Вирусите

из фейсбук от Boris Assyov‎

Вирусите

Бях ви обещал малко кратки факти за вирусите, за запълване на празнини в обучението ни по биология в училище. Е оказаха се немного кратки, но надявам се интересни и полезни. Извинете ме предварително за печатните грешки, каквито вероятно в текста има доста, защото е писан "на крак". Ни най-малко не претендирам да е изчерпатен, по-скоро е нещото, което всеки средностатистически човек трябва да знае.


Вирусите са едни от явленията на този свят, чийто произход е съвсем неясен. Всъщност за тях може да се спори, дали са жива материя или не. Живата материя има повече или по-малко сложна организация и извършва жизнени процеси – хранене, дишане, отделяне, размножаване. Вирусите от своя страна са дребни частици. Те подобно всички живи организми съдържат в себе си известно (при вирусите сравнително малко) количество от едни сложни органични молекули, известни като нуклеинови киселини. Нуклеиновите киселини са два вида, които означаваме като ДНК или РНК и тяхната функция е да съхраняват всички особености на съответния организъм или иначе казано – неговия генетичен материал, който определя как ще изглежда той, какви жизнени функции ще са му присъщи и по какъв начин ще се извършват. Представете си нуклеиновите киселини като една дълга магнетофонна лента, на която е записана цялата информация за вашето собствено тяло (наследствена или още генетична информация). Природата е избрала ДНК и РНК да изпълняват тази функция, заради две особености на нуклеиновите киселини, а именно, че начинът по който са изградени позволява да се кодират белези от една страна, а от друга – понеже са гигантски молекули, те притежават значителна стабилност и са по-малко податливи на увреждане от всички други органични молекули в живите организми. Добре е да се припомни и по какъв начин това, което наричаме простонародно „генче“ се проявява. В живите тела всички процеси се осъществяват от различни белтъци, а белтъците са молекули, в които аминокиселините, за които се чуваме се навръзват в една верига. Един ген в молекулата на ДНК кодира синтезирането на един точно определен белтък, който точно определен белтък е нагънат по точно определен начин (химия, с която няма да се занимаваме) и изпълнява точно определени функции. Да се задоволим само да кажем, че белтъците в тялото изпълняват функциите си на принципа „ключ/ключалка“. Т. е. един специфично нагънат белтък е „ключ“, който когато попадне на друга специфично нагъната молекула („ключалка“), се свързва с нея и изпълнява определената му задача.

Генетичната информация е най-ценното нещо на един организъм и природата е създала много механизми да я предпазва от увреди. При хората ДНК съхранява трайно наследствената информация и е обвита със специална обвивка на ядрото на клетката, а клетката има собствена клетъчна мембрана. При други организми и дебела клетъчна стена. РНК при хората не е траен носител, а изпълнява функция при превода на генетичната информация от ДНК към белтък. Така е и при останалите познати организми, изключая бактериите, при които има само клетъчна стена, но не и ядрена обвивка.

Вирусите се отличават от така описания модел по няколко неща. Генетичната информация при тях се носи трайно от ДНК или РНК и всъщност вирусната частица се състои от една малка молекула нуклеинова киселина, обвита с тънка обвивка. Тази обвивка съдържа няколко белтъка, които на принципа „ключ/ключалка“ се свързват с определени белтъци на клетките на гостоприемника, отварят временно стената им и „инжектират“ генетичния материал на вируса в клетката. Някои други вирусни белтъци „насилват“ заразената клетка и тя започва да произвежда вирусна ДНК или РНК (вирусът има само една от двете нуклеинови киселини) и вирусни белтъци. Така получените ДНК/РНК и белтъци се сглобяват в нови вирусни частици и когато клетката се изпълни с тях, клетъчната мембрана се разкъсва и вирусните частици се освобождават. При този процес заразената клетка често умира. Вирусите не се хранят и не отделят, а използват клетката само за намножаване. Извън клетката те са инертни, не осъществяват никакви функции и това дава основание да се спори живи организми ли са в действителност. Както и тяхното просто устройство, защото вирусната ДНК/РНК обикновено е много малка и кодира малък брой белтъци – тези, които изграждат вирусната обвивка и служат за опознаване и разкъсване на клетъчната стена на гостоприемника, както и белтъците, които принуждават клетката да започне да произвежда вирусни частици. Някои вируси могат да се развиват в най-различен тип клетки, други – само един или два типа клетки. Това е пряко свързано с вида на опознавателните белтъци на вирусната обвивка и съответно – клетъчната мембрана на клетките на гостоприемника.

