Jak powstała hipoteza?
Jednym z celów kreowania hipotez jest inspiracja do przemyśleń, jednak zdarzało się, że niepoprawne hipotezy zatrzymywały postęp na tysiące lat. Np. teorię o samorództwie mikrobów stworzoną przez Arystotelesa obaliły dopiero badania Ludwika Pasteura. Dlatego los każdej hipotezy może być trojaki: najczęściej nie przynosząc szkód będzie szybko zapomniana, zostanie obalona lub potwierdzona. Poniższą hipotezę, która jest na etapie wstępnym, można streścić w kilku słowach. Domniemanym źródłem substancji biologicznie czynnych jest fitoplankton jezior. W naszych zbiornikach wodnych jego popularny reprezentant to cyjanobakteria (niebiesko-zielone algi nazywane sinicami). Fitoplankton biosyntezuje zróżnicowane chemicznie związki przeciwwirusowe (cykliczne peptydy, lipopeptydy, kwasy tłuszczowe, sacharydy, alkaloidy czy lektyny). Ich aktywność przeciwwirusowa jest szeroko opisywana. Agregaty alg często tworzą zwarte, mocne, gąbczaste struktury świadczące o silnych oddziaływaniach międzykomórkowych.
Materia biologiczna może pokonać granicę faz woda – powietrze na szereg sposobów. Wyrzucona na brzeg będzie ulegać wysuszeniu, biotransformacjom i z wiatrem może być przenoszona na duże odległości. Np. materię biologiczną z Wielkich Jezior w USA wykrywano w odległości 25 km od brzegu (w przypadku anomalii pogodowych nawet 300 km). Pionierem badań nad transferem materii biologicznej ze zbiorników wodnych do atmosfery był Odo Bujwid (1887). Jeśli spojrzymy na bąbelki w napoju gazowanym, zobaczymy, jak docierają one i eksplodują na powierzchni płynu. Podobnie w naturalnych zbiornikach wodnych wędrujące ku powierzchni pęcherzyki gazu transportują substancje czynne i eksplodując na powierzchni jeziora, uwalniają biomasę do atmosfery. Zamarzanie jezior kolerowało z intensywnością progresji choroby na obszarach wcześniej chronionych „życiem biologicznym” zbiorników wodnych. Zamarznięte jeziora traciły zdolność ochronną. W tych warunkach fala zakażeń docierała do wcześniej ochranianej populacji, w której proces generowania odporności stadnej był spowolniony. – Opracowanie materiału trwało półtora roku. Publikowane raporty wymuszały uzupełniające interpretacje i poszerzanie hipotezy. Generalnie w środowisku przyjaciół przeważał sceptycyzm lub ograniczona wiara w poprawność mojego myślenia. Ze sceptycyzmem dobrze sobie radziłem. Wcześniej np. niewiarę budziły reakcje białek w temperaturach powyżej 100oC z pełnym zachowaniem aktywności biologicznych czy nieoczywiste rozwiązanie problemu pozyskiwania pyrogen-free bakteriofagów – przyznaje prof. Janusz Boratyński, twórca wspomnianej hipotezy.
Ekosystemy wód śródlądowych i klimatu a pandemia COVID-19
W okresie pandemii mieszkańcy i środowiska naukowe prezentowały wiele często skrajnych poglądów. Z jednej strony naukowcy rzucili do walki z chorobą wszystko, co było na pokładzie, z drugiej – uaktywniły się ruchy antyszczepionkowe. Próba ograniczenia rozprzestrzeniania się wirusa wymusiła zahamowanie światowej gospodarki. Firmy zwolniły produkcję, a emisja gazów cieplarnianych spadła. W trakcie restrykcyjnej kwarantanny w kilkunastu miastach w Państwie Środka zanotowano redukcję gazów cieplarnianych o 25%. Zmniejszenie ruchu samochodowego zwłaszcza w dużych miastach polepszyło jakość powietrza, natomiast w Wenecji np. znacznie poprawiła się jakość wód w kanałach. Wzrosło niestety zanieczyszczenie wód tworzywami sztucznymi, co pokazała organizacja OceansAsia. Według niej w ciągu zaledwie roku walki z wirusem oceany zostały zaśmiecone już ok. 1,56 mld maseczek. Koronawirus SARS-CoV-2 najbardziej dotknął Europejczyków, Azjatów i mieszkańców Ameryki Północnej, gdzie zarejestrowano do tej pory odpowiednio – ok. 246 mln przypadków, nieco ponad 214 mln i prawie 125 mln zakażeń. Europa to także region, w którym na COVID-19 zmarło najwięcej osób – w jej przypadku ofiary koronawirusa to niemal 30% wszystkich ofiar na świecie. Globalnie od początku pandemii zaraportowano blisko 700 mln przypadków zakażeń i prawie 7 mln zgonów (za Coronavirus Cases: Statistics and Charts – Worldometer; worldometers.info).
