Wirusologia

Zagadnieniem ważniejszym niż wykrywanie wirusów jest jednak interakcja między gospodarzem a wirusem i nowe aspekty tego współistnienia.

Problemem nadal pozostają zoonozy, choroby odzwierzęce. Wirusy zwierzęce, które przekraczają barierę gospodarza, uczą się rozpoznawać nowe komórki i atakują ludzi. Jest to niebezpieczne i rodzi wiele obaw. Ptasia grypa to najbardziej aktualny przykład tego zjawiska. Biologia molekularna pozwalająca poznać budowę i sposób namnażania się takiego wirusa otwiera drogę do dalszych badań.

– W związku z sezonowymi epidemiami grypy pisze się wiele o zmiennej naturze wirusa, który ulegając kolejnym mutacjom, okazuje się bardzo trudny do zwalczenia, wymaga wciąż nowych szczepionek. Co można powiedzieć o „charakterze” wirusów?

– Głównym ich zadaniem na Ziemi jest powielanie się. Wirusy są różne. Wirus polio, choroby Heinego-Medina jest, na szczęście, stosunkowo niezmienny, występuje w trzech odmianach. Chroni przed nim szczepionka, skuteczna od wielu lat. Pozwoliła ona praktycznie na wyeliminowanie choroby.

Ogólnie rzecz biorąc bardziej stabilne są wirusy zawierające kwas dezoksyrybonukleinowy – DNA. Większą zmienność wykazują natomiast wirusy z kwasem rybonukleinowym RNA, ponieważ polimeraza – podstawowy enzym umożliwiający powielanie informacji genetycznej – produkuje nowe cząsteczki RNA i znacznie częściej robi błędy.

„Inteligencja” wirusów polega na inteligencji ewolucji. Selekcja form wirusa, które przeżywają, to swoista strategia przetrwania. Inne, zniszczone przez lek – giną. To jest inteligencja klocka, który przechodzi przez dziurę o kształcie kwadratu, a nie pokonuje dziury okrągłej. Na tej zasadzie dopasowują się wirusy. Pozostają te, które pasują do formy przeżycia narzuconej przez naturę lub leki, inne odpadają w biegu.

– Na czym polega specyfika wirusologii molekularnej i jakie zajmuje ona miejsce w biotechnologii?

– Wirusologia molekularna tym się różni od klinicznej, że nie ma bezpośredniego kontaktu z pacjentami. Bada modele, które służą do poszukiwania nowych form terapii – leków i szczepionek.

Wirusy traktujemy przede wszystkim jako czynniki chorobotwórcze, patogeny. Aby je scharakteryzować i zwalczyć trzeba poznać ich budowę, drogę ich powielania się w komórkach, dowiedzieć się, jakie elementy wirusa są ważne dla wywołania reakcji obronnej organizmu. Tylko wtedy można bowiem znaleźć czynniki hamujące ich wzrost, opracować specyficzne leki i szczepionki.

Mało jest skutecznych leków na choroby wirusowe. Wynika to z natury wirusa, bezwzględnego pasożyta wewnątrzkomórkowego, który poza żywą komórką się nie rozwija, stanowiąc jedynie kawałek informacji genetycznej opakowanej w płaszcz białkowy. Dopiero po wtargnięciu do komórki ulega replikacji, produkuje nowe cząstki, zabija komórkę lub z nią koegzystuje.

– Co fascynującego jest w badaniu wirusów?

– To dziedzina ogromnie interesująca. Wirus jest organizmem bardzo prostym w porównaniu np. z organizmem ssaka. Pozwala zaobserwować zjawiska niemożliwe do dotknięcia w tle skomplikowanym i złożonym. Stwarza ograniczoną skalę, ukazuje zjawiska w izolacji.

Dla badacza wirusy to także narzędzia i modele, pomocne w wykrywaniu zjawisk ogólnobiologicznych zachodzących w żywych komórkach. Posługujemy się nimi w testach diagnostycznych. Są one również wektorem, czyli przenośnikiem genów używanych w konstrukcji szczepionki. Na takim wirusowym wektorze, użytym niegdyś do stworzenia szczepionki przeciwko ospie prawdziwej, została oparta szczepionka przeciw wściekliźnie, której stosowanie ograniczyło występowanie choroby wśród leśnej zwierzyny.

Na co dzień w laboratorium wykorzystujemy wektory wirusowe do celów badawczych. Na przestrzeni ostatnich lat wykryto m.in. onkogeny, czyli geny odpowiedzialne za powstawanie nowotworów, zakłócające podział komórkowy, prowadzące do jej nieskończonego podziału i powstania guza lub tkanki nowotworowej. Stało się to przy okazji prac nad retrowirusami. Wirusologia daje szerokie pole do dokonywania odkryć, które mają wymiar praktyczny. Wbrew pozorom o tych prostych organizmach, jakimi są wirusy, nie wiemy jeszcze wielu rzeczy.

