|
一、 地球是病毒的星球 “病毒”的意思是蛇的毒液或人的精液，它来自罗马帝国，同时被赋予“毁灭”与“创造”的双重含义。 历经几个世纪，它的意义逐渐演变为“任何具有传染性的物质”。直至19世纪晚期，由于烟草花叶病毒的发现，“病毒”这一词语才具体起来。 1879年，荷兰的烟草农场遭遇一次巨大的疾病灾难，所有的烟草植株的叶片均成片地坏死，烟草发育受损，农场损失惨重。一位农业化学家阿道夫·迈那（Adolph Mayer）几番研究，排除了真菌、寄生虫的感染原因，一筹莫展之际，他在健康植株上注射患病植株的汁液后发现，健康植株被感染了，这表明存在某些微小的病原体影响烟草的健康。 几年后，马丁努斯·拜耶林克（Martinus Beijerinck）也进一步对这一微小病原体进行研究，他提取患病植株的汁液后，发现过滤、加热、酒精消毒后，这些汁液依旧具有感染能力，拜耶林克将其称为烟草花叶病毒。 1935年，化学家温德尔·斯坦利（Wendell Stanley）选择提取烟草花叶病毒，通过重重净化使其结晶，因为其可以结晶的特点类似于蛋白质，因此斯坦利的研究称，病毒是由蛋白质组成。 1936年，英国科学家诺曼·皮里（Norma Pirie）和弗雷德·鲍登（Fred·Bawden）进一步研究发现，病毒的组成中，95%是蛋白质、5%是核酸。 1939年，古斯塔夫·考舍（Gustav Kausche），埃德加·普凡库赫（Edgar Pfannkuch）和赫尔穆特·鲁斯卡（Helmut Ruska）三位科学家在显微镜下第一次观察到了烟草花叶病毒，是一个300纳米长的微小杆状结构。 烟草花叶病毒 随后的数十年里，病毒学家不断地深入了解病毒结构，以及其作用规律，但对于病毒的了解依旧知之甚少。 2009年哥伦比亚大学的科学家柯蒂斯·萨特尔（Curtis Suttle）参与了一次野外探险，到达位于墨西哥奈卡山脉地下深处的一个水晶洞穴，这个神奇的洞穴在2600万年间，由于火山活动始终将洞穴内的水保持在58摄氏度的完美温度。萨特尔在洞穴的水洼中舀了一些水，他回到实验室后将样本在电子显微镜下观察，经计算后惊讶地发现，每滴水中都大概含有2亿个病毒。 同样的2009年，科学家达娜·威尔纳（Dana Willner）在人体的痰液中分离出DNA，并对其与DNA数据库进行片段比对，这次研究让全世界都惊讶地发现，从人体中分离出的DNA中，有相当一部分数量的序列与病毒序列吻合，人体中也存在着病毒。 这两项研究使人们第一次意识到，从深深地下的水晶洞中，到人类的身体内部，从遥远的南极冰盖，到家门口的电话亭，病毒无处不在。如今科学家们知道了，地球上存在的病毒数量巨大，而生命体的基因多样性，很大一部分就蕴藏在病毒之中，从我们的呼吸到这颗星球的温度，都与病毒的活动息息相关，甚至人类的基因组的一部分就来自感染了我们远古祖先的上千种病毒，尽管科学家们对病毒的了解还非常粗浅，但依旧在探索的路上。 ✨我们也从这里开始了解病毒吧。 *************************************************
