Vírusy zamrznuté tisíce rokov sa prebúdzajú z ľadu. Hrozí nám problém, alebo je „zombie pandémia“ len strašiak?
Topiaci sa permafrost uvoľňuje vírusy a baktérie staré tisíce rokov. Vedci zisťovali, či môžu narušiť dnešné ekosystémy a predstavovať riziko aj pre ľudí.
Permafrost sa topí a spolu s ním sa na povrch dostávajú mikroorganizmy, ktoré boli od okolitého sveta odrezané celé tisícročia. Niektoré baktérie a vírusy pritom dokážu po rozmrazení opäť fungovať. Vedcov preto zaujímalo, čo by sa mohlo stať, ak sa takýto dávny patogén stretne s dnešným ekosystémom.
Nie je to len námet zo sci-fi. V roku 2003 vedci získali životaschopné baktérie z hlbokých vrstiev ľadového jadra na tibetskej náhornej plošine. Vtedajšie datovanie pripisovalo najstaršiemu ľadu vek viac ako 750 000 rokov. V roku 2014 zase zo sibírskeho permafrostu oživili viac než 30 000 rokov starý obrovský vírus Pithovirus sibericum. Pre človeka však nepredstavuje hrozbu, infikuje améby.
Odvtedy výskumníci zašli ešte ďalej. Podarilo sa im obnoviť infekčnosť vírusov, ktoré strávili v permafroste viac ako 48 500 rokov. Aj tie napádali jednobunkové améby. Pokusy sú zaujímavé hlavne tým, že ukázali, ako dlho si môže vírus v zamrznutom prostredí zachovať schopnosť infikovať vhodného hostiteľa.
Máme však aj prípad, keď rozmŕzanie pôdy sprevádzalo skutočné ohnisko nebezpečnej choroby. V roku 2016 vypukol na Jamalskom polostrove v západnej Sibíri antrax. Mimoriadne teplé počasie a rozmŕzanie permafrostu sa spájali s odkrytím starých tiel sobov obsahujúcich spóry baktérie Bacillus anthracis. Uhynuli tisíce zvierat, desiatky ľudí hospitalizovali a jeden človek zomrel. Antrax je pritom trochu iný prípad než vírusová epidémia. Jeho spóry sú mimoriadne odolné a v pôde dokážu prežívať veľmi dlho.
Z permafrostu sa každý rok uvoľnia sextilióny mikroorganizmov
Arktída sa v posledných desaťročiach otepľuje približne štyrikrát rýchlejšie než globálny priemer. S rozmŕzaním ľadu a permafrostu sa do prostredia dostáva aj biologický materiál, ktorý tam mohol zostať uzavretý celé tisícročia.
Neprehliadni
Odhad, s ktorým pracovali autori výskumu, hovorí približne o štyroch sextiliónoch mikroorganizmov ročne, teda 4 × 1021. Väčšina z nich nie je nebezpečná pre človeka ani zvieratá. Pri takom množstve však vedcov zaujíma aj tá malá časť, ktorá by mohla nájsť vhodného hostiteľa v dnešnom prostredí.
Práve tu doteraz chýbali dáta. Nevedeli sme, čo môže spraviť patogén z dávnej minulosti s ekosystémom, ktorý sa bez neho medzitým vyvíjal tisíce generácií. Autori výskumu publikovaného v časopise PLOS Computational Biology preto namiesto laboratórneho pokusu vytvorili tisíce digitálnych experimentov.
Starý patogén pustili medzi oveľa mladšie organizmy
Použili softvér Avida, v ktorom sa celé komunity digitálnych organizmov postupne vyvíjajú a prispôsobujú prostrediu. Nešlo teda o skutočný vírus vytiahnutý z permafrostu. Vedci pracovali s virtuálnymi hostiteľmi a patogénmi a sledovali, ako sa ich vzájomné vzťahy menia počas veľkého množstva generácií.