Вирусите са универсално разпространени в природата по всички групи живи организми – от бактериите до човека. Поради характерния начин на опознаване на клетките на гостоприемника, вирусите често могат да „прескачат“ от един вид гостоприемник на друг, например между хора и други бозайници, вкл. прилепи, свине, маймуни. Това е свързано именно с опознавателните белтъци, които са общи за съответните гостоприемници. Това преминаване от гостоприемник на гостоприемник в природата е нерядко явление. Колкото по-близък е контактът между два различни по вид гостоприемника, толкова повече нараства вероятността за скок на вируса между тях. Специално при хората използването на дивеч за храна и недобра термична обработка покачва вероятността за „скока“. Прескачането от своя страна често е свързано с мутация на вируса, при която той се сдобива с по-добра приспособеност да заразява новия гостоприемник. Мутациите са абсолютно случайни явления и за тях ще кажем повече малко по-натам. Да се върнем на прескачането. Примери за прескачане има много дори в писаната човешка история. Един от много и злощастно популярните е HIV – вирусът на придобитата човешка имунна недостатъчност. Който е родствен и много генетично подобен на вируса на придобитата маймунска недостатъчност – SIV. Противно на анекдотите, които предполагат полов контакт между човек и маймуна, този вирус се е прехвърлил към хората по далеч по-невинен начин – използване на маймуни за храна, нещо често срещано в Африка. Дивите животни са много добре познати на науката като резервоар на вируси, а използването им за храна – като път за осъществяване на „скок“ към човека. И затова, задължително трябва да помним рисковете от обработка на сурово месо и използването на термично недобре обработена храна, защото те създават риск от пренасяне на вируси (и не само). В някои случаи прескачането между гостоприемиците не е еднократно. Отново добър пример е вирусът на HIV. Разчитането на генома му показва, че такъв скок е имало поне два пъти в различни части на Африка. И тук трябва да обърнем внимание, че не всеки такъв скок между животно и човек е успешен, напротив, много е вероятно вирусът да не успее да се приспособи към новото тяло и има и шанс новият гостоприемник да не успее да разпространи вируса по някаква причина. Тук нещата пак опират до вирусни мутации, които приспособяват вируса по-добре към новия гостоприемник или водят до нови начин на разпространение – например от кръвен към въздушно-капков път.

Да кажем няколко думи за мутациите. Мутациите са събития, които променят в една или друга степен наследствения материал, съответно мутиралите гени започват да произвеждат по-различни белтъци. Тези „нови“ белтъци могат да се окажат неспособни да изпълняват функциите си (спомнете си правилото „ключ/ключалка“) и така всъщност се получава в повечето случаи. В такива случаи естественият отбор обикновено просто елиминира носителя на мутиралия ген. Понякога обаче мутациите могат да водят до по-добра приспособеност към нещо, примерно на вирус към заразяване на гостоприемник. Това води до постепенно намножаване и закрепване на мутиралия вариант. Такива варианти при вирусите се наричат щамове. Мутациите при вирусите са с голямо значение. При останалите живи организми и човека клетките имат механизми да поправят, поне в известна степен, настъпилите мутации. ДНК, понеже е двойна спирална верига, е по-стабилна и появата на мутация е по-трудна. От друга страна, отново поради двойната верига, поправката е по-лесна. Най-просто казано, ако едната верига бъде нарушена (настъпи мутация), втората верига се използва като матрица за поправка на първата. РНК е едноверижна молекула. Мутации в нея в повечето случаи не подлежат на „ремонт“, защото няма „резервно копие“ за сверка. И тук да си припомним, че има ДНК- и РНК-вируси.

Съществува още един начин на изменяне на генетичния материал при вирусите, т. нар. рекомбинация. Това е един от най-честите начини на възникване на нови щамове на един вирус. Най-просто казано, това явление може да се случи, когато една и съща клетка се окаже едновременно заразена с два различни вируса. При наблъскването им в такова малко пространство на случаен принцип някои новосглобени вирусни частици могат да включат ДНК/РНК от двата „майчини“ вируса. Ако тези рекомбинанти вирусни частици заради новия геном имат някакво предимство – напр. по-висока способност да заразяват, те сравнително лесно ще се намножат, закрепят и ще се превърнат в нов щам. Генетичното инженерство не е измислено от човека и не е необходимо да се търси човешка ръка и изпускане от лаборатория – природата сама се е погрижила да създаде биологично оръжие в лицето на вирусите.

