Universi viral, ndikimi i viruseve mbi ekologjinë, evolucionin dhe shëndetin e njeriut
Viruset kanë ndikim të thellë mbi ekologjinë, evolucionin dhe shëndetin e njeriut. Ata janë kudo, të larmishëm dhe shumë të fuqishëm, shkruan The Economist.
I
Të paftuarit që hyjnë brenda
Njerëzit janë fatlumë, që mund të jetojnë deri në njëqind vjet. Pemët e lisit mund të jetojnë një mijë vjet, por mizat e majit, në formën e tyre të rritur, jetojnë vetëm një ditë. Sidoqoftë, të gjitha speciet janë të gjalla në të njëjtën mënyrë.
Ato përbëhen nga qeliza që mishërojnë rrjedhën e energjisë dhe ruajtjen e informacionit gjenetik. Metabolizmi i tyre e përdor këtë energji, të cilën e merr qoftë nga rrezet e diellit apo nga ushqimi, për të ndërtuar molekula të reja dhe për të eliminuar të vjetrat, duke përdorur mekanizma të ruajtur në gjenet që kanë trashëguar, të cilat mund t’i transmetojnë ose jo.
Pikërisht falë këtij riprodhimi të pafund dhe asnjëherë të përsosur, pemët e lisit, njerëzit, bimët, kërpudhat apo organizmat njëqelizorë, të cilat i keni parë apo praninë e të cilave e keni ndier, janë të gjalla në të njëjtën mënyrë. Ky riprodhim është më kryesori nga të gjitha ngjashmëritë familjare.
Nëse rrëmoni shumë thellë në prejardhjen e çdo krijese, do të gjeni një paraardhës që i përket edhe pemës suaj gjenealogjike. Udhëtoni më tej dhe do të gjeni atë që shkencëtarët e quajnë paraardhësi i fundit universal, LUCA. Kjo nuk është specia e parë e gjallë. Por ajo që vendosi kornizat për jetën e cila ekziston sot.
Kemi edhe viruset. Tek viruset, lidhja midis metabolizmit dhe gjeneve, që bën së bashku të gjithë jetën që na rrethon, nga bakteret tek balenat blu, është e prishur. Gjenet virale nuk kanë qeliza, as trupa, as metabolizëm. Grimcat e vogla, ose “virionet”, ku paketohen gjenet e tyre, janë krejt të pajeta – disqet me pika të koronaviruseve, struktura me dredha e Ebolas apo bakteriotofagët me këmbët e tyre si kandrra që i përdorin për të zënë prenë. Një kafshë ose bimë individuale, mishëron metabolizmin që e përbën atë. Ndërsa një virion është thjesht një përbërje materie.
Virusi nuk është virioni. Virusi është thjesht një proces, jo diçka konkrete. Ai mund të quhet i gjallë vetëm kur jeton në qelizat e të tjerëve, është veçse një organizëm virtual që funksionon me pajisje të huazuara për të prodhuar më shumë kopje të gjenomit të tij. Disa viruse e kalojnë kohën kot, duke mos e shfrytëzuar organizmin ku janë vendosur. Të tjerë nisin menjëherë të prodhojnë virione të mjaftueshme për t’u shumuar sa më shumë.
Virusi nuk ka plan apo dëshirë. Qëllimet më të thjeshta të jetës më të thjeshtë – për të ruajtur ndryshimin midis asaj që është brenda qelizës dhe asaj që është jashtë saj, për të lëvizur drejt një përbërësi kimik ose larg një tjetri – janë jashtë kontrollit të virusit. Ai e kopjon vetveten në atë mënyrë të caktuar, cilado qoftë ajo, thjesht sepse kështu e ka kopjuar veten edhe më parë, në qelizat e tjera, në organizmat e tjerë.
Prandaj, kur e pyetën nëse viruset janë të gjallë, kimisti dhe biologu Eckard Wimmer, i cili punon në Universitetin e Nju Jorkut, dha një përgjigje midis po-së dhe jo-së. Viruset, thotë ai, “alternojnë midis fazave jo të gjalla dhe të gjalla”. Ai e di mirë këtë. Në vitin 2002, u bë personi i parë në botë që mori një sërë kimikatesh jo të gjalla dhe ndërtoi një virion, i cili më pas ishte në gjendje të riprodhohej vetë, duke infektuar qelizat.
Fakti që viruset kanë thjesht një pretendim të rëndomtë për të qenë të gjallë, nuk e zvogëlon aspak ndikimin e tyre në gjëra që janë pa diskutim të gjalla. Asnjë entitet tjetër biologjik nuk është aq i kudondodhur dhe të paktë janë ata po aq të rëndësishëm. Numri i kopjeve të gjeneve të viruseve që gjenden në Tokë është astronomik. Ka qindra miliarda yje në galaktikën Rruga e Qumështit dhe rreth dy trilionë galaktika në univers.
Virionet në ujërat sipërfaqësore të çdo deti të vogël, i tejkalojnë të gjitha yjet e hapësirës qiellore që mund të diskutojë shkenca. Në Tokë, viruset vrasin më shumë specie të gjalla se çdo lloj tjetër grabitqari. Ata mundësojnë ekuilibrin e specieve në ekosisteme, duke filluar nga oqeanet e deri tek zorrët e njeriut. Ata nxisin evolucionin, duke i dhënë shtysë përzgjedhjes natyrore dhe duke lejuar shkëmbimin e gjeneve.
Viruset mund të kenë qenë përgjegjës për disa nga ngjarjet më të rëndësishme në historinë e jetës natyrore, nga shfaqja e organizmave komplekse shumëqelizorë, deri tek shfaqja e ADN-së, si një material gjenetik i preferuar. Trashëgimia që kanë lënë në gjenomin e njeriut ndihmon në prodhimin e placentave dhe mund të formësojë zhvillimin e trurit. Për shkencëtarët që kërkojnë të kuptojnë origjinën e jetës, ata ofrojnë një rrugë në të shkuarën, të veçantë nga ajo e hartuar nga njerëzit, pemët e lisit dhe farefisi i tyre. Për shkencëtarët që duan të riprogramojnë qelizat dhe të përmirësojnë metabolizmin, viruset ofrojnë frymëzim – dhe mjete të fuqishme.
