امپراتوری ویروس ها - هدا بلاگ

سیدامین مهناپور/بهار اسفندکمک| یک موجود بیگانه معلق در فضا را در نظر بگیرید. این موجود رشد نمی کند، به هیچ وجه ارتباط و تحرکی تحت انرژی خودش ندارد و بدون یک منزلگاه بی اثر است. ما درباره اش خیلی کم می دانیم جز اینکه وقتی وارد جو سیاره ای که مناسب باشد می شود، آغاز به تولیدمثل می کند.

آیا این موجود، زنده است؟ آیا خطرناک است؟ این موجود ممکن است شبیه به یک موجود باورکردنی به نظر نرسد، اما به طور تقریبی ویروس تعریف می شود، که کمی بیشتر از یک ذره از ماده ژنتیکی است و فقط هنگامی که درون یک میزبان قرار بگیرد، قادر است تولیدمثل کند.

ممکن است ویروس ها بیگانه به نظر برسند، اما آن ها فراوان ترین و به احتمال قوی مهم ترین ارگانیسم ها بر روی زمین هستند. ویروس ها تقریبا همه جا یافت می شوند؛ از اقیانوس ها و جنگل ها گرفته تا افراد اطرافتان و البته درون و روی بدنتان. این جهانی عجیبِ شبه زنده، قلمروِ ویروسی نامیده شده است که به معنای واقعی یک جهانی اسرارآمیز محسوب می شود.

ما در مورد ویروس ها نسبت به هر شکل دیگری از حیات کمتر می دانیم. اما دانش ما در موردشان به سرعت تغییر می کند. عموم مردم معمولا ویروس ها را با عفونت مترادف می دانند و شکی هم وجود ندارد که آن ها باعث برخی از خطرناک ترین بیماری ها ازجمله آبله، ایدز، ابولا و آنفلوانزا هستند.

بااین حال، ویروس ها خیلی فراتر از ماشین هایی با کُشتار بی هدف هستند. توانایی ما در آنالیز مواد ژنتیکی ای که آن ها را ساخته به صورت نمایی بهبود یافته است و در پنج سال گذشته، انواع ویروس های شناسایی شده 20 برابر افزایش یافته است. به علاوه، این مسئله بیش ازپیش روشن شده است که این ارگانیسم های عجیب وغریب و متنوع، نقشی کلیدی در تکامل بازی کرده و ممکن است برای سرچشمه زندگی بسیار حیاتی بوده باشند.

از نظر فراوانی، هیچ گروه دیگری از ارگانیسم ها به پای ویروس ها نمی رسند. یک مطالعه تخمین زده است که جمعیت آن ها در اقیانوس ها به تنهایی به بزرگی 10 به توان 30 است. تحقیق دیگری می گوید که کل جمعیت ویروس ها بر روی کره زمین یک درجه بزرگ تر از آن یعنی 10 به توان 31، یا یک میلیون برابر بیشتر از تعداد ستارگان تخمین زده شده در گیتی است.

طبق پژوهشی که سال گذشته منتشر شد، هرروز 800 میلیون ویروس متصل به ذرات گردوغبار روی هر مترمربع از سطح زمین سقوط می کنند که ما تقریبا هیچ چیزی در مورد بیشترشان نمی دانیم. حتی پرسش همیشگی در مورد اینکه ویروس ها زنده هستند یا نه، اهمیتی ندارد. ماریلین روسینک از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا می گوید: شما به من توضیح بدهید که معنای زندگی چیست آن وقت من به شما می گویم که یک ویروس زنده است یا نه.

یک ویروس هیچ چیز به حساب نمی آید مگر اینکه درون یک میزبان قرار گیرد. این پرسش که آیا این موجودات زنده هستند یا نه، سؤال مهمی نیست. بااین حال ما می دانیم که مدت زمانی که ویروس ها بیرون از میزبان شان می توانند زنده بمانند، خیلی متغیر است. برخی فقط یک ثانیه، درحالی که برخی دیگر می توانند برای دهه ها دوام بیاورند. در این مورد دما یک عامل برجسته است.

در محیط های خیلی داغ، ویروس ها به سرعت نابود می شوند، که این مسئله نشان می دهد که چرا گرم کردن، روشی مؤثر برای از بین بردن آنهاست. حتی تعیین می کند که چرا مردم توانایی گسترش تب در پاسخ به عفونت ها را نتیجه بخش می دانند.

