Tijekom povijesti našeg planeta, ljudi su koegzistirali s bakterijama i virusima. Tražili smo načine kako se oduprijeti bubonskoj kugi i malih boginja, a kao odgovor potražili su načine kako nas zaraziti. Koristimo antibiotike gotovo cijelo stoljeće, otkad je Alexander Fleming otkrio penicilin. Kao odgovor, bakterije su razvile otpornost na antibiotike. Bitci nije kraj. Toliko vremena provodimo s patogenima da se izmjenjujemo gužvajući jedni druge. Međutim, što se događa ako iznenada naiđemo na smrtonosne bakterije i viruse kakve se nisu susrele u tisućama godina ili ih nikada nismo vidjeli?
Možda ćemo to uskoro saznati. Klimatske promjene rezultiraju topljenjem tla permafrostom koji je zamrznut tisućama godina, a kako se tlo odmrzava, pojavljuju se drevni virusi i bakterije koji oživljavaju i vraćaju u život.
U kolovozu 2016. godine, u zabačenom kutku sibirske tundre, na poluotoku Yamal, umro je 12-godišnji dječak, a najmanje dvadeset osoba hospitalizirano je nakon antraksa.
Pretpostavlja se da je prije više od 75 godina umro jelen zaražen antraksom, a njegov smrznuti kostur bio je zarobljen ispod sloja smrznutog tla, ispod permafrosta. Tamo je ostao do ljeta 2016., kada se permafrost otapao zbog jake vrućine. Tako je pustila leš jelena i infekciju antraksom u najbliže vode i tlo, a potom u opskrbu hranom. Ljudi su pod prijetnjom.
Zastrašujuće je da to možda nije izolirani incident.
Zemlja se zagrijava i odmrzava više permafrosta. U normalnim se uvjetima površinski slojevi permafrosta, dubok oko 50 centimetara, odmrzavaju svako ljeto. Ali globalno zagrijavanje postupno otkriva stare slojeve permafrosta.
Promotivni video:
Smrznuto višegodišnje tlo idealno je mjesto za bakterije koje ostaju žive dugo vremena, možda i milijunima godina. To znači da otapanje leda potencijalno može otvoriti Pandorinu kutiju bolesti.
Temperature u Arktičkom krugu brzo se povećavaju, oko tri puta brže nego u ostatku svijeta. Mogu izaći i drugi zarazni uzročnici.
"Permafrost je izvrstan čuvar mikroba i virusa jer je hladan, mračan i nedostaje mu kisika", kaže evolucijski biolog Jean-Michel Claverie sa sveučilišta Aix-Marseille u Francuskoj. "Patogeni virusi koji mogu zaraziti životinje i biljke možda su pohranjeni u starim slojevima tla permafrosta, uključujući one koji su u prošlosti uzrokovali globalne epidemije."
Samo u ranom 20. stoljeću više od milijun jelena umrlo je od antraksa. Na sjeveru nije lako kopati duboke grobove, pa je većina tih leševa pokopana blizu površine, u 7000 raštrkanih grobova u sjevernoj Rusiji.
Što bi se još moglo sakriti ispod smrznute zemlje?
Ljudi i životinje ukopani su u permafrozu stotinama godina, pa je moguće da mogu izaći i drugi zarazni uzročnici. Na primjer, znanstvenici su pronašli fragmente RNA virusa španjolskog gripa u leševima masovno zakopanim u aljaškoj tundri. Ošpica malih boginja i bubonska kuga također su pokopane u Sibiru. U studiji iz 2011., Boris Revich i Marina Podolnaya napisali su: "Kao rezultat odmrzavanja permafrosta, vektori smrtonosnih infekcija 18. i 19. stoljeća mogu se vratiti, posebno u blizini groblja u kojima su pokopane žrtve tih infekcija."
U 1890-im se u Sibiru dogodila ozbiljna epidemija malih boginja. Jedan je grad izgubio do 40% svog stanovništva. Tijela su pokopana ispod gornjeg sloja permafrosta na obalama rijeke Kolyme. Nakon 120 godina, poplave rijeke Kolyme počele su erodirati obale, a otapanje permafrosta ubrzalo je ovaj proces erozije.
U projektu koji je započeo 1990-ih, znanstvenici iz Državnog istraživačkog centra za virologiju i biotehnologiju u Novosibirsku proučavali su ostatke ljudi iz kamenog doba koji su pronađeni u južnom Sibiru, u regiji Altai. Oni su također proučavali uzorke iz leševa ljudi koji su umrli za vrijeme virusnih epidemija u 19. stoljeću i pokopani su u permafrost Rusije.
Znanstvenici kažu da su pronašli tijela s čirima karakterističnim za tragove malih boginja. Iako nisu pronašli sam virus malih boginja, pronašli su fragmente DNK.
Naravno, ovo nije prvi put da su bakterije smrznute u ledu ponovno zaživjele.