II
Jeta virale e gjeneve
Ideja e një paraardhësi të fundit të përbashkët, ofron një përgjigje të besueshme dhe të dobishme, për pyetjen se nga vijnë njerëzit, pemët e lisit dhe speciet e tjera. Nuk ekziston një përgjigje e tillë për viruset. Të qenët virus nuk është diçka që të siguron një vend në një pemë koherente gjenealogjike. Të qenët virus i ngjan më tepër një mënyre jetese – të cilën gjene të ndryshme e kanë zbuluar në mënyrë të pavarur, në periudha të ndryshme. Disa prejardhje virale duket se kanë filluar kohët e fundit. Të tjera kanë rrënjë që kanë ekzistuar edhe më parë se LUCA.
Origjina të ndryshme përputhen me arkitektura të ndryshme për ruajtjen dhe marrjen e informacionit gjenetik. Tek eukariotët – krijesa me qeliza komplekse, ashtu si njerëzit, kërpudhat dhe leshterikët – si dhe tek të afërmit e tyre më të thjeshtë, bakteret dhe arkeat, gjenet që përcaktojnë proteinat, përmbahen në ADN me dy zinxhirë. Kur krijohet një proteinë e veçantë, sekuenca e ADN-së së gjenit përkatës, vepron si një shabllon për krijimin e një molekule plotësuese të bërë nga një acid tjetër nukleik, ARN. Kjo ARN udhëzuese (mARN) është ajo që përdor makineria qelizore e ngarkuar me përkthimin e informacionit gjenetik në proteina.
Për shkak se edhe viruset kanë nevojë për krijimin e proteinave specifike, ata gjithashtu duhet të prodhojnë mARN. Por viruset nuk janë të kufizuar në përdorimin e ADN-së me dy zinxhirë si shabllon. Ata i ruajnë gjenet e tyre në shumë mënyra, ku të gjitha kërkojnë një mekanizëm të ndryshëm për të prodhuar mARN. Në fillim të viteve 1970, David Baltimore, një nga figurat më të njohura të biologjisë molekulare, përdori këto qasje të ndryshme për të ndarë fushën e viruseve në shtatë klasa të veçanta (shiko diagramin).
Në katër nga këto shtatë ndarje, viruset nuk i ruajnë gjenet e tyre në ADN, por në ARN. Ata të grupit tre të Baltimore, përdorin zinxhirë të dyfishtë të ARN-së. Në grupet katër dhe pesë të Baltimore, ARN-ja është me një zinxhir; në grupin e katërt, gjenomi mund të përdoret direkt si mARN; në grupin e pestë ai është shablloni nga i cili duhet të bëhet mARN-ja. Në grupin e gjashtë, tek retoviruset, të cilët përfshijnë virusin HIV, ARN-ja virale kopjohet në ADN, e cila më pas ofron një shabllon për mARN-të.
Për shkak se qelizat e painfektuara rrallëherë prodhojnë ARN në bazë të një modeli ADN-je, viruset e bazuara në ARN kanë nevojë për mekanizma molekulare dalluese, të cilat u mungojnë këtyre qelizave. Këto mekanizma u mundësojnë ilaçeve sulme antivirale. Shumë ilaçe kundër HIV-it vënë në shënjestër sistemin që bën kopje të modeleve të ADN-së. Remdesivir (Veklury), një ilaç i cili godet mekanizmin që përdorin viruset më të thjeshtë për të rikrijuar gjenomin e tyre ARN, fillimisht u krijua për të kuruar hepatitin C (grupi i katërt) dhe më pas u provua kundër virusit Ebola (grupi i pestë). Tani është duke u përdorur kundër sars-cov-2 (grupi i katërt), virusit Covid-19.
Studimet e gjenit për mekanizmin e kopjimit të ARN-së, RdRP, tregojnë sesa e ndërlikuar mund të jetë gjenealogjia e virusit. Disa viruse në grupet tre, katër dhe pesë, në bazë të sekuencës së gjenit RdRP, duken të lidhur më ngushtë me anëtarët e njërit prej grupeve të tjerë, sesa me anëtarët e tjerë të grupit të tyre.
Kjo mund të nënkuptojë që viruset e lidhura ngushtë mes tyre, mund të ndryshojnë për nga mënyra e ruajtjes së gjenomit; mund të nënkuptojë që viruset në fjalë kanë ndërruar gjenet e tyre të RdRP. Kur dy viruse infektojnë të njëjtën qelizë në të njëjtën kohë, shkëmbime të tilla janë pak a shumë të detyrueshme. Ato janë, ndër të tjera, një nga mekanizmat me të cilët viruset e një specieje bëhen të aftë të infektojnë një specie tjetër.
Si funksionon jeta virale e gjeneve?
Ekzistojnë dy mekanizma të besueshëm. Krijesat e mëparshme të lira mund të hiqnin dorë nga metabolizmi dhe të bëheshin parazitë, duke përdorur qelizat e krijesave të tjera si fazën e tyre riprodhuese. Ose si alternativë tjetër, gjenet lejuan një sasi të caktuar pavarësie që një organizëm të zhvillojë mjetet për të hyrë në krijesa të tjera.
