病毒是怎么回事?为何要远离野生动物?

发表时间:2020-02-25 来源:光明日报 作者:唐骋

病毒是如何起源的?科学家在研制抗击新冠病毒的药物中,正在进行哪些工作?针对新冠病毒研发有效的临床救治药物,努力提高治愈率,降低病死率,是当前我国科研工作者应急攻关的重中之重。2月15日,在国务院联防联控机制就新冠病毒药物研发和科研攻关最新进展情况在北京举行的新闻发布会上,科技部生物中心主任张新民介绍,药品筛选和治疗方案已取得积极进展:科技部组织全国优秀的科研团队,利用计算机模拟筛选、体外酶活性测试等方法对七万多个药品或化合物进行筛选,目前,科研攻关组已聚焦到少数几个药品,磷酸氯喹、伦地西韦、法匹拉韦等一批药物先后开展临床试验,目前部分药物已经初步显示出良好的临床疗效,本期周刊聚焦病毒的起源和药物研发以及心理抗疫。

 

  大部分病毒的结构很简单,基本上就是一个蛋白质构成的外壳包着一些遗传物质,平时就与死物无异,一旦感染细胞,它们就将自己的基因注入宿主细胞当中,利用宿主细胞复制自身产生新的病毒。病毒是生物吗?它们又从何而来呢?下面,我们就来看看病毒起源的三个假说。

  假说一 远古大分子。有一些大分子,比如RNA、DNA以及蛋白质开始或独立或彼此协作地复制自身,这个阶段可以称为“分子生命”。然而在一片祥和的分子生命中却产生了一个异类,那就是包括现存所有生物的最近共同祖先“露卡”(LUCA)在内的一些分子生命,它们发展出了一个改变了生命法则的结构,那就是细胞。拥有膜结构的细胞可以更好地保护其中娇弱的RNA和蛋白质等核心大分子,极大增强了这些生物的适应力,意味着它们会把原始的分子生命摁在地上摩擦。有一种假说(The Virus-First Hypothesis)就认为,病毒正是原始分子生命世界的“遗民”。这个假说一度十分盛行,毕竟病毒的构造是如此简单,乃至简陋,它们与细胞生命的差异又是如此巨大。

  有些病毒经提纯后还能形成结晶,这对于细胞生物是无法想象的。更实锤的证据来自“拟病毒”(Virusoid),它就是一个RNA分子。拟病毒没办法直接感染细胞,但是它可以感染病毒,确切地说是在某些病毒感染细胞的时候通过搭便车来顺便复制自己、扩散自己,从而能引发一些诸如人类丁型肝炎之类的疾病。

  假说二 “叛逃”的基因。基因也能叛变?对,在这个假说(The Progressive Hypothesis)里,基因为了让自己流传下去什么事情都做得出来。

  细菌中广泛存在一种名叫“质粒”(plasmid)的小片段环状DNA,这些基因基本上就是一群打工仔、临时工,细菌随时可以从环境中吸收它们为己所用,也随时可以赶走它们。

  在很多细菌中,除了自身原本的DNA以外,还经常会有一些小片段的环状DNA,那些被称为质粒。于是在漫长的演化中,有些质粒学会了一件事:我们不要一辈子打工!这些质粒从打工仔变成了二五仔,反过来把它们的细菌老板给劫持了,夺走了细菌所有的营养来复制自身。随着时间推移,有些质粒就变成了病毒。

  细菌经常会遭受一类叫作“噬菌体”的病毒感染,有些观点认为噬菌体来源于质粒。而人类以及所有动物、植物的细胞和细菌很不一样,我们都属于“真核生物”,细胞当中并没有细菌那样的质粒,但还是有那么一些基因蠢蠢欲动。它们不肯在染色体上好好待着,而是在细胞核里左右横跳,一会儿跑到这个染色体上,一会儿跑到那个染色体上。不过这帮调皮捣蛋的基因倒是有一个仙风道骨的名字——转座子(transposon)。

