Šta su to virusi?

Krenućemo od ćelije, osnovne jedinice građe i funkcije svih živih bića. Život se zasniva na prenosu genetičkih informacija kroz ćeliju, čime ćelija vrši osnovne životne procese na molekularnom nivou.

U centru priče (a i same ćelije) leže nasledne informacije, tj. genom, koji je kod čoveka i drugih organizama sačinjen od molekula DNK. On se pod pažljivom kontrolom prepisuje i proizvodi informacionu RNK, tj. iRNK. iRNK zatim služi kao instrukcija za sintezu, tj. stvaranje proteina.

Dakle, put prenosa genetičkih informacija u ćeliji jeste sledeći: DNK -> iRNK -> protein. Može se primetiti to da je iRNK centralni molekul koji nastaje prepisivanjem DNK, a koji služi kao „recept“ za nastanak novih proteina. (Napomena: novija naučna saznanja su pokazala da u celom ovom procesu postoji još mnogo drugih detalja koji ne prate tu liniju tako jasno, ali za razumevanje virusa, za sada, dovoljno je i da posmatramo ceo proces pojednostavljeno.)

Definicija virusa od koje ćemo mi početi glasi: virus je infektivni obligatni, unutarćelijski parazit koji sadrži genetički materijal (bilo RNK, bilo DNK), koji je zaštićen proteinskim omotačem, a ponekad i dodatnim membranskim slojem.

Podelimo ovu definiciju na sastavne delove:

Infektivni: virus može da inficira više domaćina, odnosno da kruži između različitih domaćina.

Obligatni unutarćelijski: virus mora da uđe u ćeliju kako bi se razmnožavao – ako ne uđe u ćeliju domaćina, taj virus više ne može da opstane.

Parazit: virusi koriste resurse ćelije domaćina kako bi se razmnožavali.

Genetički materijal (RNK ili DNK): neophodna informacija za izgradnju same virusne čestice.

Proteinski omotač i dodatni membranski sloj: štite nasledni, tj. genetički materijal virusa, kako bi neoštećen mogao da dođe do ćelije domaćina i u nju uspešno uđe.
Sama infekcija ćelije prolazi kroz nekoliko faza.

Prvo mora da dođe do ulaska virusa u ćeliju: u slučaju SARS-CoV-2 virusa dolazi do interakcije između „šiljak“ proteina na površini virusa i ACE2 receptora na ljudskoj ćeliji.

Zatim, virus mora da napravi iRNK koja se meša sa iRNK domaćina. Ćelija domaćina ne može da razlikuje koje iRNK su njene, a koje su iRNK virusa.

Odatle virusna iRNK služi kao matrica, tj. recept za pravljenje proteina virusa u inficiranoj ćeliji čoveka.

Ti proteini zatim umnožavaju virusnu iRNK i prave nove kopije. Sklapanjem svih sintetisanih proteina virusa i umnoženog genoma virusa dolazi do formiranja virusne partikule u ćeliji domaćina koja je sada spremna da izađe iz ćelije i nastavi da se širi.

Virusi nemaju svoj život, ali će rado da se usele u vaš

Kako bismo bolje razumeli kako virusi funkcionišu, napravićemo jednu analogiju s virusima koji su (bar jednom) napali vaš računar.

Situacija je identična: kompjuterski virus dobijete posećivanjem neproverenih sajtova ili otvaranjem sumnjivih fajlova koje preuzmete sa interneta, isto kao što dođete u kontakt sa osobom koja je (a)simptomatski prenosilac virusa.

Jednom kada ste preuzeli virus, tj. kada ste zarazili kompjuter, virus koristi dostupne resurse računara i vaš računar više ne može da funkcioniše normalno dok se ne rešite virusa. Isto tako, vaše telo najčešće ne funkcioniše baš najbolje kada ste inficirani nekim zloćudnim virusom.

Isto kao što je kompjuterskom virusu potreban kompjuter da bi bilo šta uradio, biološkim virusima je potreban domaćin za osnovne životne procese. Sam virus ne poseduje molekularnu mašineriju potrebnu za sopstveno razmnožavanje.

Virus je različit od drugih živih organizama, jer „postoji“ u dve životne faze: prva faza je virusna partikula, tj. čestica koja je „neživa“ i služi kao prenosna forma naslednog materijala i druga, replikaciona faza, kada virus ulazi u živu ćeliju domaćina u kojoj može da se reprodukuje.