Krijesat e gjalla përmbajnë copëza të dukshme dhe të pavarura të acidit nukleik, me interesin për të riprodhuar veten. Më të vegjlit, që gjenden ekskluzivisht tek bimët, janë unaza të vogla ARN-je të quajtura viroide, të gjata vetëm disa qindra nukleotide. Viroidet përsëriten duke rrëmbyer një enzimë të huaj që normalisht prodhon mARN. Pasi bashkëngjitet në një unazë viroide, enzima mbështillet rreth saj, në pamundësi për të ndaluar, duke nxjerrë me secilën xhiro nga një kopje të re viroidi.
Viroidet nuk prodhojnë asnjë proteinë dhe nuk luajnë role pozitive. Plazmidet – struktura disi më të mëdha të acidit nukleik që gjenden tek bakteret – përmbajnë gjene, dhe proteinat që ato përcaktojnë mund të jenë të dobishme për trupat pritës ku ata vendosen. Plazmidët ndonjëherë vlerësohen si pjesë të shkëputura të gjenomit të një bakteri. Por kjo shkëputje siguron një shkallë autonomie. Plazmidet mund të emigrojnë midis qelizave bakteriale, jo gjithmonë brenda së njëjtës specie. Kur veprojnë kështu, ato mund të marrin tipare gjenetike si rezistenca antibiotike, nga organizmi i tyre i vjetër në të riun.
Kohët e fundit, disa plazmide kanë qenë të përfshira në atë që duket si një përparim drejt virusit të vërtetë. Një analizë gjenetike nga Mart Krupovic në Institutin Pasteur, ka zbuluar se viruset në zinxhirorë me ADN rrethore (CRESS-ADN), të cilat infektojnë bakteret, kanë evoluar nga plazmidet. Ai mendon se një kopje e gjeneve që përdor një virus tjetër për të krijuar virionet e tij, është kopjuar rastësisht në një plazmid, duke i siguruar atij rrugëdalje nga qeliza. Analiza në fjalë tregon qartë se viruset CRESS-ADN, të cilat më parë shiheshin si një grup i lidhur mjaft ngushtë, kanë lindur nga plazmidët sipas kësaj mënyre, në tre raste të ndryshme.
Zhvendosje të tilla ndoshta kanë ndodhur që nga fillimi i ekzistencës së jetës në Tokë. Sapo nisën të metabolizohen, proto-organizmat e parë mund të kenë krijuar një burim në të cilin mund të kenë jetuar krijesa të tjera parazitare. Dhe biologjia e ka zët ekzistencën e një vakuumi. Asnjë burim nuk mbetet pa u mbushur nëse është i përshtatshëm.
Besohet gjerësisht se pjesa më e madhe e periudhës evolucionare midis origjinës së jetës dhe ardhjes së LUCA-s, ishte një “botë ARN-je” – ku kjo substancë e gjithanshme ruante të dyja informacionet, siç bën tani ADN-ja, dhe katalizonte reaksionet kimike, siç bëjnë tani proteinat. Kombinuar me faktin se disa viruse e përdorin sot ARN-në si mjet për ruajtje informacioni gjenetik, kjo tregon qartë se virusi i parë, që përvetësoi stilin e jetës virale, ka kryer të njëjtën gjë. Patrick Forterre, një biolog i evolucionit në Institutin Pasteur, me interes të veçantë për viruset (dhe njeriu që popullarizoi i pari termin LUCA) mendon se “bota e ARN-së” nuk ishte thjesht e mbushur me viruse. Ai gjithashtu mendon se ata mund të kenë qenë shkaku për fundin e saj.
Dallimi midis ADN-së dhe ARN-së nuk është i madh: thjesht ekziston një ndryshim i vogël në njërën prej “shkronjave” të përdorura për të ruajtur informacionin gjenetik dhe një modifikim i vogël në shtyllën kurrizore ku këto shkronja janë mbërthyer. Dhe ADN-ja është një molekulë më e qëndrueshme në të cilën mund të ruhet shumë informacion. Por kjo ndodh pjesërisht ngaqë ADN-ja është inerte. Një organizëm në një botë ARN-je, i cili rishkruan gjenet e tij në ADN, do të dëmtonte metabolizmin e tij, sepse për të bërë këtë, duhej të humbiste vetitë katalitike që ofron ARN-ja e tij.
Një virus në një botë ARN-je, duke mos pasur metabolizëm, nuk do të kishte kufizime të tilla nëse kalimi në ADN do të ofronte një avantazh. Doktor Forterre tregon se ky avantazh mund të qëndrojë në qëndrueshmërinë e ADN-së ndaj sulmeve. Organizmat “mikpritës” sot kanë shumë lloje mekanizmash për prerjen e acideve nukleike virale, të cilat nuk u pëlqejnë – mekanizma që bioteknologët i kanë huazuar që nga vitet 1970, më së fundmi në formën e mjeteve të bazuara në një mbrojtje bakteriale të quajtur CRISPR. Nuk ka asnjë arsye për të menduar se paraardhësit e botës së ARN-së të qelizave të sotme nuk kishin gërshërë të ngjashme në dispozicion. Dhe një virus që bëri kapërcimin në ADN do të kishte qenë i papërshkrueshëm për tehet e tyre.
Gjenet dhe mekanizmat që ata përcaktojnë kalojnë gjatë gjithë kohës midis viruseve dhe organizmave “mikpritës”, si dhe midis viruseve dhe viruseve të tjera. Sapo disa viruse do të kishin evoluar mënyrat e krijimit dhe kopjimit të ADN-së, trupat mikpritës do të ishin në gjendje t’i imitonin ato në mënyrë që të krijonin kopje rezervë të molekulave të tyre. Dhe kështu, ajo që nisi si një mënyrë për të mbrojtur gjenomet virale do të ishte bërë mënyra se si jeta i ruan të gjitha gjenet e saj – përveç atyre të disa viruseve të pabindur.
III
Në thellësi të detit
Në biologji, ekziston një parim i përgjithshëm që, për nga numri total, barngrënësit i tejkalojnë mishngrënësit, ndërsa për nga numri i llojeve, mishngrënësit i kapërcejnë barngrënësit. Sidoqoftë, viruset tejkalojnë gjithçka në numër, në çdo mënyrë të mundshme.