Kraje ościenne
Powiązanie patogenności koronawirusa z ekosystemem bazuje na statystyce. W przypadku krajów ościennych wzięto pod uwagę państwa w pięciu wybranych regionach, o podobnym klimacie i typie zbiorników wód śródlądowych. Według stanu na październik 2020 r. sytuacja wyglądała następująco: Łotwa – 2,5 (na 100 tys. ludności), Litwa – 4,0, Estonia – 5,3, Finlandia – 6,2 i obwód kaliningradzki – 9,7. W regionach referencyjnych wskaźnik osiągnął 21,6 w Europie i 17,5 w Rosji. W ciągu pierwszych 200 dni epidemii w Polsce stosunkowo niewiele przypadków zachorowań i umieralności powiązanej z SARS-CoV-2 odnotowano w trzech regionach pokrytych wieloma małymi i dużymi jeziorami (zachodniopomorskie – 5,8 zgonów/100 tys. ludności, lubuskie – 7,3 zgonów/100 tys. ludności i warmińsko-mazurskie – 7,6 zgonów/100 tys. ludności). W tym czasie średnia dla Polski wynosiła 16,0 zgonów przypadających na 100 tys. mieszkańców. Jeszcze bardziej intrygujące wyniki odnotowano w Meklemburgii w Niemczech – regionie graniczącym z Pomorzem Zachodnim. Tam zgłoszono 23 zgony (w przeliczeniu na 100 tys. mieszkańców było to 1,4 zgonu). Średnia dla całych Niemiec wówczas wynosiła niecałe 13 zgonów/100 tys. Również w późniejszej fazie pandemii sytuacja w Meklemburgii pozostała korzystniejsza niż w pozostałej części kraju. Podczas gdy do 2 maja 2021 r. wskaźnik zgonów powiązanych z COVID wyniósł 101,6 dla Niemiec, w Meklemburgii był prawie o połowę niższy – 62,5.
Kraje odległe
W przypadku odległych krajów azjatyckich – Bangladeszu, Indii i Iranu – dane dotyczące umieralności na COVID-19 w okresie od początku pandemii do 14 listopada 2022 r. przedstawiają się następująco: Bangladesz – 17,5, Iran – 168,2 i Indie – 37,7. Wartości te nie korelują z gęstością zaludnienia. Liczby przeciwne do oczekiwanych pod względem związku między gęstością (460 – Indie, 1260 – Bangladesz i Iran – 52 mieszkańców/m2.) zaludnienia a śmiertelnością z powodu COVID-19 skłaniają do dyskusji. Oprócz gęstości zaludnienia kraje te wyróżniają się innym klimatem. Bangladesz ma ciepły klimat tropikalno-monsunowy, Indie to gorący kraj tropikalny, a Iran w przeważającej części jest suchy i półpustynny. W kontekście przedstawionej hipotezy nie można pominąć rozprzestrzeniania się i rozwoju fitoplanktonu, zooplanktonu i grzybów na obszarach uprawy ryżu. W Bangladeszu pola ryżowe zajmują ok. 7% powierzchni kraju. Niska śmiertelność z powodu COVID-19 jest zauważalna u innych światowych producentów ryżu. Zgodnie z danymi aktualnymi na grudzień 2022 r. w Wietnamie wyniosła 43,6, a w Tajlandii – 47,4.
Lokalna inaktywacja rozproszonych wirusów
Jeżeli spojrzymy na cząsteczkę wirusa jako na olbrzymi, różnorodny twór biologiczny, to znajdziemy w nim struktury zaangażowane w infekcyjność oraz z pozoru „nieaktywne” elementy budulcowe. Kluczowe znaczenie dla aktywności wirusa może mieć rodzaj chemicznych wiązań supramolekularnych między nim a substancjami obecnymi w środowisku, w tym różnymi zanieczyszczeniami (wiązania wodorowe, siły van der Waalsa, oddziaływania jon-jon, π-kation). Hipotetycznie interakcje patogenów z zanieczyszczeniami unoszącymi się w powietrzu mogą modulować infekcyjność patogenów na dwa sposoby. Jeśli cząsteczki krytyczne dla zakaźności wirusa zostaną zablokowane, chorobotwórczość może zostać zmniejszona. Z kolei, jeśli w wyniku interakcji czynniki wirulencji nie zostaną zablokowane, a dojdzie np. do zwielokrotnienia liczby cząstek wirusa w powstałej nanocząstce, aktywność patogenu w wyniku zjawiska awidity może wzrosnąć.
