Există mai mulți viruși decât stele în univers. De ce doar unii ne infectează?

Mai mult de un cvadrilion de cvadriliarde de viruși individuali există pe Pământ, dar majoritatea din ei nu sunt capabili să pătrundă în oameni.

Îi putem oare identifica pe cei care pot face acest lucru?

Se estimează că pe planeta noastră există 10 nonillioane de viruşi individuali (en) — suficient pentru a le atribui câte o stea din întreg universul de 100 de milioane de ori.

Virușii se infiltrează în fiecare aspect al lumii noastre naturale, mișunând în apele de mare, planând în atmosferă (en) şi ascunzându-se în granulele minuscule a solului (en).

În general, considerați entități ne vii (en), acești agenți patogeni se pot reproduce doar cu ajutorul unei gazde şi sunt capabili să preia controlul asupra organismelor din fiecare încrengătură a arborelui vieții — inclusiv o multitudine de celule umane.

Cu toate acestea, în cea mai mare parte, specia noastră reușește să trăiască în această lume plină de viruși relativ fără boli.

Motivul are mai puțin de a face cu rezistenţa corpului uman la boli, ci, mai degrabă, cu interesele biologice însăși a virușilor, spune Sara Sawyer (en), virolog şi ecolog de boli de la Universitatea din Colorado Boulder, SUA.

Acești patogeni sunt extrem de mofturoși în ceea ce privește celulele pe care le infectează şi doar o fracțiune extrem de mică din virușii care ne înconjoară reprezintă, de fapt, o oarecare amenințare pentru oameni.

Cu toate acestea, aşa cum arată în mod clar pandemia COVID-19, focarele de viruși noi au loc — şi ele nu sunt atât de neașteptate pe cât ar putea părea.

Pentru a prezice şi a previne focarele, oamenii de știință tind să găsească trăsăturile, ce ar putea explica de ce doar unii viruși, şi nu alții, pot pătrunde în oameni.

Vedeţi şi: Oamenii de știință dezvăluie cum noul coronavirus pătrunde în celulele umane

Unii mutează mai des, posibil ușurându-şi răspândirea în gazdele noi, în timp ce alţii sunt ajutați de intersectarea oamenilor cu animalele, ce le oferă oportunități de a sări la alte specii.

Când vine vorba de epidemii, „aici se evidențiază modele”, spune Raina Plowright, un ecolog de boli de la Universitatea de Stat din Montana, SUA.

Trecerea de bariera între specii

Majoritatea bolilor infecțioase se infiltrează în populația umană la fel cum a făcut-o şi COVID-19: ca o zoonoză ce infectează oamenii prin intermediul unui animal.

Se crede că, doar mamiferele şi păsările găzduiesc aproximativ 1,7 milioane de tipi de viruşi (en) nedescoperiți, ceea ce a determinat oamenii de știință din întreaga lume să cerceteze fauna sălbatică pentru a găsi cauza următoarei pandemii a speciei noastre (en).

(Bacteriile, ciupercile şi paraziții, de asemenea, pot trece de la animale la oameni, dar acești patogeni se pot reproduce, de obicei, fără a infecta gazdele, iar mulți viruși sunt mai bine echipați pentru a trece de la o specie la alta).

Vedeţi şi: Bacteria găsită în vechiul sol irlandez oprește creșterea super-bacteriilor — o nouă speranță în lupta cu rezistenţa la antibiotice

Pentru a face o tranziție de succes de la o specie la alta, un virus trebuie să elimine o serie de obstacole biologice.

Agentul patogen trebuie să iasă dintr-un animal şi să intre în contact cu altul, după care să stabilească o infecție în a doua gazdă, spune Jemma Geoghegan (en), un virolog la Universitatea Macquarie, Australia.

Acesta este cunoscut sub numele de eveniment de răspândire.

După ce virusul şi-a instalat un atelier într-o gazdă, acesta trebuie să se răspândească către alţi membri ai aceleiași specii.