Kjo ka kuptim. Megjithëse viruset mund të nxisin sjellje në organizmat pritës që i ndihmojnë ata të përhapen – si kollitja – një virion i inertë nuk zotëron asnjë sjellje që ta ndihmojë të ndjekë gjahun e vet. Infekton vetëm atë me të cilën bie në kontakt. Kjo është një ftesë e qartë për të përmbytur zonën. Në vitin 1999, virologu Roger Hendrix, tha se një rregull i thjeshtë mund të jetë ekzistenca e dhjetë virioneve për çdo krijesë të gjallë individuale (shumica dërrmuese e të cilave janë baktere njëqelizore dhe arkeje).
Vlerësimet për numrin e krijesave të tilla në planet janë rreth 1029-1030. Nëse e gjithë Toka do të copëtohej në guralecë dhe secili prej këtyre guralecëve do të copëtohej më tej në dhjetëra mijë grimca zhavorri, sërish do të kishte më pak zhavorr sesa ka bota virione. Matjet, ashtu si vlerësimet, tregojnë shifra pothuajse po aq të jashtëzakonshme. Një litër ujë deti mund të përmbajë më shumë se 100 miliardë virione; një kilogram tokë e tharë mbase një trilion.
Metagjenomika, një degë e biologjisë që studion acidin nukleik në një mostër të caktuar, për të krijuar një ide të formave të jetës që ekzistojnë brenda tij, ka zbuluar se këta grumbuj të vegjël janë shumë të larmishëm. Një analizë metagjenomike e dy studimeve mbi jetën në oqeane, misionet Tara Oceans dhe Malaspina, nga Ahmed Zayed në Ohio State University, gjeti prova të 200,000 llojeve të ndryshme virusesh. Këto specie të ndryshme luajnë një rol të madh në ekologjinë e oqeaneve.
Në Tokë, shumica e fotosintezës që siguron biomasën dhe energjinë e nevojshme për jetën, zhvillohet tek bimët. Në oqeane, kjo është më së shumti në dorën e llojeve të ndryshme të baktereve dhe algave, të njohura kolektivisht si fitoplanktone. Këto krijesa riprodhohen në një shkallë të jashtëzakonshme, dhe viruset i vrasin ato gjithashtu në një shkallë të jashtëzakonshme. Sipas studimit të Curtis Suttle nga Universiteti British Columbia, fitoplanktoni bakterial zakonisht zgjat më pak se një javë para se të vritet nga viruset.
Kjo rrit produktivitetin e përgjithshëm të oqeaneve duke ndihmuar bakteret të riciklojnë lëndën organike (është më e lehtë për një qelizë të përdorë përmbajtjen e një tjetre, nëse një virus i lë të lira). Kjo dukuri gjithashtu shpjegon atë që ekologu i madh i mesit të shekullit XX, G. Evelyn Hutchinson e quajti “paradoksi i planktonit”. Duke pasur parasysh natyrën e kufizuar të burimeve, për të cilat ka nevojë planktoni njëqelizor, mund të mendohet se vetëm pak specie të tilla e dominojnë mjaft mirë ekosistemin. Në fakt, planktoni shfaq një larmi të madhe. Kjo mund të ndodhë për shkak se sa herë që një formë e veçantë planktoni bëhet mbizotëruese, viruset e saj zgjerohen me të.
Është gjithashtu e mundur që ky vallëzim i pafund i vdekjes midis viruseve dhe mikrobeve të jetë kyç për një hap të madh përpara. Shumë forma të planktonit njëqelizor kanë mekanizma molekularë që i lejojnë të vrasin veten. Këto mekanizma, me sa duket, përdoren kur flijimi i një qelize lejon që të mbijetojnë qelizat e saj motra, të cilat janë gjenetikisht identike.
Një rrethanë në të cilën një sakrificë e tillë ka kuptim, është kur një qelizë sulmohet nga një virus. Nëse qeliza e infektuar vetëshkatërrohet shpejt (një proces i quajtur apoptozë) ajo mund të kufizojë numrin e virioneve që është në gjendje të prodhojë virusi. Kjo i zvogëlon shanset që qelizat e tjera të afërta të vdesin. Disa baktere kanë treguar se përdorin këtë strategji; shumë mikrobe të tjera dyshohet se e përdorin gjithashtu.
Ekziston një situatë tjetër, kur një qelizë përfundon në vetëflijim: kur ajo është pjesë e një organizmi shumëqelizor. Teksa organizma të tillë rriten, qelizat që dikur ishin të dobishme për ta, bëhen të tepërta; kështu që duhet të hiqen qafe. Eugene Koonin dhe kolegët e tij nga Instituti Kombëtar i Shëndetësisë në SHBA, kanë hulumtuar idenë se vetëflijimi për ndalimin e virusit dhe vetëflijimi që lejon kompleksitetin, mund të jenë të lidhur midis tyre, ku i dyti mendohet të ketë evoluar nga i pari. Modeli i doktor Koonin gjithashtu tregon se sa më afër që të grumbullohen së bashku qelizat, aq më shumë të ngjarë ka që ky akt vetëflijimi të ketë pasoja të dobishme.
Për të gjetur një afërsi të tillë kaq të ngushtë, zhvendosemi nga oqeanet e thella në botën më të strukturuar të tokës, ku vetëflijuesit potencialë mund të vendosen pranë njëri-tjetrit. Por vitin e kaluar, Mary Firestone nga Universiteti i Kalifornisë, Berkeley, dhe kolegët e saj, përdorën metagjenomikën për të numëruar 3.884 specie të reja virale në një pjesë të kullotave në Kaliforni. Kjo është padyshim një pjesë e vogël e diversitetit total; teknika e tyre mund të përfshijë vetëm viruse me gjenome ARN-je, duke humbur, mes të tjerash, shumicën e bakteriofagëve.
