У земних льодовиках прокидаються небезпечні хвороби
Протягом історії нашої планети люди співіснували з бактеріями та вірусами. Ми шукали способи протистояти бубонній чумі та віспі, а вони у відповідь шукали способи нас заражати. Ось уже майже сто років ми користуємося антибіотиками, відколи Олександр Флемінг відкрив пеніцилін. У відповідь на це бактерії мали стійкість до антибіотиків. Битві немає кінця. Ми проводимо так багато часу з патогенами, що по черзі заводимо один одного в глухий кут. Однак що станеться, якщо ми раптово зіштовхнемося зі смертельними бактеріями та вірусами, яких не зустрічали вже тисячі років чи не бачили ніколи?
Можливо, ми скоро це дізнаємось. Зміни клімату виливаються таненням вічномерзлих ґрунтів, які були заморожені протягом тисяч років, і в міру танення ґрунтів виходять стародавні віруси та бактерії, які оживають та повертаються до життєдіяльності.
Було висунуто припущення, що понад 75 років тому олень, заражений сибіркою, помер і його заморожений скелет опинився в пастці під шаром мерзлого ґрунту, під вічною мерзлотою. Там він залишався до літа 2016 року, коли через сильну спеку вічна мерзлота відтанула. Тим самим випустила труп оленя та інфекцію сибірки у найближчі води та ґрунти, а потім і в продовольчий запас. Люди опинилися під загрозою.
Страшно те, що це може бути не поодинокий випадок.
Земля нагрівається і розмолює більше вічної мерзлоти. За нормальних умов поверхневі шари вічної мерзлоти глибиною близько 50 сантиметрів підтають щоліта. Але глобальне потепління поступово оголює старі верстви мерзлоти.
Замерзлий багаторічний ґрунт — ідеальне місце для того, щоб бактерії залишалися живими протягом тривалих періодів часу, можливо, мільйони років. Це означає, щолід, що тане, потенційно може відкрити ящик Пандори з хворобами.
Температура в полярному колі швидко зростає, приблизно втричі швидше, ніж у світі. Зовні можуть вийти й інші інфекційні агенти.
"Вічна мерзлота - відмінний зберігач мікробів і вірусів, тому що вона холодна, темна і в ній немає кисню", говорить еволюційний біолог Жан-Мішель Клавері з Екс-Марсельського університету у Франції. "Патогенні віруси, які можуть заражати тварин і рослини, могли зберігатися в старих вічномерзлих шарах грунту, включаючи і ті, що викликали глобальні епідемії в минулому".
Тільки на початку 20 століття понад мільйон північних оленів загинули від сибірки. На півночі не так просто викопати глибокі могили, тому більшість цих туш поховали близько до поверхні, в 7000 розкиданих похованнях на півночі України.
Що ще може ховатися під мерзлим ґрунтом?
Людей та тварин ховали у вічних мерзлотах сотнями років, тому цілком можливо, що назовні можуть вийти й інші інфекційні агенти. Наприклад, вчені виявили фрагменти РНК вірусу іспанського грипу в трупах, які масово поховані в тундрі Аляски. Віспа та бубонна чума теж поховані в Сибіру. У дослідженні 2011 року Борис Ревіч та Марина Подольна писали: «Внаслідок танення вічної мерзлоти вектори смертельних інфекцій 18 та 19 століть можуть повернутися, особливо поблизу цвинтарів, де ховали жертв цих інфекцій».
У 1890-х роках у Сибіру пройшла серйозна епідемія віспи. Одне місто втратило до 40% свого населення. Тіла були поховані під верхнім шаром вічної мерзлоти на березі річки Колими. Через 120 років повені Колими почали руйнувати береги, танення вічної мерзлоти прискорило цей процес ерозії.
У проекті, який розпочався у 1990-хроках, вчені з Державного наукового центру вірусології та біотехнології у Новосибірську вивчили залишки людей кам'яного віку, виявлених у південному Сибіру, в районі Гірського Алтаю. Вони також вивчили зразки з трупів людей, які померли під час вірусних епідемій у 19 столітті та були поховані у вічній мерзлоті України.