U studiji iz 2005. godine, NASA-ini znanstvenici uspješno su oživjeli bakterije zarobljene u zaleđenom jezeru na Aljasci 32 tisuće godina. Mikrob pod nazivom Carnobacterium pleistocenum bio je smrznut još od pleistocena, kada su vuneni mamuti još lutali zemljom. Čim se led otopio, ponovo su počeli plivati kao da se ništa nije dogodilo.
Dvije godine kasnije, znanstvenici su uspjeli oživjeti bakteriju staru 8 milijuna godina koja je spavala u ledu ispod ledenjaka u dolinama Beacon i Mullins na Antarktici. U istom su istraživanju bakterije oporavljene iz leda starijeg od 100.000 godina.
Međutim, ne mogu se sve bakterije vratiti nakon što se smrznu u permafrostu. Bakterije antraksa to mogu učiniti jer formiraju izuzetno otporne spore koje mogu živjeti smrznute vrlo dugo.
Ostale bakterije koje mogu formirati spore i tako preživjeti u permafrostu uključuju tetanus i Clostridium botulinum, koji je odgovoran za botulizam, rijetku bolest koja može izazvati paralizu i smrt. Neke gljive također mogu dugo preživjeti u permafrostu.
Neki virusi mogu preživjeti i dugo vremena.
U studiji iz 2014., znanstvenici pod vodstvom Claverija oživjeli su dva virusa zarobljena u sibirskom permafrostu 30.000 godina. Poznati kao Pithovirus sibericum i Mollivirus sibericum, smatraju se "divnim virusima", jer su, za razliku od većine virusa, toliko veliki da ih se može vidjeti pod normalnim mikroskopom. Pronađeni su na dubini od 30 metara u obalnoj tundri.
Virusi su postali zarazni odmah nakon oživljavanja. Srećom po nas, ti virusi zaraze samo jednoćelijske amebe. Međutim, istraživanje sugerira da se i drugi virusi koji mogu zaraziti ljude također mogu preroditi.
Štoviše, globalno zagrijavanje ne mora rastopiti permafrost da bi predstavljalo prijetnju. Kako se led Arktičkog morskog leda topi, do sjeverne obale Sibira moguće je lakše doći morskim putem. Očito, njegov industrijski razvoj postaje profitabilniji, uključujući vađenje zlata i minerala, bušenje naftnih bušotina i vađenje prirodnog plina.
"Trenutno su ta područja prazna i nitko ne dira duboke slojeve permafrosta", kaže Claverie. "Ali ovi se drevni slojevi mogu dobiti tijekom iskopavanja i bušenja. Ako održivi virioni i dalje žive tamo, bit će to katastrofa."
Divovski virusi mogu biti najvjerojatniji krivci virusne epidemije.
"Većina virusa se brzo inaktivira izvan stanica domaćina zbog svjetlosti, isušivanja ili spontane biokemijske razgradnje", kaže Claverie. "Na primjer, ako je njihov DNK oštećen i ne može se popraviti, virusi prestaju biti zarazni. Međutim, među poznatim virusima, gigantski virusi obično su vrlo žilavi i postojani."
Claverie kaže da bi se mogli pojaviti virusi od najranijih ljudi koji su naseljavali Arktik. Čak možemo vidjeti viruse davno izumrlih vrsta hominida, poput neandertalaca i Denisovanaca, koji su se nastanili u Sibiru i bili izloženi raznim virusnim bolestima. U Rusiji su pronađeni ostaci neandertalaca starih 30-40 000 godina. Tamo su živjele ljudske populacije, bolesne i umirale tisućama godina.
"Mogućnost da bismo mogli uhvatiti virus iz davno izumrlog neandertalca sugerira da je ideja da se virus može" iskorijeniti "s planete pogrešna i daje nam lažni osjećaj sigurnosti. Zbog toga se zalihe cjepiva trebaju zadržati za svaki slučaj."
Claverie od 2014. godine analizira sadržaj DNK u permafrostu u potrazi za genetskim potpisom virusa i bakterija koji mogu zaraziti ljude. Pronašao je mnogo bakterija koje mogu biti opasne za ljude. Bakterije imaju DNK koji kodira faktore virulencije: molekule koje proizvode patogene bakterije i virusi koji povećavaju njihovu sposobnost zaraze domaćina.
Claveriein tim također je otkrio nekoliko DNK sekvenci za koje se čini da potječu od virusa, uključujući herpes. Ali još nisu pronađeni tragovi malih boginja. Iz očitih razloga nisu pokušali oživjeti nijednog od patogena.
Može se dogoditi da se patogeni, na koje su ljudi već navikli, mogu manifestirati i na drugim mjestima, a ne samo od leda ili permafrosta.
U veljači 2017., znanstvenici NASA-e rekli su da su u meksičkoj rudnici pronašli mikrobe stare 10-50.000 godina u kristalima. Te su se bakterije nalazile u pećini kristala, dijelu rudnika u Naizi na sjeveru Meksika. Špilja sadrži mnogo mliječno bijelih kristala minerala selenita, koji su nastali stotinama tisuća godina.
