Οι ιοί αποκαλύπτουν επιτέλους την περίπλοκη κοινωνική ζωή τους | Περιοδικό Quanta

Από τότε που ήρθαν στο φως οι ιοί στα τέλη του 1800, οι επιστήμονες τους ξεχώρισαν από την υπόλοιπη ζωή. Οι ιοί ήταν πολύ μικρότεροι από τα κύτταρα και μέσα στο πρωτεϊνικό τους κέλυφος έφεραν κάτι περισσότερο από γονίδια. Δεν μπορούσαν να αναπτυχθούν, να αντιγράψουν τα δικά τους γονίδια ή να κάνουν πολλά. Οι ερευνητές υπέθεσαν ότι κάθε ιός ήταν ένα μοναχικό σωματίδιο που παρασύρεται μόνο του στον κόσμο, ικανό να αναπαραχθεί μόνο αν τύχαινε να προσκρούσει στο σωστό κύτταρο που θα μπορούσε να τον πάρει.

Αυτή η απλότητα ήταν αυτό που προσέλκυσε πολλούς επιστήμονες στους ιούς αρχικά, είπε Marco Vignuzzi, ιολόγος στην Υπηρεσία Επιστήμης, Έρευνας και Τεχνολογίας Εργαστηρίων Λοιμωδών Νοσημάτων της Σιγκαπούρης. «Προσπαθούσαμε να είμαστε μειωτικοί».

Αυτός ο αναγωγισμός απέδωσε. Οι μελέτες για τους ιούς ήταν καθοριστικές για τη γέννηση της σύγχρονης βιολογίας. Χωρίς την πολυπλοκότητα των κυττάρων, αποκάλυψαν θεμελιώδεις κανόνες για το πώς λειτουργούν τα γονίδια. Αλλά ο ιικός αναγωγισμός είχε κόστος, είπε ο Vignuzzi: Υποθέτοντας ότι οι ιοί είναι απλοί, τυφλώνετε τον εαυτό σας στην πιθανότητα να είναι περίπλοκοι με τρόπους που δεν γνωρίζετε ακόμα.

Για παράδειγμα, αν σκεφτείτε τους ιούς ως μεμονωμένες συσκευασίες γονιδίων, θα ήταν παράλογο να τους φανταστείτε να έχουν κοινωνική ζωή. Αλλά ο Vignuzzi και μια νέα σχολή ομοϊδεατών ιολόγων δεν το θεωρούν καθόλου παράλογο. Τις τελευταίες δεκαετίες, έχουν ανακαλύψει μερικά παράξενα χαρακτηριστικά των ιών που δεν έχουν νόημα αν οι ιοί είναι μοναχικά σωματίδια. Αντίθετα, αποκαλύπτουν έναν εκπληκτικά πολύπλοκο κοινωνικό κόσμο ιών. Αυτοί οι κοινωνιοϊολόγοι, όπως αυτοαποκαλούνται μερικές φορές οι ερευνητές, πιστεύουν ότι οι ιοί έχουν νόημα μόνο ως μέλη μιας κοινότητας.

Ομολογουμένως, οι κοινωνικές ζωές των ιών δεν είναι ακριβώς όπως αυτές των άλλων ειδών. Οι ιοί δεν δημοσιεύουν selfies στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης, δεν προσφέρονται εθελοντικά σε τράπεζες τροφίμων και δεν διαπράττουν κλοπή ταυτότητας όπως κάνουν οι άνθρωποι. Δεν πολεμούν με συμμάχους για να κυριαρχήσουν σε ένα στρατό σαν τους μπαμπουίνους. Δεν μαζεύουν νέκταρ για να ταΐσουν τη βασίλισσά τους όπως οι μέλισσες. Δεν συσσωματώνονται καν σε γλοιώδη χαλάκια για την κοινή τους άμυνα όπως κάνουν μερικά βακτήρια. Ωστόσο, οι κοινωνιοϊολόγοι πιστεύουν ότι οι ιοί το κάνουν εξαπατούν, συνεργάζονται και αλληλεπιδρούν με άλλους τρόπους με τους άλλους ιούς.

Ο τομέας της κοινωνιοϊολογίας είναι ακόμα νέος και μικρός. Το πρώτο συνέδριο αφιερωμένο στην κοινωνική ζωή των ιών πραγματοποιήθηκε το 2022 και το δεύτερος θα πραγματοποιηθεί αυτόν τον Ιούνιο. Θα παρευρεθούν συνολικά 50 άτομα. Ωστόσο, οι κοινωνιοϊολόγοι υποστηρίζουν ότι οι επιπτώσεις του νέου τους τομέα θα μπορούσαν να είναι βαθιές. Ασθένειες όπως η γρίπη δεν έχουν νόημα αν σκεφτούμε τους ιούς μεμονωμένα ο ένας από τον άλλο. Και αν μπορούμε να αποκρυπτογραφήσουμε την κοινωνική ζωή των ιών, ίσως μπορέσουμε να την εκμεταλλευτούμε για να αντισταθούμε στις ασθένειες που δημιουργούν ορισμένοι από αυτούς.

