W całej historii naszej planety ludzie współistnieją z bakteriami i wirusami. Szukaliśmy sposobów na przeciwstawienie się dżumie dymieniczej i ospie, aw odpowiedzi szukali sposobów na zarażenie nas. Stosujemy antybiotyki od prawie wieku, odkąd Alexander Fleming odkrył penicylinę. W odpowiedzi bakterie rozwinęły oporność na antybiotyki. Nie ma końca bitwie. Spędzamy tak dużo czasu z patogenami, że na zmianę kijamy się nawzajem. Jednak co się stanie, jeśli nagle napotkamy śmiercionośne bakterie i wirusy, których nie widziano od tysięcy lat lub których nigdy nie widziano?
Być może wkrótce się dowiemy. Zmiany klimatyczne powodują topnienie wiecznej zmarzliny, która była zamarznięta przez tysiące lat, a gdy gleba topi się, pojawiają się starożytne wirusy i bakterie, które ożywają i wracają do życia.
W sierpniu 2016 r. W odległym zakątku syberyjskiej tundry, na Półwyspie Jamał, zmarł 12-letni chłopiec, a co najmniej 20 osób zostało hospitalizowanych po zarażeniu się wąglikiem.
Sugerowano, że ponad 75 lat temu jelenie zakażone wąglikiem zdechły, a jego zamarznięty szkielet został uwięziony pod warstwą zamarzniętej gleby, pod wieczną zmarzliną. Pozostał tam do lata 2016 r., Kiedy to wieczna zmarzlina topniała z powodu intensywnych upałów. W ten sposób wypuściła zwłoki jelenia i zakażenie wąglikiem do najbliższych wód i gleby, a następnie do zapasów pożywienia. Ludzie są zagrożeni.
Przerażające jest to, że może to nie być odosobniony przypadek.
Ziemia rozgrzewa się i rozmraża więcej wiecznej zmarzliny. W normalnych warunkach powierzchniowe warstwy wiecznej zmarzliny o głębokości około 50 cm topią się każdego lata. Ale globalne ocieplenie stopniowo odsłania stare warstwy wiecznej zmarzliny.
Film promocyjny:
Zamarznięta wieloletnia gleba jest idealnym miejscem dla bakterii do przetrwania przez długi czas, być może miliony lat. Oznacza to, że topniejący lód może potencjalnie otworzyć puszkę chorób Pandory.
Temperatury na kole podbiegunowym rosną szybko, około trzy razy szybciej niż w pozostałej części świata. Mogą również pojawić się inne czynniki zakaźne.
„Wieczna zmarzlina jest wspaniałym opiekunem zarazków i wirusów, ponieważ jest zimna, ciemna i brakuje tlenu” - mówi biolog ewolucyjny Jean-Michel Claverie z Uniwersytetu Aix-Marseille we Francji. „Wirusy chorobotwórcze, które mogą zarażać zwierzęta i rośliny, mogły być przechowywane w starych warstwach wiecznej zmarzliny, w tym tych, które w przeszłości spowodowały globalne epidemie”.
Tylko na początku XX wieku z powodu wąglika zmarło ponad milion reniferów. Na północy nie jest łatwo wykopać głębokie groby, dlatego większość zwłok została zakopana blisko powierzchni, w 7000 rozproszonych grobach w północnej Rosji.
Co jeszcze można ukryć pod zamarzniętą ziemią?
Ludzie i zwierzęta są grzebani w wiecznej zmarzlinie od setek lat, więc możliwe jest, że mogą wydostać się również inne czynniki zakaźne. Na przykład naukowcy znaleźli fragmenty RNA wirusa hiszpańskiej grypy w zwłokach masowo zakopanych w tundrze na Alasce. Na Syberii chowa się także ospę i dżumę dymieniczą. W badaniu z 2011 roku Boris Revich i Marina Podolnaya napisali: „W wyniku topnienia wiecznej zmarzliny mogą powrócić wektory śmiertelnych infekcji z XVIII i XIX wieku, szczególnie w pobliżu cmentarzy, na których chowano ofiary tych infekcji”.