Bakterije su bile zarobljene u malim, tekućim džepovima kristala, ali čim su ih izvadile, oživjele su i počele se množiti. Ti su mikrobi genetski jedinstveni i možda su nove vrste, ali znanstvenici još nisu objavili svoje djelo.
Čak su i starije bakterije pronađene u špilji Lechugilla u Novom Meksiku, 300 metara pod zemljom. Ti mikrobi nisu vidjeli površinu više od 4 milijuna godina. Špilja nikad nije vidjela sunčevu svjetlost i bila je izolirana 10 000 godina od površinskih voda.
Unatoč tome, bakterija se nekako pokazala otpornom na 18 vrsta antibiotika, uključujući lijekove koji su se smatrali "zadnjim zaprekom" u borbi protiv infekcija. U studiji objavljenoj u prosincu 2016., znanstvenici su otkrili da je bakterija poznata pod nazivom Paenibacillus sp. LC231 su bili rezistentni na 70% antibiotika.
Budući da su bakterije bile potpuno izolirane u špilji četiri milijuna godina, nisu došle u kontakt s ljudima niti s antibioticima koje koristimo za liječenje infekcija. Ispada da se njihova otpornost na antibiotike pojavila nekako drugačije.
Znanstvenici vjeruju da bakterije koje ne štete čovjeku, između mnogih drugih, razvijaju prirodnu otpornost na antibiotike. Odnosno, ta vrlo otporna na antibiotike postoji već milijunima, pa čak i milijardama godina.
Očito se takva rezistencija na antibiotike nije mogla razviti u klinici tijekom uporabe antibiotika.
Razlog za to je što mnoge vrste gljivica, pa čak i druge bakterije, prirodno proizvode antibiotike kako bi stekle konkurentsku prednost u odnosu na druge mikrobe. Ovako je Fleming prvi otkrio penicilin: bakterije u petrijevoj posudi uginule su nakon kontaminiranja plijesnima koji proizvode antibiotike.
U špiljama u kojima je hrana oskudna, organizmi moraju biti nemilosrdni ako žele preživjeti. Bakterije poput Paenibacillusa možda su morale razviti otpornost na antibiotike kako bi izbjegle smrt konkurentskih organizama.
To objašnjava zašto su bakterije otporne samo na prirodne antibiotike koji potječu od bakterija i gljivica, a čine oko 99,9% svih antibiotika koje koristimo. Bakterije se nikad nisu susrele s umjetnim antibioticima, pa nemaju otpornost na njih.
"Naš rad i rad drugih pokazuju da rezistencija na antibiotike nije ništa novo", rekla je mikrobiologinja Hazel Barton sa Sveučilišta Akron, Ohio, koja je vodila studiju. "Naši organizmi su izolirani od površinskih vrsta već 4-7 milijuna godina, ali otpornost koju posjeduju je genetski identična onoj koja se nalazi u površinskim vrstama. To znači da su ti geni stari koliko su stari i da se nisu pojavili jer su ljudi počeli koristiti antibiotičko liječenje."
Iako Paenibacillis nije štetan za ljude, u teoriji može prenijeti svoju otpornost na antibiotike na druge patogene. No, budući da je izoliran ispod 400 metara stijene, to se čini malo vjerojatnim.
Unatoč tome, prirodna rezistencija na antibiotike vjerojatno je toliko raširena da mnoge bakterije koje nastaju iz topljenja permafrosta već mogu imati. U prilog tome, znanstvenici su u istraživanju iz 2011. izvadili DNK iz bakterija pronađenih u 30.000 godina staroj permafrosti u Beringovom moru. Otkrili su gene koji kodiraju otpornost na beta-laktam, tetraciklin i glikopeptidne antibiotike.
Vrijedi li se brinuti?
Smatra se da je rizik od pojave patogenih mikroba iz permafrosta sam po sebi nepoznat, tako da ne biste trebali brinuti. Umjesto toga, moramo se usredotočiti na eksplicitnije prijetnje klimatskih promjena. Na primjer, dok se zemlja zagrijava, sjeverne zemlje mogu postati osjetljivije na izbijanje „južnih“bolesti poput malarije, kolere i denge jer njihovi uzročnici uspijevaju u toplini.
Također postoji mišljenje da ne bismo trebali zanemariti rizike kada ih ne možemo kvantificirati.
"Postoji ne-nulta šansa da patogeni mikrobi mogu ponovo izaći i zaraziti nas", kaže Claverie. "Koliko je to vjerojatno još nije poznato, ali vjerojatno je. Možda se te bakterije mogu izliječiti antibioticima, rezistentnim bakterijama, virusom. Ako patogen nije dugo bio u kontaktu s ljudima, imunološki sustav neće biti spreman. Dakle, postoji opasnost."
ILYA KHEL