Oficjalnie największym znanym białkiem jest tytyna, pełniąca niesłychanie ważną rolę molekularnej „sprężynki” odpowiadającej za kurczliwość mięśni poprzecznie prążkowanych u kręgowców. Bez tytyny nie ruszylibyśmy ręką ani nogą i nie biłoby nasze serce. U innych zwierząt występują białka pokrewne i pełniące podobne funkcje, ale akurat u kręgowców tytyna rozciągnęła się wyjątkowo: jej molekuła ma ponad 1 μm (mikrometr) długości. Gen TTN, kodujący tytynę u człowieka, jest oczywiście odpowiednio olbrzymi. Składa się z rekordowej liczby 363 eksonów, czyli odcinków DNA kodującego, poprzedzielanych niekodującymi intronami. Po przepisaniu genu na RNA, czyli transkrypcji, introny zostają wycięte, a eksony sklejone w jedną całość. Proces ten nazywamy splicingiem; jego wynikiem jest nić informacyjnego RNA (mRNA) zawierająca pełny kod białka, które ma zostać zsyntetyzowane w procesie translacji.
Transkrypty niektórych genów mogą być składane w różny sposób, tworząc matryce do tworzenia różnych białek. Takie zjawisko nazywamy splicingiem alternatywnym. Może on polegać na pominięciu niektórych eksonów (to najczęstsza forma splicingu alternatywnego u zwierząt) albo na pozostawieniu któregoś z intronów. W ten sposób jeden gen może potencjalnie kodować wiele białek. Z właściwym splicingiem alternatywnym mamy do czynienia wtedy, kiedy wszystkie jego produkty są funkcjonalne. Trzeba go odróżnić od błędów splicingu, gdy wskutek niewłaściwego złożenia mRNA powstaje białko niefunkcjonalne lub wręcz upośledzające metabolizm komórki, przed czym oczywiście organizm stara się bronić.
Ryc. 1.
Tytyna składa się z dwustu kilkudziesięciu liniowo uszeregowanych domen, czyli niezależnie formowanych modułów funkcjonalnych. Niemal wszystkie z nich należą do dwóch typów – immunoglobuliny lub fibronektyny. Każdy z tych dwóch rodzajów występuje w liczbie ponad stu kopii. Tytyna wyewoluowała dzięki licznym duplikacjom (podwojeniom) pradawnego genu kodującego pierwotnie krótki ciąg domen. Większość domen nadal kodowana jest przez jeden ekson. Fakt ten sprzyja współistnieniu wielu wariantów tytyny powstających dzięki splicingowi alternatywnemu. Tworzone są one w sposób kontrolowany (czyli nie omyłkowo) i różnią się głównie długością – zależną od tego, które eksony i w jakiej liczbie są pomijane – i mechaniczną elastycznością, dlatego znajdują zastosowanie w różnych typach mięśni. Forma „kanoniczna” (podstawowa) ludzkiej tytyny zawiera 34 350 aminokwasów. Jej odpowiedniki u innych gatunków ssaków, na przykład u myszy, mogą być nawet nieco dłuższe. Gen TTN koduje jeszcze więcej, bo ponad 38 tys. aminokwasów, ale w każdym ze znanych wariantów białka część sekwencji kodujących zostaje pominięta.
Ryc. 2.
Tytyna jest zatem białkiem niezwykle długim, ale dość monotonnym – sekwencją naprzemiennie ułożonych, powtarzalnych modułów. Jej systematyczna nazwa chemiczna w języku angielskim ma prawie 190 tysięcy liter i potrzeba kilku godzin, żeby ją w całości odczytać na głos, nie jest to jednak lektura szczególnie fascynująca (a nazwa tytyna jest poręczniejsza). Ludzki gen TTN (eksony wraz z intronami) zajmuje odcinek o długości ponad 300 tysięcy par zasad na chromosomie 2. W każdym razie Księga Rekordów Guinnessa odnotowuje tytynę jako największe znane białko. Czy słusznie?
To zależy, jak interpretujemy słowo znane. Tytyna jest rekordzistką, jeśli chodzi o białka szczegółowo zbadane, figurujące w specjalistycznych bazach danych. Ale wiemy też, że z prawdopodobieństwem graniczącym z pewnością istnieją białka jeszcze większe.
Mikroorganizmy i supergeny
O dziwo, na ich trop wpadli badacze zajmujący się jednymi z najmniejszych bakterii. Już wcześniej zauważono, że w kilku grupach bakterii, a także u niektórych archeowców (o tym, czym są archeowce, pisałem tutaji tutaj) występują geny kodujące białka praktycznie równie wielkie jak tytyna. Na przykład jeden z genów bakterii Chlorobium chlorochromatii (należącej do typu Chlorobiota, czyli zielonych bakterii siarkowych) koduje białko złożone z 36 806 aminokwasów. Wydaje się jednak, że wielkie geny występują szczególnie często u bakterii z grupy nazwanej Omnitrophota. Dokładniej mówiąc, jest to typ Ca. (Candidatus) Omnitrophota. Tak oznacza się proponowane jednostki taksonomiczne dobrze scharakteryzowane, ale obejmujące bakterie niezbadane szczegółowo, bo niedające się wyizolować i hodować w laboratorium. Określa się je często jako „ciemną materię” mikroświata. Wiemy, że jest jej mnóstwo, znamy wyrywkowo niektórych jej przedstawicieli, ale ogólnie jest to nadal terra incognita – teren przyszłych odkryć.
Ryc. 3.
O Omnitrophota wiadomo dość dużo z badań metagenomowych (czyli z analiz materiału genetycznego wyodrębnianego z różnych nisz ekologicznych), ale dopiero niedawno udało się podejrzeć niektóre z nich pod mikroskopem i utrzymać w warunkach laboratoryjnych. Z tego, co wiemy, jest to grupa różnorodna i bogata w gatunki, występująca praktycznie wszędzie w niezbyt zasolonych środowiskach beztlenowych: w wodach hydrotermalnych gejzerów i kraterów wulkanicznych, w glebie wokół korzeni roślin, w wodach gruntowych, w mulistych osadach, bagnach, ściekach, a nawet w jeziorach ukrytych pod lodami Antarktydy. Okazy, które udało się zaobserwować bezpośrednio, mają wielkość 200–300 nm (0,2–0,3 μm), czyli są niezwykle miniaturowe nawet jak na bakterie. Zarówno z tych obserwacji, jak i z analizy ich genów, wynika, że są to bakterie drapieżne lub pasożytnicze, atakujące inne bakterie i archeowce, a być może nawiązujące z nimi również stosunki symbiotyczne.
