Ekologie virů

Zdá se, že sousloví ekologie virů, je nějaký nesmysl. Viry nemají žádné chování, mezi sebou navzájem nekomunikují, tak jakápak ekologie. Představa, že by viry hrály nějakou významnou roli v přírodě, že by mohly být dokonce i z lidského pohledu prospěšné, je přece proti zdravému rozumu. Opak je však pravdou. Vzhledem k tomu, že ekologie virů studuje vztahy mezi viry, hostitelským organizmem a okolním prostředím, můžeme studovat širokou škálu interakcí po celé Zemi. Ukazuje se například, že mořské viry ovládají trofické sítě na těch nejzákladnějších úrovních. 

Situaci trochu komplikuje, že celé dvacáté století se virologové věnovali takřka výhradně patogenním virům a o ostatních se toho vědělo pramálo. Dvacáté první století však přineslo bouřlivý rozvoj sekvenačních technik a s tím spojené virologické objevy.

Virové nákazy (infekce)

Objeví-li se v populaci jakéhokoli organizmu nový druh viru, záleží na mnoha okolnostech, jak se bude nákaza vyvíjet. Důležitými faktory charakterizujícími nákazu je patogenita, virulence a infekční dávka. Patogenita s virulencí úzce souvisí. Patogenita je schopnost viru vyvolat onemocnění a virulence vypovídá o tom, jak je virus v patogenitě úspěšný. Jinými slovy, jak rychle vyvolá onemocnění, popřípadě kolik hostitelů v rámci onemocnění usmrtí. Dalším důležitým pojmem je v epidemiologii reprodukční číslo (index nakažlivosti - R0). Toto číslo udává, na kolik ostatních jedinců dokáže nakažený jedinec virus přenést (například spalničky mají R0 12 - 18). Při epidemiích se také určuje efektivní reprodukční číslo Rt. Toto číslo určuje nakažlivost infekce v reálném čase. Je-li Rt větší než 1 počet nakažených stoupá, je-li menší než 1 epidemie vyhasíná. Z hlediska viru i nemocného je také důležitá infekční dávka. Jedná se o počet virů nutných k vyvolání infekce. Například u rýmy způsobené rhinoviry stačí pouhý jeden jediný virus na spuštění infekce.

Samozřejmě, že dynamiku virových nákaz ovlivňují i další faktory. Zmíníme zde již pouze imunitu, která hostitelský organizmus dokáže ochránit. Úplně každý organizmus má nějaké obranné mechanizmy, které dokáží vzdorovat virovým nákazám. Nejlépe je z pochopitelných důvodů prozkoumána imunita člověka. Protože lidé patří mezi obratlovce, vlastní adaptivní (specifickou) imunitu. Tato imunita není úplně samospasitelná, nicméně takřka vždy dokáže na viry zareagovat. Problém může být v rychlosti virové infekce. Tomuto typu imunitní odpovědi trvá několik dnů, než se plně aktivuje. Těchto několik dnů však někdy viru stačí na zničení hostitelského organizmu.

Jak dopadne nakažená populace, závisí na smrtnosti viru. Smrtnost je vlastně demografický ukazatel. Uvádí se v procentech a udává poměr jedinců, kteří zemřou na infekci ke všem nakaženým. Pakliže virus způsobí pouze onemocnění a nikdo neumírá, populace se zotaví a virus se dokonce může stát stálým hostem. Tak jako cytomegalovirus v lidském organizmu. Pakliže virus dokáže své hostitele zabít, může to hostitelskou populací výrazně ohrozit. Když se na to podíváme z trochu jiné strany, tak jakýkoli druh obývá Zemi v průměru 5 miliónů let, a po té vyhyne. Řada odborníků se kloní k názoru, že stěžejní roli v těchto vymíráních hrají právě virové nákazy. Tím pádem by viry byly velmi významným faktorem ovlivňujícím biodiverzitu na Zemi. Čím je nějaká populace početnější a hustší, s tím vyšší pravděpodobností vznikne epidemie. V menších populacích, kde spolu jedinci do styku moc často nepřicházejí, to mají epidemie obtížnější.

Mořské viry

Úloha virů je dobře patrná v mořích a oceánech. V těchto vodách jsou nejvýznamnějšími zástupci virů patrně bakteriofágy, které velmi účinně regulují velikost populací mořských bakterií a sinic. V jednom mililitru mořské vody se nachází 100 miliónů virových částic. Naštěstí nás tyto viry naprosto ignorují.

Pomocí družic byly například pozorovány případy, kdy se ve volném oceánu masivně namnožily sinice. Z oběžné dráhy bylo toto přemnožení patrné jako zezelenání moře na ploše, která velikostně odpovídala polovině Francie. Toto přemnožení samo o sobě až tak zajímavé není. Vědce zaujal následující vývoj. Během několika hodin se vodní květ ztratil. Tato nesmírně rychlá destrukce obrovského množství organizmů je vysvětlována činností bakteriofágů. Představa takhle masivního množení viru je skoro neuvěřitelná, lepší vysvětlení však neexistuje. Pro úplnost musíme zmínit, že obří plochy mořského vodního květu můžou způsobit i eukaryotické řasy (známá je Emiliana huxleyi). I zde dochází k destrukci populací, mají ji ale na svědomí jiné typy virů.

Lidé se teprve snaží porozumět vztahům a vazbám mezi těmito organizmy. Je však jasné, že viry hrají významnou úlohu v koloběhu různých látek (např. uhlíku) v mořských potravních sítích. Pro toto studium je nesmírně významný projekt Tara Ocean fungující od roku 2009. Jedná se o velmi sofistikovanou laboratoř na palubě plachetnice brázdící světový oceán a zkoumající planktonní organizmy. Například 19. 4. 2023 vyšel v prestižním časopise Nature článek představující novou skupinu virů Mirusviry napadající eukaryotické planktonní mořské buňky, přičemž data k tomuto článku poskytla plavba Tary z let 2009 - 2013.

Horizontální přenos genů – transdukce

Z kapitoly Romznožování a genetika ze sekce Bakterie víte o transdukci. Bakteriofágy přecházející z lyzogenního do lytického cyklu při vyštěpení profága z bakteriálního chromozomu, takřka vždy získají navíc gen (geny) umístěný v sousedství profágové DNA. Při následné infekci je virová DNA i s tímto nadbytečným genem vložena do chromozomu jiné bakterie. Transdukci se naučili využívat lidé a běžně se tato technika používá v laboratořích pro přenos genů mezi bakteriemi.

Viry však dokáží mezi bakteriemi přenášet  geny poměrně běžně. Velmi známý je případ rodu Clostridium, kdy fágy přenášejí mezi kmeny gen pro nesmírně silné neurotoxiny. Dále se zdá jisté, že byly tímto způsobem přeneseny nejrůznější geny nutné pro fotosyntézu mezi různými bakteriemi a sinicemi. Nezapomeňte, že fágy měly na tuto činnost dostatečné množství času (odhadmo přes tři miliardy let).

Shrnutí

Viry hrají v přírodě významnou roli. Ekologie virů studuje jejich vztahy s hostitelskými organismy a prostředím. Virové infekce závisí na patogenitě, virulenci a infekční dávce. V mořích regulují velikost populací bakterií a sinic. Viry také mohou přenášet geny mezi bakteriemi pomocí transdukce. Studium vztahů mezi viry a organismy je důležité pro pochopení koloběhu látek v potravních sítích. Projekt Tara Ocean zkoumá planktonní organismy a nedávno byla objevena nová skupina virů Mirusviry napadající eukaryotické planktonní buňky.