torstai 26. heinäkuuta 2012

Tiede tappoi zombit 4: Prionit / Science killed zombies 4: Prions

Nightwish - Sleeping Sun

(FIN) Olen itse sitä mieltä, että kaikista tunnetuista patogeeneista todennäköisin zombismin aiheuttaja olisi prioni. Prionit ovat proteiinirakenteita, jotka ovat laskostuneet väärin kolmiulotteiseen muotoon (suomenkielinen wiki on aiheen suhteen suppea ja peräti epätarkka, joten suosittelen enemmän englanninkielistä). Niistä tiedetään vielä suhteellisen vähän, koska niiden tutkiminen on hankalaa. Sairauden edetessä aivot rappeutuvat eikä siihen ole onnistuttu vielä kehittämään yhtään toimivaa lääkettä, joten se on aina tappava. Diagnoosi tehdään kuolleen henkilön aivoista.
Prionit ovat "väärän" muotonsa lisäksi kestäviä eivätkä tuhoudu helposti elimistössä tai sen ulkopuolella. Normaalisti solut itse tuhoavat väärin laskostuneet proteiininsa ja näin saattaa käydä yksittäiselle prioniproteiinille heti sen laskostumisen jälkeen, mutta jos prionimuotoisia proteiineja tuoteaan jatkuvasti tai niiden tuhoaminen on jostain syystä häiriintynyt tai niitä tulee elimistön ulkopuolelta ravinnon mukana, voivat ne päästä valloilleen.
Eikö olekin osuvaa, että prionit vaikuttavat suoraan aivokudokseen, kun zombit perinteisesti hamuavat aivoja? Prioneja liikkuu jonkin verran ympäri kehoa ja zombissa ne voisivat edelleen muuttaa jäljellä olevat proteiinit prionimuotoon, koska prionin "lisääntyminen" ei edellytä minkään rakenteen monistamista. Tällöin prionien määrä voisi kasvaa todella suureksi - paljon suuremmaksi kuin isäntäsolua monsitumiseen tarvitsevilla viruksilla - ja zombin puremasta välittyisi uhrin verenkiertoon aimo annos ilkimyksiä.
Mikä sitten estäisi tämänkin maailmanlopun? Prionien hitaus. Prionisairaus ei aiheuta oireita kuukausiin tai jopa vuosikymmeniin, vaan kytee elimistön sisällä. Oireiden ilmaannuttua prioni on jo yleensä ehtinyt tuhota kudosta eikä elinaikaa ole paljoa jäljellä. Vaikka zombiprionit pystyisivät salakavalasti lisääntymään ulkoisesti terveenoloisissa ihmisissä, siihen menisi helposti vuosia. Toki tämä "itämisaika" lyhentyisi sen mukaan miten suuren määrän puremasta tai muusta lähteestä uhri saisi prioneja elimistöönsä. Puremasta tartunnan saaneet henkilöt olisi kuitenkin helppo tunnistaa ja eristää eikä zombeja ehtisi muodostua massoiksi asti. Alueet, joissa olisi esiintynyt zombiprionia voitaisiin eristää, jottei kukaan vahingossa menisi syömään sieltä multaa tai muuta paremmin ravinnoksi kelpaavaa, mssä prionit saattaisivat säilyä ja levitä.

(ENG) Personally I think that the most likely pathogen to cause zombism is a prion. Prions are protein structures with incorrect three-dimensional folding. Relatively little is known about prions to date mostly because studying them is quite tricky. They degrade the brain tissue and as there is no known medication for the disease, infection is always fatal. Diagnosis is confirmed by sampling the brain after death.
In addition to their "wrong" structure, prions are resistant to degradation inside and outside of the body. Under normal conditions, cells destroy proteins that aren't folded correctly and this can save you from one single prion molecule. However, if a cell produces many prion molecules or the degradation of incorrectly folded proteins is disturbed somehow or there's an intake of prions from outside the body in food, prions may take over.
Wouldn't it be fitting that zombies crave for brains when prions destroy them? Some prions move around the body in bloodstream and could keep changing all the similar proteins into prion form even after death since now synthesis of new molecules is required. Then even after death the number of prions in the body would increase - opposed to viruses that need living cells as their hosts - and through a zombie bite a significant number of prions could be transferred into the victim.
Why wouldn't the world end? Prions are slow. A person infected with a prion is symptom free from months up to decades while the prion is doing its evil deeds. They silently multiply in the body and when we finally show some symptoms, we don't have much time left and there's already significant tissue damage. So even if zombieprion existed, it'd take years before there were enough of them to make one person into a zombie let alone cause an epidemic. Certainly the incubation period for such prion would be shorter if a great number of prion proteins were transferred to the victim in a bite. However, bite victims would be easy to identify and isolate from uninfected people and there would never be hordes of zombies. Also the areas where the zombieprion has been found could be isolated to ensure that no idiot eats the dirt or any other material there that might hold the prion.