Κάτω από τη Μύτη μας

Μερικά από τα πιο σημαντικά στοιχεία για την κοινωνική ζωή των ιών βρίσκονται σε κοινή θέα για σχεδόν έναν αιώνα. Μετά την ανακάλυψη του ιού της γρίπης στις αρχές της δεκαετίας του 1930, οι επιστήμονες ανακάλυψαν πώς να καλλιεργήσουν αποθέματα του ιού ενίοντάς τον σε ένα αυγό κοτόπουλου και αφήνοντάς το να πολλαπλασιαστεί μέσα. Οι ερευνητές θα μπορούσαν στη συνέχεια να χρησιμοποιήσουν τους νέους ιούς για να μολύνουν πειραματόζωα για έρευνα ή να τα εγχύσουν σε νέα αυγά για να συνεχίσουν να αναπτύσσουν νέους ιούς.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1940, ο Δανός ιολόγος Preben von Magnus δημιουργούσε ιούς όταν παρατήρησε κάτι περίεργο. Πολλοί από τους ιούς που παράγονται σε ένα αυγό δεν μπορούσαν να αναπαραχθούν όταν τους έκανε ένεση σε ένα άλλο. Μέχρι τον τρίτο κύκλο μετάδοσης, μόνο ένας στους 10,000 ιούς μπορούσε ακόμα να αναπαραχθεί. Αλλά στους κύκλους που ακολούθησαν, οι ελαττωματικοί ιοί έγιναν πιο σπάνιοι και οι αναπαραγόμενοι επανήλθαν. Ο Φον Μάγκνους υποψιαζόταν ότι οι ιοί που δεν μπορούσαν να αναπαραχθούν δεν είχαν τελειώσει την ανάπτυξή τους και γι' αυτό τους αποκάλεσε «ατελείς».

Τα επόμενα χρόνια, οι ιολόγοι ονόμασαν την έκρηξη και την κατάρρευση των ημιτελών ιών «φαινόμενο φον Μάγκνους». Για αυτούς, ήταν σημαντικό — αλλά μόνο ως πρόβλημα προς επίλυση. Δεδομένου ότι κανείς δεν είχε δει ημιτελείς ιούς εκτός εργαστηριακής καλλιέργειας, οι ιολόγοι κατάλαβαν ότι ήταν τεχνητοί και βρήκαν τρόπους για να απαλλαγούν από αυτούς.

"Πρέπει να τα εξαλείψετε από τα αποθέματα του εργαστηρίου σας γιατί δεν θέλετε να παρεμβαίνουν στα πειράματά σας", είπε. Sam Díaz-Muñoz, ιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Ντέιβις, υπενθυμίζοντας την κοινή άποψη εντός του πεδίου. «Επειδή αυτό δεν είναι «φυσικό»».

Ερευνητές στη δεκαετία του 1960 παρατήρησαν ότι τα ατελή ιικά γονιδιώματα ήταν μικρότερα από αυτά των τυπικών ιών. Αυτό το εύρημα ενίσχυσε την άποψη πολλών ιολόγων ότι οι ατελείς ιοί ήταν ελαττωματικές παραξενιές, χωρίς τα γονίδια που απαιτούνται για την αναπαραγωγή. Αλλά τη δεκαετία του 2010, η ανέξοδη, ισχυρή τεχνολογία προσδιορισμού αλληλουχίας γονιδίων κατέστησε σαφές ότι οι ατελείς ιοί ήταν πραγματικά άφθονοι μέσα στο σώμα μας.

Σε μια μελέτη, που δημοσιεύθηκε το 2013, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ έπλυναν τις μύτες και το στόμα των ανθρώπων που είχαν γρίπη. Έβγαλαν το γενετικό υλικό από τους ιούς της γρίπης στα δείγματα και ανακάλυψαν ότι ορισμένοι από τους ιούς έλειπαν γονίδια. Αυτοί οι καθυστερημένοι ιοί εμφανίστηκαν όταν τα μολυσμένα κύτταρα αντιγράφουν λάθος το γονιδίωμα ενός λειτουργικού ιού, παρακάμπτοντας κατά λάθος τμήματα γονιδίων.

Άλλες μελέτες επιβεβαίωσαν αυτή την ανακάλυψη. Αποκάλυψαν επίσης άλλους τρόπους με τους οποίους μπορούν να σχηματιστούν ατελείς ιοί. Μερικά είδη ιών φέρουν αλλοιωμένα γονιδιώματα, για παράδειγμα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, ένα μολυσμένο κύτταρο άρχισε να αντιγράφει ένα ιικό γονιδίωμα μόνο για να το αντιγράψει εν μέρει και στη συνέχεια να αντιγράψει το γονιδίωμα προς τα πίσω στο σημείο εκκίνησης. Άλλοι ατελείς ιοί σχηματίζονται όταν μεταλλάξεις διαταράσσουν την αλληλουχία ενός γονιδίου έτσι ώστε να μην μπορεί πλέον να παράγει μια λειτουργική πρωτεΐνη.

