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?
Na jarmarku w Maryland w 2017 roku pokazowe świnie nie wyglądały najlepiej. Farmerzy zgłaszali świnie z gorączką, zaczerwienionymi oczami i katarem. Podczas gdy organizatorzy martwili się o świnie, wydział zdrowia Maryland martwił się o grupę chorych uczestników. Niektórzy wcześniej głaskali świnie lecz inni zaledwie stali obok zagród, a niebawem u 40 z nich zdiagnozowano świńską grypę. Zazwyczaj chore zwierzęta nie zarażają ludzi. Lecz kiedy to się zdarza, te zakażenia międzygatunkowe, czy przeskoki, potencjalnie mogą powodować śmiertelne epidemie. Jak patogeny jednych gatunków mogą atakować inne i co sprawia, że jest to tak niebezpieczne?
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,
Wirusy są czymś w rodzaju pasożyta infekującego prawie wszystkie formy życia. Aby przetrwać i rozmnażać się, muszą przejść trzy fazy: kontakt z podatnym gospodarzem, infekcję i replikację, a następnie transmisję na inne jednostki. Weźmy jako przykład wirusa ludzkiej grypy. Najpierw wirus trafia na nowego nosiciela i dostaje się do dróg oddechowych. To dość łatwe, ale żeby przeżyć w nowym ciele, wirus musi wywołać skuteczną infekcję zanim układ odpornościowy go wykryje i zniszczy. Żeby tego dokonać,
viruses have evolved specific interactions with their host species. 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.
wirusy rozwinęły odpowiednie interakcje z gatunkiem gospodarzy. Ludzki wirus grypy jest pokryty proteinami zaadaptowanymi do wiązania się z odpowiednimi receptorami na komórkach w ludzkich drogach oddechowych. Kiedy już znajdzie się w komórce, wirus uruchamia dodatkowe metody, żeby przejąć maszynerię rozrodczą komórki gospodarza i powielić własny materiał genetyczny. Teraz wirus musi tylko stłumić lub obejść układ odpornościowy gospodarza na tyle długo, żeby się namnożyć i zainfekować więcej komórek. Teraz grypa może zarazić następną ofiarę
However, this simple sneeze also brings the virus in contact with pets,
przy pomocy dowolnej zakażonej wydzieliny.
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.
Jednak proste kichnięcie wystawia na kontakt z wirusem zwierzęta domowe, rośliny, a nawet twój obiad. Wirusy wciąż napotykają nowe gatunki i próbują je zainfekować. Najczęściej się to nie udaje. W większości przypadków różnice genetyczne między gatunkami są zbyt duże. Dla wirusa przystosowanego do zakażania ludzi, komórka sałaty byłaby obcym i niegościnnym środowiskiem. Jednak w środowisku krąży oszałamiająca liczba wirusów. Wszystkie mają szansę napotkać nowych gospodarzy. A ponieważ rozmnażają się w milionach, mogą często losowo mutować. Większość mutacji nic nie wniesie albo wręcz będzie niekorzystna, ale pewna część może pomóc patogenowi w zakażeniu nowego gatunku. Szanse wygrania tej destrukcyjnej genetycznej loterii rosną z czasem oraz wtedy, gdy nowy gatunek jest blisko spokrewniony z typowym nosicielem. Wirusowi dostosowanemu do jednego ssaka wystarczy kilka szczęśliwych mutacji, żeby zainfekować człowieka. Wirus dostosowany do szympansów, naszych bliskich genetycznych krewnych, nie potrzebuje prawie żadnych zmian.
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.
Potrzeba czegoś więcej niż tylko czasu i genetycznego podobieństwa, żeby przeskok międzygatunkowy się udał. Niektóre są dobrze wyposażone do wnikania w nowe komórki, jednak potem nie radzą sobie z reakcją odpornościową. Inne mogą mieć problem z przeniesieniem się na inne osobniki. Mogą przykładowo zakazić krew gospodarza, ale nie jego ślinę. Jednak kiedy przeskok osiągnie etap transmisji, wirus jest o wiele bardziej niebezpieczny. Teraz, rozwijając się u dwóch gospodarzy, patogen ma podwójną szansę mutacji w skuteczniejszego wirusa. Każdy nowy gospodarz zwiększa potencjał poważnej epidemii.
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.
Wirusolodzy wciąż szukają mutacji, które mogłyby pomóc wirusom takim jak grypa przeskoczyć na inny gatunek.
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.
Jednak przewidzenie następnej potencjalnej epidemii to wielkie wyzwanie. Dopiero zaczynamy odkrywać ogromną różnorodność wirusów. Badacze niestrudzenie studiują biologię patogenów. Monitorując populacje pod kątem szybkiego rozpoznania epidemii,