Inimese viroom - viiruste rikas maailm vol I

Mitmed aastad tagasi sattusin Colorado ülikooli prof. Rob Knight mikrobioomi kursusele. Sealt sai alguse minu sügav lugupidamine meie silmale nähtamatute kaaskodanike bakterite vastu. Mikrobioom oma mitmekesisusega on lai ja huvitav teema.

uue koroonaviiruse levimise kiirus ja suremuse määr võrreldes teiste viirustega

Kuidas on aga viroomiga? Viiruste kogukonnaga, mis on veelgi pisem ja veelgi suurema bioloogilise mitmekesisusega. Kuna netiavarustes liigub palju väärinfot (ja ei – uusi viiruseid ei ole vaja laboris toota ega luua – kogu loodus on neid paksult täis), siis ma tooksin siia kokkuvõtteid ja märksõnu Kolumbia Ülikooli viroloogia kursusest. http://www.virology.ws/course/

Vincent Racaniello – Kolumbia Ülikooli mikrobioloogia ja immunoloogia osakonna professor on kirglik viiruste uurija ja märgib: maailmas ei ole midagi lahedamat, kui viirused. Nad on kõige lahedamad. Hämmastavad. Ma armastan neid. Minu nutitelefonis on viiruste pildid. Ma töötan laboris koos nendega juba 38 aastat. Üks eelmisel aastal õppinud tudeng ütles mulle pärast selle kursuse läbimist, et ta ei söö enam midagi ega puutu enam midagi, kuna kardab nakatumist. Kuid ma ei taha, et te viirusi kardaksite. Üks minu eesmärk on, et te saaksite aru, kui imelised nad on.

Kui te tahate aru saada elust,  kui te tahate mõista inimese tervist ja haigusi, siis teil on vaja aru saada viirustest.

Me elame ja liigume sõna otseses mõttes viiruste pilves. Viirused nakatavad kõiki elusolendeid planeedil. Igal elusolendil on viirus, mis teda nakatab. Mitte keegi ei saa põgeneda viirusinfektsiooni eest. Isegi viirusega nakatunud rakkudes on viirused, mis neid nakatavad ja igapäevaselt puutume me kokku, sööme ja hingame sisse miljardeid viiruste osakesi. See tuba on täis viirusi. Õhk on neid täis. 

Kui võtaksime siit proovi, siis suudaksime tuvastada palju erinevaid viiruseid. Kõik pinnad on nendega kaetud. Tasapinnad ja eriti uksekäepide oleks huvitav koht viiruste otsimiseks. Kui sööte toitu, sööte alati viiruseid, kui teil oleks täna olnud lõunaks kapsasalat, siis ka see on putukaviiruseid täis. Putukad ronivad mööda kapsast ja jätavad sinna oma viirused. Kuid need ei tee teile midagi halba ja ei nakata teid. Te olete alati viirustega kontaktis, ei ole viirustevaba aega ega kohta, nad on kõikjal. Veel enam, viiruste genoom on osa meie genoomist.

Ma toon mõne näite, kui palju neid on. Võtame meie ookeanid: maailmavetes on 10³⁰ bakteriofaagide osakesi. Bakteriofaagi osake kaalub 10^-15 grammi (femtogramm). Ainuüksi bakteriaalsete viiruste biomass ületab kõikide elevantide biomassi tuhandekordselt. Et teil tekiks parem ettekujutus – 1 teelusikatäies merevees on mitu miljonit viiruseosakest. Kui te järgmine kord ookeanis ujute ja sõbra poole vett viskate, siis see on nagu viiruse aerosooli pihustamine. Need on täiesti kahjutud ja ei tee teile midagi.

Vaalad on näiteks nakatunud viirustega, mis kuuluvad kalitsiviiruste perekonda. Nad on sugulased viirustega, mis võivad teile anda gastroenteriidi (oksendamine ja kõhulahtisus). Ja peale vaalade  põhjustavad nad lööbeid, ville ja gastroenteriiti ka teistele mereimetajatele. Nakatunud vaalade kaudu tuleb ookeanisse igapäevaselt 10¹³ viiruste osakesi.

