ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

'Defektni' virus igra iznenađujuće važnu ulogu u širenju bolesti

Virusi se nalaze na granici nežive prirode i živog svijeta. Metabolički su neaktivne i zarazne čestice koje nemaju stanične dijelove i potpuno ovise o mehanizmu stvaranja energije i bjelančevina stanica svog domaćina.

Na postojanje virusa je prvi upozorio Dmitrij Josifovič Ivanovski, ruski biolog koji je tijekom istraživanja bolesti duhana, filtratom soka bolesne biljke oslobođenim od bakterija, uspio zaraziti zdravu biljku. Smatrao je da se radi o bakterijskom otrovu. Kasnije će Nizozemac Martinus Beijerinck ustvrditi da je riječ o novom, do tada nepoznatom obliku uzročnika bolesti za koji će upotrijebiti naziv virus.

Desetljećima se smatralo kako su defektni virusi u biti smeće nepovezano uz prijenos normalnih virusa, no sada se pojavljuje mogućnost da igraju važnu ulogu u širenju bolesti, pokazuju nova istraživanja znanstvenika s UCLA.

Defektni virusi imaju genetske mutacije ili brisanja koja eliminiraju njihove bitne virusne funkcije. Promatrani su kao mnogi ljudski patogeni i česti generatori virusa koji imaju visoke stope mutacija. Međutim, 40-ak godina je smatrano da su nevažni u prirodnim postavkama.

U rezultatima objavljenim u časopisu PLoS Pathogens, znanstvenici s UCLA i njihovi kolege prvi put su primijetili značajnu vezu između defektnih virusa i povećanu stopu prijenosa ozbiljnih bolesti.

"Ideja je uvijek bila da su defektni virusi ili besmisleni ili štetni", kazao je James O. Lloyd-Smith, profesor s UCLA, asistent na Odjelu za ekologiju i evolucijsku biologiju i viši autor istraživanja. "Otkrili smo suprotno od toga - da defektan virus zapravo pomaže normalnom, funkcionalnom virusu. Ovaj nalaz je bizaran i teško je povjerovati, ali podaci su podaci."

"Pokazali smo ne samo da se defektan virus prenosi virusom, nego i povećava prijenos funkcionalnog virusa", rekao je Ruian Ke, postdoktorski znanstvenik u Odjelu ekologije i evolucijske biologije na UCLA i glavni autor studije.

Defektni virusi ne mogu samostalno završiti svoj životni ciklus, ali ako uspiju doći u istu ćeliju s nedefektnim virusom, tada mogu "stopirati" s normalnim virusom i širiti se, rekao je Lloyd - Smith. Biolozi su mislili da su se defektni virusi miješali s normalnim verzijama virusa, "začepljujući tako transmisiju virusne replikacije", rekao je.

Znanstvenici su proučavali DENV-1, jedan od četiri poznate vrste dengue (denga) virusa koji inficira ljude. Denga virusi se prenose putem nekoliko vrsta komaraca i izazivaju denga groznicu, koja se odlikuje groznicom, bolovima u zglobovima i osipom sličnom ospicama. Denga hemoragijska groznica, teži oblik denga infekcije, može uzrokovati smrt. Denga virus zarazi između 50 milijuna i 100 milijuna ljudi svake godine u jugoistočnoj Aziji, Južnoj Americi, dijelovima Sjedinjenih Država i drugdje.

Tim znanstvenika, koji je uključivao i Johna Aaskova, virologa i profesora zdravlja na australskom Sveučilištu tehnologije u Brisbaneu i Edwarda Holmesa, profesora bioloških znanosti na australskom Sveučilištu u Sydneyu, utvrdio je da je prisutnost defektnog DENV-1 virusa mogla dovesti do slučajeva širenja denga groznice u Mianmaru 2001. i 2002. godine, kada je ta zemlja doživjela najteži slučaj epidemije denga groznice ikad zabilježen.

Znanstvenici opisuju kada i kako je defektna "loza" ili niz vrlo usko povezanih defektnih DENV-1 virusa nastala i kako se prenosi između ljudi i komaraca u Mianmaru, kao i što su posljedice na javno zdravstvo.

Za potrebe studije, Ke je dizajnirao matematički model za analizu podataka kako bi saznali kako je defektan DENV-1 virus u interakciji s normalnim virusom. Aaskov i Holmes su prikupili genetske sekvence 15 ljudi u Mianmaru u 18-mjesečnom razdoblju, koji su se zarazili DENV-1 virusom i od kojih je devet također zaraženo defektnom verzijom.

Ke je otkrio da je loza neispravnih virusa nastala između lipnja 1998. i veljače 2001. te da se širila u populaciji do najmanje 2002. godine. (Sljedeće godine, loza se pojavila na južnopacifičkom otoku Nova Kaledonija, a prenijela se bilo putem komaraca ili čovjeka.) Znanstvenici su analizirali genetske sekvence defektnih i normalnih denga virusa kako bi procijenili koliko dugo se defektan virus prenosio u ljudskoj populaciji.

