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​BBC纪录片《病毒为何致命》病毒的前世今生

 老王abcd 2020-03-20

作为存在了几十亿年的“元老”,病毒是地球上数量最庞大的生命形式。如果把地球上的病毒首尾相连,能连成一条2亿光年的长链。

对人类来说,最致命的病毒存在于哪里?它们为什么会致命?让我们跟随BBC纪录片《病毒为何致命》的镜头,看世界各地的科学家如何揭开病毒的秘密。

BBC纪录片《病毒为何致命》上

BBC纪录片《病毒为何致命》下

BBC纪录片《病毒为何致命》全文

2009年4月,一种神秘物质让世界陷入了恐慌。一种能带来死亡的物质。失去的是实实在在的人,鲜活的生命。一种疾病正在人群中肆虐,源于所有最为强大的工具都无法探测的生命体:病毒。

世界卫生组织称之为——“猪流感”,如今已几乎遍布全世界。

尽管科学在进步,未知依然大量存在,我们基本不清楚,病毒该如何生存,除了知道病毒必须感染其他物质才能进行复制这个事实。为什么会存在病毒?我们并不明确问题的答案。

我们甚至不知道有多少种病毒,可能除此之外还有数千万种。而我们不知道它们是什么?如何传播?数量多大?正由于它们难以捉摸,才会引发大范围的恐慌。

但预计的大规模死亡并未成为现实,英格兰医疗部长利亚姆﹒唐纳森称:猪流感远不如人们所畏惧的那样致命。我们似乎又一次预计错误,那么何时何因,病毒能致人死地呢?

在美国乔治亚州亚特兰大的的疾病控制与防治中心,许多团队的研究人员仍在世界范围搜寻可疑迹象。他们从数以千计的不同来源追寻线索。对新出现的疾病保持警惕。
那是一个星期五的晚上,正巧轮到我值班,当时 我查看了邮件,当时是例行常规,加利福尼亚州圣地亚哥的两个孩子感染了流感病毒的一个新变种,所谓的“新变种”不算什么大事,因为只有两个病例而且孩子们都已经康复,新流感病毒的出现并不鲜见,疾控中心按惯例登记新感染病例,只有当特殊的感染方式出现时,他们才会注意。

我们知道在墨西哥正发生一些严重的情况。当科学家们说“那些病毒和我们在加利福尼亚州发现的是相同的”,人们才开始紧张 。这种传染方式,使疾控中心启动了预备多年的一系列应对措施。这就是设立这个机构的目的,我们的职责在于保护美国人民和世界其他地区人口以防疾病发展到不可收拾。
患者被强制隔离,紧急方案启动,以压制疾病爆发。我们必须先保护弱者,这种情况下他们更易受到死亡威胁。然而,为时已晚,更多猪流感病例被确诊,这次是在新西兰和以色列,猪流感是21世纪首个全球大规模流行病,恐慌遍及全球。危急之下,政府关闭所有公共场所,来阻止疾病传播。对猪流感病毒的恐惧传播得似乎比疾病本身还要快。

卫生部官员密切关注着疾病的爆发,伴随着病例的增加,谣言和恐惧也迅速蔓延。

曾有预测,全世界达1亿2千万人口,可能因感染病毒致死。仅在英国,当局就曾预计死亡人数将达6万5千,而目前为止,事实却完全不同。英国的猪流感病毒致死率,今日首次被公之于众,数据显示疾病并没有人们担心的那样的致命,《英国医学杂志》发表的一篇研究表明,感染病毒的死亡率约为四千分之一,人们担心的恶梦般的情景并未发生。这一事件告诉我们,预测病毒的行为有多困难。

这些小小的生物,继续挑战着那些毕生研究病毒的人员。病毒很可能是最小的生物体,你试着想想针头,直径大概1毫米左右。让你大概了解病毒到底多小,引发一般感冒的鼻病毒,直径大约20纳米,如果把一整群鼻病毒排成队,你大约需要5万个才能跨过针头,它们真的很微小。

病毒有各种不同的形状和大小,可以是小圆球形,也可有难以置信的复杂衣壳。一种由蛋白质连接而成的高度对称的物质。而且那些很漂亮,就像在看彩绘玻璃窗。它们有奇妙有序的结构,病毒外形可能像外星生物,但它们的核心是由和我们一样的物质构成——基因。把它想作你要吞服的一粒药丸,有点东西在里面的胶囊。如果你把胶囊打开,里面的东西京就会掉出来。那就是病毒的遗传信息。

