U izoliranom odjelu Medicinskog fakulteta u Zürichu, namijenjenom čuvanju povijesnih uzoraka tkiva pod formalinom, pronađen je vrijedan istraživački materijal. Radi se o neslavnom "glavnom akteru" smrtonosne pandemije iz 1918. godine.

Uzorak plućnog tkiva osamnaestogodišnjaka koji je umro početkom pandemije španjolske gripe poslužio je znanstvenicima kao vremenska kapsula, materijalna poveznica s virusom čije su posljedice u tri i pol godine trajanja pandemije premašile broj ljudskih žrtava tada tek završenog Prvog svjetskog rata.

Tri mutacije iz povijesti

Premda sve ovo pomalo nalikuje uvodnim kadrovima u zamišljeni nastavak gejmersko-filmske franšize ("Resident Evil: Spanish Flu Edition"), umjesto virusa koji ljude pretvara u gripozne zombije, dobili smo fascinantan znanstveni uvid u strukturu i karakteristike jednog od najopakijih uzročnika bolesti u ljudskoj povijesti.

Uz pomoć napredne metode obnavljanja degradirane RNK, istraživači sa Sveučilišta u Zürichu i Charitéa u Berlinu uspjeli su rekonstruirati genom virusa iz uzorka starog više od 100 godina i o tom pothvatu objavili početkom srpnja ove godine znanstveni rad u časopisu BMC Biology. Time su se pridružili ekskluzivnom klubu laboratorija koji su uspjeli sekvencirati sojeve iz te pandemije.

Uzorci virusa-uzročnika španjolske gripe su i ranije proučavani u laboratorijima iz SAD i Njemačke, no bili su rekonstruirani iz tkivnog materijala prikupljenog u obdukcijama tijekom završnih, kasnih faza španjolske pandemije. Ovaj „ciriški primjerak“ je poseban jer dolazi iz uzorka tkiva osobe koja je umrla tijekom samog početka pandemije. Ono što je posebno privuklo pažnju istraživača jest otkriće da je virus iz Züricha već na početku posjedovao tri ključne mutacije koje su mu omogućile efikasnije prianjanje uz ljudske stanice i bolju otpornost na obrambene mehanizme domaćina.

Drugim riječima, "španjolski" virus nije postao smrtonosan tek tijekom kasnijih faza pandemije zahvaljujući naknadnim mutacijama, nego je već na samom početku bio genetički "full"-opremljen za ozbiljan napad na ljudsku populaciju.

Te su mutacije, kažu istraživači, pojačavale agresivni učinak virusa na dvije važne razine: jedna mutacija je poboljšala vezanje virusa na receptore u dišnim putevima, a druge dvije su mu pomogle da izbjegne inhibiciju interferonom, jednim od prvih obrambenih zidova imunosnog sustava. To baca novo svjetlo na to zašto je pandemija 1918. bila tako smrtonosna, osobito među mladim i do tada zdravim žrtvama.

Sekvenciranje vremenskim strojem

No možda još intrigantnije od samih mutacija jest metoda kojom su one otkrivene. Formalin je inače noćna mora molekularne biologije jer uništava RNK i ostavlja je kemijski izmijenjenom, fragmentiranom i teško dostupnom za standardne analize. Ipak, švicarski su znanstvenici razvili novi eksperimentalni protokol koji kombinira optimizirane metode ekstrakcije i poboljšane enzimske procese, omogućujući izdvajanje i sekvenciranje čak i jako degradirane virusne RNK.

Ono što je posebno dojmljivo jest da su uspjeli to učiniti na uzorcima starima više od stoljeća, potopljenim u formalinskim spremnicima, gdje je biološki materijal gotovo u pravilu bio smatran znanstveno nepovratno izgubljenim.

Ova nova metodologija otvara mogućnost proučavanja patogena iz različitih povijesnih razdoblja, a ne samo iz pandemije španjolske gripe. Prvi put znanstvenici mogu s velikom vremenskom preciznošću uspoređivati genetski materijal virusa iz različitih faza iste pandemije, gotovo tjedan po tjedan, i pratiti kako se viralni genom mijenjao pod pritiskom imunosnog sustava, gustoće naseljenosti, migracija i javnozdravstvenih mjera.

Takva vremenska rezolucija u analizi viralnih genoma dosad je bila nezamisliva. Ovo otkriće ne samo da rasvjetljava ranije faze evolucije patogena, nego i pomaže u modeliranju budućih pandemija: što treba promatrati, koje mutacije signaliziraju početak ozbiljne prijetnje, kako prepoznati adaptacije za prijenos među ljudima i kako izgleda virus koji se već etablirao u ljudskoj populaciji.

Sastavljanje puzzle od defragmentiranog virusnog genoma

Novi protokol koji su razvili znanstvenici iz Züricha i Basela temelji se na nekoliko optimiziranih koraka koji omogućuju analizu virusne RNK iz povijesnih uzoraka koje se ranije smatralo uništenim i neupotrebljivim. Ključ svega je da se tijekom ekstrakcije izbjegava upotreba toksičnih otapala poput fenola i kloroforma, čime se smanjuje rizik od dodatnog oštećenja fragmenata i gubitka kratkih nizova RNK.