Ookeanides töötlevad viirused ümber tohutul hulgal orgaanilist ainet, nii et neil on väga tähtis roll. Rannikuvetes on viiruseid rohkem, kui inimesi Maal. Viirused hoiavad endi käes meie planeedi suurimat geneetilist mitmekesisust.

Veel kainestavaid numbreid. Praegu eksisteerib Maal 10¹⁶ HIV viiruse genoomi. Me teame seda nakatunud inimeste järgi. Nakatunuid on ca 37 miljonit. Me teame, milliseid genoome nad kannavad ja seega saame kergesti teha matemaatilisi arvutusi. Mida aga see number tegelikkuses meile tähendab? Meil on väga efektiivsed ravimid HIV viiruse vastu. Neid on umbes 40 ja nad võimaldavad nakatunutel elada ilma haigeks jäämata.  Ainult et HIV genoomides on juba olemas ka resistentsus nendele ravimitele, kuna mutatsioonid kerkivad pidevalt esile. Ükskõik, kui palju ravimeid me selle viiruse vastu ka ei valmistaks, resistentsus tekib alati. Sellest räägime pikemalt HIV loengus.

Kui paljudel teist praegu on viirusnakkus? Tõstke käed! Te ei taha muidugi tõsta aga fakt on see, et teil kõigil on. Minul ka on. Mis tähendab, et kõigil on tosinaringis erinevaid herpese viiruseid sh herpes simplex, varicella zoster viirus,   tuulerõugete viirus – kui te olete vaktsineeritud, olete seda võibolla vältinud, tsütomegaloviirus, Epstein Barri viirus ja mõned veel. Uuringud on näidanud, et üle 90% ameeriklastel on need viirused olemas. Kui te nad kord saanud olete, ei ole neist võimalik vabaneda. Mulle meeldib öelda, et erinevalt armastusest on viirused kogu eluks ja see on tõsi.

Mul on Instagrammi konto, kuhu ma panen üles viiruste pilte ja inimesed on regulaarselt kirjutanud, et minu arst see ja too ravis mind herpesest terveks. Kahjuks on see vale ja te ei saa herpest välja ravida. Ja me räägime sellest lähemalt herpese loengus.

Me teame juba päris palju mikrobioomist – et meie keha igas osas on bakterid. Ja paljud neist on meile kasulikud. Me hakkame järjest paremini aru saama, kuidas nad seda teevad.  Kuid meil on ka viroom. Meie igas keha osas on viirused: hingamisteedes, seedetraktis, närvisüsteemis, nahal jne. Ka tervel inimesel on kõik need viirused. Ma võiksin teilt proove võtta ja leiaksin teie kehast viirused, kuigi te olete täiesti terved. Ja see ongi väga huvitav. Nad on meile kasulikud, me oleme selle kohta leidnud tõendeid.

Me kasutasime drooni, et koguda vaala hingeõhku. Droon tuli tagasi, tõi meile andmed, me analüüsime neid laboris. Ja seal on palju viiruseid. Nii saame me võtta proove igast maailma paigast. Veidi aega tagasi nägin dokumenti, kus proov võeti Hiina liustikult. Nad kaevasid väga sügavale ja tõid laborisse jää proovid. Seal olevad viirused on 15 000 aastat vanad.

Märkisin enne, et viiruste genoom on meie genoomi osa. Siit pildilt on näha, et inimese genoomis on 3,2 miljardit aluspaari.   Nagu näete on valku kodeerivate geenide osakaal üsna väike – 1,5%. Siin on erinevate ülesannete jaoks erinevad asjad. Aga millele ma tahaksin tähelepanu pöörata on 8,3% lõik  LTR retrotransposoonidega. Ma räägin neist lähemalt järgmistes loengutes, kui lühidalt öeldes, on need  jäänukid retroviirusnakkustest, mis olid kaua aega enne seda, kui meist sai Homo sapiens.

Siin te näete 2017 aasta statistikat inimeste suremuse kohta maailmas. Südamehaigused on esimesel kohal. Ma lisasin nooled sinna, kus mängus on viirused.  HIV on kindlasti kõige selgem neist – ca 1miljon surma 2017 aastal. Teiste haiguste puhul ei ole viirused nii selgelt eristuvad.  Väga suur osa hepatiiti on viiruseline. Ja päris palju kõhulahtisuse ja hingamisteede haiguseid on viiruselised. Ja seetõttu me ka uurime viiruseid väga palju. Kuid me hakkame alles mõistma nende rolli meie ökosüsteemis ja seda, kuidas nad meile kasulikud on.  See tähendab, et me oleme hakanud nägema viiruseid enamana, kui lihtsalt haiguste põhjustajana.

