V čase pandémie sme všetci zavalení správami o víruse, ktorý sužuje naše životy – koronavíruse. Máte ale predstavu o tom, ako vírus v našom tele vôbec funguje? Ako naše telo napadá a ako sa v ňom množí? Ak nie, nasledujúce slová by vás mohli priviesť o čosi bližšie k pochopeniu tejto problematiky.
I keď sa vírus nepovažuje za živý (dodnes sa vedú vo svete virológie zúrivé debaty), má podobnú motiváciu svojej existencie ako živé tvory – replikovať informáciu o sebe v podobe nukleových kyselín – DNA (prípadne RNA). Na rozdiel od živých buniek mu však chýba základný komponent potrebný pre tento cieľ, chýba mu replikačná mašinéria.
Celé to funguje asi takto. Každá bunka (eukaryotická či prokaryotická) má v sebe uloženú molekulu DNA. Tá nesie základné informácie pre štruktúru všetkých proteínov, ktoré bunka potrebuje. Áno, správne, ide o gény. Gény predstavujú akési blueprinty, návody toho, ako by mal funkčný proteín vyzerať. Keďže sú tieto návody veľmi krehké a vzácne, bunka nedovolí využívať DNA priamo. Namiesto toho vytvorí kópiu informácie v podobe molekuly (messengerovej) RNA, ktorá sa následne využíva ako šablóna pre zložité chemické deje.
Celé si to môžete predstaviť ako obrovské stavenisko mesta, v ktorom sú všetky plány pre stavbu budov v jednej kópii uložené v centrálnom trezore mesta. Ak stavbári dostanú príkaz na postavenie budovy, musia vyslať posla do centálneho trezoru, ktorý prácne prekreslí príslušný plán budovy. Následne sa k svojim kolegom vráti s kópiou, ktorá sa využije ako základ pre novú stavbu. Po čase sa môžu obyvatelia rozhodnúť pre stavbu nového mesta. Na stavbu budov v novej lokalite budú opäť potrebovať plány z centrálneho trezora. Každý plán má však len jednu kópiu, ktorá by pre dve rozdielne mestá súčasne fungovala len veľmi ťažko. Čo ak stavbári oboch miest budú potrebovať prekresliť rovnaký plán budovy v tom istom čase? Preto ešte pred samotnou stavbou mesta stavbári vytvoria kópie každého jedného plánu, ktoré následne prenesú do nového trezora na novom mieste.
Podobné sa dá chápať aj bunkové delenie – mitóza. Materská bunka pred samotným delením zreplikuje celú svoju genetickú informáciu. Dve kópie týchto informácií (molekúl DNA) sú následne rovnomerne rozdelené medzi dve dcérske bunky, ktoré mitózou vznikajú. Vírus predstavuje oproti bunke oveľa jednoduchší útvar. Kým aj najjednoduchšie bunky sú membránou obalené mikrovesmíry vlastných pravidiel, ktoré okrem DNA obsahujú stovky ďalších molekúl a proteínov, vírus často predstavuje len nukleovú kyselinu (DNA alebo RNA) obalenú v proteínovom obale (kapside). Ako sa teda množia vírusy?
Vírus, ako ultimátny parazit, pre svoje delenie využíva replikačné systémy hostiteľskej bunky. Po tom, čo nájde vhodnú obeť, vloží do nej svoju DNA/RNA molekulu a presvedčí bunku, že ide o jej vlastnú informáciu. Využije na to jeden z najzáludnejších spôsobov – zakomponuje svoju DNA do DNA hostiteľskej bunky. Bunka v domnienke, že ide o jej vlastnú informáciu bude replikovať DNA a vytvárať vírusové proteíny, čo povedie k vzniku obrovského počtu kópii vírusovej DNA a zároveň k vytvoreniu gigantického množstva obalov a komponentov potrebných pre existenciu a ďalšie množenie vírusu. Tie sa budú v bunke tvoriť až do momentu, keď bunka pod tlakom týchto vírusov praskne a uvoľní milióny infekčných častíc do okolia.
