Σε ένα πανηγύρι στο Μέριλαντ το 2017, τα γουρούνια που διαγωνίζονταν δεν φαινόντουσαν στα καλύτερά τους. Οι αγρότες περιέγραφαν γουρούνια με πυρετό και κόκκινα μάτια και μύξες. Ενώ οι διοργανωτές του πανηγυριού ανησυχούσαν για τα γουρούνια, το υγειονομικό του Μέριλαντ ανησυχούσε για μια ομάδα ασθενών επισκεπτών. Κάποιοι τα είχαν χαϊδέψει, ενώ άλλοι είχαν περάσει δίπλα από τους στάβλους, αλλά σύντομα, 40 από τους επισκέπτες διαγνώστηκαν με τη γρίπη των χοίρων. Συνήθως, τα άρρωστα ζώα δεν κολλάνε τους ανθρώπους. Αλλά όταν αυτό συμβαίνει, αυτές οι διασταυρούμενες μεταξύ ειδών λοιμώξεις ή η ιογενή μεταπήδηση ξενιστών, έχουν τη δυνατότητα να προκαλέσουν θανατηφόρες επιδημίες. Πώς μπορούν τα παθογόνα ενός είδους να προσβάλλουν ένα άλλο, και τι κάνει αυτά τα άλματα τόσο επικίνδυνα;
At a Maryland country fair in 2017, the prize pigs were not looking their best. Farmers reported feverish hogs with inflamed eyes and running snouts. But while fair officials worried about the pigs, the Maryland department of health was concerned about a group of sick fairgoers. Some had pet the pigs, while others had merely been near their barns; but soon, 40 of these attendees would be diagnosed with swine flu. More often than not, sick animals don’t infect humans. But when they do, these cross-species infections, or viral host jumps, have the potential to produce deadly epidemics. So how can pathogens from one species infect another, and what makes host jumps so dangerous?
Οι ιοί είναι ένα είδος οργανικών παρασίτων που προσβάλλουν σχεδόν κάθε μορφή ζωής. Για να επιβιώσουν και να αναπαραχθούν, πρέπει να περάσουν τρία στάδια: επαφή με έναν ευαίσθητο ξενιστή, μόλυνση και αντιγραφή, και μετάδοση σε άλλους ξενιστές. Σαν παράδειγμα, ας δούμε την ανθρώπινη γρίπη. Πρώτα ο ιός συναντά τον νέο ξενιστή και φτάνει στο αναπνευστικό σύστημα. Αυτό δεν είναι τόσο δύσκολο, αλλά για να επιβιώσει σε αυτό το νέο σώμα, ο ιός πρέπει να καταφέρει μια επιτυχή μόλυνση προτού αναγνωριστεί και καταστραφεί από το ανοσοποιητικό σύστημα. Για να το καταφέρουν αυτό, οι ιοί ανέπτυξαν ειδικούς μηχανισμούς αλληλεπιδράσης με τον ξενιστή τους.
Viruses are a type of organic parasite infecting nearly all forms of life. To survive and reproduce, they must move through three stages: contact with a susceptible host, infection and replication, and transmission to other individuals. As an example, let’s look at human influenza. First, the flu virus encounters a new host and makes its way into their respiratory tract. This isn’t so difficult, but to survive in this new body, the virus must mount a successful infection before it’s caught and broken down by an immune response. To accomplish this task, viruses have evolved specific interactions with their host species.
Οι ανθρώπινοι ιοί γρίπης καλύπτονται με πρωτεΐνες που συνδέονται με αντίστοιχους υποδοχείς στα ανθρώπινα αναπνευστικά κύτταρα. Όταν ο ιός εισέλθει στο κύτταρο, χρησιμοποιεί πρόσθετους μηχανισμούς για να εκμεταλλευτεί τους μηχανισμούς αναπαραγωγής του κυττάρου ώστε να αντιγράφει το δικό του γενετικό υλικό. Ο ιός πρέπει να περιορίσει ή να αποφύγει το ανοσοποιητικό σύστημα για αρκετό χρόνο ώστε να αντιγραφεί σε βαθμό που θα επιτρέψει τη μόλυνση άλλων κυττάρων. Μετά, η γρίπη μπορεί πλέον να μεταδοθεί στο επόμενο θύμα της μέσω κάθε μεταφοράς με μολυσμένα σωματικά υγρά.
Human flu viruses are covered in proteins adapted to bind with matching receptors on human respiratory cells. Once inside a cell, the virus employs additional adaptations to hijack the host cell’s reproductive machinery and replicate its own genetic material. Now the virus only needs to suppress or evade the host’s immune system long enough to replicate to sufficient levels and infect more cells. At this point, the flu can be passed on to its next victim via any transmission of infected bodily fluid.
