Během historie naší planety lidé koexistovali s bakteriemi a viry. Hledali jsme způsoby, jak odolat bubonickému moru a neštovicím, a v odezvě hledali způsoby, jak nás infikovat. Používáme antibiotika téměř století, od té doby, co Alexander Fleming objevil penicilin. V reakci na bakterie se vyvinula rezistence na antibiotika. Bitva není ukončena. Strávíme tolik času patogeny, že se střídáme navzájem. Co se však stane, pokud se náhle setkáme se smrtícími bakteriemi a viry, s nimiž se tisíce let nesetkali nebo nikdy neviděli?
Možná to brzy zjistíme. Změna klimatu má za následek tání permafrostových půd, které byly zmrzlé po tisíce let, a jak se půda rozmrazuje, objevují se staré viry a bakterie, které ožívají a obnovují život.
V srpnu 2016 ve vzdáleném koutě sibiřské tundry na poloostrově Yamal zemřel 12letý chlapec a po kontrakci antraxu bylo hospitalizováno nejméně dvacet lidí.
Bylo navrženo, že před více než 75 lety jelen infikovaný antraxem zemřel a jeho zmrzlá kostra byla uvězněna pod vrstvou zmrzlé půdy pod permafrostem. Zůstal tam až do léta 2016, kdy se v důsledku intenzivního tepla roztavil permafrost. Vydala tedy mrtvola jelena a antraxu do nejbližší vody a půdy a poté do potravy. Lidé jsou ohroženi.
Strašidelné je, že to nemusí být izolovaný incident.
Země se zahřívá a rozmrazuje více permafrostu. Za normálních podmínek se povrchové vrstvy permafrostu, hluboké asi 50 centimetrů, topí každé léto. Globální oteplování však postupně odhaluje staré vrstvy permafrostu.
Propagační video:
Zmrazená trvalá půda je ideálním místem pro bakterie, aby zůstaly naživu po dlouhou dobu, možná miliony let. To znamená, že tající led může potenciálně otevřít Pandořinu nemoc.
Teploty v polárním kruhu rostou rychle, asi třikrát rychleji než ve zbytku světa. Mohou vyjít i jiní infekční agenti.
"Permafrost je vynikajícím ošetřovatelem choroboplodných zárodků a virů, protože je chladný, temný a bez kyslíku," říká evoluční biolog Jean-Michel Claverie z University of Aix-Marseille ve Francii. "Patogenní viry, které mohou infikovat zvířata a rostliny, mohly být uloženy ve starých vrstvách permafrostu půdy, včetně těch, které v minulosti způsobovaly globální epidemie."
Jen na začátku 20. století zemřelo na antrax více než milion sobů. Na severu není snadné kopat hluboké hroby, takže většina těchto těl byla pohřbena blízko povrchu, v 7 000 roztroušených hrobech v severním Rusku.
Co jiného by se mohlo skrýt pod zamrzlou půdou?
Lidé a zvířata byli pohřbeni v permafrostu po stovky let, takže je možné, že vyjdou i jiní infekční původci. Vědci například našli fragmenty RNA španělského viru chřipky v tělech masově pohřbených v aljašské tundře. Na Sibiři jsou také pohřbeny neštovice a moru. Ve studii z roku 2011 Boris Revich a Marina Podolnaya napsali: „V důsledku rozmrazování permafrostu se mohou vrátit vektory smrtelných infekcí 18. a 19. století, zejména v blízkosti hřbitovů, kde byly pohřbeny oběti těchto infekcí.“
V 90. letech 20. století se na Sibiři konala závažná epidemie neštovic. Jedno město ztratilo až 40% své populace. Těla byla pohřbena pod horní vrstvou permafrostu na březích řeky Kolymy. Po 120 letech začaly povodně řeky Kolyma erodovat břehy a tání permafrostu tento erozní proces urychlilo.
V projektu, který začal v 90. letech, vědci ze Státního výzkumného střediska pro virologii a biotechnologii v Novosibirsku studovali pozůstatky lidí z doby kamenné, které se nacházejí v jižní Sibiři, v oblasti Altaj. Studovali také vzorky z mrtvol lidí, kteří zahynuli během virových epidemií v 19. století a byli pohřbeni v permafrostu Ruska.
Vědci tvrdí, že našli těla s vředy charakteristickými pro neštovice. Ačkoli nenašli samotný virus neštovic, našli fragmenty DNA.
To samozřejmě není poprvé, kdy bakterie zmražené v ledu znovu ožily.