– To, czego do tej pory o nich się dowiedzieliśmy, to osiągnięcia najnowsze, bo wirusologia jest młodą dyscypliną, dynamicznie się rozwijającą. Jakie były momenty przełomowe w tym rozwoju?

– Wirusologia rozwija się szybko i nieustannie. Droga, jaką ta dziedzina przeszła, tylko w ciągu moich lat pracy, to – ujmując obrazowo – taki dystans, jaki dzieli czerpanie wody ze studni od nowoczesnego systemu wodno-kanalizacyjnego.

Historia wirusologii liczy sobie około stu lat. Wirusy odkryto na początku XX wieku, stwierdzając istnienie organizmów mniejszych od bakterii, wywołujących infekcje, przesączających się przez filtry, które zatrzymują bakterie. Następnie wykryto wirusy roślinne i zwierzęce. Jednym z pierwszych był wirus pryszczycy. Na początku XX wieku, w USA rozpoznano jeden z pierwszych wirusów ludzkich – wirusa żółtej febry.

Kolejne etapy rozwoju wirusologii wiążą się z wprowadzaniem nowych technik. W latach 50. ubiegłego wieku w związku z epidemiami choroby Heinego-Medina, po raz pierwszy wyhodowano wirusa metodą laboratoryjną. Był to prawdziwy przełom, bo wirusy są mikroorganizmami, które nie rozwijają się poza żywą komórką. Bakterie, grzyby, drożdże można hodować z wykorzystaniem pożywek. Wirus wymaga żywego gospodarza – zwierzęcia, zarodków kurzych lub hodowanych specjalnych komórek, specyficznych dla danego wirusa. Obecnie takie linie komórkowe umożliwiające badania wirusa można kupić lub wyizolować z rozmaitych tkanek.

Fundamentalne znaczenie dla rozwoju biologii miała też mikroskopia elektronowa. Wirusa nie da się dostrzec w tradycyjnym mikroskopie świetlnym. Jest za mały. Po raz pierwszy zobaczono go w mikroskopie elektronowym. Teraz są również inne techniki umożliwiające oglądanie wirusów, m.in. wizualizacja komputerowa, ale wciąż udoskonalana mikroskopia elektronowa stanowi technikę podstawową. W nowoczesnym laserowym mikroskopie konfokalnym, w którym źródłem światła są lasery, widnieje obraz złożony z milionów punktów – pikseli – powstałych wskutek naświetlania laserem o bardzo wąskiej długości fali. Umożliwia to oglądanie dużych preparatów – całej komórki i jej wnętrza. Mamy na przykład szczepy wirusowe, których cząsteczki świecą. Poza tym mikroskop laserowy ukazuje przechodzenie wirusa z jednej żywej komórki do drugiej.

– W kierowanej przez panią pracowni prowadzone są badania nad wirusem wywołującym zapalenie wątroby typu C. Wynalezienie skutecznej szczepionki jest już podobno bliskie...

– W badaniach nad wirusem C, odkrytym dzięki biologii molekularnej w latach 80. ubiegłego wieku, dokonał się duży postęp. To prawdziwa lawina nowych technik, wiadomości i narzędzi badawczych. We współczesnym świecie odkrycia następują drogą składania „cegiełek”, kumulowania obserwacji i doświadczeń prowadzonych przez wiele ośrodków i tysiące naukowców. Gdański ośrodek nie odgrywa tu roli wiodącej, ale mamy udział w tych osiągnięciach. Kłopot z wirusem C, który bardzo zmienny, występuje w 6 podstawowych odmianach oraz tysiącach pododmian, polegał na tym, że nie chciał on do tej pory rozwijać się w warunkach laboratoryjnych. Izolowano go z krwi zakażonych pacjentów, wykonywano tzw. pseudocząsteczki, składane w laboratorium z różnych elementów budujących normalnie cząsteczkę wirusową. Badano też poszczególne geny, ale zakażenie nie dawało się odtworzyć, zakażenie nie było możliwe do przeniesienia, co uniemożliwiało testowanie potencjalnego leku. Jakiś czas  temu wyizolowano jeden szczep wirusowy, który pozwala na powielanie w laboratoryjnej hodowli tkankowej. To jest otwarcie drzwi, możliwość głębszego wniknięcia w zagadnienie replikacji, w zrozumienie tego procesu i znalezienie leku, który go zahamuje.

Niedawno uczestniczyłam w Montrealu w dwunastym już sympozjum poświęconym wirusowemu zapaleniu wątroby typu C. Mówiło się tam już o lekach testowanych klinicznie i o terapiach skojarzonych. Testuje się także szczepionki – na szympansach i makakach. Mamy nadzieję pomocniczo włączyć się do nowego ogromnego projektu badawczego nad dwiema szczepionkami.

– Dziękuję za rozmowę.

Rozmawiała: Anna Jęsiak