Bakteria z tej grupy, Ca. Velamenicoccus archaeovorus, kiedy występuje w towarzystwie archeowca Methanosaeta sp. (jednego z najbardziej rozpowszechnionych mikroorganizmów naszej planety), wydziela wyjątkowo duże białko, złożone z 39 678 aminokwasów i zawierające kilkaset domen. Prawdopodobnie wiąże się ono ze ścianą komórkową ofiary, trawi ją i otwiera bakterii dostęp do cytoplazmy. Gen tego białka stanowi ok. 6% całego genomu V. archaeovorus.
Ryc. 4.
Co kryje ciemna materia
Być może właśnie padł kolejny rekord. Badacze z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, przeglądając genomy Omnitrophota w poszukiwaniu olbrzymich genów, trafili na gen kodujący sekwencję 85 804 aminokwasów. Tak szokująco wielkie białko byłoby ponad dwa razy większe od dotychczasowych rekordzistów, w tym tytyny. Jaką funkcję może pełnić? Nie znaleziono samego białka ani jego fragmentów, tylko odpowiadające mu kodujące DNA. Co można z niego wywnioskować?
Dysponujemy obecnie narzędziem sztucznej inteligencji, rozwijanym i doskonalonym przez Google DeepMind – AlphaFold. Jest to program korzystający z samouczących się sieci neuronowych, przewidujący trójwymiarową strukturę białka na podstawie jego sekwencji aminokwasowej. Niestety AlphaFold, imponująco skuteczny w przypadku białek niewielkich albo średniej wielkości, radzi sobie tym gorzej, im dłuższą sekwencję musi zanalizować. Dla białek złożonych z kilkudziesięciu tysięcy aminokwasów nie dałby w ogóle sensownych wyników. Dlatego zastosowano pomysłową sztuczkę: podzielono gen na odcinki o długości około 1000 par zasad, częściowo nakładające się na siebie, zrekonstruowano odpowiadające im fragmenty białka za pomocą AlphaFold, po czym spróbowano złożyć je w spójną całość. Powstał obraz białka o wielu domenach, które mogłyby wiązać się ze ścianą komórkową, zawierającego także fragmenty bardziej zagadkowe, jak osobliwa struktura przypominającą rurkę, utworzona przez symetrycznie skręcone helisy białka.
Być może jest to kolejne olbrzymie białko używane przez nanobakterie jako broń myśliwska, nie wiemy jednak na pewno, czy produktem genu jest pojedyncza molekuła. Być może już w trakcie translacji syntetyzowana sekwencja jest cięta na kilka białek pełniących różne funkcje. Ani domniemane białko, ani produkująca je bakteria nie zostały na razie zaobserwowane bezpośrednio, odkrycie wymaga więc potwierdzenia innymi metodami. Wyniki zostały upublicznione w repozytorium bioRχiv, ale oczekują jeszcze na recenzje i publikację w ostatecznej formie. Trzeba więc zachować ostrożną rezerwę, ale jednocześnie podkreślić, że białka zbudowane z ponad 30 tysięcy aminokwasów to w świecie bakterii nic niezwykłego. Prawdziwych rekordzistów trzeba więc zapewne szukać właśnie tam.
Ryc 1. Model (JSmol) fragmentu cząsteczki tytyny: sześć domen białkowych (spośród 244) połączonych ruchomymi „zawiasami″. Źródło: Protein Data Bank (domena publiczna). Ryc 2. Tytyna (kolor żółty) tworząca z kilkoma innymi białkami sarkomery (jednostki funkcjonalne mięśnia poprzecznie prążkowanego), pokazane w fazie rozkurczu i skurczu. Źródło: David Goodsell 2015/Protein Data Bank (domena publiczna). Ryc. 3. Gorące źródło Obsidian Pool w Parku Narodowym Yellowstone (Wyoming, USA), w którym po raz pierwszy odkryto DNA bakterii z proponowanego typu Omnitrophota (obok nadzwyczajnej różnorodności archeowców). Foto: Bob Lindstrom 1997. Źródło: Wikipedia (domena publiczna). Ryc 4. Archeowiec Methanosaeta sp. (podłużne komórki tworzące włókniste kolonie, A) atakowany przez Ca. Velamenicoccus archaeovorus (małe okrągłe komórki, D). Niektóre komórki archeowca (B, C) są uszkodzone i martwe. Foto: Erhard Rhiel and Jens Harder/Institute of Chemistry and Biology of the Sea and Max Planck Institute for Marine Microbiology. Źródło: Predatory Bacteria (fair use).
Według najnowszych oszacowań organizm zdrowego dorosłego człowieka zawiera mikrobiotę, na którą składa się średnio około 3,9 ∙ 1013 (39 bilionów) jednokomórkowych mikroorganizmów. Są wśród nich archeowce i eukarionty, ale znakomita większość naszej mikrobioty to bakterie. Jest ich kilkaset razy więcej niż wszystkich pozostałych drobnoustrojów razem wziętych. Powyższa liczba jest nieco większa niż szacowana liczba naszych własnych, ludzkich komórek, a jeśli weźmiemy pod uwagę, że ok. 84% komórek ludzkiego ciała to czerwone krwinki, w których zanika jądro wraz z DNA, to my, ludzie (Homo sapiens) jesteśmy szczęśliwymi posiadaczami (a raczej gospodarzami) genomów bakteryjnych w liczbie mniej więcej dziesięciokrotnie przewyższającej liczbę kopii naszego własnego genomu.
Co więcej, o ile ludzkie komórki zawierają niemal stuprocentowo identyczne, bliźniacze zestawy genów, to liczba gatunków mikroorganizmów, które nas zamieszkują, sięga grubych tysięcy, a genom każdego z nich jest inny. Oznacza to dostęp do ogromnego bogactwa produktów genów bakteryjnych, których nasz organizm nie byłby w stanie syntetyzować samodzielnie. Genom ludzki zawiera ok. 20 tysięcy genów. „Superorganizm”, na który składają się także wszyscy nasi mali towarzysze, ma potencjalnie do dyspozycji wiele milionów różnych genów. Niektóre związki syntetyzowane dzięki nim przez bakterie mają zasadnicze znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania na przykład ludzkiego układu odpornościowego, a także naszego ulubionego narządu – mózgu. Mikroorganizmy żyjące na naszej skórze i na błonach śluzowych, w jamie ustnej, w układzie moczowo-płciowym, a przede wszystkim w jelitach, gdzie rezyduje ich przytłaczająca większość, są z reguły nie pasożytami, ale komensalami lub symbiontami. Wciąż wiemy stosunkowo niewiele o szczegółach tej symbiozy, ale jedno jest oczywiste: bogata i urozmaicona mikrobiota wydatnie zwiększa szanse na długie i zdrowe życie. Bez bakteryjnych symbiontów, które zaczynają kolonizować organizm noworodka już w pierwszych godzinach i dniach po narodzinach, nie pociągnęlibyśmy długo.