既然病毒是由生命物质构成,它们的存在京是对生命的疑问。如果你问我病毒是死是活?我的答案是,都是。你现在也许会説,这不算个答案,但我认为是。事实上,病毒会经历无生命力的阶段,到处浮游,像乒乓球般没有生气,而当病毒进入细胞时,就开始拥有一些生物的属性。当病毒在细胞内时,它可以被视作一个生命实体,

病毒一旦侵入细胞,就能显示出生命潜能,因为它们就在此繁殖。它们必须在细胞内复制,它们不是简单地生长,比方说,它们不像细菌那样能在一定的生长介质中生存,它们必须找到能够进入的特定细胞,并在其中复制。那个特定地方可以是植物细胞 ,海洋微生物或你鼻子里的细胞。病毒掌握了主导地位,迫使细胞产生更多的病毒颗粒,而且效率极高。
你可以想象,比起人类细胞 ,病毒是微小的,但这小小的病毒会杀死细胞,并在六个小时内复制十万拷贝。当细胞被消耗殆尽,病毒会用更具毁灭性的手段,导致细胞破裂,释放数百万计的新病毒颗粒。

杰弗里史密斯教授仔细研究了这个过程。他用荧光染色剂将病毒染成绿色,以便观察其活动情况。这些病毒要在细胞之间扩散,我们在这里看到的是,病毒从顶部向下扩散到底部,穿过一大片它可以感染的细胞。这种惊人的复制力,意味着每个病毒都在竭其所能。

但我们害怕的只是这个星球上所有病毒中的一小部分。要真正了解病毒的世界,就得查明它们与地球上所有生物的关系。

柯蒂斯·瑟特教授是最初发现病毒生存多样性的人之一。他认为,病毒是海洋中主要的生命形式之一。在半升水中,病毒的数量要比地球人口还多。我们很可能正看着这半升水中的约300亿个病毒,可能有超过10万个种类的病毒。可以说,它们对人类完全无害,这就是为什么每次你游泳你会吞下30毫升水却安然无恙,因为我们不会受到这些病毒感染。这些病毒会感染海洋中的微生物,浮游生物。

病毒是海洋中主要的生命形式之一,海洋并不由像鱼这样的生物主宰,而是病毒。它们才是真正主宰海洋生态系统的生物。病毒每天会杀死海洋中20%的生命物质,释放其内容物供其他生物使用。如果海洋中没有病毒,一切都会戛然而止,没有东西能生长,其他生物不会有食物。”

它们不止存在于海洋,病毒无所不在。“病毒能存活在真空中,存活在极端严寒中,存活在干旱中,而且小到能悬浮在空气中,我们现在正呼吸的空气,充满了从海洋而来的病毒,因为它们一直悬浮着,它们太小了,与水蒸气几乎无异。

病毒是地球上数量最庞大的生命形式,如果你把地球上的病毒首尾相接,能连成一条2亿光年的长链。要理解为何有如此多的病毒,我们须追溯到地球生命起源之时。

如今,这里是最接近早期地球情况的地方——蒙大拿 黄石公园。马克·杨是蒙大拿州立大学病毒学教授。对他而言,去黄石公园,不仅是郊野之行,更是返古之旅。如果你回到将近40亿年前的这个星球,早期地球和现在的黄石公园非常相似。我们在黄石公园发现的生物体很可能是地球上早期生物的探亲。

在这里进行的研究工作有了非凡的新发现,我们从中得知了,病毒在地球上生存的时间。

“现今我们在地球上发现的生物体,都享有一个基本的共同祖先,我们称之为“露卡(LUKA)”。它是至少35亿年前所有生命的起源,首先出现了细菌,然后演化出另一个分支,称为真核生物,即所有的复杂生物,如真菌、植物、动物,包括人类。20世纪70年代,科学家发现了鲜为人知的第三类生命体,它们称之为古生菌,意即古老。

在这种酸性热温泉里,甚至细菌都不能存活,全是古生菌。如果你在这里泡澡的话,很快就会被活活煮熟。但是如果你是一个古生菌,就不得不生存在这种环境里。

许多科学家认为古生菌是最古老的生命体,比细菌还古老。但是杨教授却在探寻另一种答案。令我们奇怪的是,从没有人来追寻在这些热温泉里生存并复制的病毒。他揭开了一个惊人的事实,古生菌上布满了病毒。研究这些病毒的过程中,我们一直惊喜不断,因为它们完全不同于地球上已经发现的任何病毒。布满古老生物的古老病毒,这项发现让杨教授相信病毒比我们想象中要古老得多。