Ve studii z roku 2005 vědci NASA úspěšně oživili bakterie uvězněné v zamrzlém rybníku na Aljašce po dobu 32 000 let. Mikrob s názvem Carnobacterium pleistocenum byl zmražen od pleistocenu, kdy se po Zemi pohybovaly vlněné mamuty. Jakmile se led roztál, začali plavat znovu, jako by se nic nestalo.
O dva roky později byli vědci schopni oživit 8 milionů let starou bakterii, která spala v ledu pod ledovcem v údolích Beacon a Mullins v Antarktidě. Ve stejné studii byly bakterie získány z ledu staršího než 100 000 let.
Po zmrazení v permafrostu se však k životu nemohou vrátit všechny bakterie. Antraxové bakterie to mohou udělat, protože vytvářejí extrémně odolné spory, které mohou žít zmrazené po velmi dlouhou dobu.
Jiné bakterie, které mohou tvořit spory, a tak přežít v permafrostu zahrnují tetanus a Clostridium botulinum, který je zodpovědný za botulismus, vzácné onemocnění, které může způsobit ochrnutí a smrt. Některé houby mohou také přežít v permafrostu po dlouhou dobu.
Některé viry mohou také přežít po dlouhou dobu.
Ve studii z roku 2014 vědci pod vedením Claveri oživili dva viry uvězněné v permafrostu Sibiře na 30 000 let. Známé jako Pithovirus sibericum a Mollivirus sibericum, jsou považovány za „obří viry“, protože na rozdíl od většiny virů jsou tak velké, že je lze vidět pod běžným mikroskopem. Byly nalezeny v hloubce 30 metrů v pobřežní tundře.
Viry se staly infekční ihned po oživení. Naštěstí pro nás tyto viry infikují pouze jednobuněčné améby. Výzkum však naznačuje, že se mohou znovu narodit i další viry, které mohou infikovat člověka.
Globální oteplování navíc nemusí roztavit permafrost, aby představovalo hrozbu. Jak se arktický mořský led taje, severní pobřeží Sibiře se snadněji dostane po moři. Je zřejmé, že jeho průmyslový rozvoj je stále ziskový, včetně těžby zlata a nerostů, těžby ropných vrtů a těžby zemního plynu.
"V současné době jsou tyto oblasti prázdné a nikdo se nedotýká hlubokých vrstev permafrostu," říká Claverie. "Tyto staré vrstvy však lze získat během výkopových a vrtných operací." Pokud tam stále žijí životaschopné viriony, bude to katastrofa. “
Obrovské viry mohou být nejpravděpodobnějšími viníky virového ohniska.
"Většina virů je rychle inaktivována mimo hostitelské buňky v důsledku světla, vysychání nebo spontánní biochemické degradace," říká Claverie. "Například, pokud je jejich DNA poškozená a nelze ji opravit, viry přestávají být infekční." Mezi známými viry jsou však obří viry obvykle velmi tvrdé a přetrvávající. ““
Claverie říká, že by se mohly objevit viry od nejstarších lidí, kteří obývají Arktidu. Mohli bychom dokonce vidět viry dlouho vyhynulých hominidů, jako jsou neandrtálci a Denisovanové, kteří se usadili na Sibiři a byli vystaveni různým virovým onemocněním. V Rusku byly nalezeny zbytky neandrtálců staré 30–40 000 let. Lidské populace zde žily, byly nemocné a zemřely tisíce let.
„Možnost, že bychom mohli chytit virus z dlouho vyhynulého neandertálce, naznačuje, že myšlenka, že virus může být„ eradikován “z planety, je nesprávná a dává nám falešný pocit bezpečí. To je důvod, proč by zásoby vakcíny měly být uchovávány pouze pro případ. “
Od roku 2014 analyzuje Claverie obsah DNA v permafrostu při hledání genetického podpisu virů a bakterií, které mohou infikovat člověka. Našel mnoho bakterií, které mohou být pro člověka nebezpečné. Bakterie mají DNA, která kóduje virulenční faktory: molekuly, které produkují patogenní bakterie a viry, které zvyšují jejich schopnost infikovat hostitele.
Tým Claverie také objevil několik sekvencí DNA, které se zdají pocházet z virů, včetně herpesu. Dosud však nebyly nalezeny žádné stopy neštovic. Z pochopitelných důvodů se nepokusili oživit žádný z patogenů.
Může se stát, že se patogeny, od kterých si lidé již zvykli, mohou projevit na jiných místech, nejen v ledu nebo permafrostu.
V únoru 2017 vědci NASA uvedli, že našli mikroby ve věku 10 až 50 000 let v krystalech v mexickém dole. Tyto bakterie byly umístěny v jeskyni krystalů, části dolu v Naize v severním Mexiku. Jeskyně obsahuje mnoho mléčně bílých krystalů minerálního selenitu, který se vytvořil po stovky tisíc let.
