大家好，我是來自中科院上海巴斯德研究所的聞婧，今天我將與大家分享關(guān)于病毒的那些事兒，病毒與人類之間是一種什么關(guān)系？

聞婧

中科院上海巴斯德研究所

首先想問大家一個(gè)問題：病毒一定對(duì)人類有害嗎？

病毒一定對(duì)人類有害嗎？

病毒是什么？

想要揭開這個(gè)問題的答案，首先得了解一下，什么是病毒？它其實(shí)是一種非細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生命形式，主要由核酸和蛋白質(zhì)外殼組成，其生命活動(dòng)必須借助于宿主細(xì)胞。

什么是病毒？

關(guān)于病毒的起源，目前有三種假說。

第一，自起源理論。這種理論認(rèn)為病毒先于細(xì)胞產(chǎn)生于生命前地球，然后才進(jìn)化成了原核細(xì)胞與真核細(xì)胞。在生命地球，首先是寡聚核苷酸和大分子肽形成了亞生命單位，之后在進(jìn)化的過程中，通過與脂質(zhì)分子結(jié)合，形成了細(xì)胞的雛形。病毒既具有化學(xué)大分子可以結(jié)晶的特點(diǎn)，同時(shí)又具有生命個(gè)體可以繁殖產(chǎn)生后代的特點(diǎn)，可以說剛好處在非生命物質(zhì)向生命個(gè)體進(jìn)化的一個(gè)過渡位置。同時(shí)，即使是最簡(jiǎn)單的一個(gè)細(xì)胞結(jié)構(gòu)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比病毒要復(fù)雜很多，病毒又剛好填充了從化學(xué)大分子到細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)化的一個(gè)空白位置，自起源理論由此應(yīng)運(yùn)而生。

第二，細(xì)胞源退化理論。這種理論認(rèn)為，病毒是來自于細(xì)胞的一部分，它是細(xì)胞基因攜帶著一些功能蛋白從細(xì)胞中逃逸出來，從而演化出了病毒。許多生命現(xiàn)象都可以支持這一理論，比如說細(xì)胞中存在著一種質(zhì)粒，這種質(zhì)粒具有自主復(fù)制的能力，同時(shí)又可以在不同的細(xì)胞之間進(jìn)行穿梭。另外，細(xì)胞中還存在著一種跳躍基因，這種基因被稱作“轉(zhuǎn)座子”，它可以在自身的位置上脫離或者是進(jìn)行復(fù)制，然后再轉(zhuǎn)移到新的基因位點(diǎn)上去。這些生命現(xiàn)象都為基因的逃逸提供了一定的基礎(chǔ)，也支持了細(xì)胞源退化理論。

第三，細(xì)胞與病毒平行進(jìn)化理論。這種理論認(rèn)為，在遠(yuǎn)古時(shí)期，生命是存在有不同形式的，而生命前體分子獨(dú)立地向病毒和細(xì)胞這兩個(gè)方向平行進(jìn)化。

病毒是如何被發(fā)現(xiàn)的？

 荷蘭微生物學(xué)家貝杰林克發(fā)現(xiàn)病毒

19世紀(jì)，荷蘭微生物學(xué)家貝杰林克（Beijerinck）在探究煙草花葉病的致病因子時(shí)，他發(fā)現(xiàn)這個(gè)因子可以通過細(xì)菌擴(kuò)濾器，又可以在生物體內(nèi)進(jìn)行增殖，但卻不能在體外進(jìn)行增殖，由此把具有這三個(gè)特點(diǎn)的致病因子定義為病毒。這也是我們?nèi)祟悮v史上發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)病毒，被稱為煙草花葉病毒。隨后，越來越多的科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，很多疾病都是由病毒感染導(dǎo)致的。

病毒之所以讓大家感到恐懼，是因?yàn)樗哂蟹浅？斓倪M(jìn)化速度，這也是病毒性疾病難以治療的一個(gè)原因。

病毒具有非常快的進(jìn)化速度

從病毒本身來講，其進(jìn)化主要是通過基因突變和基因交換這兩種方式進(jìn)行的。

基因突變是普遍存在于所有生物個(gè)體中的一個(gè)常見現(xiàn)象。生物個(gè)體需要通過突變來適應(yīng)環(huán)境、謀求生存，而病毒的基因組相較于其他的生物個(gè)體來說非常簡(jiǎn)單，導(dǎo)致它復(fù)制頻率很高，同時(shí)它缺少酶系統(tǒng)（在其他生物個(gè)體中，這種酶系統(tǒng)可以幫助修復(fù)基因突變），因此病毒的基因突變頻率非常高，這是病毒快速進(jìn)化的主要原因。