Ale to nie wszystko. Jak w każdym ekosystemie zamieszkanym przez bakterie można w naszej mikrobiocie znaleźć także wirusy infekujące jej członków. Te wirusy to bakteriofagi (dla przyjaciół w skrócie „fagi”), ze względu na właściwości i pochodzenie ewolucyjne dzielone na kilka grup. Ok. 96% z nich należy do klasy Caudoviricetes, czyli „fagów z ogonkami”, w ogóle największej ze znanych grup wirusów na tym poziomie taksonomicznym.1 Jest to niezwykle starożytny klad, koewoluujący z bakteriami od zarania dziejów życia na Ziemi.2 Ze zrozumiałych względów ludzie interesują się fagami mniej niż wirusami atakującymi zwierzęta, a jednak każdy z nas nosi w sobie mniej więcej dziesięć razy więcej fagów niż bakterii. Jest ich kilkaset bilionów.3 Choć ich łączna masa nie przekracza pół grama, każdy z nich wyposażony jest w genom: w przypadku Caudoviricetes jest to dwuniciowe DNA o długości od kilkunastu tysięcy do ponad pół miliona nukleotydów. I nie jest dla nas bynajmniej obojętne, co siedzi w tych genomach. Mówiąc więc o ludzkiej mikrobiocie i jej zdrowiu, nie wolno zapominać o bakteriofagach.
Fagi i ich bakterie
Jako się rzekło, fagi i bakterie żyją razem w układzie pasożyt–gospodarz od kilku miliardów lat. Jedne i drugie mają się na Ziemi znakomicie, co oznacza, że jest to układ oparty na stabilnych strategiach ewolucyjnych. W interesie bakteriofagów nie leżałoby całkowite wyniszczenie bakterii (wymarłyby także razem ze swoimi ofiarami), a z kolei bakterie nie są wobec fagów całkowicie bezbronne. Bakteryjny system obrony antywirusowej potrafi rozpoznawać przynajmniej niektóre fagi i blokować ich replikację. Oczywiście fagi starają się oszukać ten system i tak toczy się odwieczny wyścig zbrojeń zwany koewolucją. Na tym jednak nie koniec. Pasożytnictwo może ewoluować w symbiozę przynoszącą korzyść obu stronom. Wiąże się to ze zdolnością fagów do wchodzenia w tzw. cykl lizogeniczny: fag włącza swoje DNA (zwane profagiem) do genomu bakterii. Gdy bakteria rozmnaża się przez podział, profag replikowany jest razem z resztą genomu i rozmnaża się także, nie zabijając komórek żywicielskich. Dlaczego nie ulegają przy tym ekspresji geny kodujące składniki wirusa, dzięki czemu możliwy byłby „montaż” i wydostanie się z komórki gotowych wirionów? Bo sam profag koduje czynnik hamujący transkrypcję tych genów, tzw. represor.
Ryc. 1.
Bakteria odnosi korzyść z tego rodzaju łagodnej infekcji. Po pierwsze – obecność represora powoduje, że bakteria staje się odporna na infekcje tym samym lub blisko spokrewnionym szczepem faga, blokując jego zdolność do niekontrolowanego namnażania się w jej wętrzu. Po drugie – może użyć swojego faga jako broni biologicznej przeciwko bakteriom konkurencyjnym. Jeśli mamy krewniaczą społeczność bakterii wyposażoną w profagi danego typu, zdarza się (spontanicznie lub pod wpływem stresów środowiskowych), że w niektórych komórkach bakteryjnych działanie represora ustaje i wirus przechodzi w odmienny tryb działania: cykl lityczny. Komórka syntetyzuje jego składniki, tworzą się z nich liczne wiriony, bakteria umiera i rozpada się, uwalniając fagi w postaci zdolnej do zjadliwego zakażania. Siostry i kuzynki bakterii, która właśnie zginęła, są nadal wyposażone w profaga, a zatem dość skutecznie zabezpieczone przed atakiem tych konkretnych wirusów. Pechowa bakteria, u której wirus się uaktywnił w sposób zjadliwy, ginie, ale jej ofiara nie idzie na marne, jeśli bakterie z konkurencyjnych szczepów, rywalizujących o te same zasoby, nie są nosicielami profaga i infekcja jest dla nich zabójcza. Bakteria „kamikaze” zwiększa sukces reprodukcyjny swojego DNA pośrednio, pomagając innym nosicielkom tego samego zestawu genów. A ponieważ w skład tego zestawu wchodzi profag, wirus również uczestniczy w tym sukcesie.
Zdarza się też, że profag traci zdolność powrotu do trybu litycznego i na stałe pozostaje składnikiem genomu swojego gospodarza. W ten sposób bakterie pozyskują geny wirusowe kodujące białka, które mogą się okazać użyteczne w nowych zastosowaniach. Jak zobaczymy w jednym z kolejnych wpisów, nie tylko bakterie zdobywają w ten sposób nowe, przydatne geny.
Prezenty dla gospodarza
Ciekawą klasą białek kodowanych przez profagi są te, które wpływają na zjadliwość bakterii pasożytniczych, pomagają bakteriom bronić się przed eukariotycznymi drapieżnikami lub niszczyć bakterie konkurujące o te same zasoby środowiska. Oprócz białkek pomagających bakteriom np. przyczepiać się do atakowanej komórki lub trawić jej ścianę, a także bakteriocyn hamujących wzrost bakterii pokrewnych, warto wspomnieć egzotoksyny – broń chemiczną, często o mocy piorunującej. Ekspresja takich genów jest regulowana przez osobne czynniki transkrypcyjne, zachodzi więc pomimo faktu, że ekspresja pozostałych genów wirusa jest powstrzymywana przez represor.