Вчені кажуть, що знайшли тіла з виразками, характерними для слідів віспи. Хоча вони не виявили сам вірус віспи, вони виявили фрагменти ДНК.
Звичайно, це не перший випадок, коли бактерії, заморожені на льоду, знову оживають.
У дослідженні 2005 року вчені NASA успішно відродили бактерії, ув'язнені в замороженому ставку на Алясці протягом 32 000 років. Мікроби під назвою Carnobacterium pleistocenum були заморожені з часів плейстоцену, коли вовняні мамонти все ще блукали Землею. Щойно крига розтанула, вони знову почали плавати як ні в чому не бувало.
Через два роки вченим вдалося відродити бактерію віком 8 мільйонів років, яка спала в льоду під поверхнею льодовика в долинах Бікон і Маллінз в Антарктиді. У дослідженні бактерій відновили з льоду, якому було понад 100 000 років.
Однак не всі бактерії можуть повернутися до життя після заморожування у вічній мерзлоті. Бактерії сибірки можуть це зробити, тому що утворюють надзвичайно витривалі суперечки, які можуть жити в замороженому стані дуже довго.
Інші бактерії, які можуть утворювати суперечки, а значить і виживати у вічній мерзлоті, включають правець і Clostridium botulinum, відповідальну за ботулізм: рідкісне захворювання, яке може спричинити параліч та призвести до смерті. Деякі гриби також можуть вижити у вічній мерзлоті протягом тривалого часу.
Деякі віруси також можуть виживати вПротягом тривалих періодів часу.
У дослідженні 2014 року вчені під керівництвом Клавері відродили два віруси, захоплені вічною мерзлотою Сибіру на 30 000 років. Відомі як Pithovirus sibericum і Mollivirus sibericum, вони вважаються "гігантськими вірусами", тому що на відміну від більшості вірусів вони настільки великі, що їх можна побачити під звичайним мікроскопом. Їх знайшли на глибині 30 метрів у прибережній тундрі.
Одразу після відродження віруси стали заразними. На щастя для нас, саме ці віруси заражають лише одноклітинні амеби. Проте дослідження передбачає, що інші віруси, які можуть заражати людей, також можуть бути відроджені.
Більш того, глобальне потепління необов'язково має плавити вічні мерзлоти, щоб становити загрозу. Оскільки арктичний морський лід тане, північний берег Сибіру стає легше досягти морем. Очевидно, стає вигіднішим промислове його освоєння, включаючи видобуток золота та мінералів, буріння нафтових свердловин, видобуток природного газу.
«Наразі ці райони порожні, а глибокі верстви вічної мерзлоти ніхто не чіпає», каже Клавері. «Але ці стародавні верстви можна дістати у процесі розкопок та бурових робіт. Якщо життєздатні віріони там все ще живуть, то це буде катастрофа».
Гігантські віруси можуть стати найімовірнішими винуватцями вірусного спалаху.
«Більшість вірусів швидко інактивуються поза клітинами-господарями через світло, висихання або спонтанну біохімічну деградацію», говорить Клавері. «Наприклад, якщо їхня ДНК пошкоджена і відновленню не підлягає, віруси перестають бути заразними. Однак серед відомих вірусів гігантські віруси, як правило, дуже міцні та стійкі».
Клавері каже, що можуть виявитисявіруси від перших людей, що населяли Арктику. Ми могли б навіть побачити віруси давно вимерлих видів гомінідів на кшталт неандертальців і денисівців, які влаштувалися в Сибіру і зазнавали впливу різних вірусних захворювань. В Україні знаходили останки неандертальців віком 30-40 000 років. Населення людей жили там, хворіли і вмирали тисячі років.
«Можливість того, що ми можемо заразитися вірусом від давно зниклого неандертальця, припускає, що думка про те, що вірус можна «викорінити» з планети, є невірною і дає нам хибне почуття безпеки. Ось чому запаси вакцини мають зберігатися про всяк випадок».
Команда Клавері також виявила кілька послідовностей ДНК, які, здається, взялися від вірусів, які включають герпес. Але слідів віспи поки що не знайшли. З очевидних причин вони не намагалися відродити якийсь із патогенів.
