病毒简史系列（七）

一个公众号的态度

基因共享

无论是从生物学还是社会学上讲，一个人的基因都被视为他的“身份证”，是独一无二的。

往小的说，通过分析比对他的基因，可以看破他到底是谁，和哪些人有血缘关系。

往大的说，每个物种都可以以自身基因的独特之处来作为区分自己和其它物种的标志。

1

既然基因的独特性在物种和个体层面都有标识身份的作用，那么试问，如果一个人的基因被某种力量修改，那他还是原先的那个人吗？

还有，如果人类通过技术手段，人为组装了一组基因（比如说人造病毒），这算是创造了新生命吗？

从社会和哲学的角度上讲，这是个很复杂的问题，本系列只是关于介绍病毒的文章，没有能力去解答这个难题。

之所以提出来，是为了说明上述问题并非只存在于科幻作品中，而是在现实世界中大量存在的。

不管我们有什么看法，总归还是要面对事实。

在《病毒简史系列（六）》里面说过：

病毒感染细菌，利用它来为自己复制基因，通常情况下两者的基因互不影响。

但有时，两者的基因可能会混在一起。

于是，病毒得到了细菌的基因，细菌得到了病毒的基因，它们都发生了改变。

这个事实人类很早就已经认识到了：

细菌基因组中绝大多数DNA就是病毒引入的，细菌似乎没有自己独立的身份，像是一个拼接的怪物。

但长期以来，人类一直以为这种事情跟自己好像没什么关系，这是在微生物之间才会发生的。

但现在我们已经明白事情并非如此，人类基因组里面其实有大量病毒基因的痕迹，数量成千上万。

2

对于这个事实的认识还要从对“鹿角兔”的研究说起。

（详情请参见《病毒简史系列（四）》）

科学家通过对鹿角兔的研究，发现了病毒与癌症之间的联系。

在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。

这种病毒的主要受害者是养殖场饲养的鸡，当时它正在威胁整个家禽行业。

禽白血病病毒是一种逆转录病毒，逆转录病毒能把遗传物质插入宿主细胞的DNA中，在宿主细胞分裂时，会同时复制细胞和病毒的DNA。

然后先合成病毒的基因和蛋白质外壳，接着把病毒从细胞里释放出去，进一步感染其他细胞。

为了完成这一过程，逆转录病毒带有一些特殊的基因“开关”，这些开关能用来控制宿主细胞。

有时候这些开关会打开一些不该打开的宿主基因，导致癌症。

在研究禽白血病病毒时科学家发现了一些奇怪现象。

正常来说，想知道一只鸡有没有患病，需要抽取它的血液，然后观察是否含有病毒的蛋白质。

但科学家却发现，从完全健康的鸡的血液中也能找到禽白血病病毒的蛋白质，甚至刚生下来的小鸡的身体里面也有。

当时在华盛顿大学工作的病毒学家罗宾·韦斯猜想，病毒或许已经成为了鸡DNA中永恒且无害的一部分。

如果这个猜想是正确的，那么应该可以通过某种手段让鸡身体里的病毒基因重新“复活”过来。

于是，他和同事们从健康鸡只身上取了一些细胞，用能引发突变的化学物质和辐照来处理这些细胞。

果然不出所料，突变的细胞释放出禽白血病病毒。

这个实验说明，制造病毒的遗传指令已经嵌入鸡的所有的细胞之中，并随着分裂和增殖传递给后代。

3

有了这个重大发现，韦斯和其他科学家开展了更多的研究，在若干鸡的品系里都发现了禽白血病病毒。

他们得出结论，这种病毒或许是鸡的DNA中由来已久的一分子。

那么，这种病毒到底是如何跟鸡的祖先结合了呢？

通过在世界各地的调查研究，科学家逐渐归纳出一个相对合理的假说。

在几千年前，病毒感染了这些鸡的祖先。

在入侵宿主细胞后，开始自我复制，继而去感染其他个体。

但在其中至少一只身上却发生了不寻常的事。

