W ziemskich lodowcu budzą się niebezpieczne choroby

W całej historii naszej planety ludzie współistniały z bakteriami i wirusami. Szukaliśmy sposobów oprzeć dżuma dżuma i wietrzna, a oni w odpowiedzi szukali sposobów nas zarazić. To już prawie sto lat korzystamy z antybiotykami, odkąd Alexander Fleming odkrył penicylinę. W odpowiedzi na to bakterie są odporne na antybiotyki. Wojna nigdy się nie kończy. Spędzamy tak wiele czasu z patogenami, że w kolejce ustawiamy siebie w ślepy zaułek. Jednak co się stanie, gdy nagle do czynienia ze śmiertelnymi bakteriami i wirusami, których nie widzieliśmy już tysiące lat albo nie widziałeś nigdy?

Możliwe, że wkrótce się tego dowiemy. Zmiany klimatu przekładają topniejącego вечномерзлых gleby, które zostały zamrożone w ciągu tysięcy lat, i w miarę topnienia gleb wychodzą starożytne wirusy i bakterie, które ożywają i wracają do życia.

W sierpniu 2016 roku w dalekim zakątku syberyjskiej tundry, na półwyspie Jamał, zmarł 12-letni chłopiec i co najmniej dwadzieścia osób zostało hospitalizowanych po zakażeniu wąglikiem.

Wniesiono założenie, że ponad 75 lat temu jeleń, zainfekowany wąglika, umarł i jego mrożony szkielet znalazł się w pułapce pod warstwą zamarzniętej gleby, pod wiecznego мерзлотой. Tam pozostał aż do lata 2016 roku, kiedy to z powodu upałów wieczna zmarzlina nam obca przemoc wzięła. Tym samym wydała ciało jelenia i zakażenie wąglikiem w najbliższych wody i gleby, a po i w żywności na zapas. Ludzie znaleźli się w niebezpieczeństwie.

To Straszne, że to może być nie pojedynczy przypadek.

Ziemia się nagrzewa i roztopów więcej wiecznej zmarzliny. W normalnych warunkach powierzchniowe warstwy wiecznej zmarzliny głębokości około 50 cm подтаивают każde lato. Ale globalne ocieplenie stopniowo odsłania stare warstwy zmarzliny.

Zamarznięta wieloletnia gleba — idealne miejsce do tego, aby bakterie pozostają żywe przez długi okres czasu, może miliony lat. Oznacza to, że topniejący lód potencjalnie może otworzyć puszkę Pandory z chorobami.

Temperatura w kole podbiegunowym szybko rośnie, jest około trzy razy szybciej, niż w reszcie świata. Na zewnątrz mogą wyjść i inne czynniki zakaźne.

"Wieczna zmarzlina — świetny wygaszacz bakterii i wirusów, dlatego, że jest zimna, ciemna i nie ma w niej tlenu", mówi ewolucyjny biolog Jean-Michel Клавери z Byłego uniwersytetu w Marsylii we Francji. "Chorobotwórcze wirusy, które mogą zainfekować zwierząt i roślin, mogą być przechowywane w starych вечномерзлых warstwach gleby, w tym i te, które cieszyły się globalne epidemie w przeszłości".

Dopiero na początku 20 wieku ponad milion reniferów zginęło od wąglika. Na północy nie jest tak łatwo wykopać głębokie groby, więc większość tych tusz pochowano blisko powierzchni, w 7000 grobów rozrzuconych na północy Rosji.

Co jeszcze może kryć się pod zamarzniętej gleby?

Ludzi i zwierząt chowano w wiecznych мерзлотах setkami lat, więc jest możliwe, że mogą wyjść na zewnątrz i inne czynniki zakaźne. Na przykład, naukowcy odkryli fragmenty RNA wirusa hiszpańskiej grypy w trupach, masowo schowane w tundrze Alaski. Wietrzna i dżuma też pochowano na Syberii. W badaniu z 2011 roku Borys Ревич i Marina Подольная pisali: "W wyniku topnienia wiecznej zmarzliny wektory śmiertelnych zakażeń 18 i 19 wieku mogą wrócić, zwłaszcza w pobliżu cmentarzy, gdzie chowano ofiary tych zakażeń".