XIX wieku na Syberii miała miejsce poważna epidemia ospy. Jedno miasto straciło do 40% swojej populacji. Ciała zakopano pod górną warstwą wiecznej zmarzliny nad brzegiem Kołymy. Po 120 latach powodzie rzeki Kołymy zaczęły erodować brzegi, a topnienie wiecznej zmarzliny przyspieszyło ten proces erozji.
W ramach projektu, który rozpoczął się w latach 90. XX wieku, naukowcy z Państwowego Centrum Naukowego Wirusologii i Biotechnologii w Nowosybirsku zbadali szczątki ludzi z epoki kamiennej znalezione na południowej Syberii w regionie Ałtaju. Przebadali także próbki zwłok ludzi, którzy zmarli podczas epidemii wirusów w XIX wieku i zostali pochowani w wiecznej zmarzlinie Rosji.
Naukowcy twierdzą, że znaleźli ciała z wrzodami charakterystycznymi dla śladów ospy. Chociaż nie znaleźli samego wirusa ospy, znaleźli fragmenty DNA.
Oczywiście nie jest to pierwszy raz, kiedy bakterie zamrożone w lodzie ponownie ożywają.
W badaniu z 2005 roku naukowcom z NASA udało się ożywić bakterie uwięzione w zamarzniętym stawie na Alasce przez 32 000 lat. Mikrob o nazwie Carnobacterium pleistocenum został zamrożony od plejstocenu, kiedy po Ziemi wciąż wędrowały mamuty włochate. Gdy tylko lód się stopił, znowu zaczęli pływać, jakby nic się nie stało.
Dwa lata później naukowcom udało się ożywić bakterię sprzed 8 milionów lat, która spała w lodzie pod lodowcem w dolinach Beacon i Mullins na Antarktydzie. W tym samym badaniu bakterie odzyskano z lodu mającego ponad 100 000 lat.
Jednak nie wszystkie bakterie mogą powrócić do życia po zamrożeniu w wiecznej zmarzlinie. Bakterie wąglika mogą to zrobić, ponieważ tworzą niezwykle wytrzymałe zarodniki, które mogą żyć zamrożone przez bardzo długi czas.
Inne bakterie, które mogą tworzyć zarodniki, a tym samym przetrwać w wiecznej zmarzlinie, to tężec i Clostridium botulinum, który jest odpowiedzialny za botulizm, rzadką chorobę, która może powodować paraliż i śmierć. Niektóre grzyby mogą również przetrwać w wiecznej zmarzlinie przez długi czas.
Niektóre wirusy mogą również przetrwać przez długi czas.
W badaniu z 2014 roku naukowcy pod kierunkiem Claveri ożywili dwa wirusy uwięzione w wiecznej zmarzlinie Syberii przez 30 000 lat. Znane jako Pithovirus sibericum i Mollivirus sibericum, są uważane za „gigantyczne wirusy”, ponieważ w przeciwieństwie do większości wirusów są tak duże, że można je zobaczyć pod normalnym mikroskopem. Znaleziono je na głębokości 30 metrów w tundrze przybrzeżnej.
Wirusy zaraziły się zaraz po przebudzeniu. Na szczęście dla nas te konkretne wirusy infekują tylko jednokomórkowe ameby. Jednak badania sugerują, że inne wirusy, które mogą zarazić ludzi, również mogą się odrodzić.
Co więcej, globalne ocieplenie nie musi topić wiecznej zmarzliny, aby stanowić zagrożenie. W miarę topnienia lodu morskiego Arktyki północne wybrzeże Syberii staje się łatwiejsze do osiągnięcia drogą morską. Oczywiście jego rozwój przemysłowy staje się coraz bardziej opłacalny, w tym wydobycie złota i minerałów, wiercenie szybów naftowych i wydobywanie gazu ziemnego.