keskiviikko 25. heinäkuuta 2012

Tiede tappoi zombit 3: virukset / Science killed zombies 3: viruses

Musiikkina tänään / Today's selected music: Linkin Park - Crawling 

(FIN) Virukset ovat mediaseksikkäitä ja mystisiä - ainakin muiden mielestä. Itse olen jo pitkään ihmetellyt, miten viruksista jaksetaan aina tehdä kaiken pahan alku ja juuri - niitä on esitetty mm. vampyyrien, zombien ja muuten vaan ihmiset hulluksi tekevien "tautien" aiheuttajaksi elokuvissa. Mitä niin hienoa on proteiinikapseliin suljetussa DNA- tai RNA-pätkässä, jossa on pari hassua geeniä ja ehkä seurana entsyymi tai pari? Toki ne ovat jotain elävän ja elottoman väliltä, mutta se on myös niiden suuri heikkous. Ilman sopivaa isäntäsolua virus ei voi monistaa itseään. Toisaalta viruksia on vaikeampi havaita ympäristöstä, mikä tarjoaisi niille paremmat mahdollisuudet päästä leviämään huomaamatta.
Virukset leviävät kuten bakteeritkin ja voisivat siksi tehokkaasti aiheuttaa zombismia. Virusten etuna bakteereihin verrattuna on niiden paljon pienempi koko, jolloin ne voivat levitä bakteereja pienemmissä kosteuspisaroissa ja joskus jopa pelkän ilman välityksellä. Jokaisella hengenvedolla keuhkoihimme kulkeutuu satoja tai tuhansia viruksia. Emme kuitenkaan sairasta jatkuvasti, mikä johtuu toimivan immuunipuolustuksen lisäksi siitä, että vain hyvin pieni osa ilmassa liikkuvista viruksista on ihmisten tai edes muiden eläinten viruksia. Suurin virusryhmä ovat bakteriofagit eli faagit, joiden isäntäsoluina toimivat bakteerit.
Virukset tarvitsevat bakteerien tapaan aikaa monistua, joten puremasta zombiksi muuttumiseen kuluisi edelleen vähintään pari päivää. Se voisi toisaalta olla myös toimiva kauhuelementti: pari päivää aikaisemmin kuollut henkilö herää zombina, kun kaikki ehtivät jo olettaa, ettei niin kävisi, koska se ei tapahtunut heti kuoleman jälkeen. On kuitenkin kyseenalaista kykenisikö virus enää monistumaan, kun isäntäsolut ovat jo kuolleet. 
Jotkin vatsatautivirukset aiheuttavat taudin todella nopeasti (jopa tunneissa), mutta silloin kyseinen henkilö on yleensä saanut erittäin suuren annoksen viruksia saastuneesta ravinnosta. Toisaalta joidenkin virusten infektiivinen annos on vain muutamia viruksia, mikä tekee niiden välttämisestä vaikeaa epidemian sattuessa. 
Jos virus olisi pahin mahdollinen - pieni infektiivinen annos, lyhyt inkubaatioaika ja leviäisi ilmateitse - olisimme kaikki heti kusessa. Toisaalta leviäminen saattaisi olla niin nopeaa, että epidemian kohteeksi joutunut alue tuhoutuisi nopeasti eikä virus ehtisi levitä kauemmas (ja joku fiksu heittäisi päälle vähän napalmia ja homma olisi hoidettu).
Viruksilta puuttuu eläville soluille ominaiset DNA:ta korjaavat entsyymit, jotka estävät mutaatioiden säilymistä perimässä. Lisäksi genomiin integroituvat virusgenomit voivat irrotessaan napata mukaansa pätkän isäntäsolun DNA:ta ja siten mutatoitua. Mistään massiivisista geenien siirrosta ei kuitenkaan ole kyse, sillä DNA:n on edelleen mahduttava samaan viruskapsidiin kuin alkuperäinen virus. Samalla virus voi menettää jonkin tärkeän osan omasta DNA:staan ja olla siten monistumiskyvytön. Mutaatiot ovat kuitenkin samanlaisia kuin missä tahansa DNA- tai RNA-pätkissä: useimmiten vain yhden emäksen muutoksia, jolloin niillä ei välttämättä ole mitään vaikutusta geeniin. Ihminen on myös kehittänyt joitain viruslääkkeitä, vaikka valikoima on paljon antibiootteja pienempi, joten emme ole täysin puolustuskyvyttömiä viruksia vastaan. On myös mahtavaa, että geenimuunneltuja viruksia kehitetään varsinkin syöpähoitoihin ja onpa niitä muokattu myös parantamaan aurinkopaneelien tehokkuutta.