Αυτές οι μελέτες κατέρριψαν την παλιά υπόθεση ότι οι ατελείς ιοί του von Magnus ήταν απλώς ένα τεχνούργημα εργαστηριακών πειραμάτων. «Αποτελούν φυσικό μέρος της βιολογίας του ιού», είπε ο Díaz-Muñoz.

Η ανακάλυψη ατελών ιών στο σώμα μας έχει εμπνεύσει ένα νέο κύμα επιστημονικού ενδιαφέροντος για αυτούς. Η γρίπη δεν είναι μοναδική: Πολλοί ιοί έρχονται σε ατελείς μορφές. Αποτελούν την πλειοψηφία των ιών που βρίσκονται σε άτομα που πάσχουν από λοιμώξεις όπως ο αναπνευστικός συγκυτιακός ιός (RSV) και η ιλαρά.

Οι επιστήμονες έχουν επίσης βρει νέα ονόματα για τους ημιτελείς ιούς του von Magnus. Μερικοί τα αποκαλούν «ελαττωματικά παρεμβαλλόμενα σωματίδια». Άλλοι τα αποκαλούν «μη τυπικά ιικά γονιδιώματα».

Ο Díaz-Muñoz και οι συνεργάτες τους έχουν άλλο όνομα: απατεώνες.

Μια Ιογενής Δυσκολία

Οι ατελείς ιοί μπορούν συνήθως να εισέλθουν στα κύτταρα, αλλά μόλις εισέλθουν, δεν μπορούν να αναπαραχθούν μόνοι τους. Τους λείπουν μερικά από τα γονίδια που είναι απαραίτητα για την πειρατεία του μηχανισμού παραγωγής πρωτεΐνης του ξενιστή τους, όπως αυτό για ένα ένζυμο αντιγραφής γονιδίων γνωστό ως πολυμεράση. Για να αναπαραχθούν, πρέπει να εξαπατήσουν. Πρέπει να εκμεταλλευτούν τον ιό τους.

Ευτυχώς για τους απατεώνες, τα κύτταρα συχνά μολύνονται από περισσότερα από ένα ιικά γονιδώματα. Εάν ένας λειτουργικός ιός εμφανιστεί στο κελί ενός απατεώνα, θα δημιουργήσει πολυμεράσες. Ο απατεώνας μπορεί στη συνέχεια να δανειστεί τις πολυμεράσες του άλλου ιού για να αντιγράψει τα δικά του γονίδια.

Σε ένα τέτοιο κύτταρο, οι δύο ιοί αγωνίζονται να δημιουργήσουν τα περισσότερα αντίγραφα του δικού τους γονιδιώματος. Ο απατεώνας έχει ένα βαθύ πλεονέκτημα: έχει λιγότερο γενετικό υλικό για αναπαραγωγή. Η πολυμεράση επομένως αντιγράφει ένα ατελές γονιδίωμα πιο γρήγορα από ένα πλήρες.

Η άκρη τους μεγαλώνει ακόμη περισσότερο κατά τη διάρκεια μιας μόλυνσης, καθώς οι ατελείς ιοί και οι λειτουργικοί μετακινούνται από κύτταρο σε κύτταρο. "Αν είστε μισός χρόνος, αυτό δεν σημαίνει ότι έχετε διπλάσιο πλεονέκτημα", είπε Asher Leeks, που μελετά την κοινωνική εξέλιξη στους ιούς ως μεταδιδάκτορας στο Πανεπιστήμιο του Γέιλ. «Αυτό μπορεί να σημαίνει ότι έχετε χιλιάδες φορές πλεονέκτημα ή περισσότερο».

Άλλοι εξαπατημένοι ιοί έχουν ενεργές πολυμεράσες, αλλά τους λείπουν τα γονίδια για την κατασκευή πρωτεϊνικών κελυφών για να περικλείουν το γενετικό τους υλικό. Αναπαράγονται περιμένοντας να εμφανιστεί ένας λειτουργικός ιός. τότε κρυφά το γονιδίωμά τους στα κελύφη που παράγει. Ορισμένες μελέτες υποδεικνύουν ότι τα γονιδιώματα των απατεώνων μπορεί να είναι σε θέση να εισχωρήσουν μέσα στα κελύφη γρηγορότερα από τα λειτουργικά.

Όποια στρατηγική κι αν χρησιμοποιεί ένας ημιτελής ιός για να αναπαραχθεί, το αποτέλεσμα είναι το ίδιο. Αυτοί οι ιοί δεν πληρώνουν το κόστος της συνεργασίας, παρόλο που εκμεταλλεύονται τη συνεργασία άλλων ιών.