Pierwszym poznanym przykładem była toksyna maczugowca błonicy (Corynebacterium diphtheriae), odpowiedzialna za objawy chorobowe zakażenia tą bakterią. Produkuje ją maczugowiec, ale nie na podstawie własnego DNA, tylko genu tox zawartego w profagu – genomie korynefaga β, wirusa infekującego komórki maczugowca i pozostającego w nich w cyklu lizogenicznym. Dziesięć mikrogramów toksyny błoniczej to dla człowieka dawka śmiertelna. Jeszcze bardziej zabójcza trucizna o działaniu neurotoksycznym, botulina typu C1 lub D, potocznie znana jako botoks, kodowana jest z kolei w genomach kilku gatunków fagów, a produkowana w komórkach infekowanej przez nie laseczki jadu kiełbasianego (Clostridium botulinum). Inne dobrze znane bakterie uzbrajane w toksyny przez wirusy to np. przecinkowiec cholery (Vibrio cholerae), gronkowiec złocisty (Staphylococcus aureus) czy pałeczka ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa). Choć zatem bakteriofagi nie atakują nas bezpośrednio, to nadają zjadliwość szczepom bakterii, które bez łagodnego zainfekowania fagiem nie byłyby dla nas niebezpieczne.
Sam bakteriofag nie używa kodowanych przez siebie toksyn dla własnych potrzeb, zapewne nie są one także jego oryginalnym wynalazkiem, tylko zostały przejęte w zamierzchłych czasach od dawniejszych bakteryjnych gospodarzy – na przykład pierwotnym źródłem protoplasty genu tox mogły być inne bakterie z typu promieniowców (Actinobacteria), do którego należy Corynebacterium. Jednak to wirus jest właścicielem patentu na aktualną wersję genu kodującego jad i można powiedzieć, że płaci nim za gościnę: zainfekowana bakteria staje się nie tylko odporna dla ponowne zakażenie tym samym wirusem, ale także wyposażona w naprawdę niebezpieczną broń masowego rażenia.
Przyjaciele i wrogowie naszych przyjaciół
Wspomniane bakterie nie są na szczęście normalnymi składnikami naszej mikrobioty. Ponieważ jednak żyją w niej tysiące gatunków bakterii i – jak wskazują niedawno publikowane wyniki badań metagenomicznych – ok. 140 tys. gatunków bakteriofagów (z czego około połowa to wirusy wcześniej nieznane), a cykl lizogeniczny występuje wśród nich powszechnie, łatwo sobie wyobrazić, jak skomplikowane relacje wiążą wszystkich uczestników tego ekosystemu (z człowiekiem włącznie) i jak trudne jest zbadanie ich w szczegółach. Fagi – dzięki swojej zdolności do przełączania się z trybu litycznego na lizogeniczny i odwrotnie – są czynnikiem regulującym równowagę ekologiczną społeczności bakteryjnych. W zależności od sytuacji mogą pomagać bakteriom lub hamować wzrost ich populacji. Bakterie należące do różnych szczepów mogą także „walczyć na fagi”.
Ponieważ bakterie jelitowe są między innymi fabryką neuroprzekaźników, neuropeptydów czy cytokin, od których zależy prawidłowe funkcjonowanie centralnego układu nerwowego (jest to tzw. „oś mózgowo-jelitowa”, obecnie intensywnie badana), a z kolei fagi dynamicznie wpływają na populacje bakterii, to nasze procesy poznawcze, zmiany nastroju czy podatność na choroby neurodegeneracyjne pozostają w znacznym stopniu na łasce bakteriofagów. Podobnie rzecz się ma z układem odpornościowym, tym bardziej, że choć fagi nie atakują naszych komórek, to stale przenikają przez bariery anatomiczno-fizjologiczne do tkanek chronionych przed patogenami, między innymi do krwi, gdzie białka kapsydów wchodzą w bezpośredni kontakt z komórkami odpowiedzi immunologicznej. W tym przypadku udział bakterii jest zbędny. Czego przy okazji uczy się nasz układ odpornościowy i jakie to ma znaczenie dla naszego zdrowia, nie wiemy do końca.
Terapia fagowa?
Już w pierwszej połowie XX w. eksperymentowano z użyciem fagów do zwalczania bakterii chorobotwórczych wprost – na zasadzie „wróg mojego wroga jest moim przyjacielem”. Odkrycie antybiotyków spowodowało, że badania te zeszły na daleki plan. Idea terapii fagowej – w różnych wariantach, wykorzystujących potencjał wirusów na rozmaite, niekoniecznie oczywiste sposoby – wraca co pewien czas, ale w zasadzie nie wyszła poza fazę eksperymentów (Polska ma w tej dziedzinie niebagatelne osiągnięcia, o czym zapewne jeszcze będziemy mieli okazję napisać). Na przeszkodzie stoją między innymi luki w naszej wiedzy o sieci oddziaływań między fagami, bakteriami i organizmem zasiedlonym przez nie wszystkie. Im więcej o nich wiemy, tym bardziej oczywisty staje się także ogrom naszej niewiedzy. Można jednak mieć nadzieję, że w miarę postępu badań uda się pokonać te trudności. Już teraz fagi są za to wdzięcznymi obiektami badań dla inżynierii genetycznej. Można ich użyć na przykład w szczepionkach jako nośnika antygenów białkowych lub DNA kodującego białka patogenu. Te zastosowania są już całkowicie realne i zapewne będą stosowane w szczepionkach nowych generacji.
Spośród trojga laureatów nagrody Nobla z chemii w roku 2018 dwaj (Amerykanin George Smith i Brytyjczyk Gregory Winter) zostali nagrodzeni za rozwinięcie eleganckiej techniki kontrolowanej ewolucji białek „prezentowanych” na powierzchni bakteriofagów.4 Spośród miliardów molekuł namnażanych wraz z wirusami i modyfikowanych przez mutacje selekcjonuje się te o najbardziej pożądanych właściwościach. Metoda ta ma liczne zastosowania praktyczne, od medycznych (otrzymano w ten sposób stosowane już na dużą skalę leki na reumatoidalne zapalenie stawów i choroby autoimmunologiczne) po używanie bakteriofagów jako próbników molekularnych w testach diagnostycznych i katalizatorów w procesach biochemicznych.
Uwagi językowe
Terminy bakteriofag i fag stały się trochę niezręczne, odkąd zaczęliśmy się orientować w najgłębszych pokrewieństwach organizmów żywych. Archeowce (zwane też archeonami) nie są bakteriami w rozumieniu współczesnej systematyki, a wirusy, które je najczęściej atakują, należą w dużej części do specyficznych grup niezbyt podobnych do typowych wirusów bakteryjnych. Ponadto element -fag (z greckiego pʰágos ‘zjadacz, pożeracz’) niezbyt precyzyjnie określa to, co wirusy robią bakteriom. Być może rozsądniej byłoby mówić o bakteriowirusach, archeowirusach i eukariowirusach (co zresztą niektórzy specjaliści starają się robić). Tradycja ma jednak swoje prawa i zapewne „fagi” zostaną z nami jeszcze przez pewien czas.
Ryc. 2.
