Virus on ihmisen paras vihollinen

Eläimillä esiintyy satoja­tuhansia viruksia, jotka voivat muuntua ja aiheuttaa pandemian. Nyt niiden perimät halutaan kartoittaa. Viruksia pidetään vihollisina, mutta toisaalta niitä on ujuttautunut jo geeneihimme, eikä meitä luultavasti edes olisi olemassa ilman niitä.

Eläimillä esiintyy satoja­tuhansia viruksia, jotka voivat muuntua ja aiheuttaa pandemian. Nyt niiden perimät halutaan kartoittaa. Viruksia pidetään vihollisina, mutta toisaalta niitä on ujuttautunut jo geeneihimme, eikä meitä luultavasti edes olisi olemassa ilman niitä.

Joskus apu tulee odottamattomalta taholta. Uusi koronavirus on tappanut jo satojatuhansia, sairastuttanut miljoonat vakavasti ja mullistanut arjen.

Pandemia on osoittanut sen ihmiskunnan vakavaksi viholliseksi. Toisaalta, kun sitä vastaan jonain päivänä keksitään hoito, sekin voi yllättäen olla viruksen muodossa.

Eläimet ovat ketjun ensimmäinen lenkki

Viruksia on kaikkialla: maassa, merissä ja kaikissa eliöissä, ja 60 prosenttia kaikista ihmisiä vaivaavista tartuntataudeista on covid-19-taudin tavoin alkujaan peräisin eläimiltä.

Tunnetaan 263 eläinvirusta, jotka voivat tarttua ihmiseen, mutta määrä on vain jäävuoren huippu. Laskelmien mukaan tällaisia viruksia on miljoonia.

©

Ystävä

Vaarattomilla viruksilla voidaan rokottaa virustauteja vastaan tai torjua syöpiä tai resistenttejä bakteereja.

©

Vihollinen

Virusinfektiot tappavat miljoonia. Pelkästään influenssaan menehtyy vuosittain maailmassa 650 000 ihmistä.

Uudessa hankkeessa pyritään nyt tunnistamaan kaikki eläinvirukset, jotka saattavat tarttua ihmiseen.

Virusten perimän kartoituksella Global Virome -hankkeen tutkijat pyrkivät erottamaan joukosta ne, jotka luultavimmin aiheuttavat tulevaisuudessa pandemian, ja kehittämään niitä vastaan aseita, esimerkiksi käyttämään muita viruksia rokotteina.

Parhaillaan työstetään tapaa, jolla muut virukset voitaisiin valjastaa koronavirusta vastaan.

Yhdessä lupaavimmista rokotehankkeista koronaviruksen pala on ujutettu vaarattomaan virukseen, ja yhdistelmällä aiotaan opettaa immuunijärjestelmä hankkiutumaan eroon vaarallisesta viruksesta.

Virukset eivät muutu vihollisista ystäviksi vain taistelussa sairauksia vastaan, vaan ne ovat myös erottamaton osa meitä itseämme.

Ihmisen lajinkehityksen aikana virukset ovat iskostuneet osaksi perimäämme niin, että peräti kahdeksan prosenttia geeneistämme on peräisin niiltä. Ihmisiä tai muita nisäkkäitä ei itse asiassa voisi olla olemassakaan ilman niitä ominaisuuksia, joita olemme saaneet viruksilta.

© NIH

Kolme teoriaa virusten synnystä

Kaikki elämä voidaan jakaa kolmeen domeeniin: arkeoneihin, eukaryootteihin ja bakteereihin, joilla kullakin on omat viruksensa. Tutkijat eivät tiedä vielä varmasti, milloin ensimmäiset virukset syntyivät, mutta teorioita on kolmenlaisia.

©

TEORIA 1: Viruksista kehittyi soluja

Maan alkukeitossa muodostui mutkikkaita rna-molekyylejä. Ne pystyivät kopioitumaan ja tuottamaan aminohapoista itselleen proteiinivaipan. Näin syntyivät ensimmäiset virukset, ja osasta niitä kehittyi vähitellen eläviä soluja.

Teorian puolesta: Kaikilla viruksilla on erityisiä geenejä, joita ei esiinny soluissa. Viruksilla täytyy siten olla yhtenäinen alkuperä.

Teoriaa vastaan: Viruksen määritelmässä jo sanotaan, että se voi lisääntyä vain solujen avulla.

©

TEORIA 2: Loiset taantuivat viruksiksi

Osa ensimmäisistä soluista loisi isommissa soluissa. Ajan mittaan loisijat luopuivat sellaisista itselleen tarpeettomista geeneistä, joita oli myös isännällä. Tämän seurauksena niistä tuli hyvin pieniä ja täysin riippuvaisia isäntäsoluista.

