Analiza akademika Vladimira Paara: Lice i naličje koronavirusa

Koronavirusi je naziv za skupinu virusa koji promatrani elektronskim mikroskopom imaju oblik krune, pa im odatle ime. Oni su uzročnici bolesti kod ljudi i životinja. Početkom 21. stoljeća počeli su  se pojavljivati novi koronavirusi koji su sa životinja prešli na ljude.

PIŠE: Akademik Vladimir Paar

Sada je u sredštu pažnje pandemija izazvana koronavirusom SARS-CoV-2, koji se također zove COVID-19 (coronavirus disease-2 2019).

SARS je kratica za Severe acute respiratory syndrome (teški akutni respiratorni sindrom).

Životni procesi u svakom živom biću “zapisani” su u njegovom genomu (“životnoj šifri”). Ta je šifra izražena “tekstom” pisanom pomoću četiri “slova” A, T, C, G. Svako slovo označava jednu od četiri vrste malih molekula, tzv. nukleotida (svaki od po nekoliko desetaka atoma). “Životnu šifru” (genom) koronavirusa  COVID-19 nedavno su odredili (sekvencionirali) i objavili kineski znanstvenici (Wu F. et al., Nature 579, 265-269, 2020).

Taj koronavirusov genom sastoji se od 29903 nukleotida. Zanimljivo je pogledati taj tekst od šest stranica, u njemu je “zapisan” uzrok velikim problemima pred kojima se trenutno nalazi cijeli svijet.

Za ilustraciju evo prvih 50 slova (od 1. do 50.) iz te prijeteće “životne šifre”:

ATTAAAGGTT TATACCTTCC CAGGTAACAA ACCAACCAAC TTTCGATCTC 

a zadnjih 53 slova (od 29851.-29903.) su:     

TAGCTTCTTA GGAGAATGAC AAAAAAAAAA AAAAAAAAAA AAAAAAAAAA AAA.

Ako ga želimo cijeloga pogledati da zadovoljimo znatiželju (taj “tekst” nam je svima promijenio život i ugrozio svjetsko gospodarstvo), cijeli tekst toga genoma slobodno je dostupan preko INTERNET-a na: ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/MN908947.

Možemo gledati taj tekst i reći: “Ovo je krivac za samoizolaciju, karantenu, krizu, …” 

Virusi su izvanredno maleni. Njihovu veličinu možemo predočiti ovako: zamislimo da duž ravne crte dugačke 10 centimetara poredamo viruse u red, jedan za drugim, stalo bi više od milijun virusa. Red od milijun virusa bio bi dugačak samo 10 centimetara! Ogroman je broj vrsta virusa, jer se virusi prilagođuju genomu pojedinih vrsta organizama građenih od stanica, npr. u tijelu čovjeka, krave, ptice, bakterije, …

Virusi su prisutni u ogromnom broju u okolini i u organizmima. Na primjer, procijenjeno je da u jednoj litri oceanske vode ima oko desetak tisuća milijarda virusa, oko deset puta više nego što je u toj vodi broj bakterija. A ti virusi su važni za biogeokemijske procese u oceanima i za održavanje bakterijske raznolikosti i ekološke ravnoteže. Broj virusa na Zemlji je nezamislivo velik, mnogo veći od ukupnog broja svih drugih živih bića na našem planetu. S druge strane, neki virusi kao agresori izazivaju zarazne bolesti kao kao što su gripa, AIDS, encefalitis, hepatitis, SARS itd. 

Kaže se da je virus “napola živ-napola mrtav”, na granici živog i neživog ili najjednostavniji oblik života. Ključno svojstvo života je mogućnost razmnožavanja, ali virusi se mogu razmnožavati samo tako da koriste stanicu nekog organizma kao domaćina.

Dok je genom u drugim živim bićima kodiran u dvostrukoj zavojnici DNA, postoje virusi veće genomske raznolikosti, i s jednostrukom zavojnicom koja se naziva RNA i s dvostrukom zavojnicom DNA. U virusu genom je okružen proteinskim omotačem pravilnog geometrijskog oblika, tzv kapside, koju bismo mogli usporediti s oklopom srednjovjekovnog viteza.

No kapsida je geometrijski izvanredno pravilna, često oblika ikosaedra, najsavršenijeg Platonovoga geometrijskog tijela omeđenoga s 20 jednakih istostraničnih trokuta. Zaista fascinantno: najjednostavniji oblik života potpuno je zatvoren unutar najsloženijeg pravilnog Platonovoga geometrijskog “čuda”.

U virusima koji zaraze složenije organizme, na primjer čovjeka i životinje, kapsida je obavijena ovojnicom iz  koje strše izdanci za prianjanje na membranu stanice domaćina u kome virus izaziva zarazu. Virusi se razlikuju od svih drugih oblika života, jer nisu biološke stanice i priroda njihova životnog ciklusa različita je od svih ostalih oblika života.