W 1890 roku na Syberii odbyła się poważna epidemia ospy. Jedno miasto stracił do 40% jego ludności. Ciała zostały pochowane pod wierzchnią warstwą wiecznej zmarzliny na brzegu rzeki Kołymy. Przez 120 lat powodzi Kołymy zaczęli niszczyć brzegu, i topnienie wiecznej zmarzliny przyspieszyło ten proces erozji.

W projekcie, który rozpoczął się w 1990 roku, naukowcy z Państwowego naukowego centrum wirusologii i biotechnologii w Nowosybirsku zbadali szczątki ludzi z epoki kamiennej, wykrytych w południowej Syberii, w rejonie Gór Ałtaju. Oni też studiowali próbki z ciał ludzi, którzy zginęli podczas epidemią w 19 wieku i pochowano w wiecznej zmarzlinie Rosji.

Naukowcy twierdzą, że znaleźli ciała z plagami, charakterystycznymi dla śladów ospy. Chociaż oni nie odkryli, że sam wirus ospy, odkryli fragmenty DNA.

Oczywiście, nie jest to pierwszy przypadek, gdy bakterie, zamrożone w lodzie, znów ożywają.

W badaniu z 2005 roku naukowcy z NASA pomyślnie ożywił bakterie zawarte w zamarzniętym stawie na Alasce w ciągu 32 000 lat. Drobnoustroje pod nazwą Carnobacterium pleistocenum zostały zamrożone od czasów plejstocenu, kiedy wełniane mamuty wciąż wędrował po Ziemi. Jak tylko lód topi się, znów zaczął pływać jak gdyby nic się nie stało.

Dwa lata później naukowcom udało się ożywić bakterii w wieku 8 milionów lat, która spała w lodzie pod powierzchnią lodowca w dolinach Beacon i Маллинз na Antarktydzie. W tym samym badaniu bakterii odzyskał z lodu, który miał ponad 100 000 lat.

Jednak nie wszystkie bakterie mogą powrócić do życia po zamrożeniu w wiecznej zmarzlinie. Bakterie wąglika mogą to zrobić, ponieważ tworzą niezwykle trwały spory, które mogą żyć w stanie zamrożonym bardzo długo.

Inne bakterie, które mogą stanowić spory, a więc i przetrwać w wiecznej zmarzlinie, m.in. tężec i Clostridium botulinum, odpowiedzialną za zatrucie jadem kiełbasianym: rzadka choroba, która może powodować paraliż i prowadzić do śmierci. Niektóre grzyby mogą również przetrwać w wiecznej zmarzlinie przez długi czas.

Niektóre wirusy mogą przetrwać przez dłuższy okres czasu.

W badaniu 2014roku naukowcy pod kierunkiem Клавери ożywił dwa wirusa przez wiecznego мерзлотой Syberii na 30 000 lat. Znane jako Pithovirus sibericum i Mollivirus sibericum, są one uważane za "gigantyczne wirusy", bo w przeciwieństwie do większości wirusów są tak duże, że można je zobaczyć pod zwykłym mikroskopem. Ich znaleźli na głębokości 30 metrów w nadmorskiej tundrze.

Natychmiast po odrodzeniu wirusy stały się zaraźliwe. Na szczęście dla nas, konkretnie te wirusy infekują tylko jednokomórkowe ameby. Jednak badanie sugeruje, że inne wirusy, które mogą zainfekować ludzi, też mogą być reaktywowana.

Ponadto, globalne ocieplenie nie musi topić wieczne zmarzliny, aby stanowić zagrożenie. Ponieważ arktyczny lód morski topnieje, północny brzeg Syberii staje się łatwiejsze do osiągnięcia przez morze. Oczywiście, staje się bardziej korzystne, przemysłowa, jego rozwój, w tym wydobycie złota i minerałów, do odwiertów naftowych, wydobycie gazu ziemnego.

W chwili obecnej obszary te są puste, a głębokie warstwy wiecznej zmarzliny nikt się nie rusza", mówi Клавери. "Ale te najstarsze warstwy można zdobyć w trakcie badań archeologicznych i prac wiertniczych. Jeśli realne virions tam wciąż żyją, to będzie katastrofa".