Teorian puolesta: Osa viruksista on melko isoja ja muistuttaa geneettisesti pientä bakteeria, joten loisalkuperälle on todisteita.

Teoriaa vastaan: Mitkään nykyään olemassa olevat loiset eivät muistuta elintavoiltaan millään lailla viruksia.

©

TEORIA 3: Osasta solun perimää tuli viruksia

Tiedetään, että osa nykyisten solujen geenijaksoista voi siirtyä toiseen paikkaan genomissa. Ehkä menneisyydessä geeneillä oli kyky irtautua genomista ja siirtyä
solusta toiseen, jolloin niistä saattoi kehittyä viruksia.

Teorian puolesta: Virusten suuria keskinäisiä eroja selittäisi se, että eri domeenien virukset olisivat syntyneet itsenäisesti.

Teoriaa vastaan: Virusten "geenit" eivät ole kaikilta osin solujen geenien kaltaisia, eivätkä virukset siksi polveudu niistä.

Viruksia on ollut jo elämän alussa

Virukset ovat yhtä vanhoja kuin elämä itse, mutta kun niitä vertaillaan bakteereihin tai kehittyneempien eliöiden soluihin, ne ovat rakenteeltaan niin yksinkertaisia, että niitä ei voida pitää elävinä.

Viruksessa ei ole sen perimän lisäksi kuin proteiinista muodostunut kuori, ja ilman solujen apua se ei voisi tehdä mitään. Virushiukkanen ei sisällä elimiä, jolla se voisi kopioida perimäänsä ja tuottaa suojakuorta varten proteiineja.

Sillä ei myöskään ole aineenvaihduntaa toimintoihin vaadittavan energian tuottamiseen. Sen sijaan se valtaa solun ja ottaa haltuunsa sen kopiointikoneiston, jotta se pääsee tartuttamaan uusia soluja.

Vaikka virus ei sinänsä ole elävä, se on niin läheisesti kytköksissä eliöihin, että niillä on pakko olla yhteinen alkuperä.

Useimpien virusten perimä on rna-molekyylin muodossa. Rna-molekyyli tallentaa geneettistä tietoa samaan tapaan kuin dna, mutta lisäksi se hoitaa geneettisen tiedon kopioinnin ja pitää yllä biokemiallisia prosesseja, kuten entsyymien tuotantoa.

8 prosenttia geeneistämme on peräisin ihmiseen tarttuneilta viruksilta.

Osa tutkijoista on siksi sitä mieltä, että rna-molekyyli, joka ilmaantui neljä miljardia vuotta sitten, kun aminohapot alkoivat järjestyä proteiineiksi ja muodostaa ketjuja, on voinut olla ensimmäinen askel kohti elämän syntyä.

Eläinvirukset kartoitetaan

Virus tarvitsee isäntäänsä monin tavoin. Joskus yhteiselo tekee isännän sairaaksi, mutta joskus se voi olla isäntäeliölle vaaratonta tai jopa hyödyllistä. Virus voi esimerkiksi suojella isäntää bakteeri-infektioilta.

Mutkikasta vuorovaikutusta voidaan havainnollistaa koronaviruksella, joka todennäköisimmin on peräisin lepakoilta. Niille se ei aiheuta haittaa ja niissä se voi siksi lisääntyä vapaasti suurina määrinä.

Jossain vaiheessa lepakoiden virus on kuitenkin muuntunut hieman niin, että se on kyennyt tarttumaan ihmisiin. Ihmisen kanssa virus ei kykene rauhalliseen rinnakkaiseloon, vaan voi johtaa vakavaan covid-19-tautiin, joka muun muassa iskee keuhkoihin.

© Shutterstock

Testissä virus ei käy elollisesta

Organismia pidetään elävänä, kun se täyttää kolme perustavaa laatua olevaa ehtoa. Virus ei täytä kuin kaksi niistä.

Solu: läpäisee testin. Virus: läpäisee testin.

Lisääntyminen
Kaikki vanhenee ja rappeutuu ajan mittaan, joten eliön pitää pystyä jollain lailla lisääntymään tai monistamaan itseään.

Solu: läpäisee testin. Virus: läpäisee testin

Sopeutuminen
Elinolot muuttuvat. Eliöiden on sopeuduttava niihin, kehitettävä uusia ominaisuuksia ja siirrettävä niitä seuraavalle sukupolvelle.

Solu: läpäisee testin. Virus: Ei läpäise testiä.