Цілком можливо, що патогени, від яких вже відвикли люди, можуть виявитися і в інших місцях, а не лише з льоду чи вічної мерзлоти.
У печері Лечугілья в Нью-Мексико, за 300 метрів під землею знайшли ще старіші бактерії. Ці мікроби не бачили поверхні понад 4 мільйони років. Печера ніколи не бачила сонячного світла та була ізольована протягом 10 000 років від поверхневих вод.
Оскільки бактерії виявилися повністю ізольовані в печері протягом чотирьох мільйонів років, вони не вступали в контакт із людьми чи антибіотиками, якими ми лікуємо інфекції. Виходить, їхня стійкість до антибіотиків з'явилася якось інакше.
Вчені вважають, що бактерії, які не завдають шкоди людям, серед багатьох інших виробляють природну стійкість до антибіотиків. Тобто ця стійкість до антибіотиків існує протягом мільйонів або навіть мільярдів років.
Очевидно, така антибіотикорезистентність не могла розвинутись у клініці в процесі використання антибіотиків.
Причиною цього є те, що багато видів грибів і навіть інші бактерії природно виробляють антибіотики, щоб отримати конкурентну перевагу перед іншими мікробами. Саме так Флемінг вперше виявив пеніцилін: бактерії в чашці Петрі померли після забруднення пліснявими грибами, що виробляють антибіотики.
У печерах, де мало їжі, організми мають бути безжальними, якщо хочуть вижити. Бактерії на кшталт Paenibacillus, можливо, мали розвинути стійкість до антибіотиків, щоб уникнути смерті від конкуруючих організмів.
Це пояснює, чому бактерії стійкі тільки до природних антибіотиків, які надходять від бактерій і грибів, і становлять близько 99,9% всіх антибіотиків, які ми використовуємо. Бактерії ніколи не стикалися зі штучними антибіотиками, тому не мають до них опору.
«Наша робота та робота інших людей свідчить про те, що стійкість до антибіотиків не є чимось новим», каже мікробіолог Хейзел Бартон з Університету Акрона, штат Огайо, який керував дослідженням. “Наші організми були ізольовані від поверхневих видів протягом 4-7 мільйонів років, але стійкість, яку вони мають, генетично ідентична тій, що виявлена у поверхневих видів. Це означає, що ці гени, як мінімум, такі ж старі і з'явилися не через те, що люди почали застосовувати лікування антибіотиками».
Хоча Paenibacillis не шкідливий для людини, теоретично він може передати свою антибіотикорезистентність іншим патогенам. Але оскільки він ізольований під 400 метрами порід, це видається малоймовірним.
Проте природна антибіотикорезистентність доантибіотикам, ймовірно, так поширена, що багато з бактерій, що виходять з вічної мерзлоти, що тане, можуть вже нею володіти. На підтвердження цього у дослідженні 2011 року вчені витягли ДНК із бактерій, виявлених у вічній мерзлоті віком 30 000 років у Беринговому морі. Вони знайшли гени, що кодують стійкість до бета-лактамних, тетрациклінових та глікопептидних антибіотиків.
Чи варто переживати?
Є думка, що ризик появи хвороботворних мікробів із вічної мерзлоти за своєю суттю не пізнаваний, тому й не варто переживати. Натомість ми повинні зосередитися на більш явних загрозах зміни клімату. Наприклад, у міру потепління Землі північні країни можуть стати більш сприйнятливими до спалахів «південних» хвороб на кшталт малярії, холери та лихоманки денге, оскільки їхні патогени процвітають у теплоті.
Є ще думка, що не варто ігнорувати ризики, коли ми не можемо їх кількісно оцінити.
"Існує ненульова ймовірність того, що патогенні мікроби можуть відродитися і заразити нас", говорить Клавері. «Наскільки ймовірно це, поки що невідомо, але ймовірно. Можливо, ці бактерії можна вилікувати за допомогою антибіотиків, резистентних бактерій, вірусу. Якщо патоген не був у контакті з людьми протягом тривалого часу, імунна система не буде готова. Тож небезпека є».