21. októbra 2021
Stretégie vírusu

Dve stratégie vírusov

V poslednej dobe sa v súvislosti s novým koronavírusom spomínajú jeho mutácie a predpovede o tom, či zmutovaný vírus bude nebezpečnejší alebo naopak. V tomto texte si povieme, prečo a za akých podmienok sa vírusy stávajú silnejšími, respektíve slabšími a kedy aj druhá možnosť môže byť výhodná. Koronavírusu SARS-CoV-2 sa však špecificky venovať nebudeme. Namiesto toho si povieme o všeobecných princípoch ovplyvňujúcich evolúciu vírusov.

Darwinova evolučná teória je postavená na prírodnom výbere a často sa tlmočí ako prežitie najsilnejších. Z tohto pohľadu preto vývoj vírusu smerom k slabšej forme znie ako v protiklade s teóriou evolúcie. Tento zdanlivý protiklad je však dôsledkom nesprávnej interpretácie prírodného výberu. Neprežíva totiž najsilnejší, ale najlepšie prispôsobený aktuálnym podmienkam a schopný zanechať najviac potomstva. To nutne nemusí znamenať najsilnejší – napríklad ak väčšia sila vyžaduje vyššiu spotrebu energie, v podmienkach chudobných na zdroje energie sila nie je výhodou.

Definujme si (na čase, však?), že pre patogény ako vírusy a baktérie pod silou budeme, myslím, že celkom intuitívne, rozumieť závažnosť a smrteľnosť choroby, ktorú spôsobujú. No a pre zjednodušenie budeme ďalej hovoriť len o vírusoch, aj keď diskusia platí tiež napríklad aj pre baktérie.

Princíp fungovania vírusov v súčasnosti stačí len rýchlo zrekapitulovať. Vírusy sa správajú ako teroristi, ktorí unesú bunky nášho tela a prinútia tieto bunky produkovať ich ďalšie kópie namiesto pôvodnej činnosti, ktorú majú vykonávať. Bunka unesená vírusom investuje všetku svoju energiu do produkcie vírusu, čím sa čoskoro vyčerpá a zahynie. Ak sa toto deje aj v okolitých bunkách, poškodenie je rozšírené na veľkej časti orgánu a badateľné na úrovni celého organizmu. Ak je významne poškodený životne dôležitý orgán alebo viacero orgánov, následkom môže byť až smrť napadnutého organizmu. Ako si ukážeme, intenzita, s akou vírus škodí svojmu hostiteľovi ovplyvňuje jeho šírenie.

Vírus má k dispozícii dve krajné stratégie. Prvá je agresívna. Vírus maximalizuje svoju produkciu, čím sa rýchlo rozšíri po tkanive, vyčerpá bunky a tým spôsobí ťažký priebeh choroby vedúci indisponovanosti napadnutého organizmu alebo až k smrti. Výhodou (z pohľadu vírusu) je veľký počet vyrobených kópií – “potomstva vírusu” vyrobených naraz, nevýhodou krátky čas fungovania.

Druhá stratégia je mierna. Vírus vyrába menší počet kópií, bunky nie sú preťažené, orgány nezlyhávajú. Napadnutý organizmus preto nie je odstavený, ďalej sa stretáva s inými a šíri vírus v populácií. Nevýhodou je menší počet vyrobených kópií vírusu, výhodou dlhšia doba produkcie vírusu, väčší počet kontaktov napadnutého organizmu s inými jedincami a teda viac príležitostí na infikovanie iných.

Napriek tomu, že v diskusiách o evolúcii sa gény, vírusy, rôzne organizmy alebo aj skupiny zvyknú personifikovať, s výnimkou ľudí o svojich stratégiách nepremýšľajú. Konkrétny jedinec vírusu si nevie vybrať, je buď mierny alebo agresívny. Ktorú stratégiu vírus používa, je zakódované v jeho genetickej informácii. Kópie agresívneho vírusu budú agresívne, kópie mierneho mierne. (Až na občasné mutácie, ktoré dajú za vznik vírusu s novou stratégiou.)