Aineenvaihdunta
Eliön on pystyttävä hajottamaan kemiallisia yhdisteitä saadakseen energiaa, kasvaakseen ja korjatakseen itseään.

Eläimissä kehittyneitä ja niistä ihmisiin siirtyneitä tauteja kutsutaan zoonooseiksi. Zoonoosit aiheuttavat nykyisin 60 prosenttia kaikista tarttuvista taudeista, ja niiden merkityksen ihmisen terveydelle arvellaan vain kasvavan tulevaisuudessa.

75 prosenttia kaikista uusista virustaudeista, kuten covid-19, sars, ebola ja sikainfluenssa, on nimittäin peräisin eläimiltä.

Ihmisen kasvava into ottaa haltuunsa yhä uusia maa-alueita ja luonnonvaroja tuo meidät yhä tiiviimpään kontaktiin viruksia kantavien eläinten kanssa. Tämä kasvattaa riskiä, että uudet virukset siirtyvät eläimistä ihmisiin ja saavat aikaan pandemian.

Kehityskulun ennakoimiseksi kansainvälinen tutkijaryhmä on parhaillaan yhdistänyt voimansa Global Virome -hankkeessa.

Arvioiden mukaan maailmassa on jopa 827 000 vain eläimissä viihtyvää virusta, joilla on mahdollisuus muuntua ihmisiin tarttuvaksi.

Tavoitteena on tunnistaa 99 prosenttia näistä viruksista ja selvittää, missä eläimissä ne viihtyvät ja miten ihmiset voivat joutua niiden kanssa kosketuksiin.

Jyrsijöistä, lepakoista ja linnuista kerätään näytteitä ja etsitään virukset, jotka muodostavat uhan ihmiselle.

© Patrick AVENTURIER/Gamma-Rapho/Getty Images

Hankkeessa aiotaan myös kartoittaa kaikkien virusten täydellinen genomi, jotta niiden tunnistaminen nopeutuu, jos ne jossain vaiheessa alkavat tarttua ihmisiin.

Kartoituksista toivotaan myös selviävän, mitkä viruksista aiheuttavat mahdollisesti vakavimman tai tarttuvimman taudin ihmisille ja mitkä ovat niiden haavoittuvuudet.

Tämä tarjoaa parhaat mahdolliset lähtökohdat lääkeaineiden tai rokotteiden kehittämiseen jo ennen mahdollisen uuden pandemian alkua.

oronapandemia on hyvä esimerkki siitä, miten tärkeää viruksen perimän emäsjärjestyksen tunteminen on.

Sen geneettisen koodin yksityiskohtainen selvittäminen on auttanut osoittamaan viruksen pinnasta proteiinin, joka toimii eräänlaisena avaimena limakalvojen soluihin ja jonka avulla virus infektoi ihmisen.

Kaikilla viruksilla on omat ”avaimensa”, jotka sopivat vain tietynlaiseen lukkoon eli solun pinnalla sijaitsevaan proteiinista muodostuvaan reseptoriin.

Vain, jos avain sopii lukkoon, virus pääsee solun sisään ja voi siirtää sinne rna:sta tai dna:sta koostuvan genominsa, joka sisältää ohjeet uusien virushiukkasten tuottamiseen.

Hyökkäyksen kohteeksi joutunut solu ei osaa erottaa viruksen perimää omastaan vaan se alkaa pahaa aavistamatta toimia viruksen laskuun ja monistaa sitä sisällään.

Lopulta valmiit virushiukkaset puhkaisevat solun ja siirtyvät seuraavien solujen kimppuun. Infektoituneet solut kuolevat siten liikarasitukseen ja hajoamiseen.

Virukset voivat periytyä lapsille

Retroviruksiksi kutsuttu ryhmä ei tyydy vain ottamaan tilapäisesti isäntäsolun tuotantokoneistoa haltuunsa, vaan se ymppää oman perimänsä isäntäsolun genomiin.

Tällaisia viruksia ovat hiv ja herpesvirus, joista ei koskaan pääse eroon siinä vaiheessa, kun tartunta on tapahtunut.

Jos nämä virukset pääsevät tarttumaan sukusoluihin, infektio voi siirtyä seuraaville sukupolville. Näin on ilmeisesti käynyt useasti ihmisen kehityshistorian aikana.

Ihmisen perimässä on viruksilta peräisin olevia geenejä, jotka ehkä ovat vaikuttaneet istukan kehittymiseen.

© LENNART NILSSON/TT/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Kahdeksan prosenttia ihmisen perimästä koostuukin aikojen alussa ihmisen perimään liittyneestä virusten dna:sta.