  根据分子生物学检测,很多转座子都拥有和病毒非常相似的基因序列,两者将自己整合进宿主细胞染色体的机制也高度相似。尤其是其中的“病毒样逆转录转座子”(Retrotransposon)与某些病毒简直相似到了令人发指的程度,唯一的不同只是这些转座子还不能像病毒一样在细胞之间迁移而已。

  然而病毒的身世到这里却依旧扑朔迷离,因为它们根本就不遵循一般生物的演化模式。

  病毒感染的一般流程是:把自己的基因注入宿主细胞当中,然后利用宿主细胞复制自己的基因,并且制造构建病毒颗粒所需的各种材料,最后操控细胞将病毒颗粒的各个零件连同病毒的基因一起包装成新的病毒颗粒,释放出去感染别的细胞。但是在这个过程中,病毒每时每刻都在和各种生物交换基因。

  比如说病毒在指挥宿主细胞包装病毒颗粒的时候,有时候会把一些宿主细胞的DNA给一块包进去,或者不小心在宿主细胞当中留一点点自己的基因。哺乳动物中有一个用来阻止母体免疫系统攻击胎儿的基因,就是某个病毒在一亿多年前不小心落在我们细胞中的。而在病毒跨物种传播的时候,经常导致基因从一个物种转移到另一个物种。

    假说三 沉沦的细胞生物。进入21世纪以后,一系列发现开始让科学家愈发意识到病毒的起源还有别的可能性。

  2003年,科学家发现了一种非常不讲道理的病毒——“拟菌病毒”(Mimivirus),这个病毒的体型达到了0.4到0.5微米,在显微镜下看都快跟细菌差不多了。引发这次疫情的冠状病毒都被认为是比较大的一类病毒了,体型也不到0.1微米。

  2008年,科学家发现了第二种大病毒,将其命名为“妈妈病毒”(Mamavirus),从此一种又一种“大病毒”(Giant Virus)开始接二连三地出现在人类的视野中,到2013年发现的“潘多拉病毒”(Pandoravirus)更是把最大病毒的记录刷到了1微米以上。

  目前已知最大的病毒“潘多拉病毒”,它看上去和一个细菌几乎没什么区别。

  从此,病毒与某些单细胞生物的界限开始变得模糊了起来,比如说“拟菌病毒”的结构与基因和一类叫作“古菌”的单细胞生物非常相似,唯一的不同是,拟菌病毒丢失了一部分自主完成细胞分裂的关键基因,所以不得不寄生在其他生物的细胞当中,利用宿主的细胞来生长繁殖。

  于是就有了病毒起源的第三种假说(The Regressive Hypothesis),认为病毒本质上是堕落的生物。有些单细胞生物在长期寄生生活中,逐渐退化掉绝大部分细胞结构,最终变成了这种“活死人”一般的样子,而像拟菌病毒之流就是刚刚开始堕落的古菌。

  为什么致命病毒总是来自野生动物呢?让我们从演化的角度分析一下。

  “最好”的病毒,是既不引起太严重的症状(不然搞死了宿主自己也完蛋),但也不能太温和(毕竟宿主身上往往同时寄生着别的病毒,抢资源的时候该下的狠手还是得下)。所以在漫长的演化中,这种博弈会促使病毒最终与宿主达成某种默契,比如说人类与可能会引起普通感冒的鼻病毒就属于这种关系。

  但是,病毒会变异,有些变异会导致病毒的宿主改变。病毒与新的宿主没有长期磨合的默契,就会出现“下手没轻没重”的问题,其中有些下手特别重的就会给宿主带来致命疾病。

  在长期的演化中,人类已经和那些从远古祖先开始一路陪伴的病毒达成完美默契了,与从家畜那里来的病毒,比如麻疹、流感等等,磨合得还不完美,但多少有点默契,所以极少引起很严重的疫情。唯独来自野生动物的病毒跟人类丝毫没有一丁点磨合,因此引起大瘟疫的疾病几乎全部来自野生动物。因此,希望大家平时尽量远离野生动物,包括流浪动物,更不要去饲养、食用野生动物。

  (来源:光明日报;作者:唐骋;作者单位:中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心)

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