Umiarkowana czułość i selektywność interakcji między lektynami a cukrami umożliwia potencjalne wykorzystanie tego mechanizmu do oddziaływań z szerokim spektrum wirusów. Jeśli mutacje nie zmienią znacząco glikozylacji struktur zewnętrznych wirusa, „lektyny przenoszone drogą powietrzną” mogłyby zneutralizować również nowe szczepy. Interakcje cukrów patogenu z lektynami zawartymi w aerozolach mogą przyczynić się do lokalnej inaktywacji rozproszonych wirusów. Kluczowe byłyby interakcje w powietrzu między wirusowymi oligosacharydami a makro- i nanocząstkami pochodzącymi z jezior. To może oznaczać, że korzystne może być rozpylanie nanokomponentów obecnych np. w fitoplanktonie; zwłaszcza na terenach mocno zurbanizowanych, gdzie mamy do czynienia z dużymi skupiskami ludzi. Hybrydowe nanocząsteczki (wirusy aglutynowane z lektyną) zawieszone w powietrzu będą sedymentowały szybciej niż cząsteczki wirusa. Hybrydowa nanocząsteczka o strukturze podobnej do szczepionki skoniugowanej jest zdolna nie tylko do wchodzenia w interakcje z wirusem, ale niewykluczone, że także do aktywacji układu odpornościowego. Z jednej strony zablokowanie w powietrzu oligosacharydów może obniżyć infekcyjność, z drugiej zaś interakcje z „elementami balastowymi” wirusa mogą infekcyjność zwiększyć. Będzie to miało miejsce wówczas, gdy powstaną zwielokrotnione nanocząstki wirusa ze zwielokrotnioną liczbą struktur tropowych (jest to związane z wpływem zanieczyszczeń powietrza, pyłkami itp.).
Pory roku a grypa i pandemia COVID-19
Globalna zaraza niesiona przez koronawirusa SARS-CoV-2 powinna być nauczką na przyszłość dla wszystkich krajów świata. Postęp cywilizacyjny wbrew pozorom wcale nie sprzyja bezpieczeństwu immunologicznemu. Globalizacja, i co za tym idzie, swobodny dostęp do różnych zakątków planety znacznie ułatwia rozprzestrzenianie się różnego rodzaju patogenów. Epidemia koronawirusa SARS-CoV-2 rozpoczęła się w Polsce relatywnie późno w porównaniu z innymi krajami UE. To przesunięcie wyniosło nawet ponad 30 dni w porównaniu do Włoch i Francji i ok. 7 dni w stosunku do Niemiec. Opóźnienie rozpoczęcia epidemii należy wiązać ze słabszym usieciowieniem kraju w ruchu międzynarodowym.
Obserwowane wahania liczby zakażeń mogą być spowodowane sezonową obecnością substancji biologicznych uwalnianych do środowiska. Chodzi o kwestie związane z wegetacją przyrody – roślinnością, rolnictwem oraz gnilnymi procesami rozkładu (z naciskiem na grzyby), szczególnie w okresach ciepłych. Porównując wskaźniki zachorowań w ciepłych i zimnych porach roku, można zauważyć, że słabe rozprzestrzenianie się choroby stwierdzono w okresach ciepłych i odwrotnie – wysoka zapadalność występowała w okresach zimnych (przyjmując, że okres zimny trwa od listopada do marca, a okres ciepły między majem a październikiem). Obniżona śmiertelność obserwowana pod koniec 2022 r. może wynikać m.in. ze zmian w profilu wirusów krążących w środowisku. Podobna korelacja dotyczy grypy. Hemaglutyniny, które są integralną częścią wirusów, odgrywają kluczową rolę w patogenezie infekcji poprzez interakcje z terminalnymi glikanami zakończonymi kwasem sialowym. W tym kontekście szczególną uwagę warto zwrócić na kwestię grypy. Zgodnie z hipotezą liczba zachorowań na grypę spada w sezonie ciepłym ze względu na uwalnianie pochodnych kwasu sialowego do atmosfery. Liczne gatunki bakterii biosyntetyzują polimery kwasu sialowego, a grzyby wytwarzają różnorodne pochodne tego kwasu. Substancje te uwalniane do atmosfery mogą aglutynować i/lub neutralizować wirusy grypy. Rozwiązanie tych złożonych problemów wymagałoby interdyscyplinarnych wysiłków w dziedzinach biologii, medycyny, chemii, klimatologii i biofizyki. Do stycznia 2021 r. obserwacji nie zdążyły zakłócić programy szczepień wprowadzone z niewyobrażalną wcześniej determinacją i szybkością. Co więcej, zima 2019-2020 była wyjątkowo ciepła. To oznacza, że polskie jeziora nie zamarzły po raz pierwszy od wielu lat, a „biologia i biochemia w wodzie” były w ciągłej interakcji z powietrzem. Jak zaznacza dr inż. Krystian Szczepański, dyrektor Instytutu Ochrony Środowiska – Państwowego Instytutu Badawczego, w ostatnim stuleciu ryzyko wystąpienia nowych ognisk chorób wirusowych wzrasta, a ma to związek z postępującymi zmianami klimatu oraz niszczeniem naturalnych ekosystemów Ziemi. Przenoszeniu się nowych chorób z dzikiej przyrody na ludzi sprzyjają kolonizacja dotychczas niezglobalizowanych terenów i odebranie innym gatunkom ich siedlisk w połączeniu z niezrównoważoną eksploatacją dóbr naturalnych. Amerykańskie Centrum Kontroli i Prewencji Chorób szacuje, że nawet 3/4 nowych schorzeń zagrażających ludziom ma źródło w zwierzętach.