Yleensä immuunijärjestelmä pitää tällaiset piilevät virusinfektiot tiukasti kurissa, mutta joissakin tapauksissa ne voivat alkaa oireilla ja aiheuttaa esimerkiksi autoimmuunisairauksia tai syövän.

Perityt virukset ovat voineet näytellä merkittävää roolia ihmisen kehityshistoriassa. Osalla retroviruksista on nimittäin kyky tukahduttaa immuunijärjestelmän toimintaa, mistä hi-virus on hyvä esimerkki.

Joidenkin teorioiden mukaan tämä ominaisuus on ollut ratkaisevan tärkeää sille, että nisäkkäille on muodostunut istukka.

Istukassa äidin ja sikiön kudokset joutuvat läheiseen tekemiseen toistensa kanssa, jolloin sikiölle kohtalokkaan immuunireaktion riski kasvaa.

Nisäkkäiden istukassa toimivat kuitenkin hyvin aktiivisesti viruksilta perityt geenit, jotka auttavat ehkäisemään hylkimisreaktiota.

Samat virukset ovat voineet vaikuttaa istukan ilmaantumiseen nisäkkäille noin 66 miljoonaa vuotta sitten.

Herpesvirus torjuu syöpää

Yleensä virusinfektio tietää huonoa tartunnan saaneille soluille, mutta joissakin tapauksissa siitä voi olla hyötyä ja se voi jopa pelastaa henkiä.

Jo 1800-luvun lopulla havaittiin, että syöpäpotilaiden tila koheni, kun heihin tarttui nuhakuumetta tai herpestä aiheuttavien virusten sukulainen.

60 prosenttia kaikista ihmisen tartuntataudeista on alun perin saatu eläimiltä. Virustautien kohdalla osuus on 75 prosenttia. Esimerkiksi koronavirus on luultavasti peräisin lepakolta.

© Jeremy Selwyn/Ritzau Scanpix

Sittemmin on osoitettu, että nämä virukset ovat erityisen persoja syöpäsoluille ja että joissakin tapauksissa ne vahingoittavat enemmän syöpäsoluja kuin terveitä soluja.

Joidenkin virusten syövältä suojaava ominaisuus on poikkeus, ja useimmat virukset aiheuttavat terveille soluille sellaisia vaurioita, että niistä kehittyy syöpäsoluja.

Maailman terveysjärjestö WHO arvioikin, että noin 18 prosenttia kaikista syöpätapauksista johtuu virusinfektiosta.

Syy siihen, että osa viruksista voi suojata ihmistä syövältä, johtuu muun muassa siitä, että syöpäsoluissa on usein mutaatioita, jotka vaikeuttavat niiden jäämistä immuunijärjestelmän haaviin.

Mutaatioilla on myös sellainen sivuvaikutus, että syöpä­solut kiinnostavat viruksia ja virusten on helpompi käydä niiden kimppuun. Tätä on osattu käyttää lääketieteessä hyväksi.

Vuonna 2015 Euroopassa ja Yhdysvalloissa terveysviranomaiset hyväksyivät melanooman hoitoon muunnellun herpesviruksen.

Ihmiskokeissa testataan jo myös useiden muiden viruksien tehoa muun muassa aivosyöpään ja kurkunpäänsyöpään.

Viruksilla voidaan myös torjua antibiooteille vastustuskykyisten bakteerien aiheuttamia vakavia tulehduksia

0,03 prosenttia eläinviruksista, jotka voivat ehkä tarttua ihmisiin, tunnetaan.

Bakteriofagiksi, faagiksi tai fagiksi kutsuttu virustyyppi käy pelkästään bakteerien kimppuun, ja se on niin tehokas, että infektoituneet bakteerit kirjaimellisesti räjähtävät kappaleiksi muutamassa minuutissa.

Fagiterapiakokeiluja tehtiin jo 1900-luvun alussa, mutta menetelmä unohtui pian, kun bakteeritulehduksia alettiin hoitaa penisilliinillä ja muilla antibiooteilla 1940-luvulla.

Nyt kiinnostus fagiterapiaa kohtaan on taas kasvussa, kun antibioottiresistenssi yleistyy bakteereilla.

Ravintoketjut riippuvat viruksista

Virusten kyky räjäyttää bakteereja ja muita soluja rikki on tärkeä myös ekosysteemeille. Ilmiön vaikutusta on tarkkailtu etenkin vesien ekosysteemeissä, joissa viruksia on lähes kaikissa ravintoketjujen osissa.

