V zgodovini našega planeta so ljudje sobivali z bakterijami in virusi. Iskali smo načine, kako se upreti bubonski kugi in črni strupi, v odgovor pa so iskali načine, kako nas okužiti. Antibiotike uporabljamo že skoraj stoletje, odkar je Aleksander Fleming odkril penicilin. Bakterije so razvile odpornost na antibiotike. Bitki ni konca. Toliko časa preživimo s patogeni, da se izmenično spotaknemo. Vendar, kaj se zgodi, če nenadoma naletimo na smrtonosne bakterije in viruse, ki jih v tisoč letih nismo srečali ali jih še nikoli nismo videli?
Morda bomo kmalu ugotovili. Podnebne spremembe povzročajo odmrznitev tal večno zmrzali, ki so zamrznjeni tisoče let, in ko se tla odmrznejo, nastajajo starodavni virusi in bakterije, ki oživijo in ponovno zaživijo.
Avgusta 2016 je v odročnem kotu sibirske tundre, na polotoku Yamal, umrl 12-letni deček, najmanj dvajset ljudi je bilo hospitaliziranih po prebolelih antraksa.
Predlagamo, da je pred več kot 75 leti umrl jelen, okužen z antraksom, njegov zmrznjeni okostnjak pa je bil ujet pod plastjo zamrznjene zemlje, pod večno zmrzaljo. Tam je ostal do poletja 2016, ko se je zaradi močne vročine odmrznila permafrost. Tako je spustila truplo jelena in okužbe z antraksom v najbližje vode in tla ter nato v zalogo hrane. Ljudje so ogroženi.
Strašljivo je, da to morda ni osamljen incident.
Zemlja se segreva in odmrzne več večne zmrzali. V normalnih razmerah se vsako poletje odmrznejo površinske plasti večne zmrzali, globoke približno 50 centimetrov. Toda globalno segrevanje postopoma izpostavlja stare plasti večne zmrzali.
Promocijski video:
Zamrznjena trajnica je idealen kraj, da bakterije ostanejo žive dalj časa, morda milijone let. To pomeni, da bi taljenje ledu lahko odprlo Pandorino polje bolezni.
Temperature v arktičnem krogu se hitro dvigajo, približno trikrat hitreje kot v ostalem svetu. Izidejo lahko tudi drugi povzročitelji infekcij.
"Večna zmrzal je odličen čuvaj mikrobov in virusov, saj je hladna, temna in ji primanjkuje kisika," pravi evolucijski biolog Jean-Michel Claverie z univerze v Aix-Marseilleu v Franciji. "Patogeni virusi, ki lahko okužijo živali in rastline, so bili morda shranjeni v starih plasteh večne zmrzali, vključno s tistimi, ki so v preteklosti povzročile globalne epidemije."
Samo v zgodnjem 20. stoletju je več kot milijon severnih jelenov umrlo zaradi antraksa. Na severu ni težko kopati globokih grobov, zato je bila večina teh trupel zakopana blizu površine, v 7000 raztresenih pokopov na severu Rusije.
Kaj bi se še lahko skrivalo pod zamrznjeno zemljo?
Ljudje in živali so pokopani v večni zmrzali že sto let, zato je mogoče, da pridejo tudi drugi povzročitelji okužb. Znanstveniki so na primer odkrili delce RNK španskega gripa v truplih, ki so množično pokopane v aljaški tundri. Tudi v Sibiriji so pokopane male strupe in kužna kuga. Boris Revich in Marina Podolnaya sta v študiji iz leta 2011 zapisala: "Zaradi odmrznitve permafrosta se lahko prenašalci smrtonosnih okužb 18. in 19. stoletja vrnejo, zlasti v bližini pokopališč, kjer so pokopane žrtve teh okužb."
V 1890-ih se je v Sibiriji zgodila resna epidemija malih strupov. Eno mesto je izgubilo do 40% svojega prebivalstva. Trupla so pokopali pod zgornjo plastjo večne zmrzali na bregovih reke Kolyme. Po 120 letih so poplave reke Kolyme začele uničevati bregove, taljenje permafroza pa je postopek erozije pospešilo.
V projektu, ki se je začel v devetdesetih letih prejšnjega stoletja, so znanstveniki Državnega znanstvenega centra za virologijo in biotehnologijo v Novosibirsku preučevali ostanke ljudi iz kamene dobe, najdene v južni Sibiriji v regiji Altaj. Preučevali so tudi vzorce iz trupel ljudi, ki so v 19. stoletju umrli med virusnimi epidemijami in so bili pokopani v večni zmrzali Rusije.
Znanstveniki pravijo, da so našli trupla z razjedami, značilnimi za znamenja malih strup. Čeprav samega virusa okužb niso našli, so odkrili delce DNK.
Seveda to ni prvič, da so bakterije, zamrznjene v ledu, ponovno zaživele.
