Sunt virusuri vii?

155

Nota editorului: Aceasta poveste a fost publicata initial in numarul din decembrie 2004 al Scientific American.

Intr-un episod din clasica comedie de televiziune din anii 1950 The Honeymooners , Ralph Kramden, autobuzul din Brooklyn, ii explica sotiei sale, Alice, „Stii ca stiu cat de usor poti virusul.” Cu o jumatate de secol in urma, chiar si oameni obisnuiti, precum Kramdens, aveau cunostinte despre virusi – ca adulti microscopici ai bolii. Cu toate acestea, este aproape sigur ca nu stiau exact ce este un virus. Au fost si nu sunt singuri.

Timp de aproximativ 100 de ani, comunitatea stiintifica si-a schimbat in mod repetat gandul colectiv fata de ceea ce sunt virusii. Vazute mai intai ca otravuri, apoi ca forme de viata, apoi substante chimice biologice, virusii astazi sunt ganditi ca fiind intr-o zona cenusie intre vii si fara viata: nu se pot reproduce singuri, dar pot face acest lucru in celulele cu adevarat vii si pot afecta si comportamentul gazdelor lor profund. Clasificarea virusilor ca nevatatoare in mare parte din era moderna a stiintei biologice a avut o consecinta nedorita: a determinat majoritatea cercetatorilor sa ignore virusii in studiul evolutiei. In sfarsit, insa, oamenii de stiinta incep sa aprecieze virusii ca jucatori fundamentali in istoria vietii.

Venind in termeni

Este usor de observat de ce virusurile au difuzat porumbeii. Par a varia cu fiecare lentila aplicata pentru a le examina. Interesul initial pentru virusuri a rezultat din asocierea lor cu boli – cuvantul „virus” isi are radacinile in termenul latin pentru „otrava”. La sfarsitul secolului al XIX-lea cercetatorii au realizat ca anumite boli, inclusiv rabbia si gura aftoasa, erau cauzate de particule care pareau sa se comporte ca bacterii, dar erau mult mai mici. Deoarece ele insele erau in mod clar biologice si puteau fi raspandite de la o victima la alta cu efecte biologice evidente, atunci s-a crezut ca virusii sunt cei mai simpli dintre toate formele de viata, purtatoare de gene.

Demiterea lor catre substante chimice inerte a aparut dupa 1935, cand Wendell M. Stanley si colegii sai, la ceea ce este acum Universitatea Rockefeller din New York, au cristalizat un virus – virusul mozaicului de tutun – pentru prima data. Au vazut ca acesta consta dintr-un pachet de substante biochimice complexe. Dar ii lipseau sistemele esentiale necesare functiilor metabolice, activitatea biochimica a vietii. Stanley a impartit Premiul Nobel din 1946 – in chimie, nu in fiziologie sau medicina – pentru aceasta lucrare.

Cercetari suplimentare realizate de Stanley si altii au stabilit ca un virus este format din acizi nucleici (ADN sau ARN) inchisi intr-un strat proteic care poate adaposti, de asemenea, proteine virale implicate in infectie. Prin aceasta descriere, un virus pare mai mult ca un set de chimie decat un organism. Dar cand un virus intra intr-o celula (numita gazda dupa infectie), acesta este departe de a fi inactiv. Isi varsa stratul, isi are genele si induce propriul aparat de replicare a celulelor pentru a reproduce ADN-ul sau ARN-ul intrusului si pentru a produce mai multe proteine virale pe baza instructiunilor din acidul nucleic viral. Bitii virali nou-creati se aduna si, voila, apar mai multe virusuri, care, de asemenea, pot infecta alte celule.

Aceste comportamente sunt ceea ce i-a determinat pe multi sa se gandeasca la virusi ca fiind la granita dintre chimie si viata. Mai poetic, virologii Marc HV van Regenmortel de la Universitatea din Strasbourg din Franta si Brian WJ Mahy de la Centrele pentru controlul si prevenirea bolilor au spus recent ca, cu dependenta lor de celulele gazda, virusurile duc „un fel de viata imprumutata”. Interesant este ca, desi biologii au favorizat mult timp parerea ca virusurile erau simple cutii de substante chimice, au profitat de activitatea virala in celulele gazda pentru a determina modul in care acizii nucleici codifica proteinele: intr-adevar, biologia moleculara moderna se bazeaza pe o baza de informatii obtinute prin virusi.

