Направи дарение на училище!

Спящи отдавна бактерии и вируси, уловени в лед и трайно замръзналата земя от векове, се пробуждат със затоплянето на климата на Земята.

През цялата история хората съществуват съвместно с бактерии и вируси. От чумата до вариолата, ние сме се развили така, че да им устояваме, а в отговор те са развили нови начини, по които да ни инфектират.

Имаме антибиотици от почти век, откакто Александър Флеминг открил пеницилина. В отговор на това бактериите са развили устойчивост към антибиотиците. Борбата е безкрайна: тъй като прекарваме твърде много време около патогени, понякога стигаме до патови положения.

Обаче какво би се случило, ако внезапно бъдем изложени на смъртоносни бактерии и вируси, които липсват от хиляди години, или такива, които никога не сме срещали?

Може би сме на път да разберем. Промяната в климата разтопява вечно замръзналите почви, които са били заледени в продължение на хиляди години, а с разтопяването на почвите се освобождават древни вируси и бактерии които, лежали досега в латентно състояние, се връщат към живота.

Разбери повече за БГ Наука:

***

През август 2016 година, в отдалечен край на Сибирската тундра, на полуостров Ямал в Арктическия кръг, 12-годишно момче умряло и поне 20 души били хоспитализирани, след като се заразили с антракс.

Приета е теорията, че преди 75 години умрял северен елен, заразен с антракс и замръзналият му труп бил затворен под слой замръзнала почва, познат като вечна замръзналост. Останал там, докато топлинната вълна през лятото на 2016 година не разтопила леда.

Това открило трупа на елена и освободило инфекциозния антракс в близката вода и почва, а след това и в храната. Повече от 2 000 северни елена, чието пасище било наблизо, се заразили, което след това довело до малък брой случаи и на заразени хора.

Страшното е, че това няма да е единичен случай.

Със затоплянето на Земята все по-голяма част от вечно замръзналата земя ще се разтапя. При нормални обстоятелства се топят горните слоеве на вечната замръзналост до 50 см дълбочина всяко лято. Но сега глобалното затопляне постепенно разкрива по-стари ледени слоеве.

Вечно замръзналата почва е перфектното място за бактериите да останат живи за дълги периоди от време, може би дори милиони години. Това означава, че размръзването на леда може да отвори кутията на Пандора, пълна с болести.

Температурите в арктическия кръг се повишават бързо, около три пъти по-бързо, отколкото в останалата част от света. С разтопяването на леда и почвите могат да бъдат освободени и други инфекциозни заболявания.

„Вечната замръзналост доста добре запазва микроби и вируси, защото е студена, няма кислород и е тъмна“, казва еволюционният биолог Jean-Michel Claverie от Университета Екс-Марсилия във Франция. „Патогенните вируси, които заразяват хора или животни, може да бъдат запазени в старите вечно замръзнали слоеве, включително такива, които са предизвиквали глобална епидемия в миналото.“

Само в началото на 20 век повече от милион северни елени умрели заради заразяване с антракс. Не е лесно да се изкопаят дълбоки гробове, затова повечето от тези трупове са погребани близо до повърхността, разпръснати сред 7 000 гробища в Северна Русия.

Обаче по-страшното е какво друго се крие под замръзналата почва.

Хора и животни са били погребвани във вечната замръзналост от столетия, затова е възможно и други инфекциозни агенти да бъдат отприщени. Учените например са открили незасегнат испански грипен вирус от 1918 година в трупове, заровени в масови гробове в тундрата на Аляска. Вариолата и чумата вероятно са били заровени в Сибир.

В проучване от 2011 година Борис Ревич и Марина Подолная написали: „Като резултат от разтопяването на вечната замръзналост, разпространителите на смъртоносни заболявания от 18 и 19 век могат да се завърнат, особено в близост до гробищата, в които жертвите на тези заболявания са били заровени.“

Например през 80-те години е имало голяма епидемия на вариола в Сибир. Всеки град е загубил до 40% от популацията си. Телата им били заровени под горния слой замръзнала почва в крайбрежията на река Колима. 120 години по-късно наводненията от Колима са започнали да подриват крайбрежията, а разтопяването на вечната замръзналост ускорило този процес.

В проект, който започнал през 90-те, учени от Държавния изследователски център по вирусология и биотехнологии в Новосибирск са изследвали останките на хора от Каменната ера, които са били открити в Южен Сибир, в Алтайския край. Те изследвали и труповете на хора, починали по време на вирусни епидемии през 19 век и били заровени в руската вечна замръзналост.

Изследователите казват, че са открили тела с белези, характерни за оставащите след вариола. Въпреки че не открили самия вирус на вариолата, те засекли фрагменти от неговата ДНК.