Przypisy
1) Oczywiście nie oznacza to, że inne grupy nie mają znaczenia. Jest ich kilka i odznaczają się wielką różnorodnością. Interesujące są na przykład archeowirusy, czyli wirusy specjalizujące się w infekowaniu archeowców – bardzo specyficzne, często wrzecionowate lub pałeczkowate. Ich badania rzucają ciekawe światło na przebieg najdawniejszej ewolucji wirusów. 2) Dalekimi krewnymi fagów z ogonkami (których część atakuje także archeowce) są herpeswirusy pasożytujące na zwierzętach (u człowieka wywołują one np. opryszczkę, półpasiec i ospę wietrzną). 3) Dla porównania: liczbę kopii wirusa SARS-CoV-2 w organizmie człowieka w szczytowej fazie zakażenia COVID-19 szacuje się na 109–1011, a łączną masę ich wirionów na 1–100 μg (milionowych części grama). 4) Trzecia laureatka, Frances Arnold (USA), otrzymała nagrodę za podobne osiągnięcia – kontrolowaną ewolucję enzymów, tyle że bez wykorzystania bakteriofagów.
Ryc. 1. Niedawno odkryty wirus Tsamsa z rodziny Siphoviridae, jeden z największych bakteriofagów. Infekuje bakterie z rodzaju Bacillus i może występować jako profag (w cyklu lizogenicznym) laseczki wąglika (B. anthrax). Źródło: Ganz et al. 2014 (licencja CC BY-SA). Ryc. 2. SSV19, wrzecionowaty archeowirus o ogonku odznaczającym się osobliwą, siedmiokrotną symetrią obrotową. Wirus ten infekuje ekstremofilne archeowce z rodzaju Sulfolobus, żyjące w źródłach wulkanicznych, silnie zakwaszonych (pH 2–3) i gorących (temperatura ok. 75–80 °C). Wirus wytrzymuje te warunki równie dobrze jak jego gospodarz. Źródło: Han et al. 2022 (licencja CC BY-NC-ND).
Patogeny od dawna były wykorzystywane jako broń biologiczna, w czasach, kiedy nawet nie wiedziano o ich istnieniu. Rozwój nauki spowodował bardziej świadome i ukierunkowane działania bioterrorystów. I o tym jest ta historia.
Ale najpierw, co nazywamy bronią biologiczną. Jest to broń masowego rażenia, która zawiera patogenne mikroorganizmy lub toksyny pochodzenia biologicznego, np. (botulina, rycyna). Zamiarem jej użycia jest:
wywołanie epidemii o wysokiej śmiertelności,
wywołanie epidemii chorób, które mimo niewielkiej śmiertelności doprowadzą do znacznych strat społecznych i ekonomicznych,
wywołanie paniki społecznej,
powodowanie paraliżu ekonomicznego kraju lub regionu.
Trochę historii z wykorzystania broni biologicznej.
Bojowe pszczoły w II w. p.n.e. – w Chinach rzucano koszyki z pszczołami na wojska przeciwnika. Z kolei w roku 190 r. p.n.e., Eurymedon wrzucał jadowite węże na okręty przeciwnika (Hannibala). Podczas oblężenia Kaffy (obecnie Teodozja na Krymie) w roku 1346 Mongołowie przerzucali do miasta ciała zmarłych na dżumę. W 1495 r. hiszpańscy żołnierze zaangażowani w walkę na południu Włoch dodawali krew zakażonych trądem ludzi do butelek z winem, które następnie sprzedawali Włochom.
Kazimierz Siemienowicz herbu Ostoja (1600-1651) to genialny polski artylerzysta z czasów Wazów (Ryc. 1) i autor słynnego dzieła Artis magnae artilleriae pars prima. To on w roku 1650 zaproponował wykorzystanie artylerii jako nośnika pocisków (kule gliniane) napełnionych śliną wściekłych psów (Ryc. 2). Nie wiedział jednak wówczas, że aby zakazić się wirusem wścieklizny, musi się on dostać bezpośrednio do organizmu, np. przez ugryzienie chorego zwierzęcia. Szatański pomysł, który nie został zrealizowany (ciekawa jestem, jak pobierano by tę ślinę od wściekłych psów?).
Ryc. 1. Kazimierz Siemienowicz [1]. Ryc. 2. Praca J.J. Boguskiego (1853-1933) [2]
Ospa prawdziwa niejednokrotnie decydowała o losie bitew i zmieniała bieg historii. Niech przypomnę losy Azteków. Ale świadome i celowe użycie tego wirusa po raz pierwszy miało miejsce podczas wojny francusko-angielskiej o terytoria północnoamerykańskie (1763 r.) (był to zresztą pierwszy ever przykład – i to skuteczny – użycia wirusa jako broni biologicznej) Sir Jeffery Amherst (Ryc. 3), głównodowodzący sił brytyjskich w Ameryce północnej, polecił, aby wrogim szczepom indiańskim dostarczyć koce, które były używane przez chorych na ospę (Ryc. 4). W związku z tym rozkazem, pułkownik Henry Bouquet, oficer brytyjski odpowiedzialny za front w Pensylwanii napisał: „Będę się starał zakazić Indian przez koce, które wpadną w ich ręce. Jednocześnie będę uważał, aby nie zakazić się samemu”. Kapitan Bouquet zanotował w swym dzienniku, że dał wodzom wrogich szczepów indiańskich dwa koce i chustkę do nosa, używane w garnizonowym szpitalu dla chorych na ospę w nadziei, że „odniesie to oczekiwany skutek”.
Okres największego rozwoju broni biologicznej przypada na czas II Wojny Światowej (największymi jej producentami były Japonia, USA, Wielka Brytania, ZSRR) i okres powojenny (głównie ZSRR).
2. Zbrodnicza Jednostka 731
To cesarzHirohito (Ryc. 5) w roku 1936 wydał rozkaz stworzenia jednostki 731. Nie nadano jej oficjalnego numeru i zwykle nazywano ją Departamentem Prewencji Epidemiologicznej i Oczyszczania Wody Armii Kwantuńskiej. W rzeczywistości, pod dowództwem gen. Shiro Ishii (Imperial Japanese Army) (świetnie wykształconego młodego lekarza) (Ryc. 6) prowadziła ona zakrojone na szeroką skalę badania nad opracowywaniem nowych rodzajów broni biologicznej, sposobów jej przenoszenia i rozpościerania na dużym terenie.
Ryc. 5. Cesarz Japonii Hirohito [1]. Ryc. 6. Gen. Shiro Ishii [1].