«Ένας απατεώνας δεν τα πάει καλά από μόνος του, τα πάει καλύτερα σε σχέση με έναν άλλο ιό και αν υπάρχουν πολλοί απατεώνες, δεν υπάρχει κανένας να εκμεταλλευτεί», είπε ο Díaz-Muñoz. «Από μια εξελικτική προοπτική, αυτό είναι το μόνο που χρειάζεστε για να ορίσετε την εξαπάτηση».

Το τελευταίο μέρος αυτού του ορισμού δημιουργεί ένα παζλ. Εάν οι απατεώνες είναι τόσο εκπληκτικά επιτυχημένοι - και, πράγματι, είναι - θα πρέπει να οδηγήσουν τους ιούς στην εξαφάνιση. Καθώς γενιές ιών ξεσπούν από παλιά κύτταρα και μολύνουν νέα, οι απατεώνες θα πρέπει να γίνονται όλο και πιο συνηθισμένοι. Θα πρέπει να συνεχίσουν να αναπαράγονται μέχρι να εξαφανιστούν οι λειτουργικοί ιοί. Χωρίς λειτουργικούς ιούς, οι απατεώνες δεν μπορούν να αναπαραχθούν μόνοι τους. Ολόκληρος ο πληθυσμός των ιών θα πρέπει να παρασυρθεί στη λήθη.

Φυσικά, ιοί όπως η γρίπη ξεφεύγουν ξεκάθαρα από αυτή την ταχεία εξαφάνιση, και έτσι πρέπει να υπάρχει κάτι περισσότερο στην κοινωνική τους ζωή από μια θανατηφόρα σπείρα εξαπάτησης. Καρολίνα Λόπεζ, ιολόγος στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις, πιστεύει ότι ορισμένοι ιοί που μοιάζουν να απατούν μπορεί στην πραγματικότητα να διαδραματίζουν πιο καλοήθη ρόλο στις κοινωνίες που προκαλούν ιούς. Αντί να εκμεταλλεύονται τους συναδέλφους τους ιούς, συνεργάζονται, βοηθώντας τους να ευδοκιμήσουν.

«Τους σκεφτόμαστε ως μέρος μιας κοινότητας», είπε ο López, «με όλους να διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο».

Πρόληψη εξουθένωσης

Η μύηση της López στον κόσμο της κοινωνιοϊολογίας ξεκίνησε στις αρχές της δεκαετίας του 2000 καθώς μελέτησε τον ιό Sendai, ένα παθογόνο που μολύνει τα ποντίκια. Οι ερευνητές γνώριζαν εδώ και χρόνια ότι δύο στελέχη του ιού Sendai συμπεριφέρονταν διαφορετικά. Το ένα, που ονομάζεται SeV-52, ήταν καλό στο να ξεφεύγει από την προσοχή του ανοσοποιητικού συστήματος, επιτρέποντας στον ιό να προκαλέσει μια μαζική μόλυνση. Όμως τα ποντίκια που είχαν μολυνθεί με ένα άλλο στέλεχος, το SeV-Cantell, χρησιμοποίησαν μια γρήγορη, ισχυρή άμυνα που τους βοήθησε να ανακάμψουν γρήγορα. Η διαφορά, όπως διαπίστωσαν η López και οι συνεργάτες της, ήταν ότι η SeV-Cantell παρήγαγε πολλούς ημιτελείς ιούς.

Πώς οι ημιτελείς ιοί πυροδοτούσαν το ανοσοποιητικό σύστημα των ποντικών; Μετά από μια σειρά πειραμάτων, η López και οι συνεργάτες της διαπίστωσαν ότι οι ατελείς ιοί προκαλούν τα κύτταρα ξενιστές τους να ενεργοποίηση συστήματος συναγερμού. Τα κύτταρα παράγουν ένα σήμα που ονομάζεται ιντερφερόνη, το οποίο επιτρέπει στα γειτονικά κύτταρα να γνωρίζουν ότι ένας εισβολέας έχει φτάσει. Αυτά τα κύτταρα μπορούν να προετοιμάσουν άμυνες ενάντια στους ιούς και να εμποδίσουν τη μόλυνση να εξαπλωθεί σαν πυρκαγιά στον περιβάλλοντα ιστό.

Αυτό το φαινόμενο δεν ήταν μια ιδιορρυθμία του ιού Sendai, ούτε του ανοσοποιητικού συστήματος του ποντικιού. Όταν η López και οι συνεργάτες της έστρεψαν την προσοχή τους στον RSV), ο οποίος νοσεί πάνω από 2 εκατομμύρια ανθρώπους στις Ηνωμένες Πολιτείες κάθε χρόνο και προκαλεί χιλιάδες θανάτους, διαπίστωσαν ότι οι ατελείς ιοί που παράγονται σε φυσικές λοιμώξεις προκάλεσαν επίσης μια ισχυρή ανοσολογική απόκριση από μολυσμένα κύτταρα.

