光明日报刊文:病毒是怎么回事?为何要远离野生动物


原始标题:什么是病毒?来源:光明日报

医务人员在工作。新华社宣布生产抗病毒药物。新华社宣布“编者按”病毒是如何产生的?科学家在研发对抗新冠状病毒的药物方面做了哪些工作?研发有效的新型冠状病毒临床治疗药物,努力提高治愈率和降低死亡率是目前我国科研人员的当务之急。2月15日,在国务院联合防御和联合控制机制召开的关于新型冠状病毒药物研发和科学研究最新进展的新闻发布会上,科技部生物中心主任张新民表示,药物筛选和治疗项目取得积极进展:科技部在全国范围内组织了优秀的科研团队,采用计算机模拟筛选和体外酶活性检测等方法,筛选出7万多种药物或化合物。目前,科学研究小组已经把重点放在了几种药物上。磷酸氯喹、rendeemavir和fabiravir等一批药物相继进行了临床试验。目前,一些药物已初步显示出良好的临床疗效。本周的周刊重点关注病毒的起源、药物研发和心理防疫。

大多数病毒的结构非常简单。基本上,蛋白质外壳包含一些遗传物质,这通常与死亡物体相同。一旦被细胞感染,它们就将基因注入宿主细胞,并利用宿主细胞复制自身来产生新的病毒。病毒是生物性的吗?他们来自哪里?接下来,让我们看看病毒起源的三个假设。

古代大分子假说。一些大分子,如核糖核酸、脱氧核糖核酸和蛋白质,开始独立或合作地复制自己。这个阶段可以称为“分子生命”。然而,在和平的分子生活中,有一种不同的类型,即一些分子生活,包括所有生物的最近共同祖先“LUCA”,它们已经发展出一种改变了生命法则的结构,即细胞。具有膜结构的细胞可以更好地保护微妙的核心大分子,如核糖核酸和蛋白质,大大增强这些生物的适应性,这意味着它们将在地面上摩擦原始的分子生命。有一种假说(病毒优先假说)认为病毒是原始分子生命世界的“追随者”。这个假设曾经非常流行。毕竟,病毒的结构是如此简单,甚至是粗糙,它们和细胞生命之间的差异是如此巨大。

有些病毒在纯化后会形成晶体,这对于细胞生物学来说是不可思议的。更确凿的证据来自“病毒样物质”,这是一种核糖核酸分子。假病毒不能直接感染细胞,但可以感染病毒。确切地说,当某些病毒感染细胞时,它们可以复制自己并通过搭便车传播,从而导致诸如人类丁型肝炎等疾病。基因也会变成叛徒吗?是的,在进步假说中,基因可以做任何事情来保持自己的生命。

一种叫做“质粒”的小环状DNA广泛存在于细菌中。这些基因基本上是一群工薪阶层和临时工。细菌可以随时从环境中吸收它们供自己使用,也可以随时将它们赶走。

在许多细菌中,除了它们的原始DNA外,通常还有一些环状DNA的小片段,称为质粒。所以在漫长的进化过程中,一些质粒学到了一件事:我们不应该一辈子工作!这些质粒已经从挣工资的人变成了25岁的人,这反过来劫持了细菌的主人,并带走了细菌的所有营养来复制自己。随着时间的推移,一些质粒变成了病毒。

细菌经常被一种叫做“噬菌体”的病毒感染。有些人认为噬菌体来源于质粒。人类以及所有动物和植物的细胞与细菌非常不同。我们都是“真核生物”。细胞中没有像细菌一样的质粒,但仍有一些基因在搅动。他们拒绝在染色体上保持良好状态,而是在细胞核中左右跳跃,奔向这条染色体和那条染色体。然而,这些淘气的基因确实有一个像鼠尾草一样的类型名转座子。

根据分子生物学测试,许多转座子具有与病毒非常相似的基因序列,并且两者整合到宿主细胞染色体的机制也非常相似。特别是,“病毒样逆转录转座子”几乎与某些病毒相似到令人震惊的程度。唯一的区别是这些转座子不能像病毒一样在细胞间迁移。

然而,病毒的起源在这里仍然不确定,因为它们根本不遵循普通生物的进化模式。

病毒感染的一般过程是:将自己的基因注入宿主细胞,然后利用宿主细胞复制自己的基因,制造出构建病毒粒子所需的各种材料。最后,操纵细胞将病毒颗粒的所有部分与病毒基因一起包装成新的病毒颗粒,并释放它们感染其他细胞。但是在这个过程中,病毒一直在与各种生物交换基因。

例如,当病毒指示宿主细胞包装病毒颗粒时,它有时会将一些宿主细胞的DNA包装成一片,或者不小心将自己的一些基因留在宿主细胞中。哺乳动物有一种阻止母体免疫系统攻击胎儿的基因。这是一种在一亿多年前偶然进入我们细胞的病毒。当病毒在物种间传播时,它们经常导致基因从一个物种转移到另一个物种。

假设三个堕落细胞有机体。进入21世纪后,一系列的发现开始让科学家们更加意识到病毒起源还有其他的可能性。

2003年,科学家们发现了一种非常不合理的病毒,Mimivirus,其大小达到0.4到0.5微米,在显微镜下看起来几乎像细菌。引发疫情的冠状病毒被认为是相对较大的,其大小小于0.1微米。

2008年,科学家发现了第二大病毒,并将其命名为“马马病毒”。从那时起,一个又一个大病毒开始一个接一个地出现在人类的视野中。到2013年,“潘多拉病毒”的发现甚至将最大病毒的记录提高到1微米以上。

已知最大的病毒“潘多拉病毒”看起来几乎和细菌一样。

从那以后,病毒和一些单细胞生物之间的界限变得模糊了。例如,“类杆菌病毒”的结构和基因与单细胞生物“古细菌”非常相似。唯一的区别是类杆菌病毒失去了一些独立完成细胞分裂的关键基因,所以它必须寄生在其他生物的细胞中,并利用其宿主的细胞来生长和繁殖。

于是出现了病毒起源的第三个假说(再生假说),认为病毒本质上是一种堕落的生物。一些单细胞生物在长期寄生生活中逐渐退化了大部分细胞结构,最终变成了这样的“活死人”。类杆菌病毒是刚刚开始退化的古老细菌。

为什么致命病毒总是来自野生动物?让我们从进化的角度来分析它。

“最好的”病毒不会引起太严重的症状(或者如果它被杀死,宿主会自行死亡),但它不能太轻微(毕竟,宿主经常同时感染其他病毒,而恶意的手应该仍然能够抓住资源)。所以在漫长的进化过程中,这种游戏会促使病毒与宿主达成默契,例如,人类和鼻病毒就属于这种可能引起普通感冒的关系。

然而,病毒会变异,一些变异会导致病毒宿主的改变。如果病毒和新宿主之间没有长期的了解,就会有一个“不能对它下手”的问题。如果他们对宿主下手很重,其中一些会给宿主带来致命的疾病。

在长期的进化过程中,人类与从远古祖先一直伴随他们的病毒达成了完美的默契。他们与来自家畜的病毒,如麻疹、流感等,相处得并不好。但他们或多或少是默契的,所以他们很少引起严重的流行病。只有来自野生动物的病毒与人类没有丝毫接触,所以几乎所有导致大瘟疫的疾病都来自野生动物。因此,我希望每个人都能远离野生动物,包括流浪动物,并且不要饲养或吃野生动物。

(作者:唐成作者单位:中国科学院脑科学与智能技术研究中心)