Eksperymenty przeprowadzano na jeńcach chińskich, radzieckich i koreańskich utrzymując ich w dobrym stanie fizycznym (w przeciwieństwie do nazistów). Wykonywano sekcje bez narkozy, wystawiano na działanie silnego mrozu, zakażano wirusami i bakteriami. Na jeńcach badano sposób zakażania groźnym wirusem Hantaan, poprzez wcieranie w ich skórę odchodów gryzoni (to one są rezerwuarem tego wirusa). Wirusy podawano też w zastrzykach i doustnie w różnych dawkach, by sprawdzić, jaka jest minimalna skuteczna dawka potrzebna do zabicia człowieka (Ryc. 7 i 8).
Ryc. 7. Obóz jeniecki Jednostki 731 [6]. Ryc. 8. Obóz jeniecki Jednostki 731 [6].
W eksperymentach na większą skalę użyto ceramicznych bomb (Ryc. 9 i 10), zawierających zakażone dżumą pchły zmieszane z piaskiem. Oto jeden z eksperymentów – w niewielkim pomieszczeniu zajmowanym przez dziesięciu więźniów, ośmiu zostało pogryzionych przez zakażone pchły. Z tych ośmiu zakażonych zmarło sześć osób.
W obozie zajmującym 6 km2 przetestowano na ludziach niemal wszystkie choroby zakaźne znane ludzkości. Bomb ceramicznych używano też do zakażania wąglikiem na zajętych terenach – ginęli dorośli, dzieci i niemowlęta.
Ryc. 9. Sam gen. Shiro Ishii zaprojektował ceramiczną bombę z ładunkiem biologicznym [7]. Ryc. 10. A to efekt jego pracy – wykorzystywana w terenie ceramiczna bomba biologiczna [8].
Shiro Ishii w 1945 r. roku przeszedł na stronę USA i po roku 1954 roku został szefem koncernu faramceutycznego. Ten człowiek, nazywany „drugim Mengele”, nigdy nie został ukarany za zbrodnie wojenne.
3. Bardziej współczesne przykłady ujawnionych ataków bioterrorystycznych.
1972 r. – „The Fasist Order of Rising Sun” (USA) użyła od 30 do 40 kg bakterii duru brzusznego Salmonella typhimurium do skażenia wodociągów w Chicago i St. Louis.
1984 r. – sekta „Rajneesh Puram” (Dallas): zakażenie sałatek w barach bakterią duru brzusznego Salmonella typhimurium (751 zachorowań, koszt ataku ok. 100 dolarów).
W czerwcu 1993 roku członkowie japońskiego kultu Aum Shinrikyo („Najwyższa Prawda”) spryskali bakterią duru brzusznego budynek w Tokio; na szczęście popełnili błąd i użyli szczepu nieszkodliwego dla ludzi.
1995 r. – ta sama sekta: trzy nieskuteczne próby rozproszenia bakterii wąglika i toksyny botulinowej, zgromadzenie środków do produkcji aerozoli biologicznych, próby pozyskania wirusa Ebola, później atak chemiczny sarinem w metrze tokijskimi i jokohamskim (12 ofiar śmiertelnych). Siedmiu członków sekty wraz z jej liderem Shoko Asahara zostało osądzonych i zgładzonych w roku 2018.
1997 r. – grupa „Counter Holocaust Lobbyist of Hitler”, (Waszyngton, DC): podrzucenie płytek Petriego oznaczonych nazwami zarazków dżumy i wąglika. Był to „fałszywy alarm” – koszt poniżej 1 dolara, ale efekt został osiągnięty – ewakuacja i kwarantanna kilkuset ludzi, odkażanie przechodniów, wysokie koszty identyfikacji mikrobiologicznej.
4. Ospa prawdziwa
W roku 1980 Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) ogłosiła eradykację (eliminację) ospy prawdziwej (Ryc. 11 i 12). W związku z tym szczepienia przeciwko tej chorobie zostały całkowicie wycofane z kalendarza szczepień ochronnych. Tak więc ludność świata można obecnie uważać za nieodporną wobec smallpox. Czy wobec tego na świecie rzeczywiście nie ma tego wirusa? Oficjalnie został on zdeponowany w dwóch referencyjnych laboratoriach WHO: Atlancie i Moskwie. Oficjalnie.
Czy trudno jest odtworzyć tego wirusa? Wcale nie. Wystarczy zdobyć próbkę biologiczną i zsekwencjonować materiał genetyczny wirusa. Na przykład jak to zrobili autorzy pracy „Variola virus genome sequenced from an eighteenth-century museum specimen supports the recent origin of smallpox” opublikowanej w roku 2020 [9].
Uwolnienie wirusa ospy prawdziwej może przerodzić się w katastrofalną globalną epidemię, jeśli nie zostaną wdrożone skuteczne środki kontroli. Ospa została uznana przez Centrum Kontroli i Zapobiegania Chorobom Zakaźnym (Centers for Disease Control and Prevention, CDC) za czynnik „kategorii A”, co oznacza, że nadano jej wysoki priorytet ze względu na potencjalne, śmiertelne zagrożenie dla bezpieczeństwa zdrowia publicznego, a nawet narodowego.
W dawnych planach militarnych ospa prawdziwa była rozważana dla wywołania tzw. „last epidemy” – ataku biologicznego po ataku nuklearnym. Zastosowanie tego wirusa w bioterroryzmie może mieć swoje zalety, ale też wady.
Zalety wykorzystania wirusa ospy prawdziwej jako broni biologicznej:
wysoka zakaźność (ok. 100 cząstek wirusa wywołuje chorobę)
rosnąca podatność populacji (u nieszczepionych osób podatność wynosi 100%)
wysoka śmiertelność (30%)
skuteczna transmisja (kropelkowa – każdy chory stanowi źródło zakażenia 10-20 osób, pośrednia – przedmioty i pościel)
stabilność wirusa w postaci areozolu i proszku (1 gram wirusa w formie proszku może zainfekować 100 osób)
wywołuje panikę
Wady wykorzystania wirusa ospy prawdziwej jako broni biologicznej:
wysokie prawdopodobieństwo wymknięcia się epidemii spod kontroli
trudność w uzyskaniu wirusa (są tylko dwa referencyjne laboratoria – Atlanta i Moskwa), jednak przy odpowiednich funduszach, zapleczu i wykwalifikowanej kadrze możliwe jest odtworzenie wirusa w każdym miejscu na świecie (tajnym oczywiście).
5. Wirusy gorączek krwotocznych (hemorrhagic fever viruses, HFV)
Ktokolwiek oglądał film z Dustinem Hoffmanem „Epidemia” może sobie wyobrazić jak działają wirusy gorączek krwotocznych w terenie (Ryc. 13 i 14).