Ak by sme si to opäť predstavili na metafore nášho mesta, vírus predstavuje votrelca, ktorý do centrálneho trezora prepašuje vlastné plány budov a vydá rozkaz stavbárom mesta na ich opakovanú stavbu na každej voľnej ploche. Ak by sme boli ešte presnejší, vírus predstavuje centrálny trezor, ktorý cez sériu klamstiev a ilúzii prepašuje do centrálneho trezora bunky vlastné stavebné plány a donúti mesto stavať vírusové centrálne trezory po celom meste dovtedy, kým sa ostatné budovy pod ťarchou týchto aktivít nezrútia.
Prečo antibiotiká nefungujú na vírusy?
Keď v roku 1928 objavil Alexander Flemming antibakteriálne účinky u plesni Penicillium notatum, naštartoval celkom novú éru medicínskej liečby – éru antibiotík. Antibiotiká sú účinným nástrojom v boji proti bakteriálnym infekciám a ochoreniam, no sú úplne neúčinné voči vírusom. Vírusy a baktérie predstavujú úplne odlišné existencie biologického spektra. Kým baktéria predstavuje plne funkčnú bunku so proteosyntetickým a replikačným aparátom, vírus predstavuje len obal nesúci nukleotidovú informáciu. Zložitosť metabolizmu baktérii je niekoľkonásobne vyššia, čím zároveň poskytuje veľké množstvo potencionálnych cieľov, ktoré môžu byť rôznymi spôsobmi narušené. Baktérie vo väčšine prípadov nepredstavujú vnútrobunkové parazity a ak aj preniknú do vnútra bunky, neinkorporujú svoju DNA do DNA hostiteľa a nevyužívajú jeho proteosyntetický aparát. Organizmus obvykle poškodzujú svojimi metabolitmi (výlučkami), ktoré sú pre neho toxické, narušením integrity tkanív pri premnožení či vyvolaním silných a nekontrolovateľných imunitných reakcií. Ak sú však vírusy o toľko jednoduchšie „existencie“, prečo sú častokrát väčším nepriateľom medicíny ako baktérie?
Predstavte si to na príklade dvoch aut: trabantu a najnovšieho mercedesu. Zložitá elektronika, vstreky paliva a tisícky komponentov vytvárajúce z mercedesu prvotriedne vozidlo predstavujú zároveň jeho slabinu – veľa potenciálnych súčiastok, ktoré sa môžu pokaziť a auto znefunkčniť. Oproti tomu, trabant je svojou konštrukciu tak jednoduchý, že na ňom prakticky nemáte čo pokaziť. Najzváženejšie problémy obvykle vyžadujú výmenu kolesa či sviečky, čo zvládne takmer každý vodič bez nutnosti servisov. To isté platí pre vírusy, minimum ich komponentov a to, že využívajú proteosyntetický a replikačný aparát bunky z nich robí ťažkých súperov. Na to aby ste narušili schopnosť vírusu produkovať nové proteíny a nové infekčné častice, by ste museli zastaviť tieto procesy priamo v bunkách pacientov.
Odkiaľ vírusy pochádzajú?
Keďže vírusy predstavujú parazitické častice, nie je celkom jasný ich pôvod. Bol najprv vírus a potom jeho hostiteľ alebo najprv hostiteľ alebo potom jeho parazit. Vo všeobecnosti sa dnes pracuje s tromi verziami o pôvode vírusu. Prvá hovorí, že vírus predstavuje evolučne výrazne zjednodušenú evolučnú formu bunky, ktorá sa plne prispôsobila parazitickému spôsobu života. Druhá teória predpokladá, že vírusy sa vyvíjali súčasne s bunkovými organizmami a počas ich koexistencie sa evolučne prispôsobili parazitickému životu. Ďalšia z teórii predpokladá, že vírus sa ako DNA nesúca častica vyskytla skôr, ako samotné bunkové organizmy a predstavuje predka týchto foriem života, pričom po vzniku bunkových organizmov sa prispôsobil parazitickému životu.
[Radovan]Viac informácií o replikácii DNA
https://teachmephysiology.com/biochemistry/cell-growth-death/dna-replication
Viac informácii o vírusoch a koronavíruse
Pôvod vírusov vo vedeckom článku
Forterre, P., & Prangishvili, D. (2009). The origin of viruses. Research in Microbiology, 160(7), 466-472.