Kada se virus ne nalazi u ćeliji domaćina, u ovom slučaju čoveka, ne može da se razmnožava, a samim tim ni da se širi. Međutim, svaki virus, tj. virusna čestica, može da preživi određeno vreme u spoljašnjoj sredini i da ostane infektivna. Zato je važno nositi maske, ali i drugim merama prevencije sprečiti da virus dođe do naših ćelija.

Virusi nisu aktivni entiteti, oni ne mogu da smanjuju ili povećavaju svoju aktivnost, zato nije ispravno reći da je virus smanjio svoju aktivnost. Sama virusna čestica će inficirati svaku ćeliju na koju naiđe, pod uslovom da je ta ćelija podložna infekciji tim virusom (da poseduje odgovarajući receptor za ulazak virusa i da omogućava virusu da se razmnožava).

Ranije su se virusima smatrali svi patogeni organizmi koji su male veličine i zavise od ćelija domaćina kako bi se reprodukovali. Međutim, kao što ćemo videti, nisu svi virusi nužno izazivači bolesti, tako da ova definicija nije najtačnija.

Da li su svi virusi štetni?

Virusi inficiraju sve žive organizme. Ljudi konstantno udišu i unose mnoge viruse vazduhom i hranom, a da veoma često i ne osete posledice. Čak je deo naslednih informacija virusa ugrađen u naše nasledne informacije tokom evolucije.

Ljudski genom se sastoji od 3,2 milijarde baznih parova (zamislite to kao kada bi se knjiga sastojala od 3,2 milijarde slova).

Oko polovine tog sadržaja sastoji se od genetičkih informacija prastarih virusa, koji su se u nekom periodu evolucije ugradili u ljudski genom. Neke virusne gene smo čak preuzeli i „usvojili“: na primer, tokom trudnoće, razvoj placente je omogućen zahvaljujući genima koji su „preuzeti“ od jednog prastarog virusa.

Virusi koji se javljaju u prirodi u velikoj većini su dobroćudni, a neretko se sreću u simbiozi s domaćinom, gde i domaćin i virus imaju korist od te saradnje. Više virusa se nalazi u jednoj litri morske vode, nego što postoji ljudi na Zemlji. U okeanima i morima najčešće učestvuju u kruženju organske materije, a bez prisustva virusa na Zemlji, takvo kruženje ne bi bilo moguće.

Hteli ili ne, vi ste (kao i drugi ljudi) dugoročni domaćini za mnogo raznih vrsta virusa, kao što su: desetine herpes virusa, Epštajn–Barov virus, kao i na stotine raznih vrsta bakteriofaga. Zarazili smo se njima tokom prvih decenija života i ne možemo ih se rešiti.

Za razliku od nekih ljubavi, herpes infekcija vam ostaje do kraja života.

Na dnevnom nivou, mi samo ishranom unosimo veliki broj virusa, a skoro svi samo prođu kroz digestivni sistem zajedno sa ostalom hranom. Prosečno, jedna porcija kupus salate sadrži 100.000.000 virusnih čestica koje na kupus donesu gusenice.

Međutim, ovakvi virusi kod čoveka ne izazivaju bolesti, jer ne mogu da inficiraju ćelije ljudi (ili ne mogu da uđu u ćeliju, ili ne mogu da se razmnožavaju u našim ćelijama).

Kao što znamo iz prethodnog pasusa, prvi korak u infekciji je taj da virus uđe u ćeliju, a virusi koji su prilagođeni ćelijama kupusa „ne znaju“ kako da uđu u ćelije ljudi.

Ako ljudima koji jedu dovoljno zelenog povrća proverite sadržaj stolice, čitavih 91 odsto RNK koja se tu nađe pripada virusima koji inficiraju biljke, a našem organizmu ne mogu ništa!

Ono što je manje poznato to je da postoji veliki broj korisnih, tj. dobroćudnih virusa u prirodi, koji omogućavaju raznim bićima sposobnosti koje inače ne bi imali.

Na primer, biljka Dichanthelium lanuginosum živi na ekstremno visokim temperaturama u toplim izvorima nacionalnog parka Jeloustoun u SAD.

Ovakvu adaptaciju su biljke stekle, jer na njima (i unutar njihovih ćelija) žive gljive inficirane virusima, koji nose informacije o proteinima na osnovu kojih je moguć opstanak u tako ekstremnim uslovima.