Nakon pažljivog uklanjanja unakrsnih veza koje formalin stvara između molekula, slijedi DNK-enzimska obrada kojom se eliminira sveprisutna kontaminacija genetskim materijalom iz stanica domaćina (točnije rečeno: pokojnika kojega je virus usmrtio). Potom se virusna RNK podvrgava specifičnom enzimskom „poliranju krajeva“ (end-repair), kako bi se pripremila za najvažniji korak: ligaciju (spajanje) uz očuvanje prirodne orijentacije fragmenta RNK. Upravo ova „ligation-based“ strategija omogućava znanstvenicima da ne samo identificiraju sekvence, već i zaključe s kojeg dijela virusnog genoma one potječu i u kojem su se smjeru čitale.

Za razliku od starijih metoda koje su koristile slučajne heksamere (kratke nizove od po šest nukleotida koji služe kao početni temelj za sintezu DNK iz RNK), gubeći pri tome smjer i kontekst sekvenci, ova metoda čuva prostornu i funkcionalnu informaciju. To znači da se može preciznije rekonstruirati izvorna arhitektura virusnog genoma, uključujući i obrasce ekspresije koji su igrali ulogu u patogenosti virusa.

Ono što dodatno impresionira jest sposobnost ove metode da prepozna i poveže kratke RNK fragmente iz uzoraka starih preko stotinu godina. Zahvaljujući toj razini osjetljivosti, znanstvenici su prvi put uspjeli izgraditi gotovo cjeloviti genom virusa gripe iz 1918. iz samo jednog europskog uzorka, što omogućuje daleko preciznije praćenje mutacijskih putanja u različitim geografskim područjima i fazama pandemije.

Pandemijska arheologija: igranje vatrom ili spašavanje budućnosti?

No, kao i uvijek kad znanost otključa vrata dublje spoznaje, odmah će se pronaći Onaj Netko koji pita: "A što ako kroz ta vrata proviri pakao?"

A budimo realni - rekonstrukcija virusa koji je pokosio desetke milijuna ljudi uistinu nije baš najbezopasniji hobi. Kritičari ovakvih istraživanja upozoravaju na mogućnost bijega virusa iz laboratorija, pogotovo ako se rekonstruira njegov aktivni oblik. S druge strane, zagovornici smatraju da bez razumijevanja prošlosti ne možemo predvidjeti budućnost, a da su moderne biološke sigurnosne mjere (barem na razvijenom Zapadu) na razini koja čini takve scenarije izuzetno malo vjerojatnima.

Argument koji ipak govore u prilog ovakvih istraživanja su to što znamo da su pandemije cikličke i da se novi zoonotski virusi pojavljuju svakih nekoliko desetljeća, pa bi nam razumijevanje ranih mutacija koje su virusu gripe iz 1918. omogućile skok s ptica na svinje i na ljude moglo pomoći da prepoznamo sličan uzorak kod idućeg potencijalnog kandidata za globalni masakr. A bolje ga je dočekati spreman nego ga retroaktivno objašnjavati kroz obdukcijske protokole.

Rizik postoji, kao i kod svakog istraživanja u visokosigurnosnim laboratorijima, ali koristi nisu spekulativne nego opipljive: razumijevanje evolucije virusa, razvoj boljih cjepiva, prediktivni modeli pandemije.

Virus s (gadnim) karakterom

Gledano iz perspektive virusa, primjer iz Züricha pokazuje kako je gripa iz 1918. imala prirodni talent za izazivanje teških oblika bolesti s apokaliptički smrtonosnim posljedicama po ljudski rod. Nije joj trebalo puno prilagodbe. Došla je, vidjela, pokosila. Nema mnogo virusa koji se mogu pohvaliti takvom brzinom i letalnom učinkovitošću, a ovo istraživanje omogućuje znanstvenicima da bolje razumiju što je točno u tom virusu bilo toliko ubojito.

Možda zvuči jezivo vaditi RNK iz pluća mladića mrtvog više od stoljeća, ali upravo takvi primjeri pokazuju koliko su medicinske muzejske zbirke važne. Tko zna što se još krije u formalinskim bočicama diljem svijeta... i tko zna što bi nas moglo spasiti u nekoj idućoj pandemiji.

Jedno je sigurno: iako virus izvađen iz stoljeće starog pandemijskog ormara može zazvučati kao horor, ova priča ipak nije apokaliptična, nego je dobila znanstveni happyend.

 - - -

^{Igor „Doc“ Berecki je pedijatar-intenzivist na Odjelu intenzivnog liječenja djece Klinike za pedijatriju KBC Osijek. Pobornik teorijske i praktične primjene medicine i znanosti temeljene na dokazima, opušta se upitno ne-stresnim aktivnostima: od pisanja znanstveno-popularnih tekstova u tiskanom i online-izdanju časopisâ BUG, crtkanja računalnih i old-school grafika i dizajna, zbrinjavanja pasa i mačaka, fejsbučkog blogiranja o životnim neistinama i medicinskim istinama, sve do kuhanja upitno probavljivih craft-piva i sasvim probavljivih jela, te neprobavljivog sviranja bluesa.}