(ENG) Viruses are sexy and mysterious - at least to some people. Personally I've been wondering for a while now why is virus always the evil thing - as proposed to be behind vampirism, zombism and illnesses that make people mad in many movies. What is so facinating about a DNA- or RNA-fragment consisting of a couple of genes coated in a protein capsule possibly accompanied by an enzyme or two? The fact that viruses are not living but not entirely lifeless either may be at least one reason for it, though it is also one of their greatest weaknesses. Without a right kind of host cell they simply cannot multiply. However, it makes it also more difficult to detect viruses in the environment and gives them an advantage compared to bacteria.
Viruses spread in ways similar to bacteria and could therefore efficiently cause zombism. Their advantage compared to bacteria is their much smaller size, which permits them to spread in far smaller moisture droplets and sometimes through air alone. Every breath we take brings hundreds or thousands of viruses in to our lungs. Still we aren't sick all the time which is in part thanks to our immune system and also largely because vast majority of viruses in the world are not human or even animal pathogens. The biggest group of viruses - the bacteriphages - infect solely bacteria.
Like bacteria, viruses need time to increase in numbers, so there would be no instant turning into zombies. This could also create moments of horror: a person who died a couple days earlier suddenly rises as a zombie when everyone had already assumed that such wouldn't occure since it didn't happen right after death. However, I doubt that the virus could multiply anymore after the host cells are dead.
Some viruses that cause stomach flu can cause the disease much faster (sometimes within hours), but in such cases the person has usually consumed a large number of viruses in spoiled food. There are also some viruses that have a very small infective dose - sometimes only a few viruses - which makes it difficult to avoid an infection during an epidemic. 
If the virus was the worst possible - small infective dose, short incubation period and airborne spreading - we'd all be screwed in an instant. However, in such a case, the spread of the virus could be so fast that the site of the epidemic would be completely lost and destroyed but the virus wouldn't have a chance to spread any further (and some smart person would order some napalm rain on that place).
Viruses lack the enzymes that living cells have for DNA repair. These enzymes fix small, one base pair mutation and preserve the sequence to its original state. Virusegenomes that are integrated to the host genome can also take pieces of the host DNA with them as they are cut out and can mutate like that. However, there's a strickt limit to how much of excess DNA can be incorporated in the virus capsid which doesn't grow in size and the virus may also lose some essential part of its genes in the process, which will produce virus particles incapable to infect host cells. Mutation that do occure are similar to those of any DNA-molecules - most often changes of a single base in the sequence and may not have any effect on the gene. Modern medicine has also invented some drugs against viruses even thought there aren't a many of them as are antibiotics. However, this gives us a little bit of defence against an outbreak. It is also amazing how scientist develop genetically modified viruses to cure different types of cancer and even to make solar panels more efficient.

tiistai 24. heinäkuuta 2012

Tiede tappoi zombit 2: Bakteerit / Science killed zombies 2: Bacteria

Normaalista kesästä nauttiessa / While enjoying a normal summer: Scooter - Dancing in the Moonlight