Вирусите имат и някои други интересни особености. Не всички от тях, но някои и специално някои ДНК-вируси. Повечето вируси навлизат в организма, преболедуваме ги, често развиваме траен имунитет и повече не можем да се заразяваме от съшия вирус. Това е така, защото опознавателните клетки на имунната ни система пазят памет за характерни вирусни белтъци. Следващият път, когато вирусът се появи, опознавателните клетки го надушват, бият тревога и почват да „поднасят“ вирусни белтъци на ликвидаторите, които се заемат, издирват вируса и го ликвидират, преди да е навлезнал в клетката. Не точно по този начин седят нещата с ретровирусите. Те са едно особено семейство вируси, които са сдобили една зловеща особеност, а именно – да вграждат собственото си ДНК в ДНК на клетка, при което вирусът става неизменна част от нея. Това се случва с помощта на специален ензим, който наричаме обратна транскриптаза. При навлизане на ретровирус в клетката обратната транскриптаза разкъсва двойната верига на ДНК, намества вирусното ДНК между разкъсаните части и „зашива“ всичко отново. Резултатът – клетката става носител на вируса завинаги. Най-известният ни случай на такъв вирус е HIV, който предизвиква пандемия от 40 години насам. Ако се заровим в човешкия геном обаче, намираме немалко остатъци от подобни вируси, които са заразявали хората и техните предшественици от десетки хиляди години и повече. Тези вирусни вкаменелости са вече неактивни, което означава, че клетките ни са успели да ги „вкаменят“ и те вече да не ни разболяват.

Сега да се върнем отново на някои особености на вирусите и да кажем малко добри новини. Спомняте ли си, че вирусното ДНК/РНК е малко и кодира само няколко белтъка? Е тук е именно добрата новина. Колкото по-малко белтъци, толкова по-широки възможности за предпазване и лечение. Ако се целиш в няколко белтъка, стрелбата много бързо води до резултат. Достатъчно е да се прицелиш в белтъка, който опознава клетките или в този, който ги отваря, за да инжектира вирусното ДНК и Game Over, вирусът беше дотук. В краен случай може да се прицелиш върху белтъка, който принуждава клетката да възпроизвежда вируса. Малко като по филмите, гледаме малко под микроскоп (не че вирусите се виждат в него), клатим няколко колби и хоп – лекарството е готово. Е, някои неща не са като по филмите, където добрите гаврътват колбите и работите се оправят. Производството на лекарство в действителност отнема малко повече време. Първо трябва да се проведат тестове върху клетъчни култури и лекарството често се налага да се подбутне оттук-оттам. Примерно да му се пришият още няколко неща, за да действа по-ефективно. Или да му се махнат няколко, за да стане по-безопасно. Но стигнало се до този етап, резултатът е неминуем. После следват тестове върху лабораторни животни и най-накрая тестове върху хора доброволци. Това е етапът, който бави – да се съберат доказателства за лекарствени агенции, които ще го одобрят, че лекарството действа и че е безопасно за употреба при хора. Науката още не се е научила да изкоренява тотално само ретровирусите, но лекарства има и дори и хората боледуващи от ретровирусна инфекция вече живеят съвсем нормален и дълъг живот, ако си вземат лекарството по нужната схема. Не са излекувани съвсем, защото вирусното ДНК седи в клетката, но вирусът е блокиран, а болният вече е съвсем безопасен и за околните.

Още добри новини. Човек страда от много инфекциозни заболявания, но при много от тях се наблюдава една интересна тенденция. Те с времето постепенно стават все по-малко опасни. Сифилисът например, при първоначалния си бум през средните векове е бил много агресивна инфекция неминуемо водеща до смърт (не само заради липсата на лекарства по него време). С течение на времето (доста бързо) агресивността му е спаднала значително. Логично, защото никой паразит няма интерес да убива бързо гостоприемника, ако може да се пригоди и да живее на гърба му по-дълго. А за колко бързо се пригаждат вирусите вече говорихме – заради простото им устройство, мутации и рекомбинации при тях се появяват бързо и лесно.

И още добри новини. Вирусите са чувствителни организми. Спирт, белина, детергенти в сапуна и перилните препарати ги инактивират, подобно на куп други инфекциозни агенти. Изобщо, ако се замислим, човешкият живот преди няколко века е бил средно 30-40 години. А хигиената и медицината са това, което е позволило днес той да е двойно.

И последно нещо много важно. Когато се появи нов вирус, който явно има потенциал да се разпространява бързо, е важно да се намали риска от заболяване на много хора. Именно затова при епидемии и пандемии специалистите са определили, че най-добрите действия са карантиниране, самоограничаване на контактите и не на последно място – добра хигиена. Докато се разработят ваксини и лекарства, които да решат проблема окончателно.

Съвсем накрая, когато говорим за кой да е инфекциозен агент, не трябва да има място за паника. Имунната система на един организъм под напрежение и стрес се справя с нашествениците несравнимо по-зле от едно спокойно и добре уравновесено тяло. Не забравяйте, ние живеем в 21-ви век и човечеството разполага с най-разнообразни лекарства, с които да укроти даже един нов инфекциозен агент.