Kõige hämmastavam on vast see, et enamik viiruseid, mis meid nakatavad, ei oma meie tervisele ja heaolule mingit mõju. Ümbritsev õhk on neid täis, me sööme ja joome neid sisse, kuid me ei jää haigeks. Miks siis mitte?

Esimene põhjus on see, et nad lihtsalt läbivad meid.  Washingtoni poodides tehtud uuringu käigus osteti kapsast ja see toodi laborisse analüüsimiseks – otsiti viiruseid.  Tulemused näitasid, et iga portsjon kapsast sisaldas 10⁸ üht putuka viiruseosakest. Tegemist on kapsaussi (Trichoplusia ni) viirusega. Nii et mil te iganes sööte kapsasalatit, saate te selle kaasa. Isegi, kui te kapsa ära keedate, viirus muutub küll inaktiivseks, kuid siiski on ta olemas ja te neelate ta alla. Enamik viiruseid aga lihtsalt liigub läbi meie. Nad ei suuda meie rakkudes paljuneda. Sama käib õhuga sissehingatavate viiruste kohta – nad lihtsalt läbivad meid.

Veel üks uuring analüüsis inimeste väljaheidetes viiruse RNA järjestusi. Kõige levinum viirus inimese väljaheites kannab nime Pepper mild mottle virus (PMMoV)  on taimepatogeenne viirus, mis esineb kogu maailmas põllul kasvatatavatel paprika-, tšilli- ja dekoratiivse pipra liikidel.   

Enamik inimesi sööb paprikat ja paprika viirus võib paprikal olla ilma igasuguste sümptomiteta ja te sööte selle endale sisse. Kuid teiega ei juhtu midagi. Need ei nakata teid.

Ma olen hakanud saame regulaarselt kirju inimestelt, kes on lasknud oma fekaale analüüsida ja saanud siis tulemused ning tõsiselt ehmatanud. Oh issand, mul on see paprikaviirus! Mis ma nüüd teen, ma pean arsti juurde minema. (Ja ma lisaks siia vahele, et arst naerab su välja aga toidulisandi ja imerohu müüja kabinetist tuled sa välja kilekotitäie kaubaga. Loodetavasti ei anna ma nüüd kellelegi head äriideed).

Ma ütlen, et ei, teil pole vaja kellegi juurde minna. Need viirused ei paljune meie kehas.

Paljud viirused on head. Ma nimetan neid kasulikeks viirusteks. Pildil vasakul on taimed, mis kasvavad kuumaveeallikate juures. 

Neid võib leida looduskaitsealadelt ja nad on kuumale vastupidavad. Võivad kasvada 55C juures. Ehk sa võid tuua selle taime laborisse ja kasvatada seda 55 C soojuses. Mingil hetkel avastati, et see taim on nakatunud seenega.  Kui aga seen taimedelt eemaldati, siis taimed ei suutnud enam kuumas kasvada. Kuidagi aitas seen kuumuse vastu kaitsta. Siis selgus, et selle seene sees oli viirus – seen oli nakatunud viirusega. Ja kui taimel oli seen aga viirust mitte, ka siis ei pidanud ta kuumale vast. Nii et viirus aitas. Siin toimis 3 vaheline side: taim-seen-viirus.

Veel üks äärmiselt põnev näide. Kas te olete kuulnud parasitoid wasp (kiletiivalised parasitoidid) nimelisest putukast? Nad munevad oma munad röövikute peale. Munad kooruvad, putuka vastsed söövad rööviku ära. Väga tulnukate filmi moodi, ainult et päris elust. Koos munadega aga laseb putukas endast välja ka viirused. Seda viirust nimetatakse polüdnaviiruseks ja see ei paljune rööviku peal. Kuid ta toodab valke, mis immunosupresseerib rööviku nii, et ta ei püüa munadest ega vastsetest  lahti saada. See viirus on hea putukale, kuid ei ole hea röövikule.

Selliseid näiteid on loodus täis.

Teine põhjus, miks paljud viirused meile midagi ei tee, on meie imeline immunsüsteem. Kui te olete immuunsupressiooni all – näiteks organi siirdamise korral. Samuti AIDS tekitab immuunasupressiooni ja ka näiteks leetrid tekitavad immuunsupressiooni. Sellisel juhul võib olla ka üsna ohutu viirushaigus surmaga lõppev. See näitab, kui oluline on meie immuunsüsteem.

Mitte kõik inimese viirused ei tee teid haigeks. Veel üks huvitav näide - polüomaviirus on viirus, mida leidub kõikjal maailmas. Me saame selle üsna varakult ja tavaliselt oma perekonna kaudu.  Viirus levib sülje ja hingamisteede kaudu. Kui olete sellega nakatunud, olete nakatunud kogu eluks. Kui te olete täiesti terved, siis te haigeks sellest ei jää. Samas, kui te olete immuunsupressiooniga, siis võib sellest areneda raske haigus. See viirus levib nii kergesti hingamisteede eritiste ja ka uriini kaudu. Milliliitris uriinis on tuhandeid viiruseosakesi. Ma ei taha muutuda paranoiliseks aga kui te külastate restorani tualettruumi, siis vett peale lastes, kerkib õhku mikroosakeste pilv.

Pildil olev katkendlik joon näitab, kuidas Homo sapiens liikus Aafrikast mujale. Ja must pidev joon näitab Homo sapiensi liikumist koos  infektsiooniga.

Hetkel on meil uus koroonaviirus ja selle ümber liigub palju hirmutavaid lugusid, mis kõik tulenevad informatsiooni puudusest.  Ma tahan teile näidata, kuidas seda informatsiooni leida ja et kui 2-3 aasta pärast tekib uus viirusepuhang, siis teil on see kursus meeles ja te saate aru, mis toimub.

Meil on täiuslik võimalus õppida, kuna ma juba mainisin – et uus koroonaviirus on ringi liikumas. Siin on nüüd mõned pealkirjad uudistest:

"Ärge minge Wuhani ja ärge lahkuge Wuhanist. Uus viirus võib muteeruda ja rohkem levida."

Ja siin on veel üks uudis Hiinast, et viirus võib muteeeruda ja levida.   

Nüüd sellel kursusel te saate teada, et see on vale. Viirustel ei teki millalgi võimalust muteeruda, vaid nad juba muteeruvad. Viirus muteerub iga kord, kui ta paljuneb. See on juba palju muteerunud, kui ta liigub ühelt inimeselt teisele.

Siin muidugi on tahetud silmas pidada võimalust, et muteerumise käigus tekib vorm, mis on võimeline kiiremini levima.

Kuid antud juhul nagu siin Hiina uudistes kirjutatakse, on pigem nii, et minister seda ei tea ja ajakirjandus korjab selle samamoodi üles ja nii jõuab see ka teieni.

Ja iga kord, kui tekib mingi uue viiruse puhang, tulevad täpselt samasugused pealkirjad – äkki võib viirus muteeruda. Ikka pole viiruste elu-olu põhialuseid selgeks saanud.

Mis siis on viirus? 

Ma olen igal aastal andnud viiruse definitsiooni erinevana. Selle aasta oma:

Viirus on nakkav, obligatoorne rakusisene parasiit, mis sisaldab geneetilist materjali, mis võib olla DNA või RNA, mida sageli ümbritseb valgukate ja mõnikord ka membraan.

Selle mõiste võiks nüüd lahti harutada. Nakkav tähendab seda, et viirus või liikuda peremehelt peremehele, rakust rakku ja sinna siseneda. Ja obligatoorne rakusisene tähendab seda, et ta peab pääsema rakku. Ta ei saa teisti paljuneda. Viirus ei saa paljuneda õhus või sinu naha pinnal – tal on vaja pääseda rakku. Parasiit tähendab, et ta kahjustab peremeesorganismi sellega, et võtab temalt näiteks toitaineid. Ta võtab ära toitaineid, mis oleks muidu teie kasutada. See tekitab natuke segadust, kuna me räägime hiljem veel sellest, et on viiruseid, mis teid nakatavad aga ei kahjusta. Kuid nad peavad midagi võtma, kuna selleks, et paljuneda nad peavad rakus paljunema. Vahel on aga see võtmine märkamatu ja ebaoluline.

DNA ja RNA viirused on unikaalsed ja neil võib olla nii üks, kui ka teine. Gripiviirusel on alati   RNA genoom  ja  herpese viirusel on alati DNA genoom.  Me räägime sellest lähemalt edaspidi.

Viirustel on valgukate. Enamikul viirustel on nukleiinhappe ümber valgukate ja me räägime sellest edaspidi samuti lähemalt.

Viirused peavad saama rakku siseneda ja paljuneda, muidu nad kaovad. Ma olen kindel, et paljud viirused on miljonite aasate jooksul kadunud. Nad pole suutnud leida peremeesorganismi.

Kui me uurime viirust, on meil vaja uurida ka peremeesrakku. Kõige iolulisemad avastused on tehtud, kui on uuritud viiruse poolt nakatatud rakku.

Sääsed võivad mudugi meid nakatada. Ja pildil on tulbid. Väga hinnalised tulbid, kuna neil on teist värvi triibud. Ja need triibud on põhjustatud viirusnakkusest.

Veel üks küsimus on, kas viirused on elus?

Oma blogis tegin sellekohase küsitluse ja te näete, et vastused on enam vähem võrdselt  jaotunud „elus“ ja „ei ole elus“ vahel. Midagi vahepeal on saanud ka palju klikke.  Mul on sellele küsimusel vastus aga see ei olegi nii lihtne.

Kui inimesed mõtlevad viirusest, siis sellisest, mis on pildil vasakul pool (polüomaviirus). Ja see ei anna kuidagi elava mõõtu välja. See on lihtsalt nukleiinhape valgust mantlis ja kui ma ta siia lauale panen, siis ta lihtsalt seisab siin ja ei tee mitte midagi. Ta ei saa ise paljuneda. Sestap see ei saa olla elus. Sel on võime paljuneda alles siis, kui ta satub raku sisse.

Viiruse osake, mida ma nimetan virioniks, ei saa olla elus.  Kui viirus aga satub rakku ja võtab raku üle ning rakk hakkab tootma viiruseosakesi, siis ei ole see lihtsalt rakk, vaid viirusest nakatunud rakk. Ja see on elus.

Nii et mina näen viirust kahefaasilise organismina: osakesena, mis ei ole elus ja nakatunud rakuna, mis on elus. See lahendab probleemi, kuigi inimestele ei meeldi tavaliselt sellised osalised lahendused. Inimestele meeldib viirusest mõelda, kui osakesest, mitte kui nakatunud rakust.

Mille eest ma teid hoiatada tahan – ärge antropomorfiseerige viirust. 

Antropomorfiseerimine - inimeste suundumus kanda  inimomadused üle mitte-inimestele ja objektidele. See võib väga kergesti juhtuda, kuna nii on neist kergem rääkida ja ajakirjandus kasutab selliseid asju palju: viiruse eesmärk on selline; viirus tahab teha seda ja toda...

Ei, neil ei ole eesmärki nad ei taha ega mõtle. Nad on passiivsed osakesed ja kui te neid antropomorfiseerite, siis võite neid kergesti valesti tõlgenda.

Kunagi oli mul viiruste mõiste juures ka suurus. Viirused on väga, väga väikesed ja ma ütlesin, et nad ei läbiks 0,2 mikronist sõela. Kuid nüüd on leitud palju suuremaid viiruseid - 1,5 mikroniseid. Ja ma ei saa seda enam kasutada.
Allolevast graafikust näete, millises suurusjärgus on viirused.Ja kui suured on viirused võreeldes rakuga.



Kui teil on küsimus, kui palju viiruseid mahub nööpnõelapea otsa, siis siin  on illustreeriv pilt:




2mm on võrdne 2000 mikroniga ja sinna mahub 500 miljonit rhinoviirust. Suurendatud pildil on hästi äratuntavad punased verelibled, kuid viirus on see kõige pisem, peaaegu märkamatu  pikk ribake.