Plague Flag

Detta är en översättning av en mycket bra bloggpost från ” bunnie:studios”.

This is a Swedish translation of a really good blogpost from “bunnie:studios”, if you are an english speaking reader, you may consider reading the original of course. The translation is in no way word for word and certain parts have been omitted and I have added some of my own thoughts to it.

Originalet finns här.

Jag läste en fantastisk artikel i Nature (vol. 459, pp 931-939, 18 juni 2009) som väl summerade det nuvarande läget vad gäller influensaviruset H1N1 men också jämförde det med andra varianter. Särskilt diskuteradess dess patologiska komponenter på djupet – dvs det som är dödligt – och jämfördes med andra liknande virus.

Detta influensavirus är riktigt faschinerande. Tillåt mig att breda ut texten en smula…

Jämfört med andra virus

Hur många bitar behövs det för att döda en människa?

H1N1-viruset har blivit synat ordentligt i sömmarna och dess genetiska sekvenser undersökts och loggats i NCBI Influenza Virus Resource database. Exempelvis en influensavariant känd som A/Italy/(49/2009(H1N1) isolerades från näsan hos en 26-årig kvinna som återvände till Italien efter ett besök i USA och hela genomet hos viruset finns postat på denna webbsida. Här kommer de första 120 bitarna i den informationsmängd som utgör genomet.

atgaaggcaa tactagtagt tctgctatat acatttgcaa ccgcaaatgc agacacatta

Kom ihåg att varje symbol representerar ett av fyra möjliga värden. Därför är det 2 bitar information per symbol. Alternativt kan de också representeras som en sekvens av aminisyror genom en direkt översättningstabell via de följande peptiderna:

MKAILVVLLYTFATANADT 

I detta fall representerar varje symbol en aminosyra som är ekvivalet med 6 bitar information, dvs 3 DNA-kodoner per aminosyra. M står för metionin, K är Lysin, A är Alanin osv. Du kan hitta hela översättningstabellen här.

För de som inte är förtrogna med molekulärbiologi så kan man säga att DNA är informations-ekvivalet med RNA rakt översättningsbart 1-till-1. DNA är som ett program sparat på hårddisken, RNA är samma program laddat i en dators RAM-minne. När DNA laddas sker något som kallas för transkription där T-baserna byts mot U-baser. Varje baspas specificerar en av fyra möjliga symboler, A, T eller U, G och C) så ett enstaka baspar innebär alltså 2 bitar information.

Proteiner är resultatet av att köra ett RNA-program. När RNA tolkas i en cell så syntetiseras det protein (eller de proteiner) som RNA står för. Detta sker i steg om 3 symboler RNA mot 1 aminosyra som är byggstenarna i ett protein. Man kan jämföra proteiner med pixlarna i en frame buffer. Ett komplett protein är en bild på skärmen, varje aminosyra är en pixel som bygger upp denna bild. Varje pixel har ett färgdjup om 6 bitar som mappas 3 till 1 på ett medium som lagrar 2 bitar per symbol eller baspar i detta fall och varje pixel har en färgpalett som översätter ett visst värde mot en lagrad färg. Till skillnad från datorgrafik kan dock antalet aminosyror variera i ett protein.

Vi gör ett exempel av det, låt oss säga att vi har sex bitar information sparat på datorns hårddisk, det innebär exempelvis sekvensen ATG och denna laddas till minnet RAM som RNA och blir då AUG (T översätts till U alltid i detta fall). När detta tolkas av datorn läses AUG som en pixelfärg och slås upp i paletten och där får vi då resultatet M som står för aminosyran metionin som råkar vara startsekvensen i varenda biologiskt DNA-program! Eftersom DNA och RNA är informationsekvivalenta (kan översättas rakt 1-till-1) så väljer forskarna för det mesta att lagra sekvenserna i DNA-format – även om det som i fallet med influensavirus egentligen inte finns något DNA i viruset – bara RNA.