V študiji iz leta 2005 so znanstveniki NASE uspešno oživili bakterije, ujete v zamrznjenem ribniku na Aljaski 32.000 let. Mikrob, imenovan Carnobacterium pleistocenum, je bil zamrznjen že od pleistocena, ko so volnati mamuti še gostovali po Zemlji. Takoj, ko se je led stopil, so spet začeli plavati, kot da se ni nič zgodilo.
Dve leti pozneje so znanstveniki lahko oživili 8 milijonov let staro bakterijo, ki je spala v ledu pod ledenikom v dolinah Beacon in Mullins na Antarktiki. V isti študiji so bakterije prejeli iz ledu, starega več kot 100.000 let.
Vendar pa ne morejo vse bakterije zaživeti po zamrznitvi v večni zmrzali. Bakterije antraks lahko to storijo, ker tvorijo izredno trdožive spore, ki lahko zamrznejo zelo dolgo.
Druge bakterije, ki lahko tvorijo spore in tako preživijo v večni zmrzali, vključujejo tetanus in Clostridium botulinum, ki je odgovoren za botulizem, redko bolezen, ki lahko povzroči paralizo in smrt. Nekatere glive lahko dolgo preživijo tudi v večni zmrzali.
Nekateri virusi lahko preživijo tudi dalj časa.
V študiji iz leta 2014 so znanstveniki pod vodstvom Claverija oživili dva virusa, ujeta v sibirski permafrost 30.000 let. Znani kot Pithovirus sibericum in Mollivirus sibericum, veljajo za "orjaške viruse", ker so za razliko od večine virusov tako velike, da jih je mogoče videti pod običajnim mikroskopom. Najdeni so bili na globini 30 metrov v obalni tundri.
Virusi so postali nalezljivi takoj po oživljanju. Na srečo za nas ti posebni virusi okužijo samo enocelične amebe. Vendar raziskave kažejo, da se lahko tudi drugi virusi, ki lahko okužijo človeka, ponovno rodijo.
Poleg tega globalnega segrevanja ni treba taliti večne zmrzali, da bi predstavljalo grožnjo. Ko se arktični morski led topi, je severna obala Sibirije lažje doseči po morju. Očitno je njen industrijski razvoj vse bolj donosen, vključno s pridobivanjem zlata in mineralov, vrtanjem nafte in proizvodnjo zemeljskega plina.
"Trenutno so ta območja prazna in nihče se ne dotika globokih plasti večne zmrzali," pravi Claverie. "Toda te starodavne plasti je mogoče dobiti med izkopi in vrtanjem. Če tam živijo sposobni virioni, bo to katastrofa."
Veliki virusi so lahko najverjetnejši krivci za virusni izbruh.
"Večina virusov se hitro inaktivira zunaj gostiteljskih celic zaradi svetlobe, izsuševanja ali spontane biokemijske razgradnje," pravi Claverie. »Na primer, če je njihova DNK poškodovana in je ni mogoče popraviti, virusi prenehajo biti nalezljivi. Vendar so med znanimi virusi velikanski virusi običajno zelo žilavi in obstojni."
Claverie pravi, da bi se lahko virusi najstarejših ljudi, ki naseljujejo Arktiko, pojavili. Morda celo vidimo viruse dolgo izumrlih vrst hominidov, kot so neandertalci in Denisovani, ki so se naselili v Sibiriji in bili izpostavljeni različnim virusnim boleznim. V Rusiji so našli ostanke neandertalcev, starih 30-40.000 let. Tam so živele človeške populacije, bolne in umirale na tisoče let.
"Možnost, da bi lahko ujeli virus iz dolgo izumrlega neandertalca, nakazuje, da je zamisel, da virus lahko iztrebimo iz planeta, napačna in daje lažen občutek varnosti. Zato je treba za vsak primer ohraniti zaloge cepiva."
Claverie od leta 2014 analizira vsebnost DNK v večni zmrzali v iskanju genetskega podpisa virusov in bakterij, ki lahko okužijo človeka. Našel je veliko bakterij, ki so lahko nevarne za človeka. Bakterije vsebujejo DNK, ki kodira dejavnike virulence: molekule, ki jih proizvajajo patogene bakterije in virusi, ki povečajo sposobnost okužbe gostitelja.
Claveriejeva ekipa je odkrila tudi več zaporedij DNK, za katere se zdi, da izvirajo iz virusov, vključno s herpesom. A sledov malega ošesa še niso našli. Iz očitnih razlogov niso poskušali oživiti nobenega od povzročiteljev bolezni.
Mogoče je, da se lahko patogeni, na katere so ljudje že navajeni, manifestirajo tudi drugje, in ne le iz ledu ali večne zmrzali.
Februarja 2017 so znanstveniki NASE povedali, da so v kristalih v mehiškem rudniku našli mikrobe, stare 10-50.000 let. Te bakterije so bile v jami kristalov, delu rudnika v Naizi na severu Mehike. V jami je veliko mlečno belih kristalov minerala selenita, ki se je oblikoval v več sto tisoč letih.