"Možemo vidjeti iz genske sekvence defektne verzije da je to ista loza i nastavak širenja virusa", rekao je Lloyd-Smith, koji pbnaša dužnost De Logi predsjedatelja u prirodnim znanostima. "Od 2001. do 2002. virus je krenuo od toga da bude dosta rijetka pojava do toga da se nalazi  kod svih devet ljudi čije smo uzorke prikupili te godine; svi koji su bolovali od denga groznice, imali su defektnu verziju zajedno s funkcionalnim virusom. Pošlo je od toga da se virus rijetko pojavljuje pa došlo do toga da je postao vrlo čest u samo jednoj godini."

Još je više iznenađujuće, kaže Lloyd-Smith, da je kombinacija defektnog virusa s normalnim virusom bila u boljem stanju od samog normalnog denga virusa.

"Pokazali smo činjenicu o ovom defektnom virusu, za kojeg su svi mislili da je beskoristan ili čak štetan za stanje funkcionalnog virusa, zapravo čini se kako je uz njega bolja mogućnost za širenje", rekao je. "Ruian Ke je izračunao da defektan virus čini najmanje 10 posto više prenosivosti, što je puno. Širenje je bolje sa svojim čudnim, defektnim rođakom nego vlastitim snagama.

"Ova studija je pokazala da funkcionalan i defektan virus putuju u skladu. Zajedno se prenose u neprekinutom lancu, ali se ne radi samo o tome da se nalaze u istom čovjeku ili istom komarcu - potrebno je da se nalaze u istoj stanici unutar čovjeka ili komarca kako bi podijelili njihove gene i kako bi defektna verzija nastavila "stopirati". Dobili smo uvid u biologiju stanica kako denga zarazi domaćine. Mora se raditi o slučaju više infekcija pojedinačnih stanica.

"Ruian je pokazao kako se defektan virus pojavio jednu do tri godine prije tih velikih epidemija", dodao je Lloyd-Smith. "Ako razumijete ovaj mehanizam, možete ga mjeriti, predvidjeti i potencijalno biti ispred njega."

Mogu li defektni virusi igrati ulogu u prijenosu gripe, ospica i drugih bolesti?

"Postoji nekoliko znakova da se taj fenomen može dogoditi drugim virusima", rekao je Lloyd-Smith. "Možda dolazimo do spoznaje o mogućim interakcijama između normalnog, funkcionalnog virusa i defektnog za kojeg su ljudi mislili da je samo slijepa ulica. Ovi navodno besmisleni virusi mogu imati pozitivan utjecaj - pozitivan za virus, a ne za nas. Postoji velika varijacija, od godine do godine, koliko je velika epidemija denga virusa na raznim lokacijama, a ne razumijemo zašto. Ovo je mogući mehanizam koji odgovara zašto postoje velike epidemije u nekim godinama u nekim mjestima. Moramo i dalje proučavati ovo pitanje."

Istraživanje ukazuje na implikacije kako mutacije mogu dopustiti novom neljudskom virusu da postane ljudski.

"Različite vrste virusa s različitim genetskim svojstvima mogu biti u interakciji češće nego što smo mislili", rekao je Lloyd-Smith koji proučava kako se ekologija, evolucija i epidemiologija spajaju kako bi širili nastanak novih patogena, uključujući i nove vrste s važnim svojstvima poput otpornosti na lijekove.

Zašto bi defektan virus povećao prijenos bolesti?

Lloyd-Smith nudi dvije hipoteze. Jedna od njih je da prisutnost defektnog virusa s funkcionalnim virusom u istoj stanici omogućuje funkcionalnom virusu bolje repliciranje unutar ćelije pomoću nekog nepoznatog mehanizma. "To bi moglo dati virusu malo fleksibilnosti u načinu na koji izražava svoje gene i čini ga u malo boljem stanju i nešto sposobnijim reproducirati se pod nekim okolnostima", rekao je.

Druga ideja je da defektan virus može ometati virus koji uzrokuje bolest, što čini bolest manje intenzivnom, tada ljudi imaju blažu infekciju i ne osjećaju se tako bolesnima pa je više vjerojatno da će izaći i širiti bolest.

"Inače bi biolozi testirali koliko se dobro virus može replicirati u stanici, ali ono što smo pokazali ovdje je to da čak i genotip koji se ne može replicirati u ćeliji može imati utjecaj na prijenos", rekao je Ke.

U provedbi istraživanja, Lloyd-Smith i Ke su kombinirali analizu genetske sekvence sa sofisticiranim matematičkim modelima i bioinformatikom.

Tehnologija genetskog sekvencioniranja je "eksplodirala", rekao je Lloyd-Smith, pružajući obilje podataka o genetskim sekvencama patogena i evolucije virusa, što dovodi do velikih novih spoznaja o prijenosu virusa.

"Uspjeli smo pokazati da se ovaj defektan virus prenosi u neprekinutom lancu preko populacije za godinu i pol", rekao je Lloyd-Smith. "Bez sekvenciranja gena, ne bismo bili u mogućnosti to utvrditi."

Izvor: UCLA

Podijeli.