Kerrataanpa ensin mitä me olemme oppineet viimeisen kahden koronavuoden aikana viruksista. Virukset siirtyvät ihmisiin eläimistä: lintuinfluenssa linnuista, sikainfluenssa siasta, espanjalainen ilmeisesti linnuista, HIV ilmeisesti vihreistä apinoista ja Covid-19 taudin aiheuttama SARS-CoV-2 virus lepakosta (koronavirus). Riippumatta siitä onko ihminen manipuloinut sitä matkalla on SARS-CoV-2 viruksen juuret silti lepakoissa kuten monen muunkin vastaavan koronavirusperheen viruksen.
(Korona)virus itsessään ei voi lisääntyä, koska sillä ei ole perimän kopioimiseen tarvittavaa proteiinikoneistoa. Siksi jotkut sanovat, että virus ei ole elävä, mutta kuten voimme todeta korona-ajasta, on se hyvinkin eläväinen. Siten viruksen on päästävä soluun sisälle kopioitumaan. Ilman tätä se lakkaa leviämästä ja olemasta niin eläväinen. Soluun päästyään se 'kaappaa' solun kopiointikoneet haltuunsa ja muodostaa villisti kopioita itsestään kunnes solu hajoaa ja uudet virukset vapautuvat muiden solujen kiusaksi.
Olemme myös oppineet, että sana korona tulee sen kruununmuotoisesta piikkiproteiinista. Tämä on ikään kuin viruksen avain, jolla se tunkeutuu solu sisälle. Mitä paremmin 'avain' sopii solun reseptoriin sitä vaivattomammin se pääsee solun sisälle. Tämä piikkiproteiini on kuitenkin niin sanottu epäspesifinen proteiini eli sen ei tarvitse sopia täydellisesti reseptoriin toimiakseen. Siksi muutokset tähän 'avaimeen' saattavat tehdä siitä vielä paremmin sopivan ja siten hanakamman tunkeutujan.
Mutaatiot muuttavat virusta
Muutokset spesifiseen proteiiniin tekevät siitä yleensä aina huonommin toimivan. Otetaan vertauskuva vaikkapa polkupyörästä: rattaiden piikkien väli pitää olla lähes täsmälleen sama (spesifi) kuin ketjujen lenkkien väli. Pienikin muutos rattaiden piikkien etäisyyteen toisistaan ja ne eivät enää sovi ketjuun ja etenemisestä tulee vaivalloista kun ketju ei vedä kunnolla jos lainkaan. Sen sijaan satula voi olla kovinkin eri muotoinen ja silti ajaminen yhä onnistuu.
Koronavirus mutatoituu hyvin herkästi kuten kaikki RNA-virukset. SARS-CoV-2 virukselle näitä mutaatioita on rekisteröity jo kymmeniätuhansia ja joitakin laajalle levinneitä mutaatiosarjoja on myös nimetty kuten kuuluisat delta ja omikron variantit. Tarkkaan ottaen kaikki rekisteröidyt delta tai omikron variantit eivät ole läheskään samanlaisia, koska virus mutatoituu kokoajan, mutta niissä on tietty tunnistettava samankaltaisuus RNA-sekvensseissä.
Mutaatio on RNA sekvenssissä olevien nukleotidien, joita merkataan A, U, C ja G kirjaimilla, muuttuminen toiseksi. Esimerkiksi aluksi jokin 'pätkä' RNA-sekvenssiä on vaikkapa CCG-GAA-UUA mutta mutaation ansiosta siitä tuleekin CCG-AAA-UUA.
Voidaan ajatella, että mutaatioita tulee satunnaisesti sinne tänne. Tarkkaan ottaen niiden esiintyminen todellisissa viruksissa ei ole täysin satunnaista, koska RNA:ssa on niin sanottuja kuumia alueita, joihin mutaatioita tulee helpommin monen tekijän yhteisvaikutuksesta. Taas toisaalta mutaatio johonkin paikkaan on niin fataali, että sellainen virus ei enää elä, joten käytännössä virusta, jossa mutaatio olisi fataalissa paikassa, ei tule vastaan. Lisäksi kemia vaikuttaa niin, että tietyt reaktiot tapahtuvat helpommin kuten vedenvaikutuksesta C:n muuttuminen U:ksi.