Gigantyczne wirusy mogą stać się najbardziej prawdopodobnymi sprawcami wirusowej lampy błyskowej.

"Większość wirusów szybko są inaktywowane na zewnątrz komórek-gospodarzy z powodu światła, suszenia lub spontanicznej degradacji biochemicznej", mówi Клавери. "Na przykład, jeśli ich DNA jest uszkodzone i nie mogą zostać przywrócone, wirusy przestają być zakaźne. Jednak wśród znanych wirusów gigantyczne wirusy, jak zwykle, bardzo wytrzymałe i trwałe".

Клавери mówi, że mogą pojawić się wirusy od pierwszych ludzi, zamieszkujących Arktykę. Możemy nawet zobaczyć wirusy dawno wymarłych gatunków hominidów jak neandertalczyków i денисовцев, którzy osiedlili się na Syberii i narażone na działanie różnych chorób wirusowych. W Rosji znajdowali szczątki neandertalczyków w wieku 30-40 000 lat. Populacji ludzi tam mieszkali, chorowali i umierali tysiące lat.

"Możliwość, że możemy zarazić się wirusem od dawno zaginionego neandertalczyka, zakłada, że myśl o tym, że wirus może "wykorzenić" z planety, jest niepoprawna i daje nam fałszywe poczucie bezpieczeństwa. Dlatego zapasy szczepionki muszą być przechowywane na wszelki wypadek".

Z 2014 roku Клавери analizuje zawartość DNA w wieloletniej zmarzlinie w poszukiwaniu genetycznej sygnatury wirusów i bakterii, które mogą zainfekować ludzi. Znalazł wiele bakterii, które mogą być niebezpieczne dla ludzi. Bakterie mają DNA, która koduje wirulencja czynniki: molekuły, które produkują chorobotwórcze bakterie i wirusy, które zwiększają ich zdolność do infekowania gospodarza.

Zespół Клавери również odkryła kilka sekwencji DNA, które, jak się wydaje, przyjął od wirusów, w tym opryszczki. Ale śladów ospy jeszcze nie znaleźli. Z oczywistych powodów nie próbowali ożywić któreś z patogenów.

Może być, że patogeny, od których już nie zdradzał zdziwienia ludzie, mogą wystąpić i w innych miejscach, a nie tylko z lodu lub wiecznej zmarzliny.

W lutym 2017 roku naukowcy z NASA oświadczyli, że znaleźli drobnoustrojów w wieku 10-50 000 lat w kryształach w meksykańskiej kopalni. Bakterie te zostały umieszczone w Jaskini Kryształów, części kopalni w Найце w północnym Meksyku. Jaskinia zawiera wiele mleczno-białych kryształów mineralnych селенита, który powstał za setki tysięcy lat.

Bakterie były zamknięte w małych, płynnych kieszeniach kryształów, ale jak tylko je wyciągnęli, są to miedzy nami jest żywa i zaczęły się rozmnażać. Te drobnoustroje genetycznie są wyjątkowe i mogą być nowe widoki, ale naukowcy na razie nie opublikowali swoją pracę.

W jaskini Лечугилья w Nowym Meksyku, w odległości 300 metrów pod ziemią znaleziono jeszcze starych bakterii. Te bakterie nie widzieli powierzchni ponad 4 milionów lat. Jaskinia nigdy nie widziała światła słonecznego i został odizolowany w ciągu 10 000 lat od wód powierzchniowych.

Mimo to bakterie w jakiś sposób okazały się odporne na 18 rodzajów antybiotyków, w tym leki, które zostały uznane za "ostatnią barierą" w walce z infekcjami. W badaniu opublikowanym w grudniu 2016 roku, naukowcy odkryli, że bakterie, znane jako Paenibacillus sp. LC231, były oporne na 70% antybiotyków.

Ponieważ bakterie okazały się całkowicie odizolowane w jaskini w ciągu czterech milionów lat, nie wchodzili w kontakt z ludźmi lub antybiotykami, którymi leczymy zakażenie. Wychodzi na to, ich odporność na antybiotyki pojawiła się w inny sposób.

Naukowcy uważają, że bakterie, które nie szkodzą ludziom, wśród wielu innych wytwarzają naturalną odporność na antybiotyki. Czyli ta najbardziej odporność na antybiotyki jest w ciągu milionów czy miliardów lat.

Oczywiście, taka антибиотикорезистентность nie mogła rozwinąć się w klinice w procesie stosowania antybiotyków.

Powodem tego jest to, że wiele gatunków grzybów, a nawet inne bakterie naturalnie wytwarzają antybiotyki, aby uzyskać przewagę konkurencyjną nad innymi drobnoustrojami. Dokładnie tak Fleming po raz pierwszy odkrył penicylinę: bakterie w płytce Petriego umierali po zanieczyszczenia вырабатывающими antybiotyki pleśń grzyby.

W jaskiniach, gdzie mało jedzenia, organizmy muszą być bezlitośni, jeśli chcą przetrwać. Bakterie z rodzaju Paenibacillus, być może, miały rozwijać oporność na antybiotyki, aby uniknąć śmierci od konkurencyjnych organizmów.

To wyjaśnia, dlaczego bakterie odporne tylko naturalne antybiotyki, które pochodzą odbakterii i grzybów, i stanowią około 99,9% wszystkich stosowanych antybiotyków. Bakterie nigdy nie spotkali się ze sztucznymi antybiotykami, więc nie mają do nich oporu.

"Nasza praca i praca innych ludzi świadczy o tym, że odporność na antybiotyki nie jest czymś nowym", mówi mikrobiolog Hazel Barton z Uniwersytetu w Akron, w stanie Ohio, który prowadził badania. "Nasze organizmy były izolowane od wód powierzchniowych gatunków w ciągu 4-7 milionów lat, ale odporność, które mają genetycznie identyczna z tą, że wykryto u powierzchniowych gatunków. To znaczy, że te geny są co najmniej takie same stare i pojawiły się nie z powodu tego, że ludzie zaczęli stosować leczenie antybiotykami".

Chociaż Paenibacillis nie jest szkodliwy dla człowieka, w teorii może on przekazać swoją антибиотикорезистентность inne patogeny. Ale ponieważ jest on odizolowany pod 400 metrów skały, to wydaje się mało prawdopodobne.

Jednak naturalna антибиотикорезистентность na antybiotyki, prawdopodobnie jest tak powszechne, że wielu z bakterii, wychodzących z тающей wiecznej zmarzliny, mogą już go mieć. Na potwierdzenie tego w badaniu z 2011 roku naukowcy wyciągnęli DNA z bakterii znalezionych w wiecznej zmarzlinie w wieku 30 000 lat na morzu Beringa. Zakładają geny, kodowanie odporność na antybiotyki beta-laktamowe, тетрациклиновым i гликопептидным antybiotyki.

Czy Warto się martwić?

Istnieje opinia, że ryzyko pojawienia się szkodliwych bakterii z wiecznej zmarzliny w swej istocie jest niepoznawalny, więc nie martw się na zapas. Zamiast tego powinniśmy skupić się na bardziej oczywistych zagrożeniach zmiany klimatu. Na przykład, w miarę ocieplenia Ziemi północne kraje mogą stać się bardziej podatne na wybuchy "południowych" chorób jak malaria, cholera i gorączki denga, ponieważ ich patogeny rozwijają się w ciepło.

Jeszcze istnieje opinia, że nie warto ignorować zagrożenia, kiedy nie możemy ich ilościowo ocenić.

"Istnieje niezerowa szansa, że chorobotwórcze drobnoustroje mogą odrodzić się i zarazić nas", mówi Клавери. "Na ile prawdopodobne jest to, podczas gdy nieznany, ale prawdopodobnie. Możliwe, że bakterie te można wyleczyć za pomocą antybiotyków opornych bakterii, wirusa. Jeśli patogen nie był w kontakcie z ludźmi przez długi czas, system odpornościowy nie będzie gotowa. Tak, że niebezpieczeństwo istnieje".