Αυτό το αποτέλεσμα μπέρδεψε τον López. Εάν οι ημιτελείς ιοί ήταν απατεώνες, δεν είχε νόημα να προκαλέσουν έναν οικοδεσπότη να κόψει μια μόλυνση. Μόλις το ανοσοποιητικό σύστημα κατέστρεφε τους λειτουργικούς ιούς, οι απατεώνες θα έμεναν χωρίς θύματα για εκμετάλλευση.

Η Λόπεζ ανακάλυψε ότι τα αποτελέσματά της είχαν νόημα αν έβλεπε τους ιούς με νέο τρόπο. Αντί να επικεντρωθεί στην ιδέα ότι οι ημιτελείς ιοί εξαπατούσαν, ο López άρχισε να σκέφτεται αυτούς και τους λειτουργικούς ιούς ως συνεργάτες προς τον κοινό στόχο της μακροπρόθεσμης επιβίωσης. Συνειδητοποίησε ότι εάν οι λειτουργικοί ιοί αναπαράγονταν ανεξέλεγκτα, μπορεί να κατακλύσουν και να σκοτώσουν τον τρέχοντα ξενιστή τους πριν γίνει η μετάδοση σε έναν νέο ξενιστή. Αυτό θα ήταν αυτοκαταστροφικό.

«Χρειάζεστε κάποιο επίπεδο ανοσολογικής απόκρισης για να διατηρήσετε τον οικοδεσπότη σας ζωντανό αρκετό καιρό για να προχωρήσετε», είπε ο López.

Εκεί μπαίνουν οι ημιτελείς ιοί, είπε. Μπορεί να χαλιναγωγήσουν τη μόλυνση έτσι ώστε ο ξενιστής τους να έχει την ευκαιρία να περάσει ιούς στον επόμενο ξενιστή. Με αυτόν τον τρόπο, οι λειτουργικοί και ημιτελείς ιοί ενδέχεται να συνεργάζονται. Οι λειτουργικοί ιοί παράγουν τον μοριακό μηχανισμό για τη δημιουργία νέων ιών. Εν τω μεταξύ, οι ημιτελείς ιοί επιβραδύνουν τους λειτουργικούς ιούς για να αποφύγουν την εξάντληση του ξενιστή τους, κάτι που θα τερματίσει τη μολυσματική πορεία ολόκληρης της κοινότητας.

Τα τελευταία χρόνια, η López και οι συνεργάτες της ανακάλυψαν ότι οι ατελείς ιοί μπορούν να περιορίσουν τις λοιμώξεις με διάφορους τρόπους. Μπορούν να ενεργοποιήσουν τα κύτταρα να ανταποκριθούν σαν να ήταν υπό πίεση από ζέστη ή κρύο, για παράδειγμα. Μέρος της αντίδρασης στρες ενός κυττάρου κλείνει τα εργοστάσια παραγωγής πρωτεϊνών για εξοικονόμηση ενέργειας. Στη διαδικασία, σταματά επίσης την παραγωγή περισσότερων ιών.

Κρίστοφερ Μπρουκ, ιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Illinois Urbana-Champaign, συμφωνεί με τον López ότι οι ιοί υπάρχουν σε κοινότητες. Επιπλέον, υποψιάζεται ότι οι ημιτελείς ιοί έχουν άλλες δουλειές στα κύτταρα που ο ίδιος και οι συνάδελφοί του επιστήμονες δεν έχουν ακόμη καταλάβει.

Η Brooke αναζητά στοιχεία για αυτές τις δουλειές στους ιούς της γρίπης. Ένας πλήρης ιός γρίπης έχει οκτώ τμήματα γονιδίων, τα οποία συνήθως παράγουν 12 ή περισσότερες πρωτεΐνες. Αλλά όταν τα μολυσμένα κύτταρα παράγουν ατελείς ιούς, μερικές φορές παραλείπουν τη μέση ενός γονιδίου και συρράπτουν την αρχή μέχρι το τέλος. Παρά αυτή τη δραστική αλλαγή, αυτά τα τροποποιημένα γονίδια εξακολουθούν να παράγουν πρωτεΐνες - αλλά νέες πρωτεΐνες που μπορεί να έχουν νέες λειτουργίες. Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε τον Φεβρουάριο, ο Μπρουκ και οι συνεργάτες του ανακάλυψε εκατοντάδες από αυτές τις νέες πρωτεΐνες σε κύτταρα που έχουν μολυνθεί από γρίπη. Επειδή αυτές οι πρωτεΐνες είναι νέες στην επιστήμη, οι ερευνητές προσπαθούν να καταλάβουν τι κάνουν. Πειράματα σε ένα από αυτά υποδηλώνουν ότι κολλάει σε πρωτεΐνες πολυμεράσης που παράγονται από άθικτους ιούς και τους εμποδίζει να αντιγράψουν νέα ιικά γονιδιώματα.