Nyt kun mutaatioita tulee epäspesifiseen proteiiniin kuten piikkiproteiiniin, niin sen voi alkaa sopimaan paremmin ihmisen solun reseptoriin ja tunkeutumaan tehokkaammin eli tarttumaan helpommin. Samanaikaisesti kuitenkin mutaatiokuorma muualla viruksessa kasvaa koko ajan. Nämä mutaatiot spesifisille proteiineille ovat siis haitallisia ja ne alkavat toimimaan huonommin (polkupyörän ratas). Eli vaikka virus saattaa levitä nopeammin ja laajemmalle tunkeutumiskykynsä ansiosta, se ei lisäänny yhtä tehokkaasti tai jokin muu sen ominaisuus heikkenee. Tällöin ihmisen immuunipuolustusjärjestelmä tuhoaa viruksen helpommin ja tauti ei ole enää niin paha sairastaa.
Näistä mutaatioista johtuen virus lopulta häviää maapallolta. Joka sukupolvi kertyneiden mutaatioiden ansiosta vie virusta kohti tuhoa. Matkan varrella saattaa lyhytaikaisesti näyttää siltä, että olosuhteista johtuen, virus olisi kehittynyt ikään kuin tehokkaammaksi ja yhä pahemmaksi. Lyhytaikaisesti näin voi viruksen elinkaaressa ollakin, mutta koko kehityksen kannalta, se kuitenkin lopulta korruptoituu mutaatioista niin pahasti, että sen 'elinkelpoisuus' katoaa.
 |
| Esimerkki spesifisen proteiinin mutaatiosta, joka rikkoo sen toiminnalisuuden. Vasemmalla on alkuperäinen ehjä proteiini, joka pystyy kokoamaan valmiita tuotteita raaka-aineesta. Oikealla proteiinin tarttumapään varren yksi aminohappo on muuttunut toiseksi ja se ei enää pysty kohdistamaan toimintaansa oikein, jolloin valmiiden tuotteiden koostaminen ei enää onnistu. Solu kärsii tästä mutaatiosta, kun yksi sen tarvitsema aine ei enää ole saatavilla. |
Sikainfluenssa, H1N1 ja geneettinen entropia
Esimerkki tällaisesta kehityksestä on sikainfluenssa ja sen aiheuttama H1N1-virus. Se aiheutti pandemian ensimmäisen kerran vuonna 1918 ja katosi lopulta vuonna 1957. Sen jälkeen se karkasi tutkijoilta 1976 ja esiintyi siellä täällä 33 vuotta, kunnes hävisi lopulta vuonna 2009. Jokaisella ilmestymiskerrallaan se oli yhä heikompi: vuoden 1918 pandemiassa kuolonuhreja oli paljon kun taas vuonna 2009 se oli melko 'vaisu'. Kuvassa alla näkyy miten se mutatoitui. Tutkimuksen mukaan jopa 10% sen genomista oli muuttunut vuosikymmenien aikana.(1)
 |
| Siniset pisteet kertovat kunka monta mutaatiota H1N1 viruksessa löytyi viitteen 1 tutkimuksena minäkin vuonna. |
Mutaatiot H1N1 viruksessakaan eivät olleet täysin satunnaisia. A ja U kirjainten määrä kasvoi, kun taas C ja G kirjainten määrä väheni. Näin ei pitäisi evoluutioteorian mukaan olla, sillä tämä osoittaa suuntaa ja tarkoittaisi sitä, että genomissa jo alun perin pitäisi olla voimakas painotus tähän suuntaan.
Viruksen heikkenemistä kutsutaan geneettiseksi entropiaksi. Se tarkoittaa, että perimä pikkuhiljaa matkaa kohti suurempaa epäjärjestystä kuten koko maailmankaikkeuskin. (2) Mutaatiot koituivat H1N1 viruksen kohtaloksi.
Koronaviruksen kohtalo
Voi olla, että SARS-CoV-2:lle on käymässä samoin - tosin yllättävän nopeasti. Näyttää siltä, että omikron variantti on selkeästi heikomman taudin aikaansaava. Jos todella näin on, niin se on ikään kuin aikainen joululahja. Koska se samalla leviää nopeammin, se syrjäyttää muut variantit. Seuraavat mutaatiot tekevät siitä yhä heikomman ja lopulta sen matka tyssää. Toivotaan että asia on näin - aika näyttää miten käy.