Tillbaka till huvudpoängen med detta. Denna särskilda RNA-subrutin som vi talade om här tidigare i inledningen kodar för något som kallas HA-genen som producerar hemaglutinin, i just detta fall är det H1 hos H1N1-viruset och det är härifrån som virusen klassas.

Om man tänker sig organismer som datorer med IP-adresser så är varje funktionell cellgrupp inom organismen en rutin som lyssnar på sin egen aktiva port. Så precis som port 25 oftast kopplar mot en SMTP-server på en dator så kopplar H1 specifikt mot luftvägarna i en människas respiratoriska system. Intressant nog kopplar även H1 mot inälvorna i många fågelarter varför viruset kan hoppa mellan så vitt skilda organismer som människor och fåglar. Men detta innbär att symptomen för detta virus blir helt annorlunda i människor där det attackerar luftvägarna och i fåglar där det attackerar mag-tarm-kanalen i stället.

Till skillnad från H5-virus som var den stora skrämsellarmet för några år sedan som kodar specifikt för en del i lungorna hos människor som sitter väldigt djupt så är som regel inte H1 virus lika allvarliga för de attackerar inte lika känslig vävnad. H5-virus leder som regel i människor till kraftig lunginflammation medan H1 mest innebär snuva, nysningar och irritation i de över luftvägarna och orsakar täppt näsa medan H5-virus kan helt göra det omöjligt att andas på egen hand.

Forskare lär sig mer om denna H5-port för varje dag, artikeln i Nature indikerar att vissa människor bär på en mutation som gör att deras lungor “inte lyssnar” på den här porten utan är mer eller mindre immuna mot H5-virus. Dessa människor skulle vara de som hade lättast att överleva en pandemi baserade på t.ex. fågelinfluensavirus som H5N1 eftersom de skulle ha ett naturligt skydd mot dessa medan de flesta andra som inte hade det skulle sakna detta skydd och mycket lättare duka under för H5N1 eller någon följdsjukdom.

Så hur många bitar information finns det egentligen i H1N1 som också kallas svininfluensa egentligen? Den råa informationsmängden är 26 022 bitar. Några används inte (läses aldrig) i genmaskineriet så räknar vi bort dessa blir det 25 054 bitar kvar.  Dessa siffror är inte helt exakta, viruset muterar gärna och ofta vilket gör att antalet använda bitar kan variera från en stam till en annan av samma virus. I datorvärlden kan man säga att viruset innehåller självmodifierande kod som gör att medan det kör sin genetiska sekvens i din cells biologiska maskineri kan den ibland skapa två olika proteiner från en enda gen beroende på hur den körs. Detta är mycket intressant förstås men i datorsammanhang kan man jämföra det med att en viss kod producerar ett resultat om vissa variabler är satta på ett sätt och ett annat resultat om variablerna inte är satta på ett specifikt sätt.

Men grovt räknat – det behövs ca 25 kilobit information vilket är alltså 3.2 kilobyte – ungefär lika mycker RAM som finns ledigt i en Commodore VIC-20 för BASIC-tolken att använda – för att ha en god chans att ta livet av en människa.

Detta är mycket mer effektivt än de enklaste datorvirus, som exempel MyDoom som innehåller ungefär 22 kB information.

Det är ganska fantastiskt att förstå att man kan dödas av en blygsam 3.2 kilobyte lång sekvens med data. Men med tanke på att vår egen DNA:s informationsmängd väger in runt 850 Mbyte data så borde det finnas en och annan exploit och säkerhetslucka som kan nyttjas av skadlig kod.

Att hacka svininfluensan

En intressant konsekvens från att läsa denna artikel i Nature, och att se hela virusets genetiska sekvens, är att jag nu vet hur man skulle kunna modifiera virusets genom för att göra det mer dödligt.

