Celem każdego wirusa jest wniknięcie do wnętrza komórki i zmuszenie jej do produkcji nowych wirusów. Jednak skuteczna infekcja to rzadko kiedy dokonanie pojedynczej cząsteczki wirusowej. Misje samotników raczej nie powodują choroby. Wirusy nie tylko polują stadnie, ale też bywa, że różne ich typy wspierają się podczas zakażania komórek.

– Wirusy to największa grupa cząstek biologicznych na Ziemi. Jest ich więcej niż jakichkolwiek zwierząt, roślin i bakterii. Nadal niewiele wiemy o tym niezwykle różnorodnym świecie, a przykładowo różnice między wirusem grypy a koronawirusem SARS-CoV-2 są tak duże jak między kotem i stonogą. Nic dziwnego, że cały czas odkrywamy coś, co nam zaburza dotychczasowy obraz – mówi wirusolog Emilia Skirmuntt, doktorantka na wydziale zoologii Uniwersytetu Oksfordzkiego.

Wirusy atakują zespołowo i potrafią się poświęcić

– Jednym z przykładów grupowej inwazji są wirusy zapalenia wątroby typu B i D. Ten drugi jest niepełno-sprawny – sam z siebie nie potrafi wytworzyć infekcyjnych cząstek. Do komórek może wejść jedynie z wirusem typu B – tzw. helperem, czyli pomocnikiem. Później w komórce wątroby namnażają się oba rodzaje wirusów: i pomocnik, i ten wymagający pomocy – wyjaśnia prof. Krystyna Bieńkowska-Szewczyk, kierownik Zakładu Biologii Molekularnej Wirusów Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii Uniwersytetu Gdańskiego i Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego.

Taka podwójna infekcja to potężne zagrożenie dla wątroby. Zwykle powoduje najcięższą formę przewlekłego wirusowego zapalenia – choroba postępuje błyskawicznie i wątroba obumiera nawet o 10 lat wcześniej, niż gdy zakażenie jest udziałem samego tylko wirusa WZW B. Na szczęście wirus D jest rzadki, zaś skutecznie chroni przed nim szczepienie przeciwko wirusowi zapalenia wątroby typu B.

Z kolei zakażenia wirusem WZW typu C noszą oznaki altruizmu. Wirus ten bardzo szybko mutuje, więc infekcję zwykle przeprowadza armia różnych jego wariantów. Niektóre z nich wywodzą w pole układ immunologiczny – poświęcają się, ściągając na siebie atak komórek odpornościowych. Dzięki temu inne wirusy WZW C mogą atakować komórki wątroby bezkarnie. Mutanty-wabiki same nie potrafią wywołać choroby, ale przyczyniają się do sukcesu zespołu.

Wirusy grypy też ze sobą współpracują

Do współpracy może dochodzić także między różnymi szczepami wirusa grypy sezonowej, choć jak dokładnie się to odbywa, nadal nie wiadomo. Wirusy grypy uchodzą za mistrzów metamorfozy. Z sezonu na sezon zmieniają się w zawrotnym tempie i dzięki temu łatwiej zakażają.

Jednak podczas lawinowo przebiegających mutacji błędy występują masowo, akumulują się i w efekcie w organizmie teoretycznie zakażonym jednym wirusem występują tysiące różnych jego wariantów. A taka sytuacja sprzyja pojawieniu się współdziałania i konkurencji, choć nie są to interakcje zamierzone i celowe, bo wszak mowa nie o wyższym organizmie, ale o cząstce, której formalnie nie uważa się za żywą.

Łatwość, z jaką wirus grypy wywołuje infekcję, według naukowców z amerykańskiego Centrum Badań Onkologicznych Freda Hutchinsona może być właśnie skutkiem wzajemnej pomocy. W laboratorium badano wirusy grypy sezonowej typu H3N2, a konkretnie dwa podtypy tego wirusa – G151 i D151 – różniące się między sobą pojedynczą mutacją białka zwanego neuraminidazą. Kiedy podtypy hodowano osobno, namnażały się gorzej, niż gdy hodowano je razem. Badacze podejrzewają, że to efekt współpracy obu podtypów, gdyż jeden sprawniej wnika do komórki, a drugi jest lepszy w wychodzeniu z niej.

– Wirusy mogą również przygotowywać grunt pod kolejne choroby, tak jak dzieje się w przypadku infekcji wywołanej przez HIV. Sprawia on, że inne wirusy lepiej się rozwijają. Widać to na poziomie pojedynczej komórki i całego organizmu. Oportunistyczne patogeny, na przykład retrowirus T-limfocytotropowy czy wirus opryszczki, namnażają się bez przeszkód, gdyż wirus HIV wywołał wcześniej spadek liczby komórek odpornościowych – tłumaczy prof. Bieńkowska-Szewczyk.

Pęcherzyki wypełnione wirusami roznoszą infekcję po organizmie

Sporym zaskoczeniem było odkrycie, że wirusy mogą przenosić się grupami w pęcherzykach z błony komórkowej zaatakowanej komórki. Taka „jednostka bojowa” może skuteczniej infekować.