3500年前的埃及，迄今最古老的医学论著《埃伯斯纸草卷》（Ebers Papyrus）记录了一种名叫resh的病症，患者咳嗽、流鼻涕——如同我们熟悉的感冒。 时隔几千年，直至20世纪人们对具有传染能力的感冒，并没有增进多少了解，生理学家莱昂纳多·希尔（Leonard Hill, 1866—1952）宣称，感冒是由于着凉导致的。 终于在1914年，德国微生物学家瓦尔特·克鲁泽（Walther Kruse）才清晰地发现，这类传染性的感冒是由于鼻腔分泌物的感染能力导致的。 科学家又花了足足30年时间，才最终了解到，这些分泌物中最多的是鼻病毒（rhinovirus）。 鼻病毒 鼻病毒利用鼻涕进行传播，当人擦拭鼻涕的时候，病毒会通过手传播到其他位置，进而进行扩散。它入侵位于鼻腔内部、咽喉内部或肺脏内部的细胞，利用宿主细胞复制遗传物质与蛋白质外壳，进行增殖扩散。 遭受感染的细胞会释放出“细胞因子”，召集附近的免疫细胞，促进机体产生炎症反应，鼻腔产生粘液、喉咙不适。 所以鼻病毒引起的感冒至今还是“不治之症”，必须要等待免疫系统清理干净病毒后平静下来，感冒才会痊愈。 鼻病毒虽然不会致命，但也具有一定的威力。它具有丰富的遗传多样性，20世纪末，科学家已经确认了几十种病毒株，这些病毒株又基本来自两个大的家族，一个叫A型人鼻病毒（HRV-A），另一个叫B型人鼻病毒（HRV-B），而在2006年，人们再次发现C型人鼻病毒，所有人鼻病毒的核心遗传信息都相同，但其他部分却具有很高的突变速度，其基因序列的突变有助于帮助病毒躲避人体免疫系统的截杀，即使人体的免疫系统创造出一种病毒株的抗体，而变异后的病毒依旧可以肆无忌惮地感染。 在治疗感冒的过程中人们还需注意：1. 锌可以阻止鼻病毒增殖，感冒时补锌可以有效缩短病程，但同样具有副作用，比如痉挛、心悸。美国食品药品监督管理局（FDA）警告，2岁以下的婴儿（这个群体正处于感冒最多发的年龄段）不应当服用含锌的止咳糖浆。2.抗生素对病毒性感冒毫无意义，医生开抗生素只是由于不知道是细菌性感冒还是病毒性感冒，实际上它并不可能抵抗病毒的侵染，反而会产生相当严重的抗药性。 而有没有消灭鼻病毒的可能呢？当前的科学研究发现，鼻病毒的核心基因序列中，有一段遗传物质可折叠成一个四叶苜蓿形环状结构，其有助于鼻病毒加速复制。如果科学家能找到办法，破坏苜蓿形结构，或许就能让感冒销声匿迹。 2. 疯狂的流感病毒 流感（influenza）来源自意大利语的“影响”一词，从中世纪至今，每几十年便会爆发一次流感，带给全球阶段性的大灾难。 1918年的流感爆发，5亿人患病，相当于全球人口的1/3，其中5000万人丧命，造成的损失惨重。 世界卫生组织（WHO）估计，每年流感会影响到全球5%-10%的成人及20%-30%的孩子。每年，约有65万人被流感夺去性命。 流感病毒具有极大的杀伤力，健康人感染了流感病毒，免疫系统会迅速出战，这场大战会引发一系列症状，包括头疼、发热、乏力。幸运儿会在一个星期内使症状得到缓解，而对于一些免疫力低下的不幸者，流感病毒会让身体出现漏洞，其他的感染乘虚而入。一般来说机体的免疫系统可以有效抵御流感病毒，但如果流感病毒过于强悍，病原体就会长驱直入，引发危险的肺部感染，甚至危及生命。 免疫力强=安全系数高？ 并不！ 1918年的大流感中，免疫系统更加稳固的青少年表现得更加脆弱，但原因暂不清楚。 流感病毒的传播方式包含飞沫传播，具有强大的传播威力。 流感病毒源自鸟类消化道，一些鸟类是病毒的携带者，本身并不患病，有时，某些禽流感会传染至禽类养殖场，而人类会被禽流感传染的原因，是因为人类呼吸道细胞表面的受体和鸟类消化道细胞的受体非常相像，禽流感可以识别这类受体，进而感染细胞。 流感病毒 实际上，病毒为了能够更好地感染人类，进行无数次突变，自然选择了有利于病毒的突变，那些更容易在人类中进行传播感染的病毒一旦在人体内稳定下来，就会在全世界进行大范围传播。 病毒的突变还包括“基因重配”，当宿主的细胞内已经感染某种病毒后，流感病毒的加入会产生新一代病毒，是两类病毒进行基因混合的结果，又再次为下一场浩劫埋下种子。 