در دما های سردتر، ویروس ها می توانند ماه ها و یا حتی سال ها قبل از اینکه به طور پیروزیت آمیزی یک میزبان را آلوده کنند، زنده بمانند. ویروس واریولا، که به آبله مشهور است، می تواند برای دهه ها در دما های بین 4 و 5 درجه سانتی گراد دوام بیاورد. عوامل دیگری که بقای ویروس ها را تضعیف می کند شامل نور خورشید و مجاورت آن ها با مواد خاص و ارگانیسم ها به ویژه باکتری ها می شود.

ویروس ها مخصوصا به مواد ضدعفونی کننده ای مانند مس حساس هستند. بهارِ فعالیت ویروس ها وقتی است که درون یک میزبان قرار گیرند. میزبان ها می توانند هر موجود زنده ای یا حتی ویروس دیگری باشند. این مسئله یک دهه پیش با کشف ویروسی به نام اسپوتنیک که درون ویروس غول پیکر و پیچیده ای به نام ماما ویروس (ویروس مادر) زندگی می کرد، روشن شد. درون یک سلول، ویروس ماشین آلات زیستی ای را که کم دارد، برای کپی کردن مواد ژنی آن ها ربوده و مورد استفاده قرار می دهد.

اسپوتنیک برای سوخت وساز، با ماما ویروس به رقابت پرداخته و به سرعت تکثیر می شود. این فرایند می تواند در ساعات کمی پس از عفونت آغاز شود. ظرف چند روز، ویروس های تکثیرشده ممکن است در همه سلول های میزبان حضور داشته باشند. برخلاف تصورات پیشینمان، تعاملات بین ویروس و میزبان، تماما یک طرفه نیست: ویروس ها می توانند هم مفید و هم مضر باشند.

قارچ Pseudogymnoascus destructans را در نظر بگیرید که باعث یک بیماری به نام سندروم White nose (بینی سفید) بوده و به شدت جمعیت خفاش های آمریکای شاقتصادی را کم کرده است. وقتی این قارچ به ویروس آلوده می شود، در جهت تکثیر پرشمار هاگ بسیار پیروز عمل می کند. انسان ها نیز از برخی از ویروس ها سود می برند. گروهی به نام باکتریوفاژ ها با از بین بردن باکتری های بیماری زا به خوبی به حفاظت ما کمک می کنند.

پژوهشگران برای درمان عفونت های باکتریایی، استفاده از این فاژ ها را آغاز کرده اند. حتی ویروس ها می توانند جهت تأمین ژن های مورد نیاز برای بقا، بخش مهمی از کد های ژنتیکی میزبان شوند. یک حوزه جدید مطالعاتی به نام بوم شناسی ویروسی، تعاملات مابین ویروس ها و میزبان هایشان را روشن می کند.

برای مثال، میکروبیوم انسان را که مجموعه گسترده ای از میکروارگانیسم هایی است که درون و بر روی هر یک از ما زندگی می کنند، در نظر بگیرید. بدن ما شامل صد ها نوع از سلول های مختلف است. ازجمله این سلول ها آن هایی هستند که سیستم ایمنی پیچیده ما را ساخته و مرتبا در تلاش اند که با ارگانیسم های بیگانه مبارزه کنند.

همه سلول های ما با هزاران یا حتی میلیون ها نوع از ویروس ها و باکتری ها در میکروبیوم مان برهم کنش دارند. این واقعیت را اضافه کنید که این میکروب ها می توانند هم به یکدیگر کمک کرده و هم باهم به رقابت پرداخته و تعداد برهم کنش ها ممکن است بی شمار باشد (نگاه کنید به زندگی اجتماعی ویروس ها). بااین وجود، ما آغاز به دیدن تصویر بزرگ تری از بوم شناسی ویروسی کردیم.

یک مطالعه در سال 2017، اولین نقشه از شبکه های میزبان و ویروس را که حاوی همه گونه های ویروسی شناخته شده تا آن زمان بود، ارائه داد. نویسندگان به توزیع ویروس ها در محیط های مختلف و تحرکاتشان در آن محیط ها نگاهی انداختند (نگاه کنید به ویروس اینجا، ویروس آنجا، ویروس همه جا). همچنین این مطالعه نشان داد که بیشتر ویروس ها محدوده باریکی جهت سکنی گزیدن داشته و فقط یک یا دو نوع میزبان را آلوده می کنند.