Biologii moleculari au continuat sa cristalizeze cea mai mare parte a componentelor esentiale ale celulelor si sunt obisnuiti astazi sa se gandeasca la constituentii celulari – de exemplu, ribozomi, mitocondrii, membrane, ADN si proteine - ca masini chimice sau lucruri pe care utilajul sau le utilizeaza sau le produce. Aceasta expunere la multiple structuri chimice complexe care realizeaza procesele vietii este probabil un motiv pentru care majoritatea biologilor moleculari nu petrec mult timp nedumerind daca virusii sunt in viata. Pentru ei, acel exercitiu poate parea echivalent cu a ne gandi daca acei constituenti subcelulari individuali sunt in viata pe cont propriu. Aceasta vedere miopa le permite sa vada doar modul in care virusurile coopteaza celulele sau cauzeaza boala. Intrebarea mai raspandita a contributiilor virale la istoria vietii pe pamant, pe care o voi aborda in curand,

A fi sau a nu fi a fi

Intrebarea aparent simpla despre existenta sau nu a virusilor, pe care elevii mei ii pun deseori, probabil a definit un raspuns simplu in toti acesti ani, deoarece ridica o problema fundamentala: Ce definesc exact „viata?” O definitie stiintifica precisa a vietii este un lucru evaziv, dar majoritatea observatorilor ar fi de acord ca viata include anumite calitati pe langa o capacitate de replicare. De exemplu, o entitate vie se afla intr-o stare delimitata de nastere si moarte. Organismele vii sunt de asemenea gandite ca necesita un grad de autonomie biochimica, desfasurand activitatile metabolice care produc moleculele si energia necesara pentru sustinerea organismului. Acest nivel de autonomie este esential pentru majoritatea definitiilor.

Cu toate acestea, virusii parazitizeaza in esenta toate aspectele biomoleculare ale vietii. Adica depind de celula gazda pentru materiile prime si energia necesara pentru sinteza acidului nucleic, sinteza proteinelor, prelucrarea si transportul si toate celelalte activitati biochimice care permit virusului sa se inmulteasca si sa se raspandeasca. S-ar putea apoi sa concluzionam ca, chiar daca aceste procese vin sub directie virala, virusurile sunt pur si simplu paraziti fara viata ale sistemelor metabolice vii. Dar poate exista un spectru intre ceea ce este cu siguranta viu si ceea ce nu este.

O stanca nu este in viata. Un sac metabolic activ, lipsit de material genetic si potential de propagare, de asemenea, nu este viu. O bacterie este insa vie. Desi este o singura celula, poate genera energie si moleculele necesare pentru a se mentine, si se poate reproduce. Dar cum ramane cu o samanta? O samanta s-ar putea sa nu fie considerata vie. Cu toate acestea, are un potential de viata si poate fi distrus. In aceasta privinta, virusurile seamana mai mult cu semintele decat cu celulele vii. Acestea au un anumit potential, care poate fi smuls, dar nu ating starea de viata mai autonoma.

Un alt mod de a gandi viata este ca o proprietate emergenta a unei colectii de anumite lucruri fara viata. Atat viata, cat si constiinta sunt exemple de sisteme complexe emergente. Fiecare necesita un nivel critic de complexitate sau interactiune pentru a-si atinge starile respective. Un neuron de la sine, sau chiar intr-o retea de nervi, nu este constient – este necesara o complexitate a intregului creier. Cu toate acestea, chiar si un creier uman intact poate fi viu biologic, dar incapabil de constiinta, sau „creier mort”. In mod similar, nici celulele, nici gene individuale virale sau proteine nu sunt de la sine vii. Celula enucleata este asemanatoare cu starea de a fi infaptuita, deoarece lipseste de o complexitate critica deplina. De asemenea, un virus nu reuseste sa ajunga la o complexitate critica. Deci viata in sine este o stare emergenta si complexa, dar este facuta din acelasi fundament, blocuri fizice care constituie un virus. Abordate din aceasta perspectiva, virusii, desi nu sunt pe deplin vii, pot fi ganditi ca fiind mai mult decat o materie inerta: acestia se prind de viata.