V populácii vírusu sa nachádzajú zástancovia miernej aj agresívnej stratégie. Ktorá stratégia je výhodnejšia? To závisí od okolností. Podľa nich jeden typ vírusu prečísli druhý a bude definovať správanie vírusu ako celku.

Pri vysokej hustote populácie hostiteľa a veľkom množstve kontaktov, stihne pri agresívnej stratégii infikovaný organizmus nakaziť ďalších aj počas krátkeho a intenzívneho priebehu choroby. Takto prečísli miernejšiu formu a teda začne dominovať v populácii vírusu.

Pri nízkej hustote populácie hostiteľa a občasných kontaktoch agresívna forma zabije hostiteľa skôr, ako ju stihne rozšíriť (alebo spôsobí, že kvôli ťažkému priebehu choroby zostane doma a nestretne ani s tými málo kontaktmi). Tým sa z populácie vírusu začne vytrácať a dominovať bude mierna forma, ktorá umožní byť hostiteľovi dostatočne fit na to, aby sa stihol stretnúť s niekoľkými kontaktmi a nakaziť ich.

Takéto úvahy nám môžu pomôcť pochopiť, aké faktory ovplyvňujú zastúpenie mutácií v populácii vírusu, avšak skutočnosť môže byť zložitejšia a mierna forma nemusí zodpovedať našej predstave. Príklady, ktoré si tu spomenieme, sú totiž skôr výnimky z vyššie popisovaného princípu.

Existuje jeden dobre študovaný vírus, ktorý dosiahol rovnovážny stav postupným zoslabnutím. Tento výsledný stav však nebol nič, čo by sme chceli od rozšíreného vírusu. Ide o vírus myxomatózy, ktorý bol použitý ako biologická zbraň… proti králikom.

Králiky dovezené do Austrálie z Európy tam nemali prirodzeného nepriateľa a rozmnožili sa viac, ako si hocikto vedel predstaviť. Mohli ste ich prehadzovať lopatami. Po tom, ako zlyhali konvenčné prostriedky, sa ľudia proti nim rozhodli nasadiť vírus. Tým bol vírus myxomatózy prenášaný komármi a zabíjajúci 99,6% králikov. Zo začiatku to vyzeralo, že stratégia funguje. Neskôr sa však medzi vírusom a králikmi ustálila rovnováha. Vírus zabíjal „len“ 90% králikov. Po ďalšom čase sa objavili ešte menej infekčné formy, ktorých smrteľnosť klesala „až“ na 50%. Tie najmiernejšie však neboli najrozšírenejšie. Dominantnou sa stala forma zabíjajúca asi 70% nakazených králikov. Smrteľnejšie formy totiž zabili svojho hostiteľa rýchlejšie ako stihol nakaziť dostatočne veľa ďalších. Pri slabších formách sa zase lézie, z ktorých komáre získavali nakazenú krv, hojili príliš rýchlo na rozšírenie choroby. Vírus teda nemusí zmutovať do neškodnej formy. Aj 70% smrteľnosť môže byť rovnovážny stav. Pre porovnanie, z ľudských chorôb má takúto štatistiku ebola.

Iným vírusom, ktorý po rozšírení nezoslabol, je HIV. Jeho životný cyklus je totiž iný ako pri väčšine vírusov a úvahy zo začiatku článku preň neplatia. Choroba sa u infikovaného človeka rozvíja roky, zatiaľ čo je stále infekčný. Úmrtnosť na neliečený AIDS tak od začiatku pandémie vôbec neklesla.

[Lukáš]

Článok je inšpirovaný knihami Steven Johnson: The Ghost Map a David Quammen: Spillover. Prvá z nich diskutovala tieto stratégie v súvislosti s cholerou (chorobou spôsobenou baktériou), zatiaľ čo z druhá z nich obsahuje podrobný text o myxomatóze a HIV.

Pridaj komentár