Potom vzali jeden patogén zo skoršej fázy vývoja a vložili ho do komunity, ktorá sa medzitým výrazne zmenila. Napodobnili tak situáciu, pri ktorej sa organizmus z dávnej minulosti zrazu ocitne medzi vzdialenými potomkami svojich niekdajších hostiteľov. Následne sledovali, či sa dokáže uchytiť a ako jeho príchod zmení celé spoločenstvo.
Dávne digitálne patogény si v novom prostredí neraz našli miesto. Približne v 3,1 percenta experimentov bola línia votrelca mimoriadne úspešná a prežila až do konca dlhého sledovaného obdobia.
Vo väčšine pokusov sa však nič dramatické nestalo. Medzi mimoriadne vytrvalými votrelcami bola druhová rozmanitosť hostiteľov nižšia než v kontrolnej simulácii v 89,5 percenta prípadov. Priemerný rozdiel pritom predstavoval približne 4,1 percenta.
Jediný patogén dokázal znížiť druhovú rozmanitosť až o 32 percent
Zaujímavejšie boli zriedkavé extrémy. Približne v 1,1 percenta simulácií sa druhová bohatosť po príchode dávneho patogénu výrazne odchýlila od kontrolného sveta. Niekedy smerom nadol, inokedy prekvapivo nahor.
V najhoršom zaznamenanom prípade klesla druhová rozmanitosť približne o 32 percent. V inom extréme sa zvýšila až o 12 percent. Patogén tak dokázal rozhádzať vzťahy medzi jednotlivými organizmami natoľko, že sa celá komunita začala vyvíjať inak.
Výsledok 1,1 percenta preto nemožno ale čítať tak, že približne každý stý mikrób z permafrostu spôsobí problém. Ide o výsledok počítačovej simulácie, ktorá iba ukazuje, čo sa môže stať, ak sa dávny patogén dokáže uchytiť medzi dnešnými hostiteľmi. V niektorých prípadoch potom výrazne zmenil zloženie celej komunity.
V prírode navyše nejde o jeden jediný pokus. Každá ďalšia rozmrazená vrstva pôdy prináša nové mikroorganizmy. Aj udalosť, ktorá je sama osebe málo pravdepodobná, tak môže dostať množstvo ďalších príležitostí.
Aby sa starý vírus dostal k človeku, musel by prekonať viacero biologických bariér
Simulácia sa ľuďmi vôbec nezaoberala. Vieme však, že množstvo známych vírusov sa k nám v minulosti dostalo cez zvieratá. SARS-CoV-2, ebola či HIV majú evolučnú históriu spojenú so živočíšnymi hostiteľmi. Takýto preskok označujeme ako zoonotický prenos.
Patogén uvoľnený z ľadu by musel prejsť podobnou sériou prekážok. Nestačí, že zostal po tisícoch rokov infekčný. Potrebuje nájsť hostiteľa, ktorého bunky dokáže napadnúť, musí sa v ňom rozmnožovať a pri vzniku epidémie aj účinne prechádzať na ďalšie jedince. Práve tieto podmienky robia predstavu, že z každého starého vírusu môže vzniknúť nová pandémia, veľmi nepravdepodobnou.
Väčšie riziko než permafrost predstavujú vírusy, ktoré už kolujú medzi zvieratami
Autori odborného prehľadu v časopise mSystems dospeli k záveru, že vírusy uvoľnené z permafrostu podľa dnešných poznatkov nepredstavujú väčšie riziko než vírusy bežne prítomné v pôde či vo vode.
Pre človeka sú pravdepodobnejším zdrojom novej zoonózy vírusy, ktoré už dnes kolujú medzi divými a domácimi zvieratami. Otepľovanie Arktídy môže toto riziko zvýšiť. Zvieratá menia svoje areály a častejšie sa dostávajú do kontaktu s druhmi, s ktorými sa predtým takmer nestretávali.
Staré vírusy však nemožno úplne ignorovať. Vieme, že niektoré zostávajú infekčné desiatky tisíc rokov a po rozmrazení dokážu opäť napadnúť vhodného hostiteľa. Ako často sa niečo podobné odohráva v prírode, zatiaľ nepoznáme.