这只鸡祖先不仅没有得癌症，它的免疫系统反而把病毒制服了。

病毒就这样在它体内无声地扩散，最终移动到鸡的性器官。

在鸡祖先交配后，受精卵里就自然含有病毒的DNA。

这个受精卵随后会发育成胚胎，胚胎的所有细胞最初都是由这个受精卵发育而来的，所以胚胎中所有细胞里都含有病毒DNA。

最后，破壳而出的小鸡就成了一个鸡和病毒的“嵌合体”。

嵌合体小鸡长大，有了自己的后代，后代的基因组中同样藏着禽白血病病毒的DNA。

就这样，病毒在数千年的时间里一代代无声地传递。

但在特定情况下，病毒会被重新激活，并扩散到其他宿主身上。

4

科学家之后发现，像这样鸡和病毒在基因层面的结合不是特例，在其他动物身上也有。

科学家称这类病毒为内源性逆转录病毒——“内源性”的意思是说，它们是从生物内部产生出来的。

事实上，这类病毒潜伏在几乎所有重要的脊椎动物类群里，从鱼类、爬行动物到哺乳动物的基因组中，都能找到它们的痕迹。

有些内源性逆转录病毒和禽白血病病毒一样会让宿主致癌，但同时也有很多对宿主完全没有影响——因为这些病毒又出现了额外的突变，让它们没法利用宿主细胞制造新病毒。

不过，这些因为“残疾”而禁锢了脚步的病毒仍然有可能再重新插入宿主的基因组，重新开始复制自己的基因。

还有些内源性逆转录病毒实在被突变搞得过于支离破碎，无法再发挥任何威力，沦为宿主基因组里一件小小的行李，从一代传递到下一代。

人类自然也不例外，科学家也发现了人类基因组中存在的内源性逆转录病毒，不过学界一般认为人体内没有活跃的内源性逆转录病毒。

但在法国维勒瑞夫（犹太城）的古斯塔夫·鲁西癌症研究中心，研究人员蒂里·海德曼和同事却找到了让这些沉默的病毒重新活化的方法。

当时，海德曼正在研究一种内源性逆转录病毒，他注意到这种病毒在不同人中有不同的版本。

而这些个体差异大概是在逆转录病毒整合到人类祖先基因组里之后产生的。

随着人类的繁衍，病毒基因的不同部分相继出现了不同的突变。

海德曼和他的同事们比较了病毒相关序列的不同变异类型。

这个过程就像在研究关于一件历史的数个版本，每个版本都是粗心的文职人员抄写的，每个人犯的错误各不相同，通过比较不同的版本，历史学家就有可能推断出事情的真相。

用这种方法，海德曼和他的同事们就能用人体中现存各种各样突变版本的序列，来确定最初的DNA序列，再参照算出的序列合成相应的DNA，并插入到培养的人类细胞中。

结果，被感染的一部分细胞真的生产出了很多病毒，还能再去感染其他细胞。

实验证明，最初的这段DNA的确是能感染细胞的活病毒。

2006年，海德曼将这种病毒命名为“不死鸟”，寓意这种病毒就像从灰烬中重生的神秘凤凰一样，可以起死回生。

5

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，到今天这样的“不死鸟”在我们体内已经数量惊人。

据估计，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%。

科学家对人类基因组里其他被同步复制且会重新插入的DNA小片段进行了整理，这些DNA片段的数量高达数百万个。

他们推测这些片段中很多可能也是从内源性逆转录病毒演变而来。

这些入侵者经过数百万年的演化，已经被剥夺了大量的DNA，只剩下自我复制的最关键基因。

换句话说，我们的基因组中简直病毒泛滥。

说到这里，可能有人会认为，我们自己的身体里面居然藏着这么多的“不死鸟”，就像如无数个定时炸弹，指不定哪一天突然在体内爆炸。

但其实不必如此悲观。