Så här går det till:

Artikeln i Nature noterar t.ex. att varianter av genen PB2 som har glutaminsyra vid position 627 i den genetiska sekvensen har en låg patogenes (inte så dödlig) medan en variant som i stället har lysin på samma position är betydligt dödligare för människor. Om vi tittar på sekvensen av PB2 för H1N1 så kan vi genom databasen hitta sekvensen som ser ut så här:

601 QQMRDVLGTFDTVQIIKLLP
621 FAAAPPEQSRMQFSSLTVNV
641 RGSGLRILVRGNSPVFNYNK

Som du kan se finns det ett “E” i position 627 vilket är koden för glutaminsyra. Tack och lov är detta den mindre dödliga versionen, troligen är det därför inte så många dog av utbrottet av svininfluensan som hade en hel världs virologer vid strupen i några veckor innan man insåg att detta inte var den nya digerdöden.

Om vi gör om det till DNA-kod i stället för aminosyrakod så får vi följande:

621  F  A  A  A   P  P  E   Q  S  R
1861 tttgctgctg ctccaccaga acagagtagg

Nu syns det att vi har “GAA” som kodar för “E” (glutaminsyra). För att modifiera detta genom till att bli många gånger dödligare behöver vi bara byta ut sekvensen “GAA” mot sekvensen “AAA” eller “AAG” som båda kodar för lysin.

Alltså den verkligt farliga varianten av H1N1 skulle kunna ha detta i sitt genom:

621  F  A  A  A   P  P  K   Q  S  R
1861 tttgctgctg ctccaccaaa acagagtagg

En enda symbol skiljer dessa två varianter åt från varandra. På datorspråk är det två bitars information i hela den genetiska sekvensen på 3.2 kB som vi har ändrat på.

Rent teoretiskt finns det ett antal välkända sätt man skulle kunna syntetisera denna ändring i ett laboratorium utrustat för mikrobiologisk forskning. Det går till och med att beställa sådana sekvenser från labb över Internet från ställen som exempelvis “Mr. Gene” så egentligen behöver jag inte veta så mycket själv om hur det går till. Priset för detta arbete skulle gå på ca 8 000 SEK. Inte så värst farligt för att ta fram en sjukdom som potentiellt kunde döda en stor del av mänskligheten.

Notera att Mr. Gene och de flesta andra dock har procedurer som gör att man inte kan beställa vilka sekvenser som helst från dem. Men hur kan man veta att de inte missar något eller kollar alla möjliga varianter av detta. Hur kan man veta att de faktiskt skulle hitta denna variant av modifierad H1 gen?

Även så finns det också en annan teknik som kan användas där man låter mutationer ske riktat och där borde man relativt enkelt också kunna få fram denna förändring i ett någorlunda väl utrustat labb för mikrobiologi.

[Jag noterade just följande citat från artikeln: Neumann, G. et al Generation of influenza A viruses entirely from cloned cDNA. Proc. Natl Acad. Sci. USA 96, 9345-9350 (1999). Denna artikel berätta om hur man gör ett influensavirus].

Adapterbar influensa

Okay, innan vi sätter i halsen över detta lilla hack, låt oss se vad influensa kan åstadkomma på egen hand. Först och främst så är det en verkligt dödlig punch förpackad i en liten låda på 3.2 kbyte. Hur långt vi än har kommit i forskningen så är det inte mycket vi kan göra efter att en kropp blivit infekterad av det. Därifrån handlar det mest om kroppens eget immunsystem.  Kan influensa själv utföra denna genmanipulering?

Det korta svaret är ja, det kan det.

Faktum är att influensa har utvecklats för att tillåta sådana adaptioner snabbt och effektivt. Normalt när DNA kopieras finns det en felrättningsfunktion som kontrollerar det kopierade genomet så att det stämmer med originalet. Detta ger oss ett mycket lågt tal av felkopiering – dock inte helt noll, mutationer uppstår spontant ibland i alla organismer och kan ge oss allt från allvarliga sjukdomar till viss resistens mot malaria eller bara en annan ögonfärg.

Men influensavirus använder inte DNA. De använder RNA som är bara ena halvan av DNA. Därför saknar de denna felrättningsmekanism för att jämföra med och har en helt annan struktur för att kopiera sina sekvenser.

