微生物学家揭示SARS-CoV-2造成全球大破坏的生物学基础

藏在COVID-19大流行背后的新型冠状病毒正在造成巨大的破坏,杀死成千上万的人,并在各国努力控制其传播的同时颠覆经济。但就其本身而言,就像其他病毒一样,它是惰性的,甚至不是活的。病毒通过爬进活细胞获得它们的力量,迅速劫持细胞的机制,然后疯狂地繁殖。很快,它们就会扩散到其他细胞,感染其他细胞–有时还会扩散到全世界。

著名科普作家David Quammen在他2012年出版的书"溢出:动物感染和下一个人类大流行"中表示:病毒很顽强,因为"他们发展迅速,不受抗生素影响,它们可以是难以捉摸的,它们可以多才多艺,他们可以造成极高的病死率,他们是极其简单的,至少相对于其他生物而言是这样,"

但病毒到底是什么呢?塔夫斯医学院的病毒学研究员John Coffin说,病毒的根源只是"一条信息"。病毒很小,只有在电子显微镜下才能看到,而且很多病毒只包含2到10个基因,而一个人的每个细胞中有2万个基因。

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图片来源:https://cn.bing.com

Coffin说,病毒的"业务就是制造更多的病毒–这是它唯一的工作,在这个过程中引发疾病可能对它有好处,也可能没有好处。"

为了更多地了解病毒,塔夫斯医学院现在与Coffin进行了访谈。Coffin是塔夫斯大学美国癌症学会的分子生物学和微生物学教授。在他的研究中,他把重点放在了人类免疫缺陷病毒(HIV)等病毒上。自上世纪80年代初以来,这种病毒已经在全世界杀死了3200多万人。

病毒到底是什么?它们与细菌有何不同?

病毒和细菌完全不同。细菌是一种有生命的东西–它们中的大多数都有它们生存所需要的所有组成部分,比如制造更多的细菌等等。

病毒只是一条信息。病毒将其信息输入细胞–例如细菌细胞、人类细胞或动物细胞。它包含指令,告诉细胞自己制造更多的病毒,就像电脑病毒进入电脑,告诉电脑自己制造更多的病毒一样。病毒不是生物。

它的任务是创造更多的自己,这是它唯一的工作。在这个过程中引发疾病可能对它有好处,也可能没有好处–如果它杀死细胞的速度太快,就会减少它出去寻找新宿主的时间。

病毒还活着吗?

它们并不是真正有生命的生物–它们不能独立完成任何我们认为与生命有关的功能。它们不包含在细胞内复制自己的能力。

它们有信息,但信息依赖于细胞将信息转化成组成部分,这些组成部分成为病毒粒子(病毒粒子)的一部分,病毒粒子将信息从一个细胞传递到另一个细胞。许多病毒非常简单,只有几个基因。我们的细胞包含超过20,000个基因,但相比之下,HIV病毒,从某种意义上说,是一种相对复杂的病毒,只包含9个基因。许多病毒的含量都比这少–甚至只有两到三个基因。

HIV只有9个基因。这可能使它看起来像一个简单的有机体,但是理解它是如何工作的是非常困难的–为什么呢?

这是因为这些基因被很好的调整了,它们做了很多事情。病毒用这么少的信息就能完成这么多工作,这是相当了不起的。像艾滋病毒这样的病毒的全部遗传信息将占据一本印刷书籍的大约一页。但它非常复杂–每一个字母,如果你喜欢的话,都扮演着一个特定的角色。把这些整理出来是一项相当困难的工作。

病毒变异和进化,使它们更难对付。这是怎么发生的?

当病毒基因组被读取以产生新的拷贝时,错误的字母,错误的碱基,错误的核苷酸偶尔被插入,类似于印刷错误。并不是所有的频率都是从千分之一到一万分之一。但是病毒复制了一遍又一遍,所以这些时间加起来,就达到了这个突变程度。

对于像HIV这样的病毒,它在个体感染的过程中会变得非常的基因多样化,因为HIV病毒可以在一个人体内反复复制,大约每天一次,持续数年。所以很多多样性被建立起来,这给了病毒很大的灵活性。在任何受感染的、未经治疗的个体中,可能已经存在一些突变,使艾滋病毒对特定药物产生耐药性。这就是为什么如果你只用一种药物来治疗HIV,治疗总是在很短的时间内失败。

预防感染的疫苗和治疗感染的抗逆转录病毒药物的区别吗?

疫苗通常是病毒的组成部分,或病毒本身的一种形式。在狂犬病或一些脊髓灰质炎疫苗的情况下,它是减毒的–不会引起疾病,但仍能在体内生长。它会诱导机体产生抗体,这样当抗体再次看到病毒时,它们就会在病毒有机会引起疾病之前将其杀死。

另一方面,抗病毒药物是一种小分子,一种相当简单的化学物质,它破坏了病毒自我复制的过程。

病毒有数百万种。为什么有些会引起人类和其他动物的疾病?

这个问题的答案几乎和病毒一样多。但我可以给你一个一般的进化论解释。在漫长的进化过程中,有一种病毒进入宿主–一种物种–并传播。有三种情况会发生。

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一种是病毒会因为某种原因而灭绝–每个人都有免疫力,所以病毒找不到宿主,就会灭绝。第二,宿主可能会灭绝。这种病毒可以导致一场大流行,杀死一个物种;我相信这在进化史上发生过很多次,尽管我们没有太多的记录。

第三,病毒和宿主可以共同进化,所以病毒不会导致足够的疾病来消灭宿主,但它仍然可以复制。我们身边的一些病毒,比如普通的感冒病毒,就是这样的。它们会引起一种轻微的疾病,你康复了,病毒就存活了,每个人都在忙自己的事。

但是当病毒发现自己在一个新的宿主中–比如一个新的物种–这种适应并没有发生,这对那个宿主来说可能是非常危险的。这样的病毒有很多,比如HIV。

这种冠状病毒可能也是。它可能来自蝙蝠,最近有一篇有趣的论文表明,部分病毒可能来自穿山甲,穿山甲是一种有鳞的哺乳动物,在世界的一些地方被当作食物。

有没有只存在于我们体内而不会造成任何伤害的病毒?

逆转录酶病毒是多种病毒中的一种,它们生活在我们体内,通常不会引起疾病,但在某些情况下,比如你的免疫系统受损时,它们偶尔会引起疾病。例如巨细胞病毒,我们中的许多人感染了巨细胞病毒,却没有任何后果。但对于感染了HIV的人来说,巨细胞病毒可能会变得疯狂。

它会感染眼睛,引起视网膜炎,破坏视网膜。有些人在周五视力正常,而在下周一则完全失明。在HIV治疗无效的地方很常见,人们会因为携带了多年的病毒而突然失明。

病毒在细胞外有多稳定?

它变化很大。例如,艾滋病毒的环境稳定性非常低–它甚至不能通过飞沫或呼吸传播。你需要非常亲密的接触,输血或性接触。

相比之下,这种冠状病毒似乎相对稳定,所以它能在环境中存活几个小时,甚至几天,而其他的病毒比这更稳定。脊髓灰质炎病毒即使在下水道里也很稳定–你是通过饮用受污染的水而感染的。它通过肠道,通过胃,胃几乎就像纯盐酸,而病毒在其中仍然是稳定的。所以有些非常顽强,有些非常脆弱。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

【1】Microbiologist explains the viruses that can wreak havoc globally

【2】Can mosquitoes spread coronavirus?

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