Niissä virukset kantavat päävastuun ravintoaineiden vapauttamisesta levistä, planktonista ja bakteereista infektoimalla niitä ja räjäyttämällä niiden soluja rikki.

Eliöille itselleen tämä voi olla haitallista, mutta tällöin ravinto­aineet vapautuvat niistä uusien eliösukupolvien käyttöön.

Antibiooteille vastustuskykyiset bakteerit ovat kasvava ongelma. Ongelma voidaan ratkaista bakteereja tappavilla viruksilla. Nämä bakteriofagit räjäyttävät bakteerin kopioimalla itseään sen sisällä.

© Sara hougaard bagge & Great Ormond Street Hospital & Shutterstock

Virus iskee bakteerin kimppuun

Bakteriofagi asettuu ihmiselle sairauden aiheuttavan bakteerin pinnalle. Se ampuu perimänsä bakteerin sisään soluseinän läpi.

© Sara hougaard bagge

Bakteeri alkaa tuottaa viruksesta kopioita

Bakteeri ei erota omaa perimäänsä bakteriofagin perimästä. Se alkaa automaattisesti tuottaa uusia bakteriofageja perimän ohjeiden perusteella.

© Sara hougaard bagge

Uudet virukset saavat bakteerin räjähtämään

Lopuksi bakteerin sisällä on niin paljon bakteriofagin kopioita, että se räjähtää. Uudet bakteriofagit alkavat etsiä uhrikseen lisää samanlaisia bakteereja.

Kokeissa on havaittu, että snapsilasillinen merivettä voi sisältää jopa 254 erilaista virusta. Vuonna 2019 julkaistiin tutkimus, jossa oli otettu vesinäytteitä 80 paikasta eri puolilla valtameriä ja jossa löydettiin näytteistä 195 728 erilaista virusta. 90 prosenttia niistä oli tieteelle täysin tuntemattomia.

Tutkimus osoitti, että tunnemme vain häviävän pienen osan maailman viruksista. Global Virome -hankkeella onkin edessään haasteellinen tehtävä.

Vesien virukset eivät ole ainoa uhka, vaan vaarallisia viruksia voi piillä myös linnuissa ja maanisäkkäissä. Näidenkin kahden eläinryhmän virusten kartoitus on valtava urakka.

Virusten olemassaolo eläimissä voidaan selvittää esimerkiksi eristämällä geenisekvenssejä niiden ulosteesta tai ruumiinnesteistä.

On arvioitu, että pelkästään näissä kahdessa eläinryhmässä elää noin 1,67 miljoonaa tähän asti tuntematonta virusta.

Brittiläinen Isabelle Holdaway on ensimmäinen, jonka henki on saatu pelastettua muuntogeenisillä bakteriofageilla. Ne tappoivat resistentit bakteerit tytön maksasta ja keuhkoista.

© Great Ormond Street Hospital

Ennen hoitoa

Isabellen henki oli vaarassa sitkeän maksaan levinneen bakteerin vuoksi.

© Great Ormond Street Hospital

Hoidon jälkeen

Jo kuuden viikon hoidon jälkeen infektiopesäkkeet olivat lähes poissa.

Tutkijat ovat selvittäneet kaikki tunnetut suhteet virusten ja isäntien välillä ja verranneet tuloksia tietoihin aiemmista zoonoosien aiheuttamista virusepidemioista.

Kun tämä data on analysoitu algoritmeilla, on saatu selville, että lähes puolella näistä viruksista eli jopa 827 000:lla on mahdollisuus muuntua ihmisiin tarttuvaksi.

Nyt siis tunnetaan vasta 0,03 prosenttia viruksista, jotka voivat jonain päivänä tarttua meihin.

Global Virome -hankkeen tutkijat saavat paiskia armottomasti töitä. Tavoitteen saavuttaminen kestää laskelmien mukaan kymmenen vuotta ja maksaa 1,2 miljardia dollaria.

Katso, miten virusten metsästäjät keräävät uusia vaarallisia viruksia eläimistä.

Rahat ja vaivannäkö eivät kuitenkaan valu hukkaan, jos hankkeella voidaan estää yksikin uusi pandemia tai lievittää sen seurauksia: esimerkiksi koronapandemian loppulaskun maailmalle odotetaan kohoavan ainakin 5 000 miljardiin dollariin.

Covid-19 on osoittanut virusten ja ihmisen yhteiselon nurjan puolen. Viruksilla on kuitenkin kahdet kasvot, ja kunnianhimoisessa hankkeessa verrattomasta vihollisesta paljastuu ehkä uusia yllättäviä puolia.