Det visar sig att influensavirus innanför själva skalet packar en proteinfabrik som är av en hög komplexitet och specialanpassad för RNA-kopiering. Det som är signifikant här är avsaknaden av felrättning i kopiorna vilket innebär att under vissa förhållanden kan antalet fel vara ganska stora. Det sker under normala förutsättningar ungefär ett misstag per 10 000 baspar som kopieras. Hur långt är vårat virusgenom? Ungefär 13 000 baspar. Därför har vi i snitt mer än ett fel per kopia av viruset rent statistiskt.

Då tar vi det igen. Därför har varje producerad viruspartikel i snitt mer än ett fel i sitt genom. En slumpmässig mutation.

En del av dessa lär inte påverka viruset särskilt mycket, en del kanske tom gör att det inte kan fungera och fortsätta infektera fler celler i kroppen men eftersom virus replikeras geometriskt i kroppen i astronomiska antal så kommer också tusentals mutationer provas varje timme i en infekterad kropp.

Chansen att det hack vi beskrev tidigare uppträder naturligt blir alltså ganska hög. Detta är troligen den största anledningen till att man var från officiellt håll så oroad över detta virus när det trots allt ganska snabbt visade sig att det inte var så farligt. Men om en enda viruspartikel lyckats mutera ett G till ett A och sedan spritt sig till en annan människa och så vidare då hade kanske vår värld sett totalt annorlunda ut idag.

Kanske vore det därför smart att försöka infektera sig med den variant av H1N1 som finns i dag. Det borde kunna ge en viss immunitet mot en muterad och mycket dödligare form av viruset. The Centre for Disease Control (CDC) i USA har fört följande statistik: 87 döda från 21 449 bekräftat smittade eller om man så vill en 0.4 % mortalitet hos viruset som det ser ut nu. Som kontrast kan nämnas att “vanlig flunsa” har en mortalitet som ligger < 0.1 % här i västvärlden medan spanska flunsan hamnade runt 2.5 % dödlighet av alla som blev infekterade med den.

H5N1 å andra sidan har en mortalitet som är betydligt högre. Närmare 50 % men det sprider sig inte så lätt från människa till människa tack och lov. Genom att ådra sig H1N1 idag skulle immunförsvaret vara beredd och lättare kunna ta hand om en dödligare variant och därför har en sorts vaccination genomförts. Problemet är bara att om många infekteras då ökar ju även antalet mutationer och risken att en mycket dödlig variant uppträder kommer som ett brev på posten.

Det finns en liten intressant sak med dessa influensavirus som bygger lite på deras RNA-arkitektur och som kan vara intressant att känna till. Denna intressanta sak är att genomet ligger förpackat i viruset som 8 separata strängar av RNA i stället för en enda lång sträng som i många andra virus och i andra levande celler. Varför är detta viktigt?

Om man betraktar vad som sker när en person infekteras av två olika sorters influensa samtidigt så börjar bilden klarna. När detta sker invaderas förr eller senare samma celler av båda varianterna och eftersom virusen lagrar sina sekvenser i åtta olika strängar kan dessa mixas fritt inuti en cell som är infekterad. Så om du är oturlig nog att ådra dig två olika sorters influensa så kan en sådan mixning ske som producerar en hybrid form av viruset, en ny variant som kan ha helt andra egenskaper jämfört med de två virus som invaderade dig från början. RNA-bitarna är kopierade, mixade, förpackade i viruspartiklar som sedan släpps lös och försöker invadera fler celler i kroppen. Denna process är mycket elegant och tillåter att man slumpmässigt blandar genom mellan virus.

Detta kan ske i fåglar, grisar, människor och andra djur som får influensa. Blir man infekterad med 3 eller tom 4 varianter samtidigt kan mycket komplexa utbyten ske som ger upphov till typer som tidigare aldrig existerat och som immunförsvaret inte känns igen alls.

Detta är anledningen till att H1N1 kallas för “triple-reassortant”: genom antingen en serie av dubbla infektioner eller möjligen en enstaka infektion av flera influensor i samma bärare har H1N1 skapats av en mix med RNA-bitar som har gett det egenskaper som att det lätt infekterar människor samtidigt som vårat immunförsvar inte känner igen det. Detta är den perfekta grogrunden för en pandemi. Hade den dessutom haft en hög mortalitet hade vi förmodligen varit i full panik nu.