(FIN) Bakteerit ovat ikiaikainen riesa ja aiheuttavat useita vaarallisia ja hoitamattomina usein tappavia sairauksia, kuten tuberkuloosia, ruokamyrkytyksiä ja aivokalvontulehdusta. Monet bakteeritaudit leviävät helposti ja nopeasti pisaratartuntana, mikä tekee niiden ehkäisemisestä haasteellista - varsinkin, kun useimmat ihmiset eivät peitä suutaan yskiessään ja aivastellessaan. Bakteerit vaihtavat myös vilkkaasti geneettistä materiaalia keskenään sekä saman lajin solujen että muiden lajien kanssa, mikä mahdollistaa nopean mukautumisen muuttuvassa ympäristössä. Nopeuden ja tehokkaan leviämisen perusteella bakteerit olisivat mahdollinen aiheuttaja zombiudelle.
Vai olisivatko sittenkään? Bakteerit tarvitsevat aikaa lisääntyäkseen ja aiheuttaakseen massiivisen infektion. Toki zombin puremasta voisi saada aimo annoksen pöpöjä, mutta esimerkiksi pelkän raapaisun saanut ihminen tuskin sairastuisi moneen päivään. Bakteerien lisääntymistä hidastaa tehokkaasti immuunijärjestelmämme, jonka ansiosta voisimme täysin välttyä infektiolta, vaikka tartunnan saisimmekin, ja meistä voisi tulla vastustuskykyisiä kyseiselle bakteerille. 
Antibioottien keksimisestä ja kehittämisestä lähtien bakteerien on vaikeaa levitä hallitsemattomasti. Kuitenkin ajan kuluessa ja varsinkin liiallisella antibioottien käytöllä lisätään bakteerien kykyä sietää näitä myrkyllisiä yhdisteitä, mutta siihen menee kuitenkin useampi bakteerisukupolvi aikaa. Vastustuskyky antibiooteille voi kuitenkin kehittyä nopeastikin varsinkin, kun monet (tyhmät) ihmiset jättävät antibioottikuurinsa kesken heti, kun olo paranee. Luotan kuitenkin sen verran kanssaihmisiin, että uskon heidän tekevän oikean valinnan, kun toisessa vaakakupissa painaa zombius ja toisessa tarvitsee vain noudattaa lääkärin ohjeita. Esimerkiksi rutto talttuu nykypäivänä helposti yhdellä antibioottikuurilla. Terry Pratchettin ja Neil Gaimanin teosta Hyviä enteitä lainatakseni: tuomiopäivän neljästä ratsumiehestä rutto siirtyi eläkkeelle antibioottien astuttua kehiin.

(ENG) Bacteria have been a pain in our flesh for ages and are the causative agent of some dangerous and - if they remain untreated - deadly diseases, such as tuberculosis, food poisonings and meningitis. Many bacterial infections spread easily and fast as a droplet infection - especially when people don't cover their mouths while coughing and sneezing. Bacteria can also exchange genetic material with cells of their own and other species that allows them to adapt quickly to changing environmental conditions. Bacteria could therefore easily cause an outbreak of zombism.
Or could they after all? Bacteria need time to grow in numbers to cause a massive infection. Surely a zombie bite could transmit large numbers of germs at once but a mere scratch would hardly make anyone ill in an instant. Bacterial growth in our bodies is actively prohibited by our immune system, which makes it possible for our bodies to avoid an infection completely even if we get the bastard in our system and we may become resistant against a specific bacterium. 
Ever since the discovery and further development of antibiotics (starting with penicillin),  bacteria cannot easily cause a massive and uncontrollable outbreak. Along time and with excessive use of antibiotics bacteria do develop resistance to the toxic compounds but it takes more than a few bacterial generations. However, people being the way they are, resistance might be acquired faster than it should because of the excessive use of antibiotics these days and with many (stupid) people skipping the rest of the treatment after they start feeling better. I have enough trust in fellow human beings that in the face of either becoming a zombie or taking your medicine as the doctor told you would be enough motivation for most. After all, plague is blight no more in the age of modern medicine. Quoting Terry Pratchett and Neil Gaiman's masterpiece Good Omens the nice and accurate prophecies of Agnes Nutter: Of the four horsemen of Apocalypse, Plague retired after the discovery of antibiotics.