Neke vrste čak i aktivno sarađuju s virusima. Jedna vrsta parazitskih osa razmnožava se tako što leže jaja u larve drugih insekata.

Da bi larvama pomogla, osa prilikom poleganja, zajedno s jajima u larvu ubacuje i čestice virusa. Virusi sadrže gene koji potisnu imunski sistem larve, omogućavajući da se jaja ose izlegnu. Bez virusa, imunski sistem larve bi uništio položena jaja.

Postoje virusi koji se razmnožavaju u nama, ali ne izazivaju bolesti.

Neki virusi mogu da inficiraju fitoplankton (organizme koji žive na površini vode) i tada dovode do fenomena zvanog „cvetanje fitoplanktona“.

Pod određenim uslovima, fitoplanktonska vrsta Emiliana huxleyi, može „cvetati“ do satelitski uočljivih razmera.

Prvo pominjanje virusa i njihov značaj

Virusi su, u okviru svoje moderne definicije, poznati nauci malo više od sto godina, ali se zna da su virusi postojali i cirkulisali pre nego što je čovek nastao kao vrsta.

Jedan dokaz za ovo je pomenuta činjenica da genom čoveka sadrži mnoge sekvence virusa koje su se tokom evolucije integrisale u naš genom.

U istorijskim spisima postoje i mnoga svedočenja o virusnim oboljenjima.

Prva spominjanja virusnih oboljenja mogu se pronaći još u antičkom dobu. Grčki pesnik Homer prikazao je Hektora kao „besnog“ junaka u „Ilijadi“, aludirajući na besnilo, opasnu i smrtonosnu virusnu bolest.

Mesopotamijski zakoni ističu odgovornosti vlasnika „besnih“ pasa još hiljadu godina pre nove ere.

Čak i egipatski hijeroglifi, na kojima je prikazana paraliza noge, ilustruju posledice infekcije poliovirusom, odnosno poliomijelitisa; a postoje i zapisi i slike ljudi sa ožiljcima od boginja, što pokazuje da su ti virusi postojali i u tom dobu.

Danas se zna da se virusi često razmenjuju između vrsta, time stvarajući nove bolesti – jer životinje koje nemaju prethodnu otpornost i adaptaciju, predstavljaju novo tlo za širenje virusa. Zato, nije za čuđenje prelazak SARS-CoV-2 virusa sa slepog miša (ili pangolina, nije još uvek potpuno jasno) na čoveka, ili virusa gripa – sa ptica na ljude.

Kako se novi virusi otkrivaju konstantno, naučnici se sve više trude da razumeju ulogu i patogenih i nepatogenih virusa u zdravlju ljudi. Skup svih virusa koji se mogu naći kod čoveka zove se „ljudski virom“ i sastoji se od eukariotskih i prokariotskih virusa.

Prokariotski virusi su važni jer oni inficiraju bakterije koje se normalno nalaze kod ljudi i čine mikrobiom. Bez tih virusa, loše vrste bakterija se lako mogu oteti kontroli.

Drugim rečima, virusi su deo ravnoteže između ćelija ljudi, ljudskog viroma i ljudskog mikrobioma. Remećenje tog sistema može da ima posledice po zdravlje ljudi.

Zanimljive činjenice o virusima:

Virusi koji inficiraju bakterije, bakteriofagi, veoma su mali, više stotina hiljada njih može stati u jednu ljudsku ćeliju. Ali ima ih toliko, da kada bismo skupili sve bakteriofage koji žive u svetskim vodama, imali bismo gomilu, više nego 1000 puta težu od svih slonova na Zemlji.

Samo u svetskim vodama postoji više od 10³⁰ bakteriofaga, a često nismo ni svesni njihovog prisustva. (Izraz „10³⁰“ označava 1 sa 30 nula iza sebe, ili 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.)

Kitovi su često zaraženi virusima iz familije Caliciviridae koji, ako dođu do čoveka, mogu izazvati simptome bolesti kao što su osip, promene na koži i gastroenteritis, tj. upalu želuca i creva. Inficirani kitovi dnevno mogu da izbace i do 10³⁰ virusnih čestica.

Prosečno ljudsko telo sastoji se od približno 10¹³ ćelija, a za svaku našu ćeliju u telu imamo još 10 bakterijskih ćelija. Virusa ima još više – u ljudskom organizmu prisutno je čak 100 puta više virusa nego što ima ljudskih ćelija.