2009年的甲型H1N1流感病毒（Human/Swine 2009 H1N1，“猪流感”）最初在3月出现于墨西哥，历经了数十年的演化，它便是三株病毒基因重配的结果。科学家通过基因测序追溯其源头，发现最古老的一株是源自1918年的流感大爆发开始，转染至猪体内。20世纪70年代再次出现的第二株病毒，是以禽流感病毒的方式感染猪。而后出现第三株，同样从鸟类传染至猪。20世纪70年代，这三类病毒已经历了3次基因重配，最终具备了感染人类的能力。 2009年的甲型H1N1流感病毒于全球肆虐，感染了全球10%-20%的人口，最终带走了约2万人的生命，才销声匿迹。 多年来，科学家们始终未停止与流感病毒的战斗，但流感病毒的突变速度极快，基因重配更是加速这个过程，这是一场艰难的战斗，人们一边进行着与病毒的竞赛，一边追踪流感病毒的演化与危险病毒的预测，不断加速研发有效的疫苗。 尽管我们并未占取上风，但是保持理性、积极、科学的态度，依旧可以有效阻止病毒的传播。 3. HPV—会传染的癌症 20世纪30年代，美国洛克菲勒大学的科学家理查德·肖普（Richard Shope）得到了一只“鹿角兔”的组织切片，这是一类存在于北美传说中长角的兔子，而现实中确实有些兔子会在头上长出一些像角一样的肿块，肖普由此联想他的同事弗朗西斯·劳斯（Francis Rous）前不久的一个实验结果——病毒可能会引发肿瘤，因此对这类“鹿角兔”的成因十分好奇，猜想兔子头上的角会不会也是由某种病毒导致的肿瘤。 肖普将从角里提取出的汁液涂抹在健康兔子的头上，发现那些健康兔子也长出角来。而后，劳斯对此进行持续研究，他发现这种汁液一旦注射进兔子体内会引发更加可怕的癌症。也正因为发现了病毒和癌症之间的联系，劳斯获得了1966年的诺贝尔生理学或医学奖。 到了20世纪80年代，印度尼西亚一位名叫德德（Dede）的十几岁男孩身上长满了疣，2007年医生在他身上切下近12斤的疣，但很快又重新长出了新的。 如今科学家们在鹿角兔、德德又或者其他增生肿块的动物身上了解到，这些增长的肿块都是由于乳头瘤病毒（papillomavirus）导致的。 但它不仅仅是促进肿块增生这么简单。 20世纪70年代，德国科学家哈拉尔德·楚尔·豪森（Harald zur Hausen）通过总结先前的研究发现，宫颈癌很有可能是通过性传播病毒导致，他通过分析比对多个宫颈肿瘤组织样品的DNA，终于在1983年，他从宫颈肿瘤的样品中发现了乳头瘤病毒的遗传物质，研究继续推进，他在样本中确定了更多的乳头瘤病毒株，表明引发宫颈癌的元凶正是乳头瘤病毒，并因此获得了2008年的诺贝尔生理学或医学奖。 人乳头瘤病毒（HPV） 至今，科学家已经相继确定了上百种人乳头瘤病毒（简写为HPV）的病毒株。研究发现，HPV会让人长出巨大的肿瘤，撑破子宫或肠道，引发生命危险，每年因宫颈癌死亡的女性超过27万，仅次于乳腺癌和肺癌。 HPV病毒与其他的病毒不同，它们通过感染上皮细胞，促进细胞的自我增殖，并伴随细胞增殖，HPV也在不断增加。其加速细胞增殖的原理是调控细胞有丝分裂过程中的关键节点，促进细胞分裂的同时也阻碍细胞自我消解。 一般来说，上皮细胞不断生长，一层层向上推移并到达表皮，而最表面的一层细胞负责抵御阳光、化学物质等的伤害，最终会死去，这是细胞的迭代过程。而HPV感染的细胞在到达表皮时，会促使细胞更快地分裂，制造更多的病毒，当细胞到达表面时，会破裂并释放出大量的HPV感染新的宿主。 