我们现在认为,病毒非常古老,在生物开始进化时,它们就已经存在了。我们当中有人甚至进一步推测,病毒比我们所知的单核细胞生物还要古老。病毒从开始出现时,就开始感染生物,它们是生物进化的强大驱动力。它们决定着什么该存活,什么该灭亡。“病毒在生命进化过程中起着重要作用,我们很难想象,如果没有病毒,地球上的生物还能否进化。”

当复杂的生命体,如植物、动物开始进化时,病毒同样无孔不入。数亿年来,病毒一直支配着这个世界,渗透着每一种生物,为达目的,有一件事仅有简单的基因还不够完成——迁移。

病毒和植物都不能自己迁移,病毒就进化为感染那些能够迁移的物种——世界上最臭名昭著的病毒载体之一,它是粉虱的一种,叫作烟粉虱,它们最常用的名字是烟草粉虱或者棉粉虱。“这种身长不足一毫米的昆虫,携带近100种不同的植物病毒。实际上就是大肆破坏全世界农作物的元凶。想要最大程度的迁移,病毒必须钻入这些粉虱的胃里,但是不伤害到它们,病毒随它们一道飞到别的植物上,当昆虫开始进食时,就不知不觉将病毒注入植物。

当昆虫进食时将病毒安放到新的植物上,它们还会产卵,结果就是一小群昆虫将在这里孵化,虫卵经过发育,会产生新的粉虱,它们携带这种病毒,然后传播到其他植物上去,就是这样周而复始。”

这就是病毒传播最常用的一种方法。它们可以利用我们最基本的心性。比如乙肝病毒,就利用了我们的生殖需求来传播。另有些病毒进化到操纵我们的行为以达其目的。

狂犬病毒进入被感染的狗的大脑,使其具有攻击性。使其产生咬人的冲动,以此进行传播。

流感病毒也有同等精妙的传播机制,这种方式效率极高,难以避免。如果我们都相信咳嗽和打喷嚏可以传播疾病。

那么当然,在你感染了呼吸道病毒之后,它们就会攻击你的鼻部,让你想打喷嚏。它们发明了一种从一个宿主传播到另一个宿主的方法。这对小小的病毒来说,是一道难以逾越的鸿沟。

流感促使你无意中传播着病毒,如今它们采用一种不那么天然的传播方式——现代交通工具。这一群人里只要有一个人感染流感就行了。这个人上公汽,咳嗽,咳到手上,再去摸扶手,我过去摸扶手,我就感染了。寒冷的天气来了,这种温度让病毒更稳定,它们能存活更久,没有强光来摧毁它,没有高温,凉爽通风,流感就会抓住它们的好机会。”

流感病毒危险的原因,在于它们可以简单的进行传播。典型的病毒,如埃博拉病毒和拉沙病毒,这些病毒会造成严重疾病,对50%的感染人群有致命性,但它们的传染性并不高。然而其他病毒,人们可能以为它们不那么危险,很多人误以为流感跟一般感冒病毒一样,但是他们错了,因为它是全世界唯一一种没有任何区域限制的病毒。它可以在世界上任何区域之间传播,环行世界,在几个月内造成无法预计的破坏。

病毒可以如此有效地传播,以至于侵入世界上每一物种。我们也毫不例外。我们在一生当中,无时无刻不受到病毒的侵袭。一个人在一生之中,可能被来自各种病毒家族的500到600甚至1000种不同的病毒攻击。这些病毒都有着不同的方式来攻击宿主。病毒能进入我们身体的不同部分,有些病毒通过性传播,并造成那一区域的损害,还有些病毒能传播到整个身体,比如天花,所有水痘里都能检出这种病毒,但是它不会让你丧命。会让你丧命的是在你内部器官进行复制的病毒。

最致命的病毒都藏身于狗、啮齿动物和蝙蝠身上。狂犬病毒可能是唯一一种能造成100%感染者死亡的病毒。它如此厉害的原因,在于它可以侵入中枢神经系统,进行复制,摧毁中枢神经系统,让人出现恐水头晕等等症状,最终导致死亡。

呼吸道病毒如非典或流感病毒在呼吸道和肺泡进行复制,引起免疫反应,当免疫反应逐步增强时,就会造成不适。这些人群由于某种原因,不能在鼻道和喉道里有效地阻止病毒,病毒从呼吸道进入体内,并进一步侵入肺里,从而破坏肺部的细胞,这些细胞对于肺的功能非常重要,同时病毒还会引起身体的免疫反应,免疫反应会阻塞肺部,使肺部不能正常工作,人们就会死于肺炎。