Virusi, kao i svi drugi organizmi, imaju određenu sklonost ka promeni genetičkog materijala, tj. ka mutacijama. Procenjuje se da na planeti Zemlji postoji oko 10¹⁶ varijacija genoma HIV, virusa čija je pandemija počela osamdesetih godina prošlog veka, a i danas traje!

Veoma je verovatno da usled ovolike raznovrsnosti, postoje varijante HIV virusa koje su otporne na sve lekove koji se koriste, pa i na lekove koji će se tek koristiti u budućnosti.

Na sreću, tek mali broj tih varijanti uspeva da se prenese sa čoveka na čoveka, što ograničava njihovo dejstvo – ali objašnjava zašto naučnici tako pomno prate nove mutacije u drugim virusima, poput sada pandemijskog SARS-CoV-2.

Mutacije omogućavaju virusima da se menjaju i adaptiraju i da izbegnu naše pokušaje da ih uništimo ili da izlečimo bolesti koje oni izazivaju.

Virusi nisu najmanji biološki aktivni entiteti. Ta čast pripada viroidima, entitetima koji mogu da inficiraju druge organizme, a koji se sastoje samo od molekula RNK, bez omotača.

Zaključak

Iako postoji veliki broj korisnih, tj. dobroćudnih virusa, ne sme se zanemariti činjenica da određeni broj virusa izaziva bolesti kod ostalih organizama, uključujući tu i ljude.

Pojedini virusi i dalje predstavljaju pretnju po javno zdravlje, kao što to trenutno čine SARS-CoV-2 i HIV, a mnogi stručnjaci smatraju da će sledeća pandemija najverovatnije biti izazvana virusom gripa.

Jedna od ključnih karakteristika virusa gripa zbog koje je postavljena ova hipoteza, jeste sezonska promena jednog dela proteina koji je odgovoran za vezivanje virusa za ćelije.

Naime, vakcina protiv gripa se svake sezone prilagođava novoj varijanti virusa, ali ovo ne bi trebalo da nas plaši. Kako je u najvećoj meri virus gripa već poznat naučnicima i postoje mnogobrojne platforme za razvoj vakcina, nije toliko zahtevno razviti vakcinu protiv nove varijante virusa gripa.

Videli smo da su virusi potpuno prirodni, postoje još od davnina: prvi istorijski pokazatelji datiraju još iz starog Egipta, a genetika nam pokazuje da su oni napadali prastare životinje i bakterije dugo pre nastanka samih ljudi.

Prelazak virusa s jednog na drugog domaćina je slučajnost – virus stalno teži da dođe do novog organizma kako bi nastavio da se razmnožava. Nakon prelaska, virus mutira i adaptira se na novog „domaćina“, proizvodeći novu bolest i njene dalje sojeve.

Veliki broj virusa cirkuliše među životinjama, i većina njih nikada ne dolazi u dodir s ljudima. Ali u modernom svetu, staništa divljih životinja su sve manja i sve ograničenija, što ih dovodi u direktniji i češći kontakt s ljudskom vrstom.

Ovo znači da i njihovi virusi imaju više prilike da dođu do čoveka, sa čime se povećava i verovatnoća da se dese ovakvi skokovi sa vrste na vrstu.

Kao što smo već napomenuli, na ovaj način, SARS-CoV-2 je prešao sa slepog miša ili pangolina na čoveka.

Virus (čak i u svom punom, neoslabljenom sastavu) ne može vas zaraziti ako ne dođe do vaše ćelije koja je podložna infekciji. Ovo je korak koji je najvažnije sprečiti, pošto virus posle nekog vremena ne može da preživi u spoljašnjoj sredini ako ne uspe da dođe do ćelije domaćina.

U slučaju korona virusa, nose se maske da virus ne bi mogao da dođe do respiratornog trakta, u kojem može da nastavi svoj infektivni ciklus. U slučaju virusa HIV, sličnu funkciju vrše kondomi. Kada jednom virus uđe u ćeliju, tu je prekasno: on „otme fabriku“ pomoću koje će se razmnožavati.

Tekst je deo online Medium publikacije “Nauka u Srbiji”, neprofitnog projekta namenjenog proverenom, naučnom i jasnom informisanju građana. Svi autori su naučnici koji koriste svoje znanje i iskustvo za teme koje obrađuju, a urednici svoje medijsko iskustvo . Za još tekstova posetite: https://medium.com/science-in-serbia-nauka-u-srbiji