Προς το παρόν, ωστόσο, οι επιστήμονες αγνοούν σε μεγάλο βαθμό τι επιτυγχάνουν οι ατελείς ιοί παράγοντας τόσες πολλές περίεργες πρωτεΐνες. «Η περιορισμένη φαντασία μου δεν πρόκειται να αγγίξει ένα κλάσμα του δυνατού», είπε η Μπρουκ. «Αυτή είναι πρώτη ύλη για να παίξει ο ιός». Αλλά αμφιβάλλει ότι οι ημιτελείς ιοί που παράγουν όλες αυτές τις περίεργες πρωτεΐνες είναι απατεώνες.

«Αν όντως λειτουργούσαν ως καθαροί απατεώνες, θα πρόβλεψα ότι θα υπήρχε σημαντική επιλεκτική πίεση για να ελαχιστοποιηθεί η παραγωγή τους», είπε η Μπρουκ. «Και όμως τους βλέπουμε συνέχεια».

Θυμωμένες γραμμές

Οι κοινωνιοϊολόγοι προσπαθούν τώρα να καταλάβουν πόση εξαπάτηση και συνεργασία συμβαίνει στον κόσμο του ιού. Οι επιστήμονες που μελετούν τη συμπεριφορά των ζώων γνωρίζουν πόσο δύσκολο μπορεί να είναι αυτό. Ένα άτομο μπορεί να εξαπατήσει σε ορισμένες περιπτώσεις και να συνεργαστεί σε άλλες. Και είναι επίσης πιθανό μια συμπεριφορά που μοιάζει με συνεργασία να εξελιχθεί μέσω εγωιστικής εξαπάτησης.

Ο Leeks συμφωνεί ότι οι ατελείς ιοί μπορεί να είναι παραγωγικά μέρη της ιογενούς κοινότητας. Αλλά πιστεύει ότι είναι πάντα σημαντικό να εξετάζεται η πιθανότητα ότι ακόμα και όταν φαίνονται σαν να συνεργάζονται, εξακολουθούν να εξαπατούν στην πραγματικότητα. Η εξελικτική θεωρία προβλέπει ότι η εξαπάτηση θα προκύψει συχνά στους ιούς, χάρη στα μικροσκοπικά γονιδιώματά τους. «Στους ιούς, η σύγκρουση είναι κυρίαρχη», είπε ο Leeks.

Στην πραγματικότητα, η εξαπάτηση μπορεί να παράγει προσαρμογές που μοιάζουν με συνεργασία. Ένα από τα αγαπημένα παραδείγματα αυτής της κρυφής σύγκρουσης του Leeks είναι ο νανοϊός, ο οποίος μολύνει φυτά όπως ο μαϊντανός και η φάβα. Οι νανοϊοί αναπαράγονται με εκπληκτικό τρόπο. Έχουν συνολικά οκτώ γονίδια, αλλά κάθε ιικό σωματίδιο έχει μόνο ένα από τα οκτώ γονίδια. Μόνο όταν όλα τα σωματίδια νανοϊών, το καθένα από τα οποία φέρει ένα από τα οκτώ διαφορετικά γονίδια, μολύνουν το ίδιο φυτό ταυτόχρονα, μπορούν να αναπαραχθούν. Τα φυτικά κύτταρα παράγουν πρωτεΐνες και από τα οκτώ γονίδια, μαζί με νέα αντίγραφα των γονιδίων τους, τα οποία στη συνέχεια συσκευάζονται σε νέα κελύφη.

Μπορεί να κοιτάξετε τους νανοϊούς και να δείτε μια περίπτωση συνεργασίας σε εγχειρίδιο. Σε τελική ανάλυση, οι ιοί πρέπει να συνεργαστούν για να έχει οποιοσδήποτε από αυτούς την ευκαιρία να αναπαραχθεί. Η διάταξη θυμίζει τον καταμερισμό εργασίας μιας κυψέλης, κατά την οποία τα έντομα μοιράζουν το έργο της συλλογής νέκταρ, τείνουν να δημιουργούν προνύμφες και να αναζητούν νέες τοποθεσίες στις οποίες θα μετακομίσει η κυψέλη.

Αλλά ο Leeks και οι συνάδελφοί του έχουν καταγράψει πώς οι νανοϊοί — και άλλα λεγόμενα πολυμερείς ιούς — μπορεί να έχει εξελιχθεί μέσω της εξαπάτησης.

Φανταστείτε ότι ο πρόγονος των νανοϊών ξεκίνησε με και τα οκτώ γονίδια συσκευασμένα σε ένα ιικό γονιδίωμα. Ο ιός στη συνέχεια παρήγαγε κατά λάθος ατελείς απατεώνες που είχαν μόνο ένα από τα γονίδια. Αυτός ο απατεώνας θα ευδοκιμήσει, καθώς οι πλήρως λειτουργικοί ιοί αντιγράφουν το γονίδιο του. Και αν εξελιχθεί μια δεύτερη εξαπάτηση, που φέρει διαφορετικό γονίδιο, θα έχει το ίδιο όφελος από την εκμετάλλευση των ανέπαφων ιών.

Όταν ο Leeks και οι συνάδελφοί του κατασκεύασε ένα μαθηματικό μοντέλο για αυτό το εξελικτικό σενάριο, ανακάλυψαν ότι οι ιοί μπορούν εύκολα να διασπαστούν σε περισσότερα cheat. Θα συνεχίσουν να διασπώνται μέχρι να μείνει κανένας από τους αρχικούς ιούς που θα μπορούσαν να αναπαραχθούν μόνοι τους. Οι νανοϊοί μπορεί τώρα να εξαρτώνται ο ένας από τον άλλο για την επιβίωση, αλλά μόνο επειδή οι πρόγονοί τους φορτώθηκαν δωρεάν ο ένας από τον άλλον. Κάτω από την πρόσοψη της συνεργασίας κρύβεται η ιογενής εξαπάτηση.

Η διαλογή της φύσης των κοινωνιών του ιού θα απαιτήσει χρόνια έρευνας. Αλλά η επίλυση του μυστηρίου μπορεί να φέρει μια τεράστια ανταμοιβή. Μόλις οι επιστήμονες κατανοήσουν την κοινωνική συμπεριφορά των ιών, μπορεί να είναι σε θέση να στρέφουν τους ιούς ο ένας εναντίον του άλλου.

Γυρίζοντας τα τραπέζια

Στη δεκαετία του 1990, οι εξελικτικοί βιολόγοι μπόρεσαν να βοηθήσουν στην ενημέρωση για την ανάπτυξη αντιιικών φαρμάκων. Όταν τα άτομα με HIV έλαβαν ένα μόνο αντιικό φάρμακο, ο ιός εξέλιξε γρήγορα την ικανότητα να το αποφύγει. Αλλά όταν οι γιατροί συνταγογράφησαν φάρμακα που συνδύαζαν τρία αντιικά, έγινε πολύ πιο δύσκολο για τους ιούς να ξεφύγουν από όλα. Η πιθανότητα ένας ιός να αποκτήσει μεταλλάξεις για να αντισταθεί και στα τρία φάρμακα ήταν αστρονομικά μικρή. Ως αποτέλεσμα, τα κοκτέιλ ναρκωτικών για τον HIV παραμένουν αποτελεσματικά ακόμη και σήμερα.

Οι κοινωνιοϊολόγοι διερευνούν τώρα εάν η εξελικτική βιολογία μπορεί και πάλι να βοηθήσει στην καταπολέμηση των ιών. Αναζητούν ευπάθειες στον τρόπο με τον οποίο οι ιοί εξαπατούν και συνεργάζονται, τις οποίες μπορούν να εκμεταλλευτούν για να σταματήσουν τις λοιμώξεις. «Το βλέπουμε σαν να ανατρέπει τα δεδομένα για τον ιό», είπε ο Vignuzzi.

Ο Vignuzzi και οι συνεργάτες του δοκίμασαν αυτή την ιδέα σε ποντίκια με τον ιό Ζίκα. Κατασκεύασαν ημιτελείς ιούς Ζίκα που θα μπορούσαν να εκμεταλλευτούν ανελέητα τους λειτουργικούς. Όταν έκαναν ένεση με αυτούς τους απατεώνες σε μολυσμένα ποντίκια, ο πληθυσμός των λειτουργικών ιών μέσα στα ζώα κατέρρευσε γρήγορα. Η γαλλική εταιρεία Meletios Therapeutics έχει αδειοδοτήσει τους ιούς cheater Vignuzzi και τους αναπτύσσει ως πιθανό αντιικό φάρμακο για μια ποικιλία ιών.

Στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, ο Ben tenOever και οι συνάδελφοί του κατασκευάζουν αυτό που θα μπορούσε να είναι ένας ακόμη πιο αποτελεσματικός εξαπατητής από τους ιούς της γρίπης. Εκμεταλλεύονται μια ιδιορρυθμία της βιολογίας του ιού: Κάθε τόσο, το γενετικό υλικό από δύο ιούς που μολύνουν το ίδιο κύτταρο θα καταλήγει συσκευασμένο σε έναν νέο ιό. Αναρωτήθηκαν αν μπορούσαν να δημιουργήσουν έναν ιό εξαπάτησης που θα μπορούσε εύκολα να εισβάλει στο γονιδίωμα ενός λειτουργικού ιού γρίπης.

Η ομάδα του NYU συγκέντρωσε ατελείς ιούς από κύτταρα μολυσμένα με γρίπη. Από αυτή την παρτίδα, εντόπισαν έναν υπερ-απατεώνα που ήταν εξαιρετικά καλός στο να διοχετεύει τα γονίδιά του σε πλήρως λειτουργικούς ιούς γρίπης. Ο υβριδικός ιός που προέκυψε ήταν κακός στην αναπαραγωγή, χάρη στη διαταραχή του απατεώνα.

Για να δουν πώς αυτός ο σούπερ απατεώνας θα λειτουργούσε ως αντιικό, ο tenOever και οι συνεργάτες του το συσκεύασαν σε ρινικό σπρέι. Μόλυναν ποντίκια με ένα θανατηφόρο στέλεχος γρίπης και στη συνέχεια έριξαν τον σούπερ απατεώνα στη μύτη των ζώων. Ο υπερ-απατεώνας ιός ήταν τόσο καλός στην εκμετάλλευση λειτουργικών ιών και στην επιβράδυνση της αναπαραγωγής τους που τα ποντίκια κατάφεραν να αναρρώσουν από τη γρίπη μέσα σε λίγες εβδομάδες. Χωρίς βοήθεια από τους υπερ-απατεώνες, τα ζώα πέθαναν.

Οι ερευνητές πέτυχαν ακόμη καλύτερα αποτελέσματα όταν ψέκασαν τους σούπερ απατεώνες στις μύτες των ποντικών προτού μολυνθούν. Οι υπερ-απατεώνες περίμεναν μέσα στα ποντίκια και επιτέθηκαν στους λειτουργικούς ιούς της γρίπης μόλις έφτασαν.

Στη συνέχεια, ο tenOever και οι συνάδελφοί του μετακόμισαν σε κουνάβια για τα πειράματά τους. Τα κουνάβια βιώνουν μολύνσεις γρίπης περισσότερο όπως οι άνθρωποι: Ειδικότερα, σε αντίθεση με τα ποντίκια, οι ιοί της γρίπης θα εξαπλωθούν εύκολα από ένα άρρωστο κουνάβι σε ένα υγιές σε ένα παρακείμενο κλουβί. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το ρινικό σπρέι μείωσε γρήγορα τον αριθμό των ιών της γρίπης σε μολυσμένα κουνάβια, όπως ακριβώς είδαν στα ποντίκια. Ωστόσο, οι επιστήμονες προκάλεσαν έκπληξη όταν εξέτασαν τους ιούς που τα μολυσμένα κουνάβια πέρασαν σε υγιή ζώα. Μετέδωσαν όχι μόνο κανονικούς ιούς αλλά και υπερ-απατεώνες που είχαν αποθηκευτεί μέσα στα πρωτεϊνικά τους κελύφη.

Αυτό το εύρημα εγείρει τη δελεαστική πιθανότητα ότι οι υπερ-απατεώνες μπορεί να είναι σε θέση να σταματήσουν την εξάπλωση ενός νέου στελέχους γρίπης. Εάν οι άνθρωποι λάμβαναν σπρέι με ιούς σούπερ απατεώνων, θα μπορούσαν να αναρρώσουν γρήγορα από λοιμώξεις. Και αν όντως μετέδιδαν το νέο στέλεχος του ιού σε άλλους, θα περνούσαν επίσης μαζί με τον υπερ-απατεώνα για να το σταματήσουν. «Είναι εξουδετερωτής πανδημίας», είπε ο tenOever.

Αυτό είναι αλήθεια στην έννοια, τουλάχιστον. Το TenOever θα χρειαστεί να εκτελέσει μια κλινική δοκιμή σε ανθρώπους για να δει αν θα λειτουργούσε όπως κάνει στα ζώα. Ωστόσο, οι ρυθμιστικές αρχές είχαν ενδοιασμούς σχετικά με την έγκριση ενός τέτοιου πειράματος, είπε, καθώς αυτό δεν θα έδινε απλώς στους ανθρώπους ένα φάρμακο που θα μπορούσε να δράσει σε ιούς στο σώμα τους, αλλά και ένα φάρμακο που θα μπορούσε να εξαπλωθεί σε άλλους, είτε συναινούσαν σε αυτό είτε δεν. «Αυτό φαίνεται να είναι το φιλί του θανάτου», είπε ο tenOever, για τις ελπίδες του να μετατρέψει την επιστήμη των κοινωνικών ιών σε ιατρική.

Ο Díaz-Muñoz πιστεύει ότι είναι σωστό να είμαστε προσεκτικοί όσον αφορά την αξιοποίηση της κοινωνιοϊολογίας όταν έχουμε ακόμη τόσα πολλά να μάθουμε γι' αυτήν. Είναι ένα πράγμα να δημιουργείς φάρμακα από αδρανή μόρια. Είναι εντελώς διαφορετικό να αναπτύσσεις την κοινωνική ζωή των ιών. «Είναι ένα ζωντανό πράγμα που εξελίσσεται», είπε ο Díaz-Muñoz.