Това със сигурност не е първият случай, в който замръзнала в леда бактерия се съживява.

В изследване от 2005 година учени от НАСА успешно съживили бактерия, която е била затворена в замръзнало езеро в Аляска в продължение на 32 000 години. Микробите, наречени Carnobacterium pleistocenium, били замразени от Плейстоцена, когато вълнестите мамути все още бродели по Земята. Когато ледът се разтопил, те започнали да плуват, видимо незасегнати.

Две години по-късно учените успели да съживят бактерия, която лежала в латентно състояние в продължение на 8 милиона години под повърхността на глетчер в долините Бийкън и Мулинс в Антарктида. При същото проучване те успели да съживят и бактерии, които лежат в леда от 100 000 години.

Не всички бактерии обаче, които са били замразени с почвата, могат да се съживят. Бактериите на антракса могат да го направят, защото образуват спори, които са изключително здрави и могат да оцелеят замразени в продължение на повече от век.

Други бактерии, които могат да образуват спори и така да продължават да съществуват дори и замразени, са тетанус и Clostridium botulinum – патогенът, отговорен за ботулизма: рядко заболяване, което може да предизвика парализа и да бъде фатално. Също някои гъбички могат да оцелеят във вечната замръзналост доста дълго време.

Някои вируси също могат да оцелеят продължителни периоди.

В изследване от 2014 година екип, воден от Claverie, съживил два вируса, които били затворени във вечната замръзналост на Сибир в продължение на 30 000 години. Познатите като Pithovirus sibericum и Mollivirus sibericum са „гигантски вируси“, защото за разлика от повечето вируси, те са толкова големи, че могат да се видят с обикновен микроскоп. Те били открити на 30 метра дълбочина в крайбрежната тундра.

Веднъж щом били освободени, вирусите бързо станали заразни. За щастие за нас, точно тези вируси заразяват само едноклетъчни амеби. Но все пак изследването предполага, че други вируси, които наистина могат да заразят хора, могат да бъдат съживени по същия начин.

Нещо повече, не е нужно глобалното затопляне директно да разтопява вечната замръзналост, за да предизвика опасност. Заради топенето на арктическия лед северният бряг на Сибир е станал по-достъпен по море. В резултат на това, индустриалната експлоатация, включително копаенето за злато и минерали, и сондирането за нефт и природен газ, сега е станала доходоносна.

„В момента тези райони са безлюдни и дълбоките слоеве на вечната замръзналост са незасегнати“, казва Claverie. „Но тези древни слоеве могат да бъдат разкрити чрез копаенето и сондирането. Ако там все още има жизнеспособни вириони, това може да предизвика катастрофа.“

Гигантските вируси могат да бъдат вероятна причина за едно такова вирусно избухване.

„Повечето вируси бързо се деактивират извън клетките гостоприемници заради светлината, изсушаването и спонтанното биохимично разлагане“, казва Claverie. „Например, ако тяхното ДНК е нарушено до неузнаваемост, вирионите повече няма да са заразни. Но сред познатите вируси, гигантските вируси могат да бъдат много издръжливи и е почти невъзможно да се „отворят”.“

Claverie казва, че е възможно да излязат на повърхността и вируси, заразявали най-първите хора, обитавали Арктика. Можем да видим дори вируси от отдавна изчезнали хоминиди като неандерталците и Денисовия човек, които заселвали Сибир и били пълни с различни вирусни заболявания. Останки от неандерталци на 30-40 000  години са  били намерени в Русия. Човешки популации са живели там, разболявали са се, умирали са в продължение на хиляди години.

„Вероятността да хванем вирус от отдавна изчезнал неандерталец показва, че идеята, че вирус може да бъде „изкоренен“ от планетата е грешна, и ни дава грешно усещане за сигурност“, казва Claverie. „Ето затова запасите от ваксини трябва да бъдат пазени, за всеки случай.“

От 2014 година насам Claverie анализира ДНК-съдържанието на слоевете на вечната замръзналост, търсейки генетична сигнатура от вируси и бактерии, които могат да заразят хората. Той е открил данни за много бактерии, които вероятно са опасни за хората. Бактериите имат ДНК, която записва фактори на вирулентност: молекули, които патогенните бактерии и вируси произвеждат, които увеличават способността им да заразяват гостоприемника.

Екипът на Claverie открил също и няколко ДНК-последователности, които изглежда идват от вируси, включително херпес. Но досега не са открили следи от вариола. По очевидни причини те не възнамеряват да съживяват нито един от патогените.

Изглежда че патогените, ще излязат и от други места, не само от леда и вечната замръзналост.

През февруари 2017 година учени от НАСА обявиха, че са открили микроби на възраст 10-50 000 години в кристалите в мексиканска мина.