Så genom att spara sitt genom som RNA, sakna felrättning vid kopieringen samt lagra sitt genom som 8 disparata enheter som lätt switchas fram och tillbaka har viruset skapat en adaptionsmekanism som gör att det är extremt svårt att ta kål på, nya varianter kommer dyka upp hela tiden som vårt immunförsvar inte känner till och förr eller senare kommer en mutation eller en sådan blandning ske mellan två eller flera influensor som leder till en mycket farlig variant.

Men det var inte denna gång som vi såg den varianten.

When I was down at the old Bolinder factories to take some pictures I walked over to the near-by marina as well and shot some pictures with a low sun in the sky. This is one of the pictures from that shoot.

I like winters, when the temperature is reasonably, say -10 to -5°C or so, that’s lovely. A nice sun shining and that’s great. But to remind everyone that we do actually gett good winters now and then and avoid the “I don’t know when we had some realy snow last time” here is the winter of 2005-2006.

In a galaxy, far away…

Stockholm across Riddarfjärden

My street in the winter time.

Bench

Lake in Norberg

I am hoping for a winter with lots of snow because I want to test out IR photography in the winter time. I think it can be pretty awesome with the right light…

Autumn field on the Island of "Eldgarn" in Lake Mälaren. Taken with Nikon D70s, Nikkor DX AF-S VR18-200/3.5-5.6G ED-IF, using polarizing filter. Post processing was mainly cropping and light contrast adjustment.

Nikon D70s, Nikkor DX AF-S VR18-200/3.5-5.6G ED-IF

This photograph was shot on the way home from a fabulous course in nature photography last weekend. The course rendered many nice photographs and some of them you can see here on my flickr page.

As usual the course holders Janne Hägerholm (email, homepage) and Laszlo Incze (email, homepage) was doing a splendid job and we had such good fortune with the weather. Yesterday was a bit cloudy and here are the pictures from this day, good light definitely and wonderful in many ways.

Day 1 pictures

Today we had brilliant sunshine instead and that was great too, for a different kind of photography where we could concentrate on the autumn colours and forget a little about the broad sweeping landscapes that are more difficult in these light conditions.

Day 2 pictures

Taken in Kallhäll, Järfälla. Nikon D70s, Nikkor AF 50/1.8D, Adobe Lightroom.

Where do you suppose she is going, where did she come from? A picture says more than a thousand words but sometimes a picture may just raise a thousant questions instead.

Example of a Geocache

Do you have a difficult time to get inspiration for going on a phot walk or hike away in nature to take some pictures? Are you low on ideas of what to photograph? Do you have a GPS receiver suiteable for trekking/hiking (most car navigation systems are not, you want a smaller handheld device)?

Then this is an interesting hobby that you might want to check out! It’s called Geocaching and I will explain a little about what it is.

Basically geocaching is a treasure hunt. What happens here is that someone hides a “treasure” for you to find. There is usually not anything valuable in it, it is just the location actually that’s the whole point of it. These treasures are referred to as geocaches and when they are hidden they are also published with GPS coordinates on this homepage.

Hunters go to the home page and find some caches nearby where they live – or where they wish to go hunting, then they download the coordinates, descriptions and perhaps also the hints – called “spoilers” (they may spoil the fun of searching). Equipped with a GPS receiver, the coordinates, a pen they set out to try to locate the cache.

A usual cache is a container that contains a log book and some trinkets for trading. When you find a Geocache you write your date and name in the logg book (sometimes it is just a strip of paper) and then when you are back home again you log on to the webpage, look up the caches you have visited (and logged) and then let the cache owner know you have “logged” their hidden treasures.

The trinkets inside are just for trading, if you take something you should leave something (and then report the trade on the cache webpage).

Now, what has this got to do with photography?