Metagjenomika mund të aplikohet edhe në mostrat biologjike, si lakuriqi i natës Guano, në të cilin mbledh viruse si nga lakuriqët e natës, ashtu edhe nga ushqimi i tyre. Por në pjesën më të madhe, gjetja e viruseve të kafshëve kërkon marrjen e mostrave më specifike. Gjatë parashikimit të vitit 2010, një projekt i qeverisë amerikane, që synon gjetjen e viruseve të kafshëve, mblodhi mbi 160,000 mostra të indeve të kafshëve dhe njerëzve nga 35 vende dhe zbuloi 949 viruse të reja.
Tashmë studiuesit kanë plane më të mëdha. Ata duan një Projekt Global Virome për të gjurmuar të gjithë viruset autoktone në 7,400 lloje gjitarësh dhe shpendësh ujorë – rezervuarët ka shumë të ngjarë të mbajnë viruse të afta për të qenë kërcënim për qeniet njerëzore. Në përputhje me rregullin që ekzistojnë “më shumë grabitqarë se pre”, ata presin që një përpjekje e tillë të zbulojë rreth 1.5 milionë viruse, nga të cilët rreth 700,000 mund të jenë në gjendje të infektojnë njerëzit.
Sipas një planifikimi të vitit 2018, një nismë e tillë mund të zgjasë dhjetë vjet dhe të kushtojë 4 miliardë dollarë. Atëherë kjo dukej një shumë tepër e madhe. Sot, ata që argumentojnë për ndërtimin e një sistemi paralajmërues për një pandemi tjetër, e bëjnë këtë plan të duket mjaft i lirë.
IV
Lënia e gjurmës
Numri total që kanë arritur viruset gjatë historisë, tregon se ata kanë lënë gjurmën e tyre në gjenomin njerëzor: gjërat që i vrasin njerëzit në numër të madh janë agjentë të fuqishëm të përzgjedhjes natyrore. Në vitin 2016, David Enard, atëherë në Universitetin Stanford dhe tani në Universitetin e Arizonës, tregoi se sa shumë ishte ndikuar gjenomi në këtë mënyrë.
Ai dhe kolegët e tij filluan duke identifikuar pothuajse 10,000 proteina që dukeshin se prodhoheshin në të gjithë gjitarët që kishin sekuencuar gjenomët e tyre deri në atë pikë. Më pas, ata bënë një kërkim të mundimshëm në literaturën shkencore, duke kërkuar proteina, të cilat kanë treguar se ndërveprojnë me viruset në një mënyrë apo tjetër. U gjetën rreth 1.300 nga 10,000 syresh.
Rreth një në pesë prej këtyre proteinave ishte e lidhur me sistemin imunitar, dhe kështu mund të shihet se kishte një interes në ndërveprimin viral. Të tjerat duket se ishin proteina të cilat virusi i përdori në sulmin ndaj organizmit pritës. Dy proteinat në sipërfaqen qelizore që Sars-Cov-2 i përdor për të krijuar kontakte me qelizat e saj dhe për të zbuluar rrugën në to, futen në këtë kategori.
Më pas, studiuesit krahasuan versionet njerëzore të gjeneve për 10,000 proteinat e tyre me ato të gjitarëve të tjerë, dhe aplikuan një teknikë statistikore që dallon ndryshimet, të cilat nuk kanë asnjë ndikim real nga ndryshimet që përzgjedhja natyrore i sheh si të dobishme dhe në këtë mënyrë, përpiqet t’i mbajë. Gjenet për proteinat e lidhura me virusin dolën se ishin pika kyçe evolucionare: 30% e të gjithë ndryshimit adaptues u pa në gjenet për 13% të proteinave që ndërvepruan me viruse. Sapo viruset mësojnë të njohin dhe të shpërbëjnë proteina të tilla, trupat “mikpritës” duhet të mësojnë t’i modifikojnë ato.
Disa vjet më vonë, duke punuar me Dmitri Petrov në Stanford, doktor Enard tregoi se njerëzit modernë kanë huazuar disa nga këto përgjigje evolucionare ndaj viruseve nga speciet e tyre më të afërta. Rreth 2-3% e ADN-së në një gjenom mesatar europian ka origjinë Neandertale, një rezultat i çiftëzimit të përzier 50,000 deri në 30,000 vjet më parë. Fakti që këto gjene kanë mbijetuar, do të thotë se po bëjnë diçka të dobishme – përndryshe përzgjedhja natyrore do t’i kishte eliminuar.
Doktor Enard dhe doktor Petrov zbuluan se një numër joproporcional përcaktonte proteina që ndërveprojnë me virusin. Midis tipareve që njerëzit kanë huazuar nga speciet e tyre të afërta, duket se mënyrat për të përballuar viruset kanë qenë ndër më të rëndësishmet. Sidoqoftë, viruset jo vetëm që i japin formë gjenomit njerëzor përmes përzgjedhjes natyrore. Ata gjithashtu futen në të. Të paktën një e dymbëdhjeta e ADN-së në gjenomin e njeriut rrjedh nga viruset; sipas disa vlerësimeve, totali mund të arrijë deri në një çerek.
Retroviruset si HIV quhen retro, sepse i bëjnë gjërat së prapthi. Në një kohë kur organizmat qelizorë e krijojnë ARN-në e tyre nga shabllonet e ADN-së, retroviruset bëjnë të kundërtën, duke bërë kopje ADN-je të gjenomave të tyre ARN. Qeliza “mikpritëse” i kthen detyrimisht këto kopje në ADN me dy fije, të cilat mund të futen në gjenomën e vet. Nëse kjo ndodh në një qelizë që është e destinuar të lindë vezë ose spermë, gjenet virale kalohen nga prindi tek pasardhësit dhe brezat pasardhës. Sekuenca të tilla virale të integruara, të njohura si retroviruse endogjene (ERV), përbëjnë 8% të gjenomit njerëzor.