Bakterije so bile ujete v majhnih, tekočih žepih kristalov, a takoj, ko so jih odvzeli, so oživele in se začele množiti. Ti mikrobi so genetsko edinstveni in so morda nove vrste, vendar znanstveniki svojega dela še niso objavili.
Še starejše bakterije smo našli v jami Lechugilla v Novi Mehiki, 300 metrov pod zemljo. Ti mikrobi niso videli površine več kot 4 milijone let. Jama še nikoli ni videla sončne svetlobe in je bila že 10.000 let izolirana od površinskih voda.
Kljub temu se je bakterija nekako izkazala za odporno na 18 vrst antibiotikov, vključno z zdravili, ki so veljala za "zadnjo oviro" v boju proti okužbam. V raziskavi, objavljeni decembra 2016, so znanstveniki ugotovili, da bakterija, znana kot Paenibacillus sp. LC231 so bili odporni na 70% antibiotikov.
Ker so bile bakterije v jami popolnoma izolirane štiri milijone let, niso prišle v stik s človekom ali z antibiotiki, ki jih uporabljamo za zdravljenje okužb. Izkazalo se je, da se je njihova odpornost na antibiotike pojavila nekako drugače.
Znanstveniki verjamejo, da bakterije, ki človeku ne škodujejo, med drugim razvijejo naravno odpornost na antibiotike. Se pravi, ta zelo odpornost na antibiotike obstaja že milijone ali celo milijarde let.
Očitno se takšna odpornost na antibiotike med uporabo antibiotikov v kliniki ni mogla razviti.
Razlog za to je, da številne vrste gliv in celo drugih bakterij naravno proizvajajo antibiotike, da bi pridobile konkurenčno prednost pred drugimi mikrobi. Tako je Fleming prvi odkril penicilin: bakterije v petrijevi posodi so umrle po okužbi s plesni, ki proizvajajo antibiotike.
V jamah, kjer je hrane malo, morajo biti organizmi neusmiljeni, če želijo preživeti. Bakterije, kot je Paenibacillus, so morale razviti odpornost na antibiotike, da bi se izognile smrti zaradi konkurenčnih organizmov.
To pojasnjuje, zakaj so bakterije odporne le na naravne antibiotike, ki prihajajo iz bakterij in gliv, in predstavljajo približno 99,9% vseh uporabljenih antibiotikov. Bakterije niso nikoli naletele na umetne antibiotike, zato nanje nimajo odpornosti.
"Naše delo in delo drugih kažejo, da odpornost na antibiotike ni nič novega," je dejala mikrobiologinja Hazel Barton z univerze v Akronu v Ohiu, ki je vodila študijo. »Naši organizmi so bili izolirani od površinskih vrst že 4-7 milijonov let, vendar je odpornost, ki jo imajo, genetsko enaka tisti, ki jo najdemo v površinskih vrstah. To pomeni, da so ti geni vsaj toliko stari in se niso pojavili, ker so ljudje začeli uporabljati zdravljenje z antibiotiki."
Čeprav Paenibacillis ni škodljiv za ljudi, lahko teoretično prenese svojo odpornost na antibiotike na druge patogene. A ker je izoliran pod 400 metrov skale, se zdi to malo verjetno.
Kljub temu je naravna odpornost proti antibiotikom verjetno tako razširjena, da jo številne bakterije, ki izvirajo iz talilne večno zmrzali, že imajo. V podporo temu so znanstveniki iz študije iz leta 2011 izvlekli DNK iz bakterij, ki so jih našli pri 30.000 let stari permafrost v Beringovem morju. Odkrili so gene, ki kodirajo odpornost na beta-laktamske, tetraciklinske in glikopeptidne antibiotike.
Je vredno skrbeti?
Menijo, da je tveganje za pojav patogenih mikrobov iz permafrosta že samo po sebi nepoznano, zato ni treba skrbeti. Namesto tega se moramo osredotočiti na bolj jasne grožnje podnebnih sprememb. Na primer, ko se zemlja segreva, lahko severne države postanejo bolj dovzetne za izbruhe "južnih" bolezni, kot so malarija, kolera in denga, saj njihovi povzročitelji uspevajo v toplini.
Obstaja tudi mnenje, da ne smemo zanemariti tveganj, če jih ne moremo količinsko ovrednotiti.
"Obstaja ničelna možnost, da lahko patogeni mikrobi znova nastanejo in nas okužijo," pravi Claverie. "Kako verjetno je to, še ni znano, je pa verjetno. Morda lahko te bakterije ozdravimo z antibiotiki, odpornimi bakterijami, virusom. Če patogen že dolgo ni bil v stiku s človekom, imunski sistem ne bo pripravljen. Torej obstaja nevarnost."
ILYA KHEL