De fapt, in octombrie, cercetatorii francezi au anuntat informatii care ilustreaza in continuare cat de aproape ar putea veni unele virusi. Didier Raoult si colegii sai de la Universitatea Mediteraneana din Marsilia au anuntat ca au secventiat genomul celui mai mare virus cunoscut, Mimivirus, care a fost descoperit in 1992. Virusul, aproximativ de aceeasi dimensiune ca o bacterie mica, infecteaza ameba. Analiza secventiala a virusului a scos la iveala numeroase gene considerate anterior ca exista doar in organismele celulare. Unele dintre aceste gene sunt implicate in crearea proteinelor codificate de ADN-ul viral si poate face mai usor pentru Mimivirus cooptarea sistemelor de replicare a celulelor gazda. Dupa cum a mentionat echipa de cercetare in raportul sau din revista Science, complexitatea enorma a complementului genetic al Mimivirusului „contesta frontiera stabilita intre virusi si organismele celulare parazite”.

Impactul asupra

dezbaterilor despre evolutie asupra etichetarii virusilor ca vii duce in mod firesc la o alta intrebare: Pareste starea virusurilor ca vii sau fara viata mai mult decat un exercitiu filosofic, baza unei dezbateri retorice vii si aprinse, dar cu putine consecinte reale? Cred ca problema este importanta, deoarece modul in care oamenii de stiinta privesc aceasta intrebare isi influenteaza gandirea despre mecanismele evolutiei.

Virusurile au propria lor istorie evolutiva antica, datand chiar originea vietii celulare. De exemplu, unele enzime de reparatie virala – care accizeaza si resintetizeaza ADN-ul deteriorat, repara deteriorarea radicalilor oxigenului si asa mai departe – sunt unice pentru anumiti virusi si au existat aproape neschimbat probabil de miliarde de ani.

Cu toate acestea, majoritatea biologilor in evolutie sustin ca, deoarece virusii nu sunt in viata, sunt demni de o atentie serioasa atunci cand incearca sa inteleaga evolutia. De asemenea, acestia privesc virusii ca provenind de la genele gazda care au scapat cumva de gazda si au dobandit un strat de proteine. In aceasta privinta, virusurile sunt gene gazda fugare care au degenerat in paraziti. Si cu virusii astfel alungati de pe reteaua vietii, contributiile importante pe care le-au adus la originea speciilor si la mentinerea vietii pot fi nerecunoscute. (Intr-adevar, doar patru din cele 1.

205 de pagini din volumul 2002 The Encyclopedia of Evolution sunt dedicate virusilor.)

Desigur, biologii in evolutie nu neaga ca virusurile au avut un rol in evolutie. Insa, vazand virusii ca fiind neinsufletiti, acesti anchetatori ii plaseaza in aceeasi categorie de influente ca, de exemplu, schimbarile climatice. Astfel de influente externe selecteaza printre indivizii cu trasaturi variate, controlate genetic; acei indivizi cei mai capabili sa supravietuiasca si sa prospere atunci cand se confrunta cu aceste provocari continua sa se reproduca cel mai mult cu succes si, prin urmare, sa-si raspandeasca genele in generatiile viitoare.

Dar virusii schimba in mod direct informatiile genetice cu organismele vii – adica in panza vietii in sine. O posibila surpriza pentru majoritatea medicilor si, probabil, si pentru majoritatea biologilor in evolutie, este ca majoritatea virusurilor cunoscute sunt persistente si inofensive, nu patogene. Ei isi au resedinta in celule, unde pot ramane inactivi pentru perioade indelungate sau profita de aparatul de replicare a celulelor pentru a se reproduce intr-un ritm lent si constant. Acesti virusi au dezvoltat multe modalitati inteligente de a evita detectarea de catre sistemul imunitar gazda – in esenta, fiecare etapa a procesului imunitar poate fi modificata sau controlata de diverse gene gasite intr-un virus sau altul.