Ky është një shembull tjetër se si mund të zbulohet i njëjti mashtrim viral disa herë. Shumë bakteriofagë janë gjithashtu në gjendje të ngjisin kopje të gjenomit të tyre në ADN-në e qelizës mikpritëse, duke qëndruar të fjetur ose “të butë”, për breza me radhë. Nëse qeliza po përparon mirë dhe riprodhohet rregullisht, kjo qetësi është një mënyrë e mirë që gjenet virale të bëjnë më shumë kopje të vetes. Kur një virus ndien se udhëtimi i tij i qetë mund të jetë drejt fundit – për shembull, kur qeliza tregon shenja stresi – ai bëhet gati të braktisë anijen. Ajo që ishte e fshehtë bëhet “litike” pasi gjenet virale prodhojnë një numër të mjaftueshëm virionesh për të shkatërruar qelizën mikpritëse.
Megjithëse disa nga gjenet e tyre shoqërohen me kancer, tek njerëzit ERV-të nuk rinisin aksionin në brezat e mëvonshëm. Në fakt, ata kanë provuar se janë burime të dobishme të risisë gjenetike. Si shembulli më i famshëm, të paktën dhjetë prejardhje të ndryshme gjitarësh përdorin një gjen retroviral për një nga aktivitetet e tyre më të dallueshme: ndërtimin e një placente.
Placenta është një organ unik, sepse kërkon që qelizat e nënës dhe fetusit të punojnë së bashku, në mënyrë që të kalojnë oksigjenin dhe lëndët ushqyese nga njëra anë dhe dioksidin e karbonit dhe mbeturinat, nga ana tjetër. Kjo arrihet në mënyrë të sigurt përmes krijimit të një indi në të cilin membranat midis qelizave shpërbëhen për të formuar një fletë të vazhdueshme materiali qelizor.
Proteina që i lejon qelizat e reja të bashkohen me këtë shtresë, syncytin-1, fillimisht u përdor nga retroviruset për të bashkuar membranat e jashtme të virioneve të tyre me membranat e jashtme të qelizave, duke fituar kështu hyrje për tek proteinat virale dhe acidet nukleike. Llojet e ndryshme të gjitarëve, jo vetëm që e kanë zgjedhur këtë mashtrim të shkrirjes së membranës, por edhe krijesa të tjera e kanë përdorur atë.
Mabuya, një hardhucë me bisht të gjatë, e cila i ushqen të vegjlit brenda trupit të saj, në mënyrë të pazakontë për një hardhucë, përdor një proteinë syncytin retrovirale për të prodhuar një placentë që i përngjet asaj të gjitarëve. Paraardhësi më i fundit i përbashkët i hardhucave mabuya dhe gjitarëve, vdiq 80 milionë vjet para se të shfaqej dinozauri i parë në tokë, por të dy kanë gjetur të njëjtën mënyrë për të përdorur gjenin viral.
Linja-1 brenda, linja-1 jashtë
Kjo nuk është mënyra e vetme sesi i përdorin kafshët ERV-të e tyre. Kanë filluar të grumbullohen prova që tregojnë se sekuencat gjenetike që rrjedhin nga ERV-të, përdoren shpesh për të rregulluar aktivitetin e gjeneve me origjinë më konvencionale. Në veçanti, molekulat ARN të transkriptuara nga një ERV i quajtur HERV-K, luajnë një rol vendimtar në sigurimin e qelizave stem që gjenden në embrione me “pluripotencën” e tyre – pra aftësinë për të krijuar qeliza të specializuara bija të llojeve të ndryshme. Fatkeqësisht, kur shfaqet tek të rriturit, HERV-K gjithashtu mund të jetë përgjegjës për kancerin e testikujve.
Përveçse përmban shumë retroviruse gjysmë të thyer që mund të ndahen, gjenomi njerëzor gjithashtu përmban shumë kopje të një “retrotransposoni” të quajtur linja-1. Kjo pjesë ADN-je, me një mënyrë jetese të habitshme dhe të ngjashme me atë të një virusi, mendohet se ka origjinë virale, ashtu si ERV-të. Në formën e saj të plotë, linja-1 është një sekuencë prej 6,000 nukleotidesh të ADN-së, e cila përcakton një “transkriptazë të kundërt” të llojit që përdorin retroviruset për të bërë ADN nga gjenomet e tyre të ARN-së.
Kur linja-1 transkriptohet në një mARN dhe mARN-ja më pas përkthehet për të bërë proteina, transkriptaza e kundërt e krijuar vendos menjëherë të punojë mbi mARN-në e përdorur për krijimin e saj, duke e përdorur atë si shabllon për një pjesë të re ADN-je, e cila pastaj futet përsëri në gjenomë. Kjo pjesë e re ADN-je është në parim identike me pjesën që ka vepruar si shablloni origjinal i mARN-së. Elementi i linjës-1 ka bërë një kopje të vetvetes.
Në 100 milionë vitet e fundit, kjo ka ndodhur tek njerëzit dhe speciet nga të cilat ata kanë ardhur. Elementi i linjës 1 ka arritur të bombardojë gjenomin me plot 500,000 kopje të vetvetes. Në total, 17% e gjenomit njerëzor zihet nga këto kopje – dy herë më shumë sesa nga ERV-të.