Podsumowanie
– Artykuł dojrzewał w swoim tempie. Pierwsze skojarzenie było szybkie: jeziora – SARS. Zaczęło się od pleśni, a skończyło na fitoplanktonie „wędrującym w powietrzu”. Potem była tylko rozbudowa: Azja Południowo-Wschodnia, monsuny, Ocean Spokojny, ciepłe Morze Chińskie – dużo fitoplanktonu i niska zachorowalność. Generalnie woda ze swoim życiem biologicznym, atmosfera, mało poznane reakcje biologiczne przebiegające w fazie gazowej będą wymagać rozwijania nowych podejść badawczych. Potem pojawiły się pory roku. Następnie grypa, gnijąca materia biologiczna i powiązanie z sezonowością. Uwolniona do atmosfery zgnilizna z kwasem sialowym blokująca hemaglutyninę – to głos w dyskusji o sezonowości – wspomina prof. Boratyński. Jedną z ważniejszych spraw – według Janusza Boratyńskiego – jest przemycona w artykule próba wyjaśnienia, dlaczego osocze ozdrowieńców było tak słabo aktywne. – Według mnie trzeba je inaczej sterylizować (do użytku terapeutycznego u ludzi osocze jest sterylizowane maszynowo z wykorzystaniem silnych utleniaczy modyfikujących reszty metioniny i tryptofanu. To może skutkować osłabieniem efektora aktywności przeciwciał, w tym ich interakcji z aktywacją receptora Fc i dopełniacza. Dlatego konieczne może być odstąpienie od rutynowych technologii sterylizacji i ponowna ocena skuteczności udoskonalonych preparatów osocza). Wiem o tym od czasów, kiedy byłem laborantem w Instytucie Immunologii PAN – dodaje naukowiec.
Na pytanie o kolejne plany odpowiada: – Chciałbym zainspirować środowisko akademickie do rozwiązania „problemu kleszczy”. W tym celu zbudowałem zespół (jednak nim nie kieruję), którego celem jest kolejny szalony pomysł – leczenie kleszczy w środowisku ich bytowania, np. w parkach, na obszarach atrakcyjnych turystycznie... Zespół jest otwarty. Każdy, kto chciałby się przyłączyć lub zainspirowany tworzyć własne przedsięwzięcia, ma wolną drogą. Praca na temat ekosystemów jezior i patogenności wirusa SARS-CoV-2 to jednak generalnie mój finał przygody z nauką – w niej nie wolno bać się nowoczesności i szaleństwa. Na zakończenie pracy zawodowej zaproponowałem poprowadzenie zajęć pod kryptonimem: „Uczmy się spostrzegać to, czego inni nie dostrzegli”. Wiadomo, że takiego przedmiotu nie da się nauczyć na tradycyjnych wykładach. Jeśli uczelnie zaakceptują pomysł, to jego realizacja będzie dla mnie jednym z najtrudniejszych zadań, jakich się podjąłem. W najbliższych dniach spotkam się w tej sprawie z dziećmi ze szkoły podstawowej. Na zakończenie chciałbym uścisnąć dłoń Michała Rogalskiego, twórcy największej bazy o rozprzestrzenianiu się epidemii koronawirusa w Polsce. Jego upór i efekt pracy były fundamentem, na którym budowałem hipotezę.
KOMENTARZE