Bakterie byly uvězněny v malých, tekutých kapsech krystalů, ale jakmile byly vyjmuty, oživily se a začaly se množit. Tyto mikroby jsou geneticky jedinečné a mohou to být nové druhy, ale vědci svou práci dosud nezveřejnili.
Ještě starší bakterie byly nalezeny v jeskyni Lechugilla v Novém Mexiku, 300 metrů pod zemí. Tyto mikroby neviděly povrch více než 4 miliony let. Jeskyně nikdy neviděla sluneční světlo a byla izolovaná po dobu 10 000 let od povrchových vod.
Přesto se bakterie nějak ukázaly jako rezistentní na 18 typů antibiotik, včetně drog, které byly v boji proti infekcím považovány za „poslední překážku“. Ve studii zveřejněné v prosinci 2016 vědci zjistili, že bakterie známé jako Paenibacillus sp. LC231 byly rezistentní na 70% antibiotik.
Protože byly bakterie zcela izolovány v jeskyni čtyři miliony let, nepřicházely do styku s lidmi ani s antibiotiky, které používáme k léčbě infekcí. Ukázalo se, že jejich rezistence na antibiotika se zdála jinak.
Vědci se domnívají, že u bakterií, které nepoškozují člověka, se mimo jiné vyvíjí přirozená rezistence na antibiotika. To znamená, že tato velmi rezistentní vůči antibiotikům existuje miliony nebo dokonce miliardy let.
Je zřejmé, že taková antibiotická rezistence se na klinice během používání antibiotik nemohla vyvinout.
Důvodem je to, že mnoho druhů hub a dokonce i jiných bakterií přirozeně produkuje antibiotika, aby získala konkurenční výhodu oproti jiným mikrobům. Takto Fleming poprvé objevil penicilin: bakterie v Petriho misce zemřely poté, co byly kontaminovány plísněmi produkujícími antibiotika.
V jeskyních, kde je nedostatek potravy, musí být organismy nemilosrdné, pokud chtějí přežít. Bakterie, jako je Paenibacillus, možná musely vyvinout rezistenci na antibiotika, aby se zabránilo smrti konkurenčních organismů.
To vysvětluje, proč jsou bakterie rezistentní pouze na přírodní antibiotika, která pocházejí z bakterií a hub, a tvoří asi 99,9% všech antibiotik, která používáme. Bakterie nikdy nenarazily na umělá antibiotika, takže na ně nemají rezistenci.
"Naše práce a práce ostatních ukazují, že rezistence na antibiotika není nic nového," uvedl mikrobiolog Hazel Barton z Akronské univerzity v Ohiu, který studii vedl. "Naše organismy byly izolovány z povrchových druhů po dobu 4 až 7 milionů let, ale jejich odolnost je geneticky identická s odolností nalezenou u povrchových druhů." To znamená, že tyto geny jsou přinejmenším stejně staré a neobjevily se, protože lidé začali používat antibiotickou léčbu. “
Ačkoli Paenibacillis není pro člověka škodlivý, teoreticky může přenášet svou rezistenci vůči antibiotikům na další patogeny. Ale protože je izolován pod 400 metrů skály, zdá se to nepravděpodobné.
Nicméně přirozená rezistence na antibiotika vůči antibiotikům je pravděpodobně tak rozšířená, že ji již může mít mnoho bakterií vznikajících z tajícího permafrostu. Na podporu toho vědci ve studii z roku 2011 extrahovali DNA z bakterií nalezených v 30 000 let starém permafrostu v Beringově moři. Našli geny kódující rezistenci na beta-laktam, tetracyklin a glykopeptidová antibiotika.
Stojí to za znepokojující?
Předpokládá se, že riziko výskytu patogenních mikrobů z permafrostu je ze své podstaty nepoznatelné, takže není třeba se obávat. Místo toho se musíme soustředit na jasnější hrozby spojené se změnou klimatu. Například, jak se Země zahřívá, severní země se mohou stát náchylnější k vypuknutí „jižních“nemocí, jako je malárie, cholera a horečka dengue, protože jejich patogeny se v teplu daří.
Existuje také názor, že bychom neměli ignorovat rizika, když je nemůžeme kvantifikovat.
"Existuje nenulová šance, že nás mohou patogenní mikroby znovu objevit a infikovat," říká Claverie. "Jak je to pravděpodobné, není zatím známo, ale je to pravděpodobné." Možná mohou být tyto bakterie léčeny antibiotiky, rezistentními bakteriemi, virem. Pokud patogen dlouho nebyl v kontaktu s lidmi, imunitní systém nebude připraven. Existuje tedy nebezpečí. “
ILYA KHEL