„W tej chwili te obszary są puste i nikt nie dotyka głębokich warstw wiecznej zmarzliny” - mówi Claverie. „Ale te starożytne warstwy można uzyskać podczas prac wykopaliskowych i wiertniczych. Jeśli nadal żyją tam zdolne do życia wiriony, będzie to katastrofa."
Gigantyczne wirusy mogą być najbardziej prawdopodobnymi sprawcami epidemii wirusów.
„Większość wirusów ulega szybkiej inaktywacji poza komórkami gospodarza z powodu światła, wysychania lub spontanicznej degradacji biochemicznej” - mówi Claverie. „Na przykład, jeśli ich DNA jest uszkodzone i nie można go naprawić, wirusy przestają być zakaźne. Jednak wśród znanych wirusów gigantyczne wirusy są zwykle bardzo wytrzymałe i trwałe”.
Claverie twierdzi, że mogą pojawić się wirusy od najwcześniejszych ludzi zamieszkujących Arktykę. Możemy nawet zobaczyć wirusy dawno wymarłych gatunków hominidów, takich jak neandertalczycy i denisowianie, którzy osiedlili się na Syberii i byli narażeni na różne choroby wirusowe. W Rosji znaleziono szczątki neandertalczyków w wieku 30-40 000 lat. Mieszkały tam ludzkie populacje, chorowały i umierały od tysięcy lat.
„Możliwość zarażenia się wirusem od dawno wymarłego neandertalczyka sugeruje, że pomysł, że wirusa można„ usunąć”z planety, jest błędny i daje nam fałszywe poczucie bezpieczeństwa. Dlatego zapasy szczepionek należy zachować na wszelki wypadek.”
Od 2014 roku Claverie analizuje zawartość DNA w wiecznej zmarzlinie w poszukiwaniu sygnatury genetycznej wirusów i bakterii, które mogą zakażać ludzi. Znalazł wiele bakterii, które mogą być niebezpieczne dla ludzi. Bakterie mają DNA, które koduje czynniki wirulencji: cząsteczki wytwarzane przez chorobotwórcze bakterie i wirusy, które zwiększają ich zdolność do zakażania żywiciela.
Zespół Claverie odkrył również kilka sekwencji DNA, które wydają się pochodzić od wirusów, w tym opryszczki. Ale nie znaleziono jeszcze śladów ospy. Z oczywistych powodów nie próbowali ożywić żadnego z patogenów.
Możliwe, że patogeny, do których ludzie już się przyzwyczaili, mogą objawiać się w innych miejscach, a nie tylko z lodu lub wiecznej zmarzliny.
W lutym 2017 roku naukowcy z NASA powiedzieli, że znaleźli drobnoustroje mające 10-50 000 lat w kryształach w meksykańskiej kopalni. Bakterie te znajdowały się w Cave of Crystals, części kopalni w Naiza w północnym Meksyku. Jaskinia zawiera wiele mlecznobiałych kryształów minerału selenitu, który tworzył się przez setki tysięcy lat.
Bakterie zostały uwięzione w małych, płynnych kieszonkach kryształów, ale gdy tylko zostały wyjęte, odżyły i zaczęły się rozmnażać. Te mikroby są genetycznie wyjątkowe i mogą być nowymi gatunkami, ale naukowcy nie opublikowali jeszcze swoich prac.
Nawet starsze bakterie znaleziono w jaskini Lechugilla w Nowym Meksyku, 300 metrów pod ziemią. Te mikroby nie widziały powierzchni od ponad 4 milionów lat. Jaskinia nigdy nie widziała światła słonecznego i przez 10 000 lat była odizolowana od wód powierzchniowych.
Mimo to bakterie jakoś okazały się odporne na 18 rodzajów antybiotyków, w tym na leki, które uznano za „ostatnią przeszkodę” w walce z infekcjami. W badaniu opublikowanym w grudniu 2016 roku naukowcy odkryli, że bakterie znane jako Paenibacillus sp. LC231 były oporne na 70% antybiotyków.
Ponieważ bakterie były całkowicie izolowane w jaskini przez cztery miliony lat, nie miały kontaktu z ludźmi ani antybiotykami, których używamy do leczenia infekcji. Okazuje się, że inaczej wyglądała ich oporność na antybiotyki.