 – Te pęcherzyki niosą ze sobą często białka lub lipidy, które wraz z nimi wydostają się na zewnątrz. Gdy taki pęcherzyk dociera do innej komórki, integruje się z jej błoną komórkową – przypomina to nieco łączenie się baniek mydlanych – i przekazuje do jej wnętrza swoją zawartość. Jest to sposób przekazywania informacji na poziomie komórkowym – mówi dr Bożena Szermer-Olearnik z Instytutu Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN we Wrocławiu.

Po raz pierwszy pęcherzyki wypełnione rotawirusami zaobserwowała Amerykanka prof. Nihal Altan-Bonnet z Narodowych Instytutów Zdrowia. Patogeny zajmujące miejsce w takiej bańce są niewidzialne dla układu odpornościowego żywiciela, ponieważ osłania je jego własna błona komórkowa. Nie traktuje zatem pęcherzyków jak obcego obiektu, który należy wyeliminować.

Prof. Altan-Bonnet udało się udowodnić w doświadczeniach na oseskach myszy, że wirusy z takich współpracujących ze sobą zespołów skuteczniej infekują niż te, które próbują wniknąć do komórki pojedynczo. Wspólna podróż sprzyja współdziałaniu między różnymi odmianami mikrobów. Wśród tych korzystających ze zbiorowego transportu są wirusy Zika, zapalenia wątroby, ospy wietrznej, zwykłego przeziębienia oraz norowirusy, które odpowiadają za zatrucia pokarmowe. Prof. Altan-Bonnet jest przekonana, że trzeba wypracować terapie, które przerwą współpracę wirusów – dzięki temu będzie można skuteczniej leczyć choroby przez nie powodowane.

Wirusy ustalają strategię przed rozpoczęciem ataku na bakterie

Prawdziwą bombą były jednak odkrycia społecznej strony życia wirusów atakujących bakterie, tzw. bakteriofagów albo krócej fagów. Dr Rotem Sorek, izraelski genetyk z Instytutu Naukowego Weizmanna, badając występujące w glebie bakteriofagi wpadł na trop wirusowej komunikacji.

Wirusy te mogą albo trwać w trybie „stand-by”, albo błyskawicznie się namnażać, niszcząc zaatakowaną bakterię i rozsiewając się w poszukiwaniu nowych żywicieli. Do tej pory naukowcy sądzili, że zmiana w dynamice rozwoju jest procesem zależącym tylko od warunków panujących w komórce bakteryjnej.

Tymczasem dr Sorek dowiódł, że wirusy aktywnie „dyskutują” nad swoją strategią. Gdy bakteriofag wnika do bakterii, może powodować uwalnianie cząsteczki białka złożonej z zaledwie sześciu aminokwasów. To wiadomość dla innych wirusów. Im więcej bakterii zaatakowanych, tym więcej białka i tym „głośniejszy” sygnał, że wolnych komórek bakteryjnych jest coraz mniej. Fagi wstrzymują wówczas proces namnażania się i przechodzą do fazy uśpienia.

– Ponieważ wirus, który się namnaża, doprowadza do rozpadu komórki bakteryjnej, a wiriony potomne uwalniane są do środowiska, to w sytuacji gdy gospodarza jest mało,  wirus przestaje infekować i oszczędza – tłumaczy dr Bożena Szermer-Olearnik.

Odkrycia dotyczące współpracy między wirusami dają szanse na nowe terapie

Białko, które zmienia strategię faga, nazwano arbitrium i jak sam jego odkrywca przyznaje, jest to spora rewolucja w wirusologii. Ruszyły badania poszukujące arbitrium w środowisku. Wiadomo już, że to białko produkuje co najmniej kilkanaście innych fagów. Każdy z nich prawdopodobnie „mówi” we własnym języku, zatem rozmowa może toczyć się jedynie wśród najbliższych krewnych.

Fagi potrafią natomiast podsłuchiwać informacje przekazywane sobie przez ich ofiary. Biolożka molekularna prof. Bonnie Bassler z Uniwersytetu Princeton odkryła, że wirusy wykorzystują sygnały chemiczne uwalniane przez bakterie, by wybrać najlepszy moment do namnażania się i unicestwiania żywiciela. Naturalne zdolności do molekularnego szpiegostwa odkryto m.in. u fagów, które zakażają przecinkowce wywołujące cholerę.

To wielka szansa na skuteczną walkę z patogenami. Prof. Bassler – wykorzystując metody biotechnologii – stworzyła fagi, które potrafią podsłuchiwać groźne dla zdrowia bakterie Escherichia coli i Salmonella typhimurium. To pierwszy krok do uzyskania zaprogramowanych zabójców dowolnie wybranego gatunku mikroba.

Z kolei dr Sorek ma inny pomysł: gdyby udało się metodami inżynierii genetycznej wprowadzić system produkujący arbitrium do ludzkich wirusów – takich jak HIV czy wirus opryszczki, które wiele lat potrafią trwać ukryte w komórkach – to cząsteczka wywołująca tryb „uśpienia” stałaby się nową terapią na te choroby. A warto pamiętać, że mimo dziesięcioleci badań leków przeciwwirusowych wciąż mamy bardzo mało.