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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？ 
想要揭開這個問題的答案，首先得了解一下，什么是病毒？它其實是一種非細胞結(jié)構(gòu)的生命形式，主要由核酸和蛋白質(zhì)外殼組成，其生命活動必須借助于宿主細胞。
第一，自起源理論。這種理論認為病毒先于細胞產(chǎn)生于生命前地球，然后才進化成了原核細胞與真核細胞。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，之后在進化的過程中，通過與脂質(zhì)分子結(jié)合，形成了細胞的雛形。病毒既具有化學(xué)大分子可以結(jié)晶的特點，同時又具有生命個體可以繁殖產(chǎn)生后代的特點，可以說剛好處在非生命物質(zhì)向生命個體進化的一個過渡位置。同時，即使是最簡單的一個細胞結(jié)構(gòu)也遠遠比病毒要復(fù)雜很多，病毒又剛好填充了從化學(xué)大分子到細胞結(jié)構(gòu)進化的一個空白位置，自起源理論由此應(yīng)運而生。第二，細胞源退化理論。這種理論認為，病毒是來自于細胞的一部分，它是細胞基因攜帶著一些功能蛋白從細胞中逃逸出來，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，同時又可以在不同的細胞之間進行穿梭。另外，細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行復(fù)制，然后再轉(zhuǎn)移到新的基因位點上去。這些生命現(xiàn)象都為基因的逃逸提供了一定的基礎(chǔ)，也支持了細胞源退化理論。第三，細胞與病毒平行進化理論。這種理論認為，在遠古時期，生命是存在有不同形式的，而生命前體分子獨立地向病毒和細胞這兩個方向平行進化。 荷蘭微生物學(xué)家貝杰林克發(fā)現(xiàn)病毒
19世紀，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，他發(fā)現(xiàn)這個因子可以通過細菌擴濾器，又可以在生物體內(nèi)進行增殖，但卻不能在體外進行增殖，由此把具有這三個特點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，是因為它具有非?？斓倪M化速度，這也是病毒性疾病難以治療的一個原因。從病毒本身來講，其進化主要是通過基因突變和基因交換這兩種方式進行的。基因突變是普遍存在于所有生物個體中的一個常見現(xiàn)象。生物個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體來說非常簡單，導(dǎo)致它復(fù)制頻率很高，同時它缺少酶系統(tǒng)（在其他生物個體中，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，這是病毒快速進化的主要原因。病毒進化的另一個主要原因是，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感染了一個細胞的時候，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胞之間進行基因交換。2013年流行的禽流感病毒，其實就是由不同動物體內(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，還有一些外因也會導(dǎo)致病毒的進化，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)因素的誘變也會導(dǎo)致病毒進化人類應(yīng)對病毒性疾病，主要以這兩個途徑為主：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步驟：吸附、注入、合成、組裝和釋放。首先病毒要吸附在細胞的表面，然后將自己的基因組注入到細胞內(nèi)，之后細胞內(nèi)合成病毒的基因和病毒的蛋白進行組裝，從而進化為新病毒，最后再釋放出來去感染新的宿主細胞。我們以HIV病毒為例來了解一下抗病毒藥物的設(shè)計。從圖中可以看到，HIV病毒的生命周期是這樣的：首先病毒要與細胞膜表面的受體進行結(jié)合，然后病毒與細胞膜進行融合，將自己的基因組注入細胞內(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，去感染新的宿主細胞。那么抗病毒藥物的設(shè)計也剛好是針對這幾個關(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，這樣可以從多個步驟同時高效阻斷病毒的生命周期，達到抗病毒的效果。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)但不會生病，抗原分子刺激機體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生高效特異性的免疫保護物質(zhì)，當(dāng)機體再次接觸到相同抗原時，免疫系統(tǒng)依循免疫記憶，迅速制造出保護物質(zhì)來阻斷病原體的入侵，使機體獲得針對病原體特異性的免疫力。上個世紀，愛德華·琴納（Edward Jenner）在鄉(xiāng)間行醫(yī)時觀察到得過牛痘的擠奶女工不會感染天花，由此猜想牛痘和天花類似，但是更加溫和，只會讓患者產(chǎn)生輕微病癥，但并不致命，而擠奶女工正因為得了牛痘而獲得抵抗天花的免疫力。為了驗證這種猜想，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能讓人獲得對天花的免疫力，由此誕生了人類歷史上第一個疫苗——天花疫苗。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€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……關(guān)于病毒與人類的關(guān)系，大家的第一反應(yīng)就是它會引發(fā)人類疾病，這個傷害有多多大呢？如果按照宿主對病毒進行分類，病毒可以分為植物病毒、細菌病毒和動物病毒。事實上只有少部分動物病毒才會感染人，且在人與人之間傳播。這點通過病毒學(xué)家的統(tǒng)計也可以確定，目前我們已知的在人與人之間進行傳播的病毒，大約有70%來自于動物，比如說艾滋病毒，它的天然宿主其實是黑猩猩，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)致病毒有機會傳播到人身上。由此可見，如果人類與野生動物之間保持距離，可以非常有效地阻斷病毒的跨物種傳播。比如有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒在哺乳動物胎盤進化中發(fā)揮了非常重要的作用。人體中大約有8%的基因都來自于遠古逆轉(zhuǎn)錄病毒的殘留?？赡茉谶h古的時候，病毒首先感染了動物，而這種逆轉(zhuǎn)錄病毒，它會將自己的基因組整合在動物的基因組中，動物又利用這些基因組去合成了一些有利于自己進化的物質(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)部獲取營養(yǎng)，因此是哺乳動物進化出胎盤的關(guān)鍵。除此之外,內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒還被發(fā)現(xiàn)在機體免疫應(yīng)答、干細胞分化等生理過程中發(fā)揮重要作用。由此可見，其實病毒不止會導(dǎo)致傳染病，對于人類的進化也非常重要。另外，科學(xué)家們通過對病毒的一些改造，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，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，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。人類和病毒共存在地球上，因此會不斷斗爭。病毒會導(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，這個斗爭過程不斷推動著人類文明的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的進步。相信在未來，病毒和人類能找到一種平衡的生存狀態(tài)。智力支持：共青團上?？茖W(xué)技術(shù)工作委員會互動話題：感謝你的在看、轉(zhuǎn)發(fā)、評論，你認為人類應(yīng)該如何與病毒相處？
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