每种病毒都有自己侵入的办法,每种病毒都有其复制方式,你也会产生不同的免疫反应。这种作用机制十分复杂。尽管病毒感染着所有人,生命仍在延续,因为当病毒在体内停留一段时间后,我们的免疫系统就有时间去适应,并建立防护措施。

能对我们造成巨大伤害的,一般都是新型病毒。但是这种情况并不多见,因为大多数病毒本不能感染人类,很多人类病毒,特别是最重要那些,例如乙肝病毒、HIV、流感病毒都是从动物或者鸟类传播过来的。流感本身不是人病毒,它变成人病毒,但根本说来,它是一种禽病毒,它实际上喜欢会迁徙的天鹅、鸭子、鹅,它本不会传染人类。禽流感病毒对于鸟类来说很温和,但对人类却是致命的。

对于一个病毒来讲,要想先感染动物再感染人类,它必须克服一个巨大障碍,就是所谓的锁和钥匙的问题,就是説它必须要先吸附于人类细胞。

就拿流感来说,这是个流感病毒,在它的蛋白质上有一个闩子就在这个蛋白质的尖端,如果这个病毒寄宿在迁移的鸟类身上,这个尖端会调整到合适的形状,因此病毒就可以在鸟类中传染,而那个小小的蛋白质尖端阻止了病毒感染我们,大多数情况下,这里有一个很大的困难,因为它无法和人体细胞契合,所以尖端部分必须发生变异。偶然的会有突变出现,尖端处的突变使特定的病毒在特定的时间、特定的地点,吸附到一个人体细胞上。偶然的会有突变出现,尖端处的突变使特定的病毒在特定的时间、特定的地点,吸附到一个人体细胞上。在这种偶然情况下,病毒得以穿越物种障碍,在人类身上依存下来。

刚果共和国,是我们抗击病毒的前线,很多传染给人的最危险的疾病就是始于中非的这片热带雨林。进去20年里在这里发现了很多病毒,包括依波拉病毒和猴痘病毒,艾滋病也是从这里传开的。因此极有可能还有很多病毒存在,但是我们不知道它们是什么?如何传播?数量多少?

流行病学家安妮.里默博士正在调查下一个跨物种传播的疾病——猴痘。猴痘是一种类似天花的疾病,最初在动物体内被发现而不是人类,此地区致使病毒多产的原因在于人类与野生动物的密切接触。猴痘病毒存在于当地的许多猴子和松鼠以及一些啮齿动物身上,而这些都是当地人的日常食物,就是这种人类和动物的紧密联系,给予了病毒传播的机会。

他们每天都吃这个,病毒很容易在动物和人类之间散布开来,人们切开这些动物,到处都是血,他们被这些动物咬伤和刮伤,这就是个典型的情景,病毒在动物和人类之间的传播。猴痘很具有毁灭性,感染者的死亡率高达百分之十。人际传播的例子,偶尔被记录在案,但如今感染的人主要是因为直接接触了已感染动物,他们遇到死松鼠,带回家吃掉,结果得了猴痘,他们不是互相传染,而是同时从两只一食物来源得到,它也能在人之间传染,目前已经有传染了八代的记录。

由于猴痘人际传染具有局限性,所以它还局限在中非地区。但若它进化到能自由进行人际传播,如今的生活方式则使之成为必然。随着人口的城镇化病毒更容易在市中心生存,再通过国际旅行,可以传到世界各地。我们的第一道防线只限于及早知道新发疾病和发现之时的防范,我们无法阻止病毒出现,新病毒不断出现,问题就在于我们是否知道,所以我们了解的唯一方法取决于出色 的疾病监测工作。

但我们并不是完全束手无策,对付某些病毒,我们有疫苗。历史上天花是世界上最可怕的疫病,每年大概有一千万例感染,两百万例死亡,不止致命,而且传染性极高,天花通过飞沫从一个人传染给其他人。然而天花只是少数能用疫苗对付的病毒之一,利用类似病毒的制剂,疫苗会刺激人体免疫系统,使其在将来识别真正的病毒,保护你不受感染。天花病毒的另一个特性使其容易处理,它在人类中传播得太久了,已经无法感染其他动物,它唯一的宿主只有人类。

一个由D.A.亨德森领导的世卫小组追寻爆发的天花,免疫所有受威胁的人,考虑到每年有一千万人感染,这的确是件艰巨的任务,但仅在十年后天花就被彻底根除了。在20世纪,3亿人死于天花,这是唯一被人类消灭的疾病。天花呈现的独特生物环境,意味着它可以被根除。