Shumica e kopjeve janë të shkurtuara dhe nuk janë në gjendje ta kopjojnë veten më tej. Por disa ende kanë aftësinë e duhur, dhe kjo mund të përdoret për mirë. Fred Gage dhe kolegët e tij në Institutin Salk për Studime Biologjike, në San Diego, argumentojnë se elementet e linjës-1 luajnë një rol të rëndësishëm në zhvillimin e trurit. Në vitin 2005, doktor Gage zbuloi se në embrionet e miut – konkretisht, në trurin e atyre embrioneve — rreth 3,000 elemente të linjës-1 janë ende në gjendje të veprojnë si retrotransposione, duke vendosur kopje të reja të vetes në gjenomën e një qelize dhe të gjithë pasardhësve të saj.
Truri zhvillohet përmes shumimit të ndjekur nga krasitja. Së pari, qelizat nervore shumohen me nxitim; më pas procesi i vetëvrasjes qelizore që bën të mundur jetën komplekse i krasit ato në një mënyrë të ngjashme me përzgjedhjen natyrore. Doktor Gage dyshon se lëvizja e transposoneve të linjës-1 siguron shumëllojshmërinë e popullatës së qelizave të nevojshme për këtë proces përzgjedhjeje. Zgjedhja midis qelizave me linjë-1 në vende të ndryshme, mendon ai, mund të jetë një pjesë kryesore e procesit nga i cili del arkitektura nervore.
Ajo që është e vërtetë tek minjtë, është e vërtetë edhe te njerëzit, siç tregoi ai në vitin 2009. Aktualisht, ai është duke zhvilluar një teknikë për të parë në detaje procesin, duke krahasuar gjenomet e qelizave të ndryshme të trurit të individëve, për të parë nëse modelet e tyre të linjës-1 ndryshojnë në mënyrat që do të parashikonte teoria e tij.
V
Toka të premtuara
Evolucioni njerëzor mund të ketë përdorur gjenet virale për të mundësuar zhvillimin e trurit të madh; por evolucioni viral i ka përdorur ato për të vrarë trurin e madh në një shkallë që shpesh anashkalohet.
Krahasoni numrin me shifrat e luftës. Në shekullin XX, më i përgjakshmi në historinë njerëzore, diku midis 100 deri në 200 milionë njerëz vdiqën si rezultat i luftës. Numri i njerëzve të vrarë nga gripi është i ngjashëm; dhe numri i njerëzve të vdekur nga lija – 300 milionë deri në 500 milionë – është shumë më i lartë.
Kjo është arsyeja pse zhdukja e lisë në vitin 1979, nga një grup fushatash të koordinuara globalisht për vaksinime, është një nga triumfet më të mëdha humanitare.
Përpjekje të tjera duhet të pasojnë. Edhe në mungesë të tyre, vaksinimi ka çuar në një rënie të vdekjeve virale. Por viruset kundër të cilave nuk ka vaksinë, ose ngaqë janë shumë të rinj, si Sars-Cov-2, ose mjaft të fortë, si HIV, ende mund të vrasin me miliona njerëz.
Ulja e këtyre shifrave është një qëllim jetësor si për kërkime ashtu edhe për politikën shëndetësore publike. Kuptohet, një përparësi shumë më e ulët vihet në përfitimet që mund të sjellin viruset. Kjo është kryesisht sepse ato janë shumë më pak dramatike dhe shumë më pak të studiuara.
Viruset më të përhapura në trupin e njeriut nuk janë ato që infektojnë qelizat njerëzore. Janë ato që infektojnë bakteret që jetojnë në sipërfaqet e trupit, të brendshme dhe të jashtme. Mesatarja e “mikrobiomeve” njerëzore ka 100 trilionë prej këtyre baktereve. Dhe ku ka baktere, ka bakteriofagë që formojnë popullsinë e tyre.
Mikrobioma është jetike për një shëndet të mirë; por kur gjërat shkojnë për keq, ajo mund të shkaktojë shumë dëm.
Bakteret e zorrëve duket se luajnë një rol në obezitet, ndoshta edhe duke qenë shkaktare të tij. Ato mund të shkaktojnë obezitet tek njerëzit e ushqyer mirë dhe tek ata që ushqehen keq mund të shkaktojnë një lloj kequshqyerje të quajtur kwashiorkor. Bakteret e zorrëve të paekuilibruara në numër kanë lidhje me diabetin, sëmundjet e zemrës, kancerin, depresionin dhe autizmin. Prandaj, po bëhet gjithnjë e më e shpeshtë pyetja “kush i ruan rojet bakteriale?”
Viruset që zënë pre bakteret janë një përgjigje e qartë. Për shkak se shëndeti i “mikpritësit” të tyre – zotëruesit të zorrëve ku ato ndodhen – ka rëndësi për këto bakteriofagë, ata kanë një interes të mbajnë mikrobiomën të ekuilibruar. Mikrobiomat e pabalancuara i lejojnë patogjenët të dalin jashtë kontrollit. Kjo mund të shpjegojë një detaj interesant të një terapie që tani është duke u përdorur si një trajtim kundër Clostridium difficile, një bakter që shkakton dizenteri kërcënuese për jetën. Terapia në fjalë përdor një transfuzion të materies fekale, me mikrobet që e shoqërojnë, nga një individ i shëndetshëm, për të ripërtërirë mikrobiomën e pacientit. Transplante të tilla kanë më shumë të ngjarë të kenë sukses nëse popullsia e bakteriofagëve është e larmishme.
Mjekësia nuk është ende në gjendje të përdorë bakteriofagë për të rregulluar mikrobiomën. Por nëse gjendet një mënyrë për ta bërë këtë, do të ishte vërtet një revolucion. Përpjekjet për të përdorur bakteriofagë për të promovuar shëndetin e njeriut kanë nisur që në vitin 1917, nga Félix d’Hérelle, një mikrobiolog francez, megjithëse këto përpjekje të hershme në terapi nuk po kërkonin të rivendosin ekuilibrin dhe harmoninë. Duke u bazuar në faktin e thjeshtë se armiku i armikut tim është miku im, mjekët thjesht trajtuan infeksione bakteriale me bakteriofagë, që mendohet se mund të shkatërronin bakteret.