Бактериите се намират в Кристалната пещера, част от мината Наика в Северно Мексико. Пещерата съдържа много млечнобели кристали от минерала селенит, който се формирал стотици хиляди години.

Бактериите били затворени в малки течни джобчета в кристалите, но веднъж щом били извадени, те се съживили и започнали да се размножават. Микробите са генетично уникални и може да се окажат нов вид, но изследователите тепърва трябва да публикуват труда си.

Дори и по-стари бактерии са били открити в пещерата Лечугия в Ню Мексико на 300 м дълбочина. Тези микроби не са виждали повърхността от 4 милиона години.

В пещерата никога не прониква слънчева светлина и е толкова изолирана, че отнема 10 000 години на водата от повърхността да стигне до пещерата.

Въпреки това, бактериите някак са станали резистентни към 18 вида антибиотици, включително лекарства, които се считат за „последна инстанция“ при борбата с инфекциите. В проучване, публикувано през декември 2016 година, изследователите открили, че бактерията, позната като Paenibacillus sp. LC231, била резистентна на 70% от антибиотиците и можела напълно да деактивира много от тях.

Тъй като бактериите са били изолирани в пещерата в продължение на милиони години, те не са влизали в контакт с хора или с антибиотиците, които се използват при лечение на човешки заболявания. Това означава, че резистентността им към антибиотици трябва да се е развила по някакъв друг начин.

Учените, включени в изследването, вярват, че бактериите, които не засягат хората, са едни от многото, които естествено са развили резистентност към антибиотици. Това подсказва, че антибиотичната резистентност съществува от милиони, дори милиарди години.

Очевидно такава древна антибиотична резистентност не може да се е развила в клиника в резултат от употребата на антибиотици.

Причината за това е, че много видове гъбички и дори други бактерии, естествено произвеждат антибиотици, за да имат предимство над другите микроби. Това е начинът, по който Флеминг открил пеницилина: бактерия загинала в петриева паничка, след като до нея пораснала плесен, която екскретира антибиотично вещество.

В пещерите, където има малко храна, организмите трябва да бъдат безмилостни, ако искат да оцелеят. Бактерия като Paenibacillus може би е трябвало да развие антибиотична резистентност с цел да избегне това да бъде убита от съперничещи ѝ организми.

Това би обяснило защо бактериите са резистентни само към естествените антибиотици, които идват от бактерии и гъбички и правят около 99.9% от антибиотиците, които използваме. Бактериите никога не са се натъквали на създадени от човека антибиотици, затова нямат резистентност към тях.

„Нашата работа, както и тази на останалите, предполага, че антибиотичната резистеност не е ново понятие“, казва микробиологът Hazel Barton от Университета в Акрон, Охайо, която водела изследването. „Тези организми са били изолирани от видовете на повърхността в продължение на 4-7 милиона години, но все пак резистентността им е генетично идентична с онази при видовете на повърхността. Това означава, че тези гени са поне толкова стари и не са се появили от употребата на антибиотици за лечение при човека.“

Въпреки че самият Paenibacillus не е опасен за хората, на теория може да прехвърли антибиотичната си резистентност на други патогени. Обаче, тъй като е изолиран под 400 м скали, това изглежда малко вероятно.

Въпреки това, естествената резистентност към антибиотици вероятно е толкова преобладаваща, че много от бактериите, съживяващи се от топенето на вечната замръзналост, може би вече я имат. Наравно с това, в изследване от 2011 година учени извлекли ДНК от бактерии, открити във вечна замръзналост на 30 000 години в Беринговия проток между Русия и Канада. Те открили гени, кодиращи резистентност към бета-лактам, тетрациклин и гликопептидни антибиотици.

Колко точно трябва да се тревожим за всичко това?

Единият аргумент е, че рискът от патогени във вечната замръзналост е по същество непонятен, затова не бива да ни притесняват прекалено. Вместо това трябва да се фокусираме върху по-установените заплахи от промяната в климата. Например със затоплянето на Земята северните страни ще станат по-податливи на епидемии от „южните“ болести като малария, холера и денга, тъй като тези патогени виреят при по-високи температури.

Алтернативната перспектива е, че не бива да игнорираме риска, само защото не можем да ги окачествим.

„След нашата работа и тази на други екипи сега има ненулева вероятност патогенните микроби да се съживят и да ни заразят“, казва Claverie. „Колко вероятно е това не се знае, но е възможно. Може да са бактерии, които се лекуват с антибиотици, или резистентни бактерии, или вирус. Ако патогенът не е бил в контакт с хора от много време, в такъв случай имунните ни системи не биха били подготвени. Така че да, това може да е опасно.“

Превод: Никол Николова

Източник: BBC

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!