Naukowcy uważają, że bakterie, które nie szkodzą ludziom, między innymi, rozwijają naturalną oporność na antybiotyki. Oznacza to, że ta bardzo oporność na antybiotyki istnieje od milionów, a nawet miliardów lat.
Oczywiście taka oporność na antybiotyki nie mogłaby się rozwinąć w klinice podczas stosowania antybiotyków.
Powodem tego jest fakt, że wiele rodzajów grzybów, a nawet innych bakterii w naturalny sposób wytwarza antybiotyki, aby uzyskać przewagę konkurencyjną nad innymi drobnoustrojami. W ten sposób Fleming po raz pierwszy odkrył penicylinę: bakterie na szalce Petriego obumarły po zakażeniu pleśniami wytwarzającymi antybiotyki.
W jaskiniach, w których brakuje pożywienia, organizmy muszą być bezwzględne, jeśli chcą przeżyć. Być może bakterie takie jak Paenibacillus musiały rozwinąć oporność na antybiotyki, aby uniknąć śmierci ze strony konkurencyjnych organizmów.
To wyjaśnia, dlaczego bakterie są oporne tylko na naturalne antybiotyki pochodzące od bakterii i grzybów i stanowią około 99,9% wszystkich stosowanych przez nas antybiotyków. Bakterie nigdy nie spotkały się ze sztucznymi antybiotykami, więc nie mają na nie odporności.
„Nasza praca i prace innych pokazują, że oporność na antybiotyki nie jest niczym nowym” - powiedziała mikrobiolog Hazel Barton z University of Akron w Ohio, która kierowała badaniami. „Nasze organizmy były izolowane od gatunków powierzchniowych przez 4-7 milionów lat, ale ich odporność jest genetycznie identyczna jak u gatunków powierzchniowych. Oznacza to, że te geny są co najmniej tak stare i nie pojawiły się, ponieważ ludzie zaczęli stosować antybiotykoterapię”.
Chociaż Paenibacillis nie jest szkodliwy dla ludzi, teoretycznie może przenosić swoją oporność na antybiotyki na inne patogeny. Ale ponieważ jest odizolowany pod 400 metrami skały, wydaje się to mało prawdopodobne.
Niemniej jednak naturalna oporność na antybiotyki jest prawdopodobnie tak powszechna, że wiele bakterii wyłaniających się z topniejącej wiecznej zmarzliny może już ją mieć. Na poparcie tego, w badaniu z 2011 roku, naukowcy wyodrębnili DNA z bakterii znalezionych w wiecznej zmarzlinie sprzed 30000 lat w Morzu Beringa. Znaleźli geny kodujące oporność na antybiotyki beta-laktamowe, tetracykliny i glikopeptydy.
Czy warto się martwić?
Uważa się, że ryzyko pojawienia się patogennych drobnoustrojów z wiecznej zmarzliny jest z natury niepoznawalne, więc nie ma potrzeby się martwić. Zamiast tego musimy skupić się na bardziej wyraźnych zagrożeniach związanych ze zmianą klimatu. Na przykład, gdy ziemia się ociepla, kraje północne mogą stać się bardziej podatne na wybuchy „południowych” chorób, takich jak malaria, cholera i denga, ponieważ ich patogeny rozwijają się w cieple.
Istnieje również opinia, że nie powinniśmy ignorować zagrożeń, jeśli nie możemy ich określić ilościowo.
„Istnieje niezerowa szansa, że drobnoustroje chorobotwórcze mogą ponownie pojawić się i nas zarazić” - mówi Claverie. „Jak prawdopodobne jest to, jeszcze nie wiadomo, ale jest prawdopodobne. Być może te bakterie można wyleczyć antybiotykami, opornymi bakteriami, wirusem. Jeśli patogen nie miał kontaktu z ludźmi przez długi czas, układ odpornościowy nie będzie gotowy. Więc istnieje niebezpieczeństwo."
ILYA KHEL