Pas krijimit të antibiotikëve, terapia me bakteriofagë u braktis në shumicën e vendeve, megjithëse vazhdonte në Bashkimin Sovjetik dhe shtetet e tij satelite. Kompanitë e ndryshme të bioteknologjisë mendojnë se tani mund të jenë në gjendje të ringjallin traditën – dhe ta bëjnë më efektive. Një opsion është që të hiqen pjesët e gjenomit viral që i lejon bakteriofagët të qetësohen, duke gjetur vend në një gjenomë bakteriale, dhe duke mos i lënë atyre mundësi tjetër, veçse t’i vrasin. Një tjetër është që t’i modelojnë gjenet e tyre, në mënyra që shmangin mbrojtjet me anë të të cilave bakteret shkatërrojnë ADN-në e huaj.
Shpresohet që terapia me bakteriofagë të bëhet një mundësi rezervë në raste të vështira, siç është infeksioni me insekte rezistente ndaj antibiotikëve. Ka pasur disa suksese të njëpasnjëshme me terapinë bakteriofage në disa vende post-sovjetike. Në vitin 2016, Tom Patterson, një studiues në Universitetin e Kalifornisë, San Diego, u trajtua me sukses për një infeksion bakterial rezistent ndaj antibiotikëve me faza të zgjedhura posaçërisht (por jo të inxhinieruara).
Në vitin 2018, Graham Hatfull nga Universiteti i Pitsburgut përdori një përzierje bakteriofagësh, disa të inxhinierizuar, për të trajtuar një vajzë 16-vjeçare britanike që kishte një infeksion të keq bakterial pas transplantimit të mushkërive. Tani janë duke u kryer prova klinike për trajtime me bakteriofagë që synojnë trajtimin e rrugëve urinare të prekura nga infeksionet Escherichia coli, Staphylococcus aureus që mund të shkaktojnë sepsis dhe infeksionet Pseudomonas aeruginosa që shkaktojnë komplikime te njerëzit që kanë fibrozë cistike.
Inxhinierët gjenetikë nuk janë përqendruar vetëm tek viruset që sulmojnë bakteret. Viruset e inxhinierizuar janë bërë gjithnjë e më të rëndësishëm për prodhuesit e vaksinave, studiuesit e kancerit dhe për ata që duan të trajtojnë sëmundjet duke shtuar gjene të reja në gjenom ose duke eliminuar ato me të meta. Nëse doni të futni një gjen në një lloj qelize specifike, një virion që njeh diçka rreth qelizave të tilla shpesh mund të jetë një mjet i mirë.
Vaksina e përdorur për të përmbajtur shpërthimin e Ebolës në Republikën Demokratike të Kongos në dy vitet e fundit, u krijua duke inxhinierizuar Indiana vesiculovirus, e cila i infekton njerëzit, por nuk mund të riprodhohet në to, kështu që krijon një proteinë që gjendet edhe në sipërfaqen e virusit Ebola; duke qenë i përgatitur, sistemi imunitar i përgjigjet Ebolas në mënyrë shumë më efektive. Lista e Organizatës Botërore të Shëndetësisë me 29 vaksina ndaj Covid-19 në fazën e provave klinike, përmban gjashtë versione të viruseve të tjerë të krijuar për t’u dukur si Sars-Cov-2.
Njëri bazohet në një dozë fruthi që është përdorur prej kohësh si vaksinë kundër sëmundjes. Viruset e manovruara për të krijuar imunitet kundër patogjenëve, për të vrarë qelizat kancerogjene ose për të nxitur sistemin imunitar që t’i sulmojë ato, apo për të dërguar gjene të nevojshme në qelizat e dëmtuara, të gjitha duket se do të gjejnë rrugën e tyre në kujdesin shëndetësor. Viruse të tjerë të inxhinierizuar janë më shqetësues. Një mënyrë për të kuptuar se si viruset përhapen dhe vriten është duke krijuar viruse mjaft virulente.
Për shembull, në vitin 2005, Terrence Tumpey dhe kolegët e tij nga Qendrat e Amerikës për Kontrollin dhe Parandalimin e Sëmundjeve, u përpoqën të kuptojnë vdekshmërinë e virusit të gripit që ishte përgjegjës për pandeminë e viteve 1918-’20, duke marrë një dozë më beninje, duke shtuar tek ajo tiparet më dalluese të versionit më vdekjeprurës dhe duke provuar rezultatin te minjtë.
Kjo dozë ishte po aq vdekjeprurëse sa versioni origjinal dhe tërësisht natyror. Meqenëse një studim i tillë mund të shkaktojë dëme të tmerrshme nëse konceptohet gabim, ai kërkon monitorim të kujdesshëm. Dhe, megjithëse përdorimi i patogjenëve të inxhinierizuar si armë lufte është i dobishëm, armë të tilla janë të vështira për t’u manovruar dhe nuk është e lehtë të dihet sa dëm kanë shkaktuar – dhe duke qenë se skenarë të tillë janë krejt të paligjshëm dhe të papëlqyeshëm nga të gjithë, ata duhet të mbeten një çështje shqetësuese globale.
Informacioni gjenetik, i cili, për miliarda vjet, është ruajtur vetëm brenda qelizave të infektuara, tani mund të inspektohet në ekranet e kompjuterit dhe të rimodelohet sipas dëshirës. Fuqia që kjo sjell është e jashtëzakonshme. Ajo shënon një ndryshim në historinë e viruseve dhe të njerëzve – një ndryshim që është mbase po aq i rëndësishëm sa çdo risi e arritur nga biologjia moderne. Po kufizon një pjesë të vogël të botës virale në një mënyrë që, deri tani, ka qenë në dobi të njerëzve. Po zbulon se bota ka kryer arritje që nuk mund të mos na magjepsin./Monitor/