Numărul exact este greu de estimat, dar majoritatea efectelor de răspândire de la animale la om, de cele mai dese ori au ca rezultat infecţii finite, ce niciodată nu progresează mai departe de prima persoană.

Pentru ca noul virus să creeze într-adevăr un focar, „aşa de mulţi factori trebuie să se alinieze”, spune Dorothy Tovar (en), virolog şi ecolog de boli de la Universitatea Stanford, SUA.

Vedeţi şi: Iată de ce durează atât de mult pentru a dezvolta un vaccin pentru noul coronavirus

Şi anume aşa factori ca, cât de des oamenii intră în contact cu un animal purtător de virus, mijloacele prin care un virus este răspândit, cât timp poate persista un virus în afara unei gazde şi cât de eficient un virus poate distruge sistemul imunitar uman.

Un obstacol de-a lungul lanțului de transmitere poate zădărnici încercarea agentului patogen de a infecta o specie nouă.

Chiar şi factorii care par inofensivi — cum ar fi precipitațiile peste medie sau o insuficienţă alimentară locală — poate afecta dinamica modului în care interacționează oamenii şi animalele.

Pentru un virus, unul din cele mai dificile aspecte ale transmiterii este obținerea accesului în celulele gazdei noi, ce conțin mecanismul molecular pe care acești agenți patogeni trebuie să-l reproducă.

În mod obișnuit, acest proces implică un virus ce se fixează pe o moleculă ce acoperă celula umană pe dinafară — asemănător cu potrivirea cheii pentru a deschide un lacăt.

Cu cât se potrivește mai bine, cu atât este mai probabil ca agentul patogen să aibă acces la interiorul celulei.

SARS-CoV-2, coronavirusul ce provoacă COVID-19, interacționează cu proteina ACE2 pentru a intra în celulele tractului respirator.

Vedeţi şi: De ce noul coronavirus într-adevăr își merită coroana sau ce știm despre el la moment

Pentru orice gazdă dată, „există un număr foarte mic de agenți patogeni ce sunt capabili să pătrundă în celulele sale în acest fel”, spune Sawyer.

Marea majoritate a virușilor pe care îi întâlnim pur şi simplu ricoşează de la celulele noastre, în cele din urmă părăsind corpurile noastre ca niște vizitatorii inofensivi.

Numeroasele feţe ale virușilor

Uneori, însă, agentul patogen reușește să strecoare.

Peste 200 de viruși sunt cunoscuți pentru faptul că cauzează boli la om şi toți sunt capabili să pătrundă în celulele umane.

Dar ei, aproape la sigur, nu au avut din start această capacitate.

Sawyer spune că, moleculele gazdă de care virușii se atașează, ce se numesc receptori, tind să fie extrem de variabili de la o specie la alta.

„O proprietate esențială a unui virus ce poate realiza o zoonoză, este aceea că, cu un număr mic de pași evolutivi, el se poate adapta pentru a utiliza versiunea umană a receptorului respectiv”.

Virusurile cu multă flexibilitate genetică, în special, cei care codifică genomul lor ca ARN (en), nu ca ADN, sunt potriviți pentru a depăși diviziunea între specii.

Vedeţi şi: Oamenii de ştiinţă au confirmat o nouă structură a ADN-ului în celulele umane

În comparație cu virusurile şi celulele care se bazează pe ADN, virusurile ARN tind să fie dezordonate atunci când copiază codul genetic, introducând mutaţii într-un ritm ridicat.

Acest proces predispus la erori, creează o cantitate imensă de diversitate în populațiile de viruși ARN, permițându-le să se adapteze la noi medii (en) — într-un ritm rapid, spune Sarah Zohby (en), un ecolog de boli de la Universitatea Auburn, SUA.

Majoritatea dintre agenții patogeni ce au infectat populația umană în ultimele decenii, au fost viruşi ARN, aşa ca Ebola, SARS, MERS, Zika, câțiva viruși gripali şi SARS-CoV-2.

Unii viruşi îşi pot schimba codul genetic printr-o a doua metodă, care este asemănătoare cu reproducerea sexuală.

Când doi viruşi genetic diferiți infectează aceeași celulă, ei pot face schimb între ei cu unele segmente ale genomului lor (en) pe măsură ce se reproduc, producând viruşi hibrizi care diferă de ambii „părinţi”.

Virusurile gripale ce se bazează pe ARN, sunt printre celea care, atât mutează în mod independent, cât şi frecvent amestecă genomul lor — trăsături ce i-au ajutat să se transfere între specii înainte şi înapoi printr-o întreagă menajerie de specii sălbatice şi domestice, aşa ca porci, balene, cai, foci, mai multe tipuri de păsări şi, bineînțeles, oamenii.

Patogenul „perfect”

Cu toate acestea, nici o mutație şi nici o încrucișare virală nu pot garanta răspândirea — iar viruşilor cărora le lipsesc una sau ambele trăsături pot încă infecta o gamă largă de gazde.

Cu câţiva ani în urmă, Geoghegan şi colegii ei au identificat o mulţime de alte caracteristici (en) comune virusurilor ce provoacă boala la om.

Analiza lor a relevat că virusurile păreau să beneficieze de la ascunderea în gazdele lor pentru perioade îndelungate de timp, fără a fi letali.

Infecțiile cu termen mai lung, probabil, le oferă acestor agenți patogeni mai mult timp pentru a a se adapta şi răspândi la noi specii.

Mulţi dintre agenții patogeni care pătrund în oameni, provin de la rozătoare, lilieci şi primate non-umane, probabil datorită unei combinații de factori, aşa ca abundenţa acestor specii, apropierea de oameni şi asemănările biologice cu specia noastră, spune Zohdy.

Şi desigur, virușii înrudiți cu agenții patogeni umani cunoscuți, cum ar fi tulpinile de gripă şi noul coronavirus, sunt întotdeauna posibile amenințări.

Deși mulți dintre acești microbi ajung să fie inofensivi pentru oameni, câteva modificări genetice le pot face compatibile cu celulele noastre.

Doar trăsăturile virale sunt insuficiente pentru a prezice pandemiile.

Dar, pe măsură ce oamenii de știință continuie să catalogheze diverși viruși ce locuiesc pe planeta noastră, cunoașterea unora dintre aceste trăsături indicatoare îi pot ajuta să acorde prioritate unor agenți patogeni pentru a fi studiați, spune Tracey Goldstein (en), director asociat la Universitatea din California, Davis’ One Health Institute.

Odată ce virusul candidat este identificat pe teren, acesta poate fi adus în laborator, pentru a vedea dacă el este capabil să infecteze şi să se reproducă în celulele umane.

Vedeţi şi: Inimă care se zbate, a fost pentru prima dată crescută în laborator folosind celule stem

În mod tradițional, multe dintre aceste etape sunt efectuate de diferite grupuri de cercetători, unii concentrându-şi eforturile asupra ridicării probelor de viruși în sălbăticie, iar alții mai degrabă preocupați de caracterizarea agenților patogen din laborator, spune Tovar.

Cu toate acestea, oamenii de știință nu pot obține o imagine completă a agenților patogeni potențial periculoși pentru noi, fără o supraveghere pe teren, şi ei nu pot confirma care din ei sunt cei mai amenințători, fără experimente în laborator.

„Aşa multe lucruri trebuie să corespundă şi ele toate contează”, spune Plowright.

Dar această complexitate poate juca în favoarea oamenilor: cu cât sunt identificați mai mulți factori de răspândire, cu atât mai multe oportunități de intervenție.

în cele din urmă, cu suficiente informații, noi chiar am putea să oprim focarele înainte de apariția lor.

„Cantitatea de informații, pe care am reușit să le obținem într-o perioadă atât de scurtă de timp… este incredibilă”, spune Zhody.

„Deja, doar acest lucru îmi inspiră speranță”.