Mai mult, un genom al virusului (intregul complement al ADN-ului sau ARN-ului) poate coloniza permanent gazda, adaugand gene virale liniei gazda si in cele din urma devenind o parte critica a genomului speciilor gazda. Prin urmare, virusii au cu siguranta efecte mai rapide si mai directe decat cele ale fortelor externe care selecteaza pur si simplu printre variatii genetice interne mai lent. Populatia uriasa de virusi, combinata cu ritmurile lor rapide de replicare si mutatie, le face cea mai importanta sursa mondiala de inovatie genetica: „inventeaza” noi gene in mod constant. Si genele unice de origine virala pot calatori, gasindu-si drum in alte organisme si contribuind la schimbarea evolutiva.

Datele publicate de International Human Genome Sequencing Consortium indica faptul ca undeva intre 113 si 223 de gene prezente in bacterii si in genomul uman sunt absente in organisme bine studiate – cum ar fi drojdia Saccharomyces cerevisiae , muschiul fructului Drosophila melanogaster si nematodul Caenorhabditis elegans – se afla intre cele doua extreme evolutive. Unii cercetatori au considerat ca aceste organisme, care au aparut dupa bacterii, dar inainte de vertebrate, au pierdut pur si simplu genele in cauza la un moment dat in istoria lor evolutiva. Altii au sugerat ca aceste gene au fost transferate direct pe linia umana prin bacterii invadatoare.

Colegul meu Victor DeFilippis de la Institutul de Terapie Vaccin si Gene de la Universitatea de Sanatate si Stiinta din Oregon si am sugerat o a treia alternativa: virusii pot genera gene, apoi colonizeaza doua linii diferite – de exemplu, bacterii si vertebrate. O gena aparent daruita umanitatii de bacterii este posibil sa fi fost data ambelor de un virus.

De fapt, impreuna cu alti cercetatori, Philip Bell de la Universitatea Macquarie din Sydney, Australia si sustin ca nucleul celular in sine este de origine virala. Aparitia nucleului – care diferentiaza eucariote (organismele ale caror celule contin un nucleu adevarat), inclusiv oamenii, de procariote, cum ar fi bacteriile – nu poate fi explicata satisfacator doar prin adaptarea treptata a celulelor procariote pana cand acestea devin eucariote. Mai degraba, nucleul ar fi putut evolua dintr-un virus ADN mare persistent care a facut o casa permanenta in procariote. Unele sustineri pentru aceasta idee provin din datele de secventa care arata ca gena pentru o ADN polimeraza (o enzima ADN-copiator) din virusul numit T4, care infecteaza bacteriile, este strans legata de alte gene ADN polimeraza atat in eucariote, cat si in virusurile care le infecteaza.

De la organisme unicelulare la populatii umane, virusurile afecteaza toata viata de pe pamant, determinand deseori ce va supravietui. Dar virusii insisi evolueaza si ei. Noile virusuri, cum ar fi HIV-1 cauzatoare de SIDA, pot fi singurele entitati biologice pe care cercetatorii le pot asista in realitate, oferind un exemplu in timp real de evolutie in actiune.

Virusurile conteaza pentru viata. Ele sunt granita in continua schimbare intre lumile biologiei si biochimiei. Pe masura ce continuam sa dezvaluim genomii din ce in ce mai multe organisme, contributiile din acest grup de gene dinamic si antic ar trebui sa devina evidente. Laureatul Nobel Salvador Luria a discutat despre influenta virala asupra evolutiei in 1959. „Sa nu simtim”, a scris el, „ca, in virus, in fuziunea lor cu genomul celular si din reemergerea lor, observam unitatile si procesele care , in cursul evolutiei, au creat tiparele genetice de succes care stau la baza tuturor celulelor vii? ” Indiferent daca consideram sau nu virusi ca fiind vii, este timpul sa le recunoastem si sa le studiem in contextul lor natural – in interiorul vietii.

Sunt virusuri vii?

Populare

Afla cum iti poti lansa o mica afacere folosind un spatiu...

Top 10 cele mai supraevaluate filme din toate timpurile

10 regizori care au facut un film de groaza si au...

10 documentare care au schimbat perceptia publicului

Top 10 interviuri controversate cu celebritati din toate timpurile

Top 10 cele mai memorabile momente ale premiilor Oscar

Cum se schimba viata atunci cand intri in cercurile sociale ale...

10 povesti ciudate din lumea rap pe care sa le cunosti

10 secrete intunecate din lumea surprinzator de rasucita a K-Pop

10 melodii rock inspirate de evenimente groaznice