Ryc. 13. Kadr z filmu „Epidemia” [12]. Ryc. 14. Ofiara wirusa Ebola [13].
Broń rozprzestrzeniająca te wirusy może spowodować wybuch niezróżnicowanej choroby przebiegającej z gorączką od 2 do 21 dni później, związanej z objawami klinicznymi jak wysypka, objawy krwotoczne i wstrząs prowadzący do zgonu. Sposób przenoszenia i przebieg kliniczny będą się różnić w zależności od konkretnego patogenu (wirus Ebola, Marburg, Lassa, hantawirusy). Rozpoznanie może być opóźnione, biorąc pod uwagę nieznajomość tych chorób przez ogół lekarzy, niejednorodny obraz kliniczny oraz brak powszechnie dostępnych testów diagnostycznych. Z wyjątkiem wirusa Ebola nie ma licencjonowanych szczepionek do profilaktyki HFV.
Jakie są zalety i wady wirusów gorączek krwotocznych w wykorzystaniu ich jako broni biologicznej?
Zalety:
wysoka śmiertelność i dynamika epidemii
aspekt psychologiczny i wzbudzenie paniki
Wady:
trudności w pozyskaniu wirusa. Podejmowano próby wykradzenia próbek biologicznych z laboratoriów lub pobieranie ich bezpośrednio od zakażonych. Jednak ta druga możliwość jest skrajnie niebezpieczna dla osób chcących pozyskać wirusa. Bardzo trudne jest też izolowanie wirusa Ebola w naturalnym środowisku – jego rezerwuarem są owocożerne nietoperze. Wirusa nie przenoszą też komary, jak malarię czy dengę. Do zakażenia konieczny jest bliski kontakt z osobą chorą – z jej płynami ustrojowymi, wydzielinami i wydalinami (jak krew, kał, mocz ślina czy nasienie)
trudności w zabezpieczeniu sił własnych. Wirus gorączek krwotocznych są bardzo zakaźne. Ich hodowla w laboratorium byłaby wysoce niebezpieczna dla personelu, musiałaby być prowadzona przy pełnym zabezpieczeniu i z niesłychaną ostrożnością. To wymagałoby ogromnej logistyki. Dlatego ryzyko wykorzystania HFV jako czynnika bioterrorystycznego jest raczej małe. Być może z wyjątkiem wirusa Ebola, przeciwko któremu jest już dostępna szczepionka.
6. Związek Radziecki miał najbardziej rozbudowany program BW (Biological Weapon) na świecie
Związek Radziecki zaczął opracowywać broń biologiczną w latach dwudziestych XX wieku. Pierwsze próby stworzenia biologicznej broni opierały się na dość prymitywnych metodach: zwierzęta zostawały zakażone (np. wąglikiem), a kiedy rozwinęły się objawy kliniczne były zabijane, suszone i mielone na proszek.
W latach 80. w Związku Radzieckim badano zupełnie nową klasę BW – drobnoustroje modyfikowane genetycznie, np. antybiotykooporne szczepy Yersinia pestis (dżuma), tularemii, nosacizny i właśnie Bacillus anthracis (wąglik). W roku 1979 w ogromnym laboratorium w Swierdłowsku doszło do awarii filtrów – do atmosfery wydostało się wówczas 10 g zarodników laseczek wąglika. Napędzana powolnym wiatrem (na szczęście) chmura zarodników dryfowała na południowy wschód, pozostawiając 50-kilometrowy ślad chorób i śmierci wśród ludzi i zwierząt (Ryc. 17 i 18). Co najmniej 68 osób straciło życie, co czyni tę epidemię najbardziej śmiercionośną ludzką epidemią wąglika wziewnego w historii.
Ryc. 17. Lokalizacja 6 wsi z padłymi na wąglik zwierzętami [16]Ryc. 18. Prawdopodobna lokalizacja ludzi eksponowanych na Bacillus anthracis w okolicy Swierdłowska [16].
Po uwolnieniu wąglika, powiedzmy, na zatłoczonym stadionie sportowym lub w centrum miasta, dziesiątki tysięcy osób może zostać narażonych, a wielu zachoruje, zanim urzędnicy zdadzą sobie sprawę, co się stało. W jednym z badań, opublikowanym w 2006 roku, oszacowano, że rozprzestrzenienie zaledwie 1 kilograma zarodników wąglika w Waszyngtonie wystarczyłoby do zakażenia od 4 000 do 50 000 ludzi. Gdyby w ciągu kilku dni dostępnych było zbyt mało antybiotyków lub gdyby drobnoustroje były oporne, tysiące ludzi mogłoby umrzeć.
Do skażenia 100 km2 terenu z 50% śmiertelnością zamieszkujących tam ludzi potrzeba kilku, do kilkunastu ton toksyn (np. takich jak rycyna) lub związków chemicznych, ale na przykład wąglika, tylko kilka kilogramów. Pentagon szacuje, że 100 kg wąglika rozsianych pod wiatr na takiej powierzchni może spowodować śmierć 3 milionów ludzi, oczywiście przy odpowiedniej gęstości zaludnienia. Nie jest już tajemnicą, że w latach 90. USA robiły symulacje na wypadek zagrożenia biologicznego, po których wielkie amerykańskie miasta stały się poligonami do badania skutków działania broni biologicznej (Ryc. 19). Ich mieszkańcy byli zupełnie nieświadomi tego faktu. Nieszkodliwe bakterie, rozpylano nad metropoliami i obserwowano ich rozprzestrzenianie, co pozwalało przewidywać skutki prawdziwych ataków.
Ryc. 19. Rozprzestrzenianie nad Waszyngtonem nieszkodliwych bakterii (1996) [opracowanie własne].
Wracam do Związku Radzieckiego – teraz opowiem o dr. Kenie Alibeku (Kanatjan Alibekow, ur. w Kazachstanie) (Ryc. 20). Lekarz wojskowy, oficer Armii Czerwonej, były dyrektor zakładu produkcji wąglika w Świerdłowsku, z-ca dyrektora Soviet Biopreparat (zatrudnionych 30 tys. pracowników) z laboratorium Vector zlokalizowanym w lasach nieopodal Nowosybirska na Syberii, które zajmowało się wytwarzaniem broni biologicznej.
Ryc. 20. Ken Alibek [1].
Ken Alibek powiedział w wywiadzie dla Jonathana B. Tuckera (1999 r.), iż ZSRR w latach 80. był coraz bliższy opracowania tak zwanej „absolutnej” broni biologicznej. Jeden ze szczepów wąglika (nr 836) był wyjątkowo zjadliwy, stabilny w postaci aerozolu i trwały w środowisku. Alibek porównał ten szczep z innymi szczepami wąglika pozyskanymi z całego świata – nie było nic bardziej zabójczego.