Ωστόσο, αυτό το απλό φτάρνισμα φέρνει επίσης σε επαφή τον ιό με κατοικίδια, φυτά, ακόμα και με το γεύμα σας. Οι ιοί συνεχώς συναντούν νέα είδη και προσπαθούν να τα μολύνουν. Πιο συχνά, αυτό καταλήγει σε αποτυχία. Πιο συχνά, η γενετική ασυμβατότητα μεταξύ των ξενιστών είναι μεγάλη. Για ένα ιό που προσβάλλει ανθρώπους, το κύτταρο ενός μαρουλιού θα ήταν ξένο και αφιλόξενο περιβάλλον Αλλά υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός ιών στο περιβάλλον, και όλοι έχουν τη δυνατότητα να συναντήσουν νέους ξενιστές. Και επειδή οι ιοί αναπαράγονται γρήγορα και σε μεγάλους αριθμούς, μπορούν γρήγορα να αναπτύξουν μεταλλάξεις. Οι περισσότερες μεταλλάξεις δεν έχουν αποτέλεσμα, ούτε είναι καταστροφικές αλλά ένα μικρό ποσοστό ίσως οδηγεί σε πιο αποτελεσματική μόλυνση ενός νέου είδους Οι πιθανότητες ο ιός να κερδίσει αυτό το καταστροφικό λαχείο αυξάνουν με τον χρόνο, ή εάν ο νέος ξενιστής είναι γενετικά κοντά στον συνήθη ξενιστή του ιού. Για ένα ιό που έχει προσαρμοστεί σε ένα άλλο θηλαστικό, για να μολύνει ένα άνθρωποι μπορεί να χρειάζονται λίγες τυχερές μεταλλάξεις. Για έναν ιό προσαρμοσμένο στους χιμπατζήδες, που γενετικά είναι πολύ κοντά μας, ίσως δεν χρειάζονται καν μεταλλάξεις.
However, this simple sneeze also brings the virus in contact with pets, plants, or even your lunch. Viruses are constantly encountering new species and attempting to infect them. More often than not, this ends in failure. In most cases, the genetic dissimilarity between the two hosts is too great. For a virus adapted to infect humans, a lettuce cell would be a foreign and inhospitable landscape. But there are a staggering number of viruses circulating in the environment, all with the potential to encounter new hosts. And because viruses rapidly reproduce by the millions, they can quickly develop random mutations. Most mutations will have no effect, or even prove detrimental; but a small proportion may enable the pathogen to better infect a new species. The odds of winning this destructive genetic lottery increase over time, or if the new species is closely related to the virus’ usual host. For a virus adapted to another mammal, infecting a human might just take a few lucky mutations. And a virus adapted to chimpanzees, one of our closest genetic relatives, might barely require any changes at all.
Δεν αρκεί ο χρόνος και η γενετική ομοιότητα για να είναι επιτυχές ένα άλμα ξενιστή. Κάποιοι ιοί μπορούν εύκολα να μολύνουν τα κύτταρα ενός νέου ξενιστή αλλά δεν μπορούν να αποφύγουν την άμυνα του ανοσοποιητικού. Άλλοι μπορεί να δυσκολεύονται να μεταδοθούν σε νέους ξενιστές. Για παράδειγμα, μπορεί να κάνουν το αίμα του ξενιστή μολυσματικό, αλλά όχι το σάλιο τους. Όμως, εάν το άλμα ενός ξενιστή φτάσει στο στάδιο της μετάδοσης, ο ιός γίνεται πολύ πιο επικίνδυνος. Όταν αναπτύσσεται σε δύο είδη ξενιστών, το παθογόνο έχει τις διπλάσιες πιθανότητες να μεταλλαχθεί σε έναν πιο επιτυχημένο ιό. Και κάθε νέος ξενιστής αυξάνει τις πιθανότητες μιας πλήρους επιδημίας.
It takes more than time and genetic similarity for a host jump to be successful. Some viruses come equipped to easily infect a new host’s cells, but are then unable to evade an immune response. Others might have a difficult time transmitting to new hosts. For example, they might make the host’s blood contagious, but not their saliva. However, once a host jump reaches the transmission stage, the virus becomes much more dangerous. Now gestating within two hosts, the pathogen has twice the odds of mutating into a more successful virus. And each new host increases the potential for a full-blown epidemic.
Οι ιολόγοι αναζητούν νέες μεταλλάξεις που μπορεί να κάνουν τους ιούς όπως η γρίπη, πιο πιθανό να μεταπηδήσουν. Ωστόσο, η πρόβλεψη μιας νέας πιθανής επιδημίας, είναι μια μεγάλη πρόκληση.
Virologists are constantly looking for mutations that might make viruses such as influenza more likely to jump. However, predicting the next potential epidemic is a major challenge.
Υπάρχει μια τεράστια ποικιλομορφία ιών που μόλις έχουμε αρχίσει να ανακαλύπτουμε. Οι ερευνητές μελετούν ακούραστα τη βιολογία αυτών των παθογόνων. Και παρακολουθώντας τους πληθυσμούς ώστε να αναγνωρίσουν νέα ξεσπάσματα, μπορούν να αναπτύξουν εμβόλια και πρωτόκολλα που θα σταματήσουν αυτές τις θανάσιμες ασθένειες.
There’s a huge diversity of viruses that we’re only just beginning to uncover. Researchers are tirelessly studying the biology of these pathogens. And by monitoring populations to quickly identify new outbreaks, they can develop vaccines and containment protocols to stop these deadly diseases.