مطالعه دیگری در سال 2017 بر روی بخش مبهمی از قلمرو ویروسی پرتو افکند؛ جهانِ کاملِ دیگری از ویروس ها که دامنه ای از ارگانیسم های تک سلولی به نام آرکی را آلوده می کنند.

انواع بی شمار

بااین حال، این تنها نوک کوه یخ است. مدت ها شک داشتیم که آیا ویروس ها، متنوع ترین گروه از ارگانیسم های روی زمین هستند یا نه، اما اکنون تنها مبهم ترین ایده ها را در مورد اینکه چند نوع از آن ها وجود دارد در اختیار داریم. در دو دهه گذشته، انواعشان نسبت به قبل بیشتر شناسایی شد. تا سال 2003، حتی نمی دانستیم که ویروس های غول پیکری وجود دارند که بیش از 1000 ژن دارند. این مقدار را با تعدادِ کمِ 10 ژن در ویروس های کوچک مقایسه کنید.

از آوریل سال گذشته تا به امروز، پژوهشگران 195000 گونه از ویروس ها را شناسایی کرده اند که تقریبا 20 برابر بیشتر از انواع شناخته شده در سال 2015 است. با توجه به اینکه ویروس ها تمایل دارند فقط به چند میزبان اختصاص یابند، احتمالا تنوعشان خیلی بیشتر از همه گونه های گردآوری شده دیگر است. پیشرفت های اخیر در شناخت تنوع ویروس ها به وسیله ظهور متاژنومیک ممکن شده است.

در این روش، پژوهشگران آب دریا و خاک را برداشته و آنالیز می کنند تا ببینند چه مقدار ماده ژنتیکی ویروسی در خود دارد. اما این روش، یک نقطه ضعف دارد. ادوارد هولمز از دانشگاه سیدنی استرالیا می گوید: موضوع ناامیدکننده این است که داده های متاژنومیک، حاوی تعداد زیادی توالی های ناشناخته است که ما آن ها را ماده تاریک می نامیم. درحال حاضر، دانستن اینکه ماده تاریک واقعا چیست، بسیار سخت است.

اختصاصِ ژن ها به گونه ای خاص از ویروس ها حتی سخت تر است، زیرا آهنگ دگرگونی در این ارگانیسم ها باورنکردنی است. هولمز می گوید: جهت آنالیز درست ویروس ها، ما باید قادر به دیدن آن ها باشیم. این مسئله نیازمند نگاهی به ویژگی هایی فراتر از توالی ژنتیکی مانند ساختار پروتئین های ویروس است.

مسئله دیگر برای نقشه برداری از قلمروِ ویروسی آن است که پژوهشگران از چگونگی طبقه بندی ویروس ها مطمئن نیستند. درحال حاضر، آن ها از سیستمی مشابه با آنچه در طبقه بندی همه ارگانیسم ها استفاده می کردند، بهره می برند؛ یعنی دسته بندی و مرتب کردن برحسب نوع، تیره و گونه. تا حالا، کمتر از 5000 ویروس از این طریق طبقه بندی شده اند. علاوه بر این، در میان پژوهشگران، نوعی آگاهی روزافزون وجود دارد که طبقه بندی فعلیِ سیستم، شکاف های گسترده ای داشته و در جا هایی نادرست است.

بااین حال، فشار هایی جهت انجام آن وجود دارد. در ماه مارس، کمیته بین المللی دسته بندی ویروس ها برای طبقه بندی تمام قلمروِ ویروسی فراخوان داد. این کمیته اذعان می کند که این کار مسئولیتی بزرگ است. اما استدلال می کند که مزایای بالقوه بسیار زیادی دارد: وقتی که آن ها را آنالیز کنیم، نمی دانیم که به چه خزانه ای از ویروس های احتمالا بی اهمیت دست پیدا می کنیم، این مسئله در دل طبیعت نوشته شده، اما طبقه بندی ویروس ها یک راه سرراست برای کمک به امروز و حل مسائل جهانی فردا است.