On toki mahdollista ja todennäköistäkin, että tämän jälkeen toisaalta nousee pintaan vähemmän mutatoitunut variantti. Ajan kuluessa kuitenkin siihenkin kertyy mutaatioita kuin ruostetta autoon ja sekin lopulta häviää.
Omikronin piikkiproteiinissa on noin kolmekymmentä mutaatiota ja koko genomissa noin 60 mutaatiota. Piikkiproteiini on karkeasti neljännes kaikista nukleotideistä. Tästä nähdään, että mutaatiot eivät jakaannu satunnaisesti sinne tänne genomiin, vaan piikkiproteiini on alue, joka sallii mutaatioita, mutta esimerkiksi alueet, joissa on proteiinikoneet RNA:n kopioimiseksi, eivät kestä mutaatioita samassa mitassa.
Mihin viruksia tarvitaan?
Suurin osa viruksista on hyödyllisiä. Ne rajoittavat bakteerien helposti eksponentaaliseksi muodostuvaa leviämistä. Meissä ihmisissä on enemmän bakteerisoluja kuin omia soluja ja viruksia vielä sitäkin enemmän. Jos ei olisi viruksia rajoittamassa niiden lisääntymistä, täyttäisivät ne elimistön nopeasti.
Viruksia on kaikkialla luonnossa. Esimerkiksi ankat kantavat influenssaviruksia. Jos olet ollut uimassa luonnonvesissä, jossa ankat uivat, olet varmasti uinut keskellä 'influenssavirusmerta'. Ne eivät normaalisti ole vaarallisia, mutta aina välillä mutaatioiden avulla ne pystyvät tunkeutumaan ihmisen soluihin ja lisääntyvät siellä, jolloin niistä seuraa sairastuminen.
Miten haitallisia viruksia syntyy?
Jos kerran mutaatiot eivät lopultakaan synnytä uusia sellaisia viruksia, joka olisivat kehittyneempiä, niin mistä niitä sitten ilmestyy? Ja miksi virus aluksi oli vakavampi kuin nyt? Ilmeisesti tässä merkittävin tekijä on virusten horisontaalinen geeninsiirto. Eli jos samaan soluun pääsee kaksi eri viruskantaa yhtä aikaa, saattaa syntyä uusi viruskanta, jonka perimä on yhdistelmä molemmista. Tällainen virus voi sitten toimia aluksi hyvinkin tehokkaasti. (Joku voi pitää tätä myös mutaationa, mutta se on olemassa olevan tiedon yhdistelemistä, ei olemassa olevan tiedon muuttamista.)
Kaikesta tästä kuitenkin näemme, että mutaatiot eivät voi toimia evoluution moottorina. Virus kyllä muuntelee, mutta tietyissä rajoissa ja lopulta se korruptoituu niin pahoin, että menettää elinkykynsä. Siitä ei sittenkään kehity mitään uutta elämää. Siksi tämäkin epidemia eräänä päivänä häviää mutaatioiden ja ihmisen vastustuskyvyn ansiosta.
Evoluutiomallin mukaan luonnonvalinnan pitäisi karsia pois huonontavia mutaatioita ja taas suosia parempia. Virusepidemiat hyvin osoittavat, että tämä ei käytännössä pidä paikkaansa. Virukseen kertyy mutaatioita tuhansittain kunnes sen voima vaimenee. Valinta vaikuttaa aina kokonaiseen yksilöön ja jos viruksella on mutaatio, mikä tekee siitä tarttuvamman, se leviää vauhdikkaasti. Samanaikaisesti siinä on kuitenkin mukana suuri joukko heikentäviä mutaatioita, jotka tekevät siitä vähemmän vaarallisen. Näin ihmisen immuunipuolustus oppii viruksen ilman vaurioita. Se on ikään kuin rokote itseään vastaan (eräät rokotteet sisältävät heikennettyä virusta).
Viitteet:
1. Tutkimus sikainfluenssa H1N1-viruksen mutatoitumisesta https://www.researchgate.net/publication/232245345_A_new_look_at_an_old_virus_Patterns_of_mutation_accumulation_in_the_human_H1N1_influenza_virus_since_1918
2. Geneettinen entropia: https://www.geneticentropy.org/whats-genetic-entropy
3. Lisää mutaatioista: http://mistametulemme.blogspot.com/2018/06/71-mita-mutaatio-todella-tekevat.html
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti