Ce este un virus?32 min read

Recentă apărută la Humanitas, cartea „Imun: O călătorie în profunzimea sistemului care ne ține în viață”, este scrisă de Philipp Dettmer, fondatorul canalului de YouTube Kurzgesagt – In a Nutshell. O apariție editorială binevenită în contextul actual, din care publicăm un fragment.

Virusurile sunt cele mai simple lucruri vii capabile de autoreplicare, deşi, în funcţie de cei pe care îi întrebi, s‐ar putea chiar să nu fie considerate vii. (…) [Celulele corpului tău] sunt doar nişte entităţi biochimice complexe, care întreprind tot ce le dictează codul genetic şi reacţiile chimice dintre părţile lor componente. Bacteriile sunt şi ele roboţi biochimici capabili de lucruri uimitoare deşi, dintr‐un punct de vedere, ar putea fi consideraţi ca fiind ceva mai puţin sofisticaţi.

Virusurile nu sunt nici măcar atât. Faptul că un virus este capabil să facă ceva este la fel de deprimant pe cât este de fascinant. Un virus nu este mai mult decât un înveliş umplut cu nişte linii de cod genetic şi câteva proteine. Pentru a putea continua să existe, ele depind în totalitate de fiinţele cu adevărat vii. Şi au devenit extrem de bune în a le exploata.

Încă nu este clar când anume şi cum au apărut virusurile, dar este foarte probabil că sunt extrem de vechi şi că existau deja atunci când era în viaţă ultimul strămoş comun al tuturor formelor de viaţă de pe Pământ, cu miliarde de ani în urmă. Unii cercetători cred că virusurile ar reprezenta o etapă esenţială în apariţia vieţii, în timp ce alţii sunt de părere că au apărut acum aproape 1,5 miliarde de ani, atunci când o bacterie a devenit mai simplă, în loc să devină mai complexă. Conform acestei idei, virusurile au fost cândva fiinţe vii care au preferat să iasă din jocul vieţii şi s‐au decis să economisească efortul şi energia de a construi o celulă funcţională, preferând să‐i lase pe alţii să facă munca cea mai grea.

Ilustrație de Philip Laibacher

Oricare ar fi adevărul, s‐a dovedit că virusurile au avut un succes extraordinar. De fapt, se poate afirma că virusurile sunt probabil entităţile care se bucură de cel mai mare succes de pe planetă. Se estimează că ar exista pe Pământ 1031 de virusuri. Zece mii de miliarde de miliarde de miliarde de particule virale individuale.

(Dacă le‐am aduna cumva pe toate şi le‐am pune cap la cap, ele s‐ar întinde pe o distanţă de 100 de milioane de ani‐lumină – cam cât 500 de galaxii de dimensiunea Căii Lactee puse una lângă alta. O sută de mii de miliarde de miliarde de celule sunt infectate de virusuri în fiecare secundă, doar în oceane. Aproape 40% din toate bacteriile din oceane sunt ucise de virusuri în fiecare zi. Mai mult, nici măcar partea cea mai intimă din tine nu este ferită de virusuri: aproape 8% din ADN‐ul tău este alcătuit din resturi de ADN viral. Să încetăm acum să înşirăm numere din acestea mari, pentru că oricum nimeni nu şi le poate imagina. Hai doar să cădem de acord că sunt extrem de multe virusuri pe Pământ şi că pare să le meargă foarte bine. Faptul că nişte primate cu pantaloni se întreabă dacă sunt vii sau nu este cu totul irelevant pentru virusuri.)

Cum de au avut virusurile un succes atât de mare, cum de au putut să facă asta? Ei bine, într‐un fel ele chiar nu fac nimic. Nu posedă metabolism, nu reacţionează la stimuli şi nu se pot multiplica. Virusurile sunt atât de elementare, încât nu au cum să facă ceva în mod activ. Ele nu sunt literalmente decât nişte particule care plutesc prin mediu şi se bazează pe faptul că vor da în mod accidental peste victimele lor, din pură întâmplare.

Dacă toate celelalte forme de viaţă ar dispărea, virusurile ar dispărea odată cu ele. Iar asta pentru că au nevoie de celule cu adevărat vii şi active care să facă pentru ele tot ce presupune să fii în viaţă. Unii cercetători chiar sugerează că ar trebui să considerăm particula virală ca pe un fel de stadiu reproducător, asemenea unui spermatozoid, iar adevărata formă de viaţă pentru un virus ar fi celula infectată. În orice caz, virusurile au evoluat în aşa fel încât să devină invadatori vicleni şi agresivi, pentru că în mod evident celulele nu vor să se lase infectate. Lucrul cel mai important de care are nevoie un virus pentru a prospera este să ajungă în interiorul unei celule. Iar pentru acest lucru virusurile abuzează de un punct vulnerabil al tuturor celulelor, pe care fiinţele vii nu vor reuşi niciodată să‐l protejeze complet: ele atacă receptorii.

(…) [Receptorii] sunt elementele de recunoaştere a proteinelor şi acoperă cam jumătate din suprafaţa celulelor. Dar receptorii pot face mai mult decât atât. Ei sunt folosiţi în interacţiunile cu mediul, în transportul diferitelor lucruri dinspre interior spre exterior şi invers şi sunt absolut esenţiali. Învelişurile virusurilor sunt presărate cu proteine speciale care se pot conecta la anumite tipuri de receptori de pe suprafaţa victimelor lor. Asta înseamnă că virusurile nu se pot ataşa de orice fel de celulă – ci numai de acelea care posedă un receptor la care se pot conecta. Se poate spune că fiecare virus are o mulţime de piese de puzzle proteice, care se pot lega de o anumită celulă doar dacă aceasta se întâmplă să posede piesa de puzzle receptor corectă.

Virusurile sunt specialişti, nu generalişti, şi au preferinţe în materie de pradă. Ceea ce este un lucru bun pentru că, aşa cum am văzut, există o mulţime de virusuri – dintre care doar aproximativ 200 de specii virale ne pot infecta pe noi, oamenii.

Odată ce un virus intră în contact cu tipul de celulă pe care o caută, el preia rapid controlul. Modul în care virusul face acest lucru diferă de la o specie la alta, dar în general un virus îşi transferă materialul genetic în interiorul victimei şi forţează celula să nu mai producă lucrurile de care are ea nevoie. Victima este transformată într‐o maşinărie de produs virusuri. Există virusuri care îşi menţin victima în viaţă, asemenea unor fabrici vii care produc încontinuu virusuri, în timp ce altele epuizează resursele celulei cât mai rapid posibil. Într‐un interval cuprins între 8 şi 72 de ore, resursele celulei sunt transformate în componente ale virusului care sunt apoi asamblate în noi virusuri, până când celula se umple complet, de la un capăt la celălalt, cu sute până la zeci de mii de particule virale.

Ilustrație de Philip Laibacher

Virusurile cu anvelopă părăsesc celula printr‐un proces de înmugurire, ceea ce înseamnă că ele preiau o parte din membrana celulară pe care o folosesc ca pe un înveliş protector suplimentar. Alte virusuri obligă celula să se dizolve şi să‐şi verse conţinutul în exterior, inclusiv noua armată de virusuri pe care, spălată pe creier fiind, a produs‐o şi care continuă apoi să infecteze şi alte celule.

Dacă celulele ar fi conştiente, ele ar trebui să fie înfricoşate de virusuri. Imaginează‐ţi cum ar fi să existe păianjeni care, în loc să se caţăre pe pereţi, ar pluti în mod pasiv prin aer, sperând să‐ţi intre în gură într‐un moment de neatenţie, să ajungă apoi în creier şi să‐ţi oblige interiorul să producă sute de bebeluşi de păianjen, până când întregul tău corp ar fi umplut cu aceştia. În continuare pielea ta s‐ar sparge lăsând să iasă toţi aceşti păianjeni care s‐ar îndrepta apoi către familia şi prietenii tăi. Asta este exact ceea ce le fac virusurile celulelor.

Virusurile patogene au o excelentă abilitate de a eluda sistemul imunitar deoarece posedă o superputere: nimic nu se multiplică la fel de repede ca ele. Iar asta înseamnă şi că nimic nu suferă mutaţii sau modificări într‐un ritm la fel de accelerat. Este practic imposibil să fie învinse la acest capitol pentru că sunt neglijente şi fac o treabă de mântuială. Virusurile sunt atât de elementare încât nu posedă majoritatea sistemelor de protecţie complexe cu ajutorul cărora celulele tale previn mutaţiile, şi astfel ele au parte de mutaţii încontinuu.

De regulă, e mai probabil ca o mutaţie să fie nefastă pentru un organism decât să aibă un efect benefic. Dar virusurilor nu le pasă: având în vedere viteza lor incredibilă de reproducere şi numărul uriaş de particule virale produse în fiecare ciclu reproducător, sau în fiecare celulă infectată, sunt destul de mari şansele ca printre cele câteva mii de mutaţii să apară una extrem de benefică, capabilă să îmbunătăţească substanţial abilitatea virusului de a supravieţui. Este un tip de evoluţie bazată pe forţa brută, gen aruncă‐orice‐fel‐de‐porcărie‐spre‐zid‐până‐când‐ceva‐se‐lipeşte. Şi este destul de eficientă.

(De fapt, acesta este singurul truc pe care evoluţia îl are la dispoziţie. Ea încearcă tot felul de lucruri şi tot ceea ce nu moare înainte să producă un număr de progenituri, primeşte o nouă şansă de a se reproduce înainte să dispară. Repetă acest lucru de suficient de multe ori şi vei obţine uimitoarea diversitate de fiinţe vii de pe Pământ. Dar şi tulpini noi de rinovirusuri în fiecare anotimp. Aşa că, până la urmă, e un sistem cu bune şi rele.)

În lupta împotriva unei infecţii virale, sistemul tău imunitar nu se poate baza pe aceleaşi arme de care se foloseşte împotriva bacteriilor, deoarece atât inamicul cât şi strategia acestuia sunt foarte diferite. Un virus e mai mic şi ceva mai dificil de detectat decât bacteriile, deoarece nu posedă un metabolism care să elimine resturi chimice apte să fie recunoscute de către celulele imune. În plus, în cea mai mare parte din ciclul lor de viaţă virusurile se ascund în interiorul celulelor şi încearcă să manipuleze celulele infectate astfel încât să păcălească sistemul imunitar, făcându‐l să rămână relaxat. Ele se pot modifica mult mai repede decât bacteriile, şi un singur virus poate produce zeci de mii de particule virale într‐o singură zi, declanşând rapid un ritm exponenţial de creştere. Virusurile patogene sunt inamici teribil de periculoşi. Aşa că nu este de mirare că sistemul tău imunitar a investit masiv în sisteme defensive antivirale.

Ilustrație de Philip Laibacher

Dar înainte de a face cunoştinţă cu armele noastre, hai să vizităm un alt Regat al Mucoaselor, principalul punct de intrare pentru virusuri. Majoritatea virusurilor patogene îţi pătrund în corp prin intermediul mucoasei respiratorii. Iar asta are logică – (…) Regatul Deşertic al Pielii este un loc extrem de neplăcut în care să te găseşti dacă eşti un virus care vrea să infecteze celule umane. Straturi peste straturi de celule moarte aşezate unul peste altul. În schimb, mucoasa plămânilor tăi reprezintă un punct de intrare extrem de atrăgător. Asta nu înseamnă că ar fi uşor să intri pe acolo – ca în cazul pielii, corpul a organizat aici un puternic regat defensiv.

Sistemul imunitar al plămânilor tăi

Deşi s‐ar putea să ţi se pară caraghios, plămânii tăi nu sunt de fapt ca nişte baloane mari, ci mai curând ca nişte bureţi denşi, cu o mulţime de unghere şi de locuri unde te poţi ascunde. Părţile din plămânii tăi care se ocupă efectiv de respiraţie au o suprafaţă enormă, de aproape 120 de metri pătraţi – cam de 60 de ori mai mare decât suprafaţa pielii tale.

Acest spaţiu vast interacţionează în mod constant cu mediul extern, având în vedere că inhalezi cam zece mii de litri de aer în fiecare zi. În consecinţă, plămânii se numără printre locurile cele mai expuse din tot corpul tău. La fiecare respiraţie inhalezi cam 500 de mililitri de aer, compus nu doar din oxigenul de care ai nevoie, ci şi din alte câteva gaze de care nu‐i pasă corpului tău, precum şi o diversitate de particule. Exact ce inhalezi şi în ce cantitate depinde de locul în care te afli.

Aerul rece al Antarcticii va fi cât se poate de proaspăt şi va consta doar din aer atmosferic curat. Când te plimbi pe străzile aglomerate din centrul unui oraş vei inhala un amestec toxic de gaze de eşapament, tot felul de particule emise de maşini, dar şi alte materiale agresive cum ar fi azbestul sau resturile de cauciuc produse de frecarea anvelopelor maşinilor. Pe lângă această poluare artificială, aerul poate conţine un mare număr de alergeni, cum ar fi polenul diferitelor plante sau praful din casele noastre, presărat cu materia excretată de acarieni.

Bacteriile, virusurile şi sporii fungilor sunt transportate la rândul lor pe aceste particule sau pe picăturile fine de apă, sau pot chiar pluti în aer pe cont propriu, în căutarea unui nou cămin. Prin urmare, celulele care îţi căptuşesc plămânii se confruntă încontinuu cu un asalt constând din substanţe toxice, particule şi microorganisme. Dacă în alte părţi ale corpului tău sistemul imunitar ar reacţiona dramatic în faţa unui astfel de amestec exploziv, distrugând şi propriul ţesut fără prea multe remuşcări, în plămâni o astfel de strategie nu este o opţiune prea grozavă. Orice ai face, nu trebuie să te opreşti din respirat.

Ilustrație de Philip Laibacher

Aşadar, aici sistemul tău imunitar trebuie să fie mai grijuliu, mai puţin brutal. În plămânii tăi trebuie să evolueze un sistem echilibrat – capabil să respingă invadatorii şi să cureţe poluarea, şi în acelaşi timp să permită continuarea schimbului de gaze.

Apărarea sistemului tău respirator începe în nas, cu un filtru alcătuit chiar din păr – inutil în faţa particulelor mici, dar capabil să împiedice intrarea lucrurilor de dimensiuni mari. Cum ar fi particulele mari de praf sau polenul, de exemplu. În continuare, ca în orice regiune a mucoaselor, suprafeţele sunt acoperite de mucus, care în sistemul tău respirator poate fi rapid expulzat în afară cu ajutorul reflexului exploziv cunoscut drept strănut.

Mucusul este deplasat permanent spre exterior sau înghiţit. În regiunile profunde ale plămânilor, astfel de mecanisme nu ar fi utile deoarece alveolele, mici saci umpluţi cu aer, nu pot fi acoperite de mucoasă, pentru că respiraţia n‐ar mai fi posibilă. Aşa că în cele mai profunde şi mai vulnerabile părţi ale plămânilor tăi există doar un singur strat de celule epiteliale care separă interiorul de exterior, şi nimic altceva. Chiar avem de‐a face cu o suprafaţă extrem de expusă. O ţintă perfectă pentru tot felul de patogeni.

Pentru a menţine regiunea în siguranţă, aici este staţionat un tip special de macrofagă: celula macrofagă alveolară. Principala sa misiune este aceea de a‐ţi patrula suprafaţa plămânilor şi de a aduna gunoaiele. Majoritatea resturilor şi alte chestii neplăcute sunt captate de mucoasa tractului respirator superior, dar o parte tot ajunge în regiunile mai profunde. Macrofagele alveolare sunt macrofage extrem de relaxate. Ele sunt mult mai dificil de provocat şi activat decât verii lor din piele. În căile respiratorii, ele inhibă alte celule imune cum ar fi neutrofilele, făcându‐le mai puţin agresive. Dar cel mai important lucru este acela că reduc orice tip de inflamaţie. Iar asta pentru că ultimul lucru de care ai nevoie în plămâni este fluidul.

Există dovezi că plămânii tăi ar avea un microbiom (cu alte cuvinte un grup de microbi care trăiesc în plămâni), sau măcar o comunitate tranzitorie de organisme care trăiesc în ei şi sunt tolerate. Dar, în comparaţie cu microbiomul din intestine, se cunosc destul de puţine lucruri despre microbiomul din plămâni. Acest lucru se întâmplă din mai multe motive. În primul rând, la scara microorganismelor, respiraţia este asemenea unei furtuni de intensitatea unui uragan care are loc permanent, şi prin urmare este foarte dificil pentru microbi să‐şi facă aici un cămin, în comparaţie cu mediul liniştit al intestinelor. În al doilea rând, în plămâni există mult mai puţine resurse disponibile pe gratis, astfel încât bacteriilor prietenoase le este mult mai greu să‐şi câştige traiul. 

Dar una dintre problemele majore care ne ţine pe loc este aceea că nu prea poţi să prelevezi probe din profunzimea plămânilor. Ar trebui să apreciezi cât de uşor este să colectezi probe din intestine: intestinele tale formează un tub lung şi cu diametru mare, şi în fiecare zi îţi iese prin anus un eşantion din tot ceea ce se află în interior. Plămânii tăi nu sunt nici pe departe la fel de cooperanţi şi, pe lângă asta, e destul de greu să culegi probe din părţile profunde fără să le contaminezi atunci când le scoţi afară. În consecință, avem încă multe de învăţat despre microbiom şi interacţiunile acestuia cu plămânii.

Ceea ce ştim totuşi cu certitudine este că multe dintre cele mai frecvente şi mai periculoase virusuri patogene care infectează oamenii folosesc sistemul respirator drept punct de intrare. (…)

Ilustrație de Philip Laibacher

Fragment de lectură din cartea „Imun: O călătorie în profunzimea sistemului care ne ține în viață”, de Philipp Dettmer, fondatorul canalului de YouTube Kurzgesagt – In a Nutshell. (Editura Humanitas, 2023. Traducere de Alexandru Babeș. Ilustraţii de Philip Laibacher).