Iako imaju genom sa svojom genomskom šifrom, virusi se samostalno ne mogu razmnožanati. Oni su ekstremni paraziti: razmnožavaju se jedino unutar biološke stanice nekog domaćina u koji ubace svoj genom, pa uzurpiraju genom i stanicu domaćina za svoje potrebe za razmnožavanje. Neki virusi zaraze bakteriju i razmnožavaju se unutar nje, a neki unutar stanica viših organizama, npr. biljaka, životinja i čovjeka. Nakon razmnožvanja neki virusi djeluju razorno na stanice domaćina i uništavaju ih.   

Genom koronavirusa COVID-19 ne sadržava genomsku informaciju u DNA molekuli s dvostrukom zavojnicom nukleotidnih lanaca, kao što je u genomu čovjeka, životinja i biljaka. U virusu je pak genomska informacija sadržana u RNA molekuli, koja ima samo jedan lanac nukleotida. Zbog toga je RNA genom manje stabilan nego DNA genom, tj.  podložniji mutacijama (tj. promjenama u nizu nukleotida duž genomskog lanca). To može doprinositi promjenama genomskog “teksta” na nepredvidivi način. Smatra se da je novi virus COVID-19 nastao nekom značajnom mutacijom prilikom prijelaza sa životinja na čovjeka, ali izgleda da u novom obliku zasad ne pokazuje veće mutacije. 

Treba spomenuti da bi i kvantna fizika na razini RNA molekule, koja uključuje fenomene koji nisu deterministički (kvantnofizikalne relacije neodređenosti i kvantnofizikalna teleportacija), niti su lako shvatljivi, mogla izazvati nepredvidive mutacije što bi čitav problem učinilo još daleko složenijim.      

Također mogu biti znakovite i genomske simetrije koje vode povećanju stabilnosti genoma. Naime, postavlja se pitanje stabilnosti DNA genoma u organizmima, posebno u  najsavršenijem genomu, kakav je čovjekov. Otvoreno je pitanje, kako to da se u današnjem genomu tijekom više milijarda godina evolucijskog razvoja života (a biološka evolucija temelji se na evoluciji genoma), nije povećavao nered brojnim nasumičnim mutacijama genoma.

Upravo na tom pitanju nedavno je dan novi pogled na DNA i život, sa prepoznavanjem ključne uloge genomskih simetrija kao evolucijske prisile: M. Rosandić, I. Vlahović, V. Paar: Novel view on DNA and life –Symmetry as evolutionary forcing, Journal of Theoretical Biology 483 (2019) 109985 (Elsevier) (https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2019.08.016).

Zanimljivo je pitanje: Gdje je u tom okviru koronavirus COVID-19?              

Prijetnje koje predstavlja koronavirus kriju se u njegovom genomu. Fascinantan je znanstveni napredak eksperimentalne molekularne biologije koji je omogućio da se odrede genomske sekvence za tisuće vrsta organizama, pa tako i za koronavirus. No unatoč velikom napretku na dešifriranju značenja i uloge genomskih sekvenci, i dalje su prisutni krupni znanstveni i stručni izazovi, dapače, javlja se sve više i novih izazova. Genomski tekst se može pročitati (znanstvenici kažu: sekvencionirati), ali njegovo značenje i međuveze još su značajnim dijelom nepoznanica. Možda bi se moglo problem potpunog dešifriranja genomskog teksta usporediti s problemom dešifriranja hijeroglifa.

Kada su tijekom Napoleonove vijne ekspedicije u Egipat 1799. godine francuski vojnici u dolini Nila blizu sela Rosetta pronašli crnu kamenu ploču s uklesanim hijeroglifima, razgledao ju je sa znatiželjom i sam Napoleon, inače vrlo zainteresiran za znanost. Znanstvenici su narednih dvadesetak godina pokušavali dešifrirati te hijeroglife, no to je uspjelo tek 1822. francuskom znanstveniku Champollionu. Sustav hijeroglifa pokazao se kompliciranim, sa 700 različitih znakova.

Unatoč djelomičnim uspjesima, danas je znanost pred mnogo mnogo zahtjevnijim zadatkom potpunog dešifriranja genomskih “hijeroglifa”. Sigurno će biti golemog napretka u tom smjeru, iako je moguće da potpuno rješenje nikad neće biti dostupno, među ostalim i zbog kvantnofizikalnih neodređenosti u samom temelju genomske šifre.      

No otvorene su mnoge mogućnosti eksperimentalnih pristupa metodom pokušaja i pogreške i otkrićima u traganju za efikasnim cjepivom i lijekom za COVID-19. 

S druge strane, upravo promjenjivost virusnog genoma mogla bi pridonjeti i prestanku pandemije, jednostavno tako da se dio genomskog “teksta” spontanim mutacijama promijeni tako da se smanji ili izgubi štetno djelovanje virusa. Na to bi mogli ukazivati događaji iz povijesti kada su katastrofalne virusne pandemije same od sebe prestale, kao na primjer zloglasna “španjolska gripa” koja se pojavila 1918. godine i odnijela više desetaka milijuna ljudskih života. 

Govoreći pragmatično, u ovom trenutku dok još nema cjepiva ili lijeka protiv koronavirusa, najefikasnije su odlučne mjere za sprečavanje prijenosa koronavirusa s čovjeka na čovjeka, kao što ih u Hrvatskoj provodi Krizni stožer s vrhunskim medicinskim stručnjacima.

Foto: Željko Matić