大多数HPV感染的案例中，HPV不会对人体造成死亡威胁，而人体的免疫系统也会帮助将感染细胞不断清除体内，保持一种微妙平衡，这种平衡已经保持了上亿年。HPV不仅仅感染哺乳动物，一些鸟类、两栖类动物也会被感染，慕尼黑大学的马克·戈特施林（Marc Gottschling）曾根据这些病毒之间的联系推断，早在3亿年前，陆地上最早的卵生脊椎动物身上就应该已经携带乳头瘤病毒了。 乳头瘤病毒已经经历了数千代的演化，种类巨多，而且令人惊讶的是，人类身上也携带着HPV病毒，2014年的一项研究调查了103个体格健康的人，其中71个人（约69%）检测到了HPV病毒。但病毒对携带者中的绝大多数并未造成伤害。美国大约有3000万女性携带HPV病毒，而这一人群中每年只有1.3万人发展出宫颈癌。 为什么一些人会诱发宫颈癌症？科学家认为，可能是由于宿主和病毒之间的平衡被打破了。俄勒冈州立大学的娜塔莉娅·舒利任科（Natalia Shulzhenko）认为，当HPV病毒部分遗传物质与宿主DNA整合后，HPV就会诱发癌症。 但宫颈癌能通过疫苗接种的方式避免。2006年，世界上第一支HPV疫苗在美国和欧洲获准上市，疫苗含有HPV的外壳蛋白，注射了HPV疫苗后免疫系统就会开始识别HPV。当感染了HPV病毒后，免疫系统能够立马清除病毒。 科学家进行了长期的研究，注射疫苗仅对两类引起70%宫颈癌的病毒有完全的免疫力，这意味着疫苗不能完全抵御宫颈癌，它最多只能对这两种病毒偃旗息鼓，而实际上目前发现能够致癌的病毒就已经达到了13种，更别说还有很多病毒可能没有被发现。 同样，我们也不能低估病毒的演变速度，哪怕疫苗可以解决这两种病毒，但随着时间的推移，未来的世界依旧是未知。 **************************************************二、 善良的病毒1. 噬菌体疗法 1917年，加拿大裔医生费利克斯·德雷勒（Félix d'Herelle）发现分离的痢疾杆菌菌落上出现了一些透明的斑点，当他将这些斑点取样，接种到新的痢疾杆菌菌落上时，透明斑点再次出现，德雷勒认为这是由于某些病毒消灭细菌造成的，并为之取名“噬菌体”。 但他的研究引发了巨大的争议，直至20世纪40年代，科学家通过电子显微镜观察到了噬菌体攻击大肠杆菌的画面，才终于证明了噬菌体的存在。 但实际上噬菌体本身也具有多种类型，德雷勒发现的是溶菌性噬菌体，会破坏感染的细菌宿主，同时其他的研究人员也发现了一类温和型噬菌体，它们并不会造成细菌宿主死亡。 尽管存在争议，但德雷勒医生坚持选择使用噬菌体治疗细菌性疾病，据他的报告，噬菌体疗法颇有成效，一时之间名声大噪，但许多医生依旧对噬菌体疗法存在质疑，认为选用病毒作为治疗药剂存在巨大的风险。 20世纪30年代，人们发现抗生素对抗细菌的有效作用后，噬菌体疗法渐渐无人问津。但当前抗生素滥用导致的细菌耐药性问题频发，噬菌体疗法也成为一个新的研究热点。 2. 海洋噬菌体 1986年前，人们普遍认为海洋中不存在病毒，但是少数科学家的研究表明事实并非如此。海洋生物学家约翰·西伯思(John Sieburth)曾发表过一张照片，展示了一颗海洋细菌释放出大量病毒的过程。这引起了利塔·普罗克特（Lita Proctor）的兴趣，她通过对海水的样本进行检测，发现海水中存在着大量的病毒。在这之后，科学家们开始独立调查，结果发现海洋中大约存在着10000000000000000000000000000000(10的31次方)个病毒颗粒。 这是个夸张的数字，但毫无疑问的是，海洋病毒的存在影响着整个地球的生态系统，它与微生物的斗争带给人们许多益处。 