病毒進(jìn)化的另一個(gè)主要原因是，病毒可以通過基因片段之間的重組重配完成遺傳信息的交換。比如說，當(dāng)兩種以上的病毒同時(shí)感染了一個(gè)細(xì)胞的時(shí)候，病毒之間就可以發(fā)生基因片段的交換。除此之外，病毒也可以和宿主細(xì)胞之間進(jìn)行基因交換。2013年流行的禽流感病毒，其實(shí)就是由不同動(dòng)物體內(nèi)的冠狀病毒，發(fā)生了基因的重配，從而組裝成了新型的冠狀病毒H7N9，才導(dǎo)致了流感的爆發(fā)。

除了這些內(nèi)因以外，還有一些外因也會(huì)導(dǎo)致病毒的進(jìn)化，比如說抗病毒藥物的使用（它能夠誘導(dǎo)病毒的突變方向，導(dǎo)致耐藥株出現(xiàn)）、物理或化學(xué)因素的誘變，（比如說紫外線、輻射）等。

抗病毒藥物的使用、物理或化學(xué)因素的誘變也會(huì)導(dǎo)致病毒進(jìn)化

人類如何應(yīng)對(duì)病毒性疾病

人類應(yīng)對(duì)病毒性疾病，主要以這兩個(gè)途徑為主：抗病毒藥物治療和注射預(yù)防疫苗。

抗病毒藥物的設(shè)計(jì)與病毒的生命周期息息相關(guān)。病毒的生命周期主要包含五個(gè)步驟：吸附、注入、合成、組裝和釋放。首先病毒要吸附在細(xì)胞的表面，然后將自己的基因組注入到細(xì)胞內(nèi)，之后細(xì)胞內(nèi)合成病毒的基因和病毒的蛋白進(jìn)行組裝，從而進(jìn)化為新病毒，最后再釋放出來去感染新的宿主細(xì)胞。

病毒的生命周期

我們以HIV病毒為例來了解一下抗病毒藥物的設(shè)計(jì)。

從圖中可以看到，HIV病毒的生命周期是這樣的：首先病毒要與細(xì)胞膜表面的受體進(jìn)行結(jié)合，然后病毒與細(xì)胞膜進(jìn)行融合，將自己的基因組注入細(xì)胞內(nèi)。由于HIV病毒的基因組是RNA，所以RNA還要經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄形成DNA，DNA再入核，之后整合到宿主的基因組中進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，合成病毒的RNA與病毒的蛋白，隨后再組裝成新的病毒釋放出來，去感染新的宿主細(xì)胞。

HIV病毒的生命周期與抗病毒藥物

那么抗病毒藥物的設(shè)計(jì)也剛好是針對(duì)這幾個(gè)關(guān)鍵的步驟，其中包括受體拮抗劑、融合抑制劑、逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑，整合酶抑制劑和蛋白酶抑制劑等。目前艾滋病的治療主要就是聯(lián)合三種以上抗病毒藥物，這樣可以從多個(gè)步驟同時(shí)高效阻斷病毒的生命周期，達(dá)到抗病毒的效果。

除了抗病毒藥物，人類還發(fā)明了預(yù)防疾病傳播的疫苗。疫苗利用其中的抗原刺激人體免疫系統(tǒng)，使人體產(chǎn)生免疫反應(yīng)但不會(huì)生病，抗原分子刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生高效特異性的免疫保護(hù)物質(zhì)，當(dāng)機(jī)體再次接觸到相同抗原時(shí)，免疫系統(tǒng)依循免疫記憶，迅速制造出保護(hù)物質(zhì)來阻斷病原體的入侵，使機(jī)體獲得針對(duì)病原體特異性的免疫力。

上個(gè)世紀(jì)，愛德華·琴納（Edward Jenner）在鄉(xiāng)間行醫(yī)時(shí)觀察到得過牛痘的擠奶女工不會(huì)感染天花，由此猜想牛痘和天花類似，但是更加溫和，只會(huì)讓患者產(chǎn)生輕微病癥，但并不致命，而擠奶女工正因?yàn)榈昧伺６欢@得抵抗天花的免疫力。為了驗(yàn)證這種猜想，他從感染牛痘的擠奶女工手上的膿皰中取出膿液，接種在一個(gè)八歲男孩的手臂上，隨后給男孩接種天花，男孩沒有發(fā)病，這證明了接種牛痘確實(shí)能讓人獲得對(duì)天花的免疫力，由此誕生了人類歷史上第一個(gè)疫苗——天花疫苗。