在本系列之前的文章里已经说过，病毒并不是为了消灭宿主而存在，它的初衷只是想为自己寻找一个合适的生存环境，能够和宿主和谐共存才是最佳策略。

而且更重要的是，我们基因的改变并不是单方面由病毒来决定，我们的身体也会对这些外来基因根据最有利于自身生存的目的进行组合筛选。

这就好比用word软件上的线上多人共同编辑功能，同一篇文章可以由多个人共同协作完成。

所以最终结果是，我们身体里的这些“不死鸟”大多数情况对我们都是无害的，不仅如此，由于它们与我们基因的结合，甚至对我们大有好处。

6

1999年，吕克·布隆和他的同事发现了一种名为HERV-W的人类内源性逆转录病毒。

他们发现，这种逆转录病毒中的一个基因能合成出一种名为合胞素的蛋白质。

这种蛋白质只出现在人类的胎盘里，胎盘外层的细胞产生合胞素，这样细胞就能黏着在一起，从而让分子在细胞之间顺畅地流通。

之后，科学家发现小鼠也会制造合胞素，于是他们就用小鼠来做实验，研究这个蛋白质的功能。

他们删除了小鼠的合胞素基因，结果小鼠胚胎没有一个能活到生出来。

他们就此推断，这种病毒蛋白对于胚胎从母亲血液中吸收营养是必需的。

而且在其他有胎盘类哺乳动物中科学家都找到了合胞素。

随着研究的深入，关于这种蛋白质又有了另一个意外发现：

它实际上并不是单一的一种蛋白质，而是好几种。

科学家推测，在演化的历史中，不同的内源性逆转录病毒分别感染了不同的有胎盘类哺乳动物，包括我们人类在内的一部分物种先后被两种病毒感染，它们合成的是两种不同的蛋白质。

之后，旧的蛋白质逐渐被新的取代。

蒂里·海德曼提出一种假说，一亿年前，哺乳动物的祖先被一种内源性逆转录病毒感染，从而获得了最早的合胞素蛋白，同时产生了最早的胎盘。

几百万年来，有胎盘类哺乳动物祖先演化出若干分支，在演化的过程中又被其他内源性逆转录病毒感染。

有的新病毒也带有合胞素基因，而且编码的蛋白质性状更佳。

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，就得以更新换代了。

正所谓，福兮祸所伏，祸兮福所依。

在演化史上最近的瞬间，人类脱颖而出，病毒对我们的生存功不可没。

7

通过研究对比不同物种体内的内源性逆转录病毒，我们可以找出在生命的历史长河中它们之间的种种关联。

比如伦敦帝国学院的病毒学家亚当·李和他的同事就在人体内发现了一种名为ERV-L的内源性逆转录病毒，同时他们也在许多其他物种中发现了同样的病毒，这其中不乏马和食蚁兽这样和人差别巨大的生物。

科学家画出的病毒演化树同它们宿主的演化树完美重合。

看来这种内源性逆转录病毒似乎在距今1亿年前感染了有胎盘类哺乳动物的共同祖先，之后随着这一支哺乳动物演化至今，成为了犰狳、大象、海牛也包括我们人类体内的常驻客。

再回到文章的开头。

现在我们已知，以千年或万年的时间跨度来看，任何生物的基因都是在大幅度变化的。

对于一个个体来说，如果没有特殊情况，那它的基因从出身到死亡都不会改变。

但对于一个物种来说，在漫长的时间长河里，将自己的基因作为自身专属“身份证”的做法的合理性还值得再去商榷。

不过有意思的是，早在人类认识基因是什么东西之前，就已经思考过类似问题。

例如，在公元一世纪，普鲁塔克提出：如果特修斯船上的所有木头都被逐渐替换，那这艘船还是原来的船吗？

对于这种问题，我们社会还缺乏足够广泛深入地探讨。

不过话又说回来，当今的这个世界，人类尚且还在以性别、肤色、国家、金钱以及思想价值理念等事物来作为区别“同类”和“异类”的标准。

在这些问题还未争论清楚之前，就要求人们去探讨“基因的不同是否可以作为评判同类和异类的标准”确实有点为时过早。