, kad Bacteroidetes – bakterijų grupės, kuriai priklauso apie pusę mūsų žarnyne gyvenančių bakterijų – SOS atsaką kontroliuoja bakteriofaginis jungiklis, kuris buvo pertvarkytas taip, kad įgyvendintų sudėtingas pačių bakterijų genetines programas. Tai leidžia manyti, kad bakterijų SOS jungikliai iš tikrųjų yra prieš daugelį amžių pertvarkyti bakteriofagų jungikliai.

Tačiau bakteriofagai yra „išradę“ ne tik šiuos bakterijų jungiklius.

Tiriamasis darbas parodė, kad ląstelės dalijimuisi reikalingas bakterijų genas taip pat atsirado „prijaukinus“ bakteriofagų toksino geną.

Žinoma arba įtariama, kad daugelis bakterijų atakos sistemų – pavyzdžiui, toksinai ir genetiniai ginklai, naudojami patekti į ląsteles, o taip pat maskuotė, kurią jos naudoja imuninei sistemai apgauti – yra bakteriofaginės kilmės.

Virusų privalumai

Gerai. Tarkime, įtikinome, kad bakteriofagai yra puiku – bet juk mus užkrečiantys virusai tikrai nėra tokie jau šaunūs?

Vis dėlto daugėja įrodymų, kad augalus ir gyvūnus užkrečiantys virusai taip pat yra pagrindiniu šių organizmų genetinių naujovių šaltiniu.

Pavyzdžiui, įrodyta, kad prijaukinti virusų genai atlieka svarbų vaidmenį žinduolių placentų evoliucijoje – ir palaiko žmogaus odos drėgmę.

Naujausi duomenys rodo, kad net ląstelės branduolys, kuriame yra DNR, taip pat gali būti viruso „išradimas“.

Mokslininkai taip pat spėja, kad dabartinių virusų protėviai galėjo būti DNR, kaip pagrindinės gyvybės molekulės, pradininkais. Tai – nemažas pasiekimas.

Taigi, nors apie virusus esame įpratę galvoti kaip apie pagrindinius piktadarius, tačiau jie be jokios abejonės yra ir gamtos genetinių naujovių varikliai. Ir tikėtina, kad mes, žmonės, turėtume būti jiems dėkingi už mūsų pačių egzistavimą.

Parengta pagal „The Conversation“.