1. 制止净水传播的细菌：当霍乱弧菌爆发并导致霍乱流行时，噬菌体也跟着大肆繁殖，随着杀灭的细菌数量增多，噬菌体数量越来越多，有助于流行疾病的平息。2. 介导海洋微生物的物质循环：海洋微生物的生物量在海洋中具有绝对优势，病毒对微生物的裂解作用可调控微生物群落和地球的化学循环，一方面调控大气的二氧化碳循环，另一方面还影响生物碳泵（biological pump）向深海释放碳的数量，每年可固定30亿吨的碳。3. 促进氧气生成：海洋聚球藻（Synechococcus）是一种在海洋中含量非常丰富的细菌，它们包揽了全球约1/4的光合作用。科学家仔细分析了海洋聚球藻样本中的DNA，从中发现了捕捉光子的蛋白编码基因正是来自于病毒。粗略估算，地球上10%的光合作用都是病毒基因开展的。也就是说，你每呼吸十次，就有一口氧气是病毒赠予的。 海洋病毒还具有令人惊讶的多样性，从200升海水中，科学家一般可以找到5000种遗传背景完全不同的病毒，而在1千克海洋沉积物中，病毒的种类可能达到100万种。 此外，一项研究显示，海洋病毒每年都会在不同的宿主之间传递大约一亿亿亿个基因。 ✨基因在物种之间的穿梭，对地球上所有生命的演化都产生了深远的影响，所有现存生物的基因组中都有镶嵌的痕迹，正是病毒充当了载体的角色。 3. 病毒与生命演化
随着人们对“鹿角兔”的研究深入，越来越多的致癌病毒得以发现，20世纪60年代，人们最深入研究的致癌病毒之一，是禽白血病病毒。 这是一种逆转录病毒，逆转录病毒能把遗传物质插入宿主细胞的DNA中，当宿主细胞分裂的时候，会同时复制细胞和病毒的DNA，而在特定条件下，宿主细胞合成并释放出病毒，进一步感染其他细胞。 当人们在研究禽白血病病毒的时候，发现一部分健康的禽类血液中可以检测出禽白血病病毒的蛋白质。病毒学家罗宾·韦斯（Robin Weiss）猜测病毒可能整合到了禽类的DNA基因组上，而他们的研究结果证实了这一现象。病毒何时侵染禽类的祖先呢，研究人员推测在几千年前，病毒感染了家鸡和红原鸡的共同祖先，而经过自然选择，某只免疫系统克服了病毒的鸡得以繁育，病毒也由此转移到性器官，并整合到下一代的胚胎DNA上。 数千年来，一代又一代地无声传递。 也正由于此，科学家们了解到更多的内源性逆转录病毒存在于各类动物体内，上百万年来，内源性逆转录病毒一直在反复不断地入侵我们的基因组，日积月累，到今天已经数量惊人，我们每个人的基因组中携带了近10万个内源性逆转录病毒的DNA片段，占到人类DNA总量的8%。 虽然大多数逆转录病毒的“潜伏”并未发挥真正的作用，但确实存在一些病毒对人类的生存具有重要意义。 1999年，让—吕克·布隆（Jean-Luc Blond）发现了一种名为HERV-W的人类内源性逆转录病毒，它可以合成出一种名为合胞素（syncytin）的蛋白质，这种蛋白质对于人类来说具有重要意义，它出现于人类的胎盘中，是胚胎汲取母亲血液中的营养所必需的。随着研究的深入，人们发现实际上具有多种合胞素，科学家对此提出假说，一亿年前，某种内源性逆转录病毒首先感染哺乳动物的祖先，从而使动物获取最早的一类合胞素蛋白，在其后的几百万年来，动物在演化的过程中又被其他内源性逆转录病毒感染，获取到新的合胞素基因，因此哺乳动物的不同分支，包括啮齿动物、蝙蝠、牛、灵长类动物等体内的合胞素蛋白，得以更新换代。 所以，你能想象吗？病毒在生命演化的过程中像个勤劳的搬运工，又像个邪恶的小精灵。 |
|
|
来自： fjgsd > 《新型冠状病毒性肺炎相关》