Magellan eXplorist 100 GPS receiver

Well it is a brilliant way of getting “out there” to discover some interesting places you never knew existed even in your neighbourhood! I hafe found many interesting places just around the corner from where I live by hunting for these caches.

So, dig out the GPS receiver, load you camera up, packa picnic lunch and off you go. There are caches almost everywhere in the world for people to find. And if you do not have a GPS receiver you can get a cheap one like the Magellan eXplorist 100 for almost nothing used on Ebay or similar places!

Caches can vary in size, there are some that are called micro caches and consist of an old 35mm film canister, some are old US Army ammo boxes, some are just small microwave plastic containers and similar ov varying sizes.

Once cache I visited was built like a bird’s nest on a tree.

There are also some special caches that are called mystery caches. In order to find the cache you need to solve some kind of mystery. Usually a clue is given but the coordinates shown on the webpage is wrong. The clue and some thinking could lead you right and you have to really think in order to solve some of them.

There are also geocaches where the cache is a location on the globe somewhere, could be a mountain peak or something like that. Some caches are multi-stage and requires you to go to the coordinates, find a clue or solve a puzzle that will take you to the next step and eventually you find the final cache.

If you happen to be a dog owner then you can geocache, walk the dog and take interesting photographs at the same time, isn’t that efficency for you?

Here are some interesting places I have found and photographed!

A memory stone over a horse Iller that died on this spot. It is all in Swedish but he fell and broke his leg in the 1956 olympics. It har rained a lot the night before and the field was very slippery. Iller jumped well but at jump #22 he fell and broke his leg. They could not do much for him so Iller was shot dead on this place and his owner had this stone made in his memory. I had no idea this stone existed untill I found the geocache nearby...

A

A strange mosaic set as an eye on a stone nearby the castle Görväln. This is in a part of the grounds where I would never have found this mosaic had I not gone treasure hunting for geocaches.

The Brauta Rune Stone. It is one of the best preserved rune stones from this age that I have ever seen. A thousand years old writings, plain for anyone to see...

A geodesy disc. Used when they survey the land.

Hammersta stronghold. Ruins from a 14th century castle...

We set off by bus and went to many interesting places – but one of my absolute favourites were the hot spring area with the geysirs. It was fantastic! Even in the chilly Icelandic winter (the cold is not so bad, being Swedish I expected even colder weather but the Atlantic moderates the temperature) with not a dry cold but a rather humid damp cutting through bone and marrow coldness that was unexpected and hard to describe.

Anyway, coming to the Geysir fields was a real experience. The geysir “Strokkur” erupted every 8-12 minutes or so and I waited in the biting wind, bare hands with red knuckles holding my camera tight looking for the sign of eruption.

Just before it blows the water rises and looks like it is about to overflow, then it settles back again and just seconds after there is a rather strange gurgling-splashing noise as the whole thing blows water and steam about 30 meters (100 ft) straight into the air. It’s spectacular, and if you really want to shoot some interesting phenomenon I think Iceland would be lovely.

There are of course many other interesting places in Iceland as well certainly, more about them in coming posts.

Here some pictures of Strokkur:

Shooting these photos was not too difficult, I used a “point and shoot” camera called The E8700 one of Nikons finest PaS and although it is not an SLR it takes some rather nice pictures. It was the camera I used before getting the D70. I actually stepped down in megapixels but the quality of a proper SLR is worth it.

I was using the camera in serial-take mode taking about 5 photos per second. Not all photos were used and I had to get pictures from about three eruptions before I had all the pictures I wanted. It did take some experimenting. The whole thing, from when it starts to look like it is time to blow to the eruption has finished takes around 5-10 seconds. Make sure you can maintain the high speed shooting for all this time.

In some cameras this means you have to reduce the image size  or quality, for example in RAW+JPEG mode I can only shoot up to 4 consecutive images before the camera lose speed. If I select BASIC JPEG as format then I can shoot a hundre pictures easily and not hit the restrictions in the camera. Sacrificing quality for speed is sometimes necessary.

More modern cameras such as the Nikon D300 can do much better than this. Even up to 8 pictures a second with the battery grip and pack! That would be excellent to use.