این کار ممکن است بلندپروازانه به نظر برسد، اما موجه است. ویروس ها فقط یک تهدید برای سلامتی و معیشت مردم نیستند، بلکه برای حیات روی زمین ضروری اند. زیست شناسان تکاملی آغاز به درک این موضوع کرده اند که دسترسی به مواد ژنتیکی جدید می تواند به ارگانیسم ها کمک کند که سازگار شده و زنده بمانند. ویروس ها خیلی سریع تر از هر موجود شناخته شده ای دگرگون می شوند؛ یک میلیون برابر سریع تر از موجودی مثل ما.

اگر به آن ها آذوقه ثابتی از مواد ژنتیکی جدید بدهیم، می توانند این ژن ها را با میزبان خود در فرایندی به نام انتقال ژنی هم سطح به اشتراک بگذارند. این مسئله را به مثابه یک بازی دادوستد در نظر بگیرید که در آن بازیکنان می توانند کارت های خود را جهت بهبود دسته ورق شان با هم مبادله کنند.

چیزی طول نمی کشد که هر دو بازیگر به بهترین ترکیب ممکن دست می یابند. اما اگر آن ها می توانستند با بازیکنانی جدید، به سرعت دست ها (ویروس ها) را تغییر دهند، می توانستند دست های رقابتی بسازند. با توجه به اینکه ژنوم ما تقریبا از زمان جنینی تعیین است، انتقال ژنی هم سطح با ویروس ها، به طور مستقیم به یک نفر کمکی نمی کند.

اما مبادله ژن ممکن است به توضیح پیچیدگی حیات روی زمین کمک کند: دگرگونی سریع همراه با توانایی دادوستد ژن، به ارگانیسم ها اجازه می دهد تا به سرعت، تقریبا با هر محیطی سازگار شوند. این مسئله برای اَشکال اولیه حیات بسیار مهم بود و ویروس ها ممکن است نقش مهمی را در پیروزیت شان بازی کرده باشند. بنابراین آموختنِ بیشتر در مورد روابط بین ویروس ها، میزبان ها و محیط شان می تواند بینش هایی کلیدی در مورد تکامل حیات و حتی ریشه های آن به ما ارائه دهد.

علاوه بر این، مطالعه در مورد بوم شناسی ویروسی به فهم و حتی پیش بینی هایمان از بازخورد تعاملات بین ویروس ها و میزبانان شان کمک می کند. فواید این مطالعات وقتی که ما هم جزء میزبان ها هستیم، آشکار است. این پروژه ای در مقیاس بزرگ، معروف به پروژه جهانی وایروم است که هدفش کشف بیشینه تهدیدات ویروسی ناشناخته سیاره مان، جهت پیش بینی این موضوع است که کدام ویروس ها احتمالا به سمت جهش و آلودگی میزبان ها و از بین بردن ما می فرایند.

هولمز می گوید: توالی ژنی یک ویروس به خودی خود هیچ چیزی در مورد احتمال پیدا شدنش در انسان ها به ما نمی گوید. او در ادامه تردید هایی در مورد این پروژه ابراز می کند: نیاز به کار های بیشتری است ازجمله مطالعاتی در مورد اینکه رفتار ویروس ها واقعا چگونه است.

از نظر تاریخی، رویکرد ما نسبت به تحقیقات ویروسی کاملا انسان مدار بوده است. در وهله اول روی ویروس هایی که احتمالا به سلامتی یا رفاه اقتصادی مان آسیب می زدند تمرکز شده بود. اکنون ویروس شناسان استدلال می کنند که این رویه باید تغییر کند.

ما باید با این دیدگاه دارای جهت گیری مان، که ویروس ها ذاتا خطرناک هستند، مقابله کنیم. ما نیاز به درک بیشتری از اینکه ویروس ها واقعا چه هستند، داریم و اینکه از کجا آمده اند و چگونه همواره بر همه جنبه های حیات روی زمین تأثیر می گذارند. باز شدن چشمانمان به روی این جهانی عجیب وغریب، هر چیزی را ممکن می سازد؛ از کمک به جلوگیری از بیماری ها گرفته تا درک سرچشمه های حیات. حتی می تواند به ما بینشی دهد در مورد اینکه جهان طبیعی در آینده احتمالا چگونه تغییر خواهد کرد.