其他病毒有天花所不具备的本领,它们可以改变自己的结构,所以总能比疫苗快一步,它们能够变异。有种病毒具有高得难以置信的变异效率,HIV的独特战术使人类制备疫苗的可能成为泡影。HIV以惊人的速度变异,在复制的过程中,它不断的改变着,无法用疫苗对抗HIV的原因之一是它像流感病毒一样,不断改变而不是精确复制。

在变异过程中,流行性感冒激发了病毒的另一种能力,我们能同时感染多种病毒,当这些病毒相遇时,它们交换彼此的基因,产生出全新的病毒。这个过程叫做重组。两种猪流感病毒同时感染了一个细胞,它们的基因混在一起重新洗牌,一个新的变种就随之产生,它继承了双方的基因。称之为“病毒性行为”,这就像父母双方混合他们的基因,生出一个新的后代。

H1N1即猪流感病毒为多方基因重组。猪流感的成分可以概括如下:它含有两种出现的禽流感,一种新出现的人流感,其余的则是新出现的猪流感,不过是来自两种不同的猪流感。这种重组在一瞬间,产生出一种能够感染人类的新病毒,对我们的免疫系统来说,它新得可怕,而且传染性极强。

这可能是四十多年来的首次世界性流利病,从2009年4月中旬开始,在墨西哥从最初的散发病例到受感染地区旅游请小心,不到两个月就发展成为世界流行病。虽然是高传染性,但并没有想象中那么危险,

病毒其实并不想杀死我们。“病毒确实不想杀死我们,它们在我们体内复制,我们要是突然死掉,对它们也没好处,那样它们就无法传染下一个人了。”每个病毒必须找到一个精确的进化平衡点,一方面尽可能成功地繁殖,一方面保证不致宿主于死地。

“实际上,当你寻迹于大自然,你会看到许多病毒并不会害死宿主,它们和宿主共同进化,与之成为一个很好的共生体。它们能在复制的同时,不会摧毁宿主。否则就很没道理了,皮之不存,毛将焉附?”。

“即使是埃博拉(Ebola)、拉沙(Lassa)病毒,它们都算不上是大杀手,它们的致死率只有20%。致死率超过10%的病毒其实很少见,大多数病毒的致死率相比起来低太多了。

最成功的的病毒感染数百万人但极少致死,从这个角度看,猪流感有着高感染率和相对低的死亡率,可见非常成功。不过将来会不会出现一种能杀死几百万人的病毒也很难说。

现在的病毒可以变异形成新的变种,而且,新的变种有着绝佳的发展机会,因为我们不具备相应的免疫力。将来会不会出现一种能杀死几百万人的病毒,也很难说。

我们已经在考虑下一个流行病,为了那一天,我们得做好准备。有一个人正为此全力以赴,他就是埃卡德·维穆尔(Eckard Wimmer)教授。他相信,如果他能从头构建一个病毒,我们就能更充分地了解它们如何运作,这势必为研制疫苗甚至治愈提供新的机遇。但要做到这一点意味着必须尝试,做一些前所未有、饱受争议的事情,维穆尔教授需要再造生命。

“埃卡德·维穆尔开创了先河,用人工合成的DNA造出病毒,这大大改变了我们对病毒的研究方式,从而大大增强了我们对病毒的战斗力。我们将能够在新病毒出现时为其量身定制相应的疫苗,能够全面深入地了解病毒,精确了解病毒的哪一部分影响其致病性,这都归功于埃卡德·维穆尔的研究,为这一领域带来了革命性进展,这是一个巨大的突破。”

像这样的发现,让我们更进一步了解并控制病毒。不过即使有可能实现对病毒的牵制,我们也应该克制这种冲动。

实际上在我们生长发育的过程中,病毒扮演了非常重要的角色。所以一方面,我们还以它为敌,但另一方面,我们也知道病毒对我们是有好处的。

许多人都有这样的感觉,我们的生命和病毒是相辅相成的。

它们是这个星球上所有生态系统的主要部分也是重要部分。没人想象得出,如果没有病毒的话,生命如何进化成今天的样子,或者像今天这样运作。

实际上我们不知道,我们有许多这些感染我们,在我们体内复制的病毒,我们把它们当成病原体,但实际上,我们极有可能是在共同进化。

我们的免疫力随着病毒的威胁不断发展;同样,免疫力也在让病毒不断进化。也许我们应该重新审视与病毒的关系。生命和病毒是相辅相成的,既要积累与之为敌的智慧,也要拥有和平共处的勇气。

来源:英国广播公司BBC、腾讯视频

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