W roku 1989 w laboratorium Vector zaproponowano nową listę patogenów. Znalazły się tam nosacizna, tularemia i wirus VEE (końskie zapalenie mózgu) jako broń operacyjna – są to patogeny ukierunkowane głównie na zwierzęta. Dla ludzi zaproponowano wirusa Marburg, ospę i dżumę. W trakcie opracowywania były nowe zabójcze mikroorganizmy – wirus Lassa, Ebola, Machupo, wirusy powodujące boliwijską oraz argentyńską gorączkę krwotoczną, jak również rosyjskie wiosenno-letnie zapalenie mózgu.
Ospa i dżuma miałyby zostać użyte w tzw. wojnie totalnej. Proszę sobie wyobrazić, że w pewnym momencie laboratorium dysponowało 20 tonami wirusa ospy prawdziwej w postaci płynnej. Jednak dla patogenów powodujących ospę i dżumę istniał wymóg ciągłej produkcji, ponieważ nie można było przechowywać środka w postaci płynnej przez wystarczająco długi czas — płynna ospa miała okres przydatności „do spożycia” tylko od 6 do 12 miesięcy.
Czy ZSRR wykorzystał kiedykolwiek swoje biologiczne zasoby? Alibek powiedział, że Związek Radziecki użył nosacizny (bakteria Pseudomonas mallei) jako broni biologicznej przeciwko mudżahedinom w odległych miejscach w Afganistanie w roku 1982. Nosacizna jest śmiertelna dla koni, zaś u ludzi powoduje ostre i przewlekłe infekcje układu oddechowego, atakuje też skórę i tkanki podskórne. Wywiad USA potwierdził tajemnicze przypadki choroby w owym czasie w Afganistanie.
W swojej książce „Biohazard” Ken Alibek opisuje badania nad stworzeniem zupełnie nowego wirusa będącego połączeniem wirusa ospy prawdziwej i Ebola (tzw. Ebolapox) z najbardziej pożądanymi cechami broni biologicznej – wysoka śmiertelność w połączeniu z efektywnym rozprzestrzenianiem. Ebolapox może wywoływać tzw. czarną ospę (ospa krwotoczna) o 100% śmiertelności. Groźnymi wirusami, zawłaszcza po modyfikacjach genetycznych mogłyby być wirusy Hantaan, Nipah czy żółta febra.
W roku 1992 Ken Alibek wyemigrował/uciekł do USA, gdzie w 2006 r. stworzył nową farmaceutyczną firmę produkcyjną, MaxWell Biocorporation pełniąc funkcję jej dyrektora naczelnego i prezesa. W 2010 roku Alibek został zaproszony do rozpoczęcia pracy w Kazachstanie jako kierownik Katedry Chemii i Biologii w Szkole Naukowo-Technicznej Uniwersytetu Nazarbajewa w Astanie, gdzie zajmował się opracowywaniem leków przeciwnowotworowych. W 2011 r. otrzymał nagrodę Wicepremiera za wkład w rozwój szkolnictwa w Kazachstanie. Obecnie kontynuuje pracę na stanowisku profesora medycyny.
7. Dla równowagi – program broni biologicznej USA
W USA oficjalnie zainicjowano program broni biologicznej za prezydenta Franklina D. Roosevelta w roku 1943. W ciągu 27 lat trwania programu zajmowano się patogenami powodującymi takie choroby, jak wąglik, tularemia, gorączka Q, brucelloza, wenezuelskie zapalenie mózgu, a także pracowano z toksynami, np. botuliną i enterotoksyną gronkowcową.
Zaraz po II Wojnie Światowej oraz w okresie Zimnej Wojny program broni biologicznej Stanów Zjednoczonych rozwinął się w skuteczny, oparty na wojsku program badawczy i produkcyjny, objęty głęboką tajemnicą. W latach 1952–1954 Korpus Chemiczny utrzymywał ośrodek badań i rozwoju broni biologicznej w Fort Terry w stanie Nowy Jork, gdzie skupiano się na badaniach i rozwoju broni biologicznej głównie przeciw zwierzętom (zbadano ok. 12 patogenów). Siły powietrzne USA znacznie rozszerzyły swoje programy, zwłaszcza w zakresie systemów przenoszenia broni biologicznej.
Opinia publiczna w USA nie była świadoma trwających badań, zwłaszcza eksperymentów środowiskowych i plenerowych. Jeden z bardziej kontrowersyjnych eksperymentów przeprowadzono w 1951 r., kiedy nieproporcjonalnie duża liczba Afroamerykanów została narażona na działanie grzyba Aspergillus fumigatus, aby sprawdzić, czy są bardziej podatni na infekcję. Niektórzy naukowcy uważali, że taka wiedza pomoże im przygotować obronę przed bardziej śmiercionośną formą grzyba. Innym przykładem podobnych eksperymentów na ludziach był program badań medycznych w zakresie obrony biologicznej, Operacja Whitecoat. Ten dziesięcioletni eksperyment na „ochotnikach” Adwentystów Dnia Siódmego naraził ich na tularemię poprzez wdychanie aerozoli (w następstwie leczono ich antybiotykami). Celem eksperymentu było zaprojektowanie ładunku z bakteriami dla bomb do ataków na ludność cywilną.
Ale informacje o podobnych próbach zaczęły „przeciekać” na zewnątrz. Do tego wojna w Wietnamie zwróciła uwagę opinii publicznej na amerykański program broni biologicznej. Wszystko to spotkało się z ogromną krytyką społeczeństwa, w odpowiedzi na którą prezydent Nixon ogłosił, że Stany Zjednoczone jednostronnie wyrzekają się swojego programu wojny biologicznej, ostatecznie podpisując Konwencję o zakazie broni biologicznej i toksycznej w 1972 roku.
8. Co przyniesie przyszłość?
Biologia molekularna i inżynieria genetyczna mogą dostarczyć niezwykle skutecznych narzędzi nie tylko do modyfikowania patogenów, ale także do ich tworzenia. Problemem jest możliwość i skuteczność zabezpieczenia sił własnych przed owymi wirusami. Czy można skonstruować broń biologiczną pod konkretny DNA? Czy tematy filmów science fiction staną się rzeczywistością? Mam nadzieję, że nie.
„Variola virus genome sequenced from an eighteenth-century museum specimen supports the recent origin of smallpox” 2020, Philos Trans R Soc London B Biol Sci, 375(1812): 20190572. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7702794/