疫苗讓很多疾病成為過去式

在1980年5月，世衛(wèi)組織宣布人類已經(jīng)成功地消滅了天花，這也是我們?nèi)祟惖谝粋€(gè)徹底消滅的病毒。自此之后，疫苗使很多疾病都成為了過去式，比如：狂犬病、破傷風(fēng)、麻疹、流行性腮腺炎、脊髓灰質(zhì)炎……

病毒與人類究竟是什么關(guān)系？

關(guān)于病毒與人類的關(guān)系，大家的第一反應(yīng)就是它會(huì)引發(fā)人類疾病，這個(gè)傷害有多多大呢？

如果按照宿主對(duì)病毒進(jìn)行分類，病毒可以分為植物病毒、細(xì)菌病毒和動(dòng)物病毒。事實(shí)上只有少部分動(dòng)物病毒才會(huì)感染人，且在人與人之間傳播。這點(diǎn)通過病毒學(xué)家的統(tǒng)計(jì)也可以確定，目前我們已知的在人與人之間進(jìn)行傳播的病毒，大約有70%來自于動(dòng)物，比如說艾滋病毒，它的天然宿主其實(shí)是黑猩猩，而在非洲人與黑猩猩接觸的過程中，才使病毒跨越物種進(jìn)入到人身上；SARS病毒的天然宿主是蝙蝠，蝙蝠傳播給了果子貍，人類去捕食果子貍，才導(dǎo)致病毒有機(jī)會(huì)傳播到人身上。

由此可見，如果人類與野生動(dòng)物之間保持距離，可以非常有效地阻斷病毒的跨物種傳播。

病毒會(huì)引發(fā)傳染病

除了引起傳染病，病毒其實(shí)對(duì)人類還有很多幫助。

比如有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒在哺乳動(dòng)物胎盤進(jìn)化中發(fā)揮了非常重要的作用。人體中大約有8%的基因都來自于遠(yuǎn)古逆轉(zhuǎn)錄病毒的殘留。可能在遠(yuǎn)古的時(shí)候，病毒首先感染了動(dòng)物，而這種逆轉(zhuǎn)錄病毒，它會(huì)將自己的基因組整合在動(dòng)物的基因組中，動(dòng)物又利用這些基因組去合成了一些有利于自己進(jìn)化的物質(zhì)。

比如說，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種名為“HERV-W”的人類內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒，它能夠合成合胞素。合胞素這種蛋白質(zhì)存在于人類的胎盤里，能夠使得胚胎粘住母體，并且從母體內(nèi)部獲取營(yíng)養(yǎng)，因此是哺乳動(dòng)物進(jìn)化出胎盤的關(guān)鍵。

除此之外,內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒還被發(fā)現(xiàn)在機(jī)體免疫應(yīng)答、干細(xì)胞分化等生理過程中發(fā)揮重要作用。由此可見，其實(shí)病毒不止會(huì)導(dǎo)致傳染病，對(duì)于人類的進(jìn)化也非常重要。

內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒

另外，科學(xué)家們通過對(duì)病毒的一些改造，將其變成了可以應(yīng)用在科學(xué)研究以及疾病治療中的一種手段。

比如說噬菌體展示技術(shù)，它能夠?qū)⒖贵w基因與噬菌體的結(jié)構(gòu)蛋白融合表達(dá)，使其展示在噬菌體顆粒的表面，通過抗原和抗體特異結(jié)合特點(diǎn)，就像用魚鉤釣魚一樣，把有用的抗體釣出來，篩選能夠治療疾病的抗體。

噬菌體展示技術(shù)

人類和病毒共存在地球上，因此會(huì)不斷斗爭(zhēng)。病毒會(huì)導(dǎo)致傳染病的爆發(fā)，但人類也不斷憑借自己的智慧戰(zhàn)勝傳染病，這個(gè)斗爭(zhēng)過程不斷推動(dòng)著人類文明的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。相信在未來，病毒和人類能找到一種平衡的生存狀態(tài)。