微生物學家揭示SARS-CoV-2造成全球大破壞的生物學基礎

藏在COVID-19大流行背後的新型冠狀病毒正在造成巨大的破壞,殺死成千上萬的人,並在各國努力控制其傳播的同時顛覆經濟。但就其本身而言,就像其他病毒一樣,它是惰性的,甚至不是活的。病毒通過爬進活細胞獲得它們的力量,迅速劫持細胞的機制,然後瘋狂地繁殖。很快,它們就會擴散到其他細胞,感染其他細胞--有時還會擴散到全世界。

著名科普作家David Quammen在他2012年出版的書"溢出:動物感染和下一個人類大流行"中表示:病毒很頑強,因為"他們發展迅速,不受抗生素影響,它們可以是難以捉摸的,它們可以多才多藝,他們可以造成極高的病死率,他們是極其簡單的,至少相對於其他生物而言是這樣,"

但病毒到底是什麼呢?塔夫斯醫學院的病毒學研究員John Coffin說,病毒的根源只是"一條信息"。病毒很小,只有在電子顯微鏡下才能看到,而且很多病毒只包含2到10個基因,而一個人的每個細胞中有2萬個基因。

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圖片來源:https://cn.bing.com

Coffin說,病毒的"業務就是製造更多的病毒--這是它唯一的工作,在這個過程中引發疾病可能對它有好處,也可能沒有好處。"

為了更多地瞭解病毒,塔夫斯醫學院現在與Coffin進行了訪談。Coffin是塔夫斯大學美國癌症學會的分子生物學和微生物學教授。在他的研究中,他把重點放在了人類免疫缺陷病毒(HIV)等病毒上。自上世紀80年代初以來,這種病毒已經在全世界殺死了3200多萬人。


病毒到底是什麼?它們與細菌有何不同?

病毒和細菌完全不同。細菌是一種有生命的東西--它們中的大多數都有它們生存所需要的所有組成部分,比如製造更多的細菌等等。

病毒只是一條信息。病毒將其信息輸入細胞--例如細菌細胞、人類細胞或動物細胞。它包含指令,告訴細胞自己製造更多的病毒,就像電腦病毒進入電腦,告訴電腦自己製造更多的病毒一樣。病毒不是生物。

它的任務是創造更多的自己,這是它唯一的工作。在這個過程中引發疾病可能對它有好處,也可能沒有好處--如果它殺死細胞的速度太快,就會減少它出去尋找新宿主的時間。


病毒還活著嗎?

它們並不是真正有生命的生物--它們不能獨立完成任何我們認為與生命有關的功能。它們不包含在細胞內複製自己的能力。

它們有信息,但信息依賴於細胞將信息轉化成組成部分,這些組成部分成為病毒粒子(病毒粒子)的一部分,病毒粒子將信息從一個細胞傳遞到另一個細胞。許多病毒非常簡單,只有幾個基因。我們的細胞包含超過20,000個基因,但相比之下,HIV病毒,從某種意義上說,是一種相對複雜的病毒,只包含9個基因。許多病毒的含量都比這少--甚至只有兩到三個基因。

HIV只有9個基因。這可能使它看起來像一個簡單的有機體,但是理解它是如何工作的是非常困難的--為什麼呢?

這是因為這些基因被很好的調整了,它們做了很多事情。病毒用這麼少的信息就能完成這麼多工作,這是相當了不起的。像艾滋病毒這樣的病毒的全部遺傳信息將佔據一本印刷書籍的大約一頁。但它非常複雜--每一個字母,如果你喜歡的話,都扮演著一個特定的角色。把這些整理出來是一項相當困難的工作。


病毒變異和進化,使它們更難對付。這是怎麼發生的?

當病毒基因組被讀取以產生新的拷貝時,錯誤的字母,錯誤的鹼基,錯誤的核苷酸偶爾被插入,類似於印刷錯誤。並不是所有的頻率都是從千分之一到一萬分之一。但是病毒複製了一遍又一遍,所以這些時間加起來,就達到了這個突變程度。

對於像HIV這樣的病毒,它在個體感染的過程中會變得非常的基因多樣化,因為HIV病毒可以在一個人體內反覆複製,大約每天一次,持續數年。所以很多多樣性被建立起來,這給了病毒很大的靈活性。在任何受感染的、未經治療的個體中,可能已經存在一些突變,使艾滋病毒對特定藥物產生耐藥性。這就是為什麼如果你只用一種藥物來治療HIV,治療總是在很短的時間內失敗。


預防感染的疫苗和治療感染的抗逆轉錄病毒藥物的區別嗎?

疫苗通常是病毒的組成部分,或病毒本身的一種形式。在狂犬病或一些脊髓灰質炎疫苗的情況下,它是減毒的--不會引起疾病,但仍能在體內生長。它會誘導機體產生抗體,這樣當抗體再次看到病毒時,它們就會在病毒有機會引起疾病之前將其殺死。

另一方面,抗病毒藥物是一種小分子,一種相當簡單的化學物質,它破壞了病毒自我複製的過程。


病毒有數百萬種。為什麼有些會引起人類和其他動物的疾病?

這個問題的答案几乎和病毒一樣多。但我可以給你一個一般的進化論解釋。在漫長的進化過程中,有一種病毒進入宿主--一種物種--並傳播。有三種情況會發生。

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一種是病毒會因為某種原因而滅絕--每個人都有免疫力,所以病毒找不到宿主,就會滅絕。第二,宿主可能會滅絕。這種病毒可以導致一場大流行,殺死一個物種;我相信這在進化史上發生過很多次,儘管我們沒有太多的記錄。

第三,病毒和宿主可以共同進化,所以病毒不會導致足夠的疾病來消滅宿主,但它仍然可以複製。我們身邊的一些病毒,比如普通的感冒病毒,就是這樣的。它們會引起一種輕微的疾病,你康復了,病毒就存活了,每個人都在忙自己的事。

但是當病毒發現自己在一個新的宿主中--比如一個新的物種--這種適應並沒有發生,這對那個宿主來說可能是非常危險的。這樣的病毒有很多,比如HIV。

這種冠狀病毒可能也是。它可能來自蝙蝠,最近有一篇有趣的論文表明,部分病毒可能來自穿山甲,穿山甲是一種有鱗的哺乳動物,在世界的一些地方被當作食物。


有沒有隻存在於我們體內而不會造成任何傷害的病毒?

逆轉錄酶病毒是多種病毒中的一種,它們生活在我們體內,通常不會引起疾病,但在某些情況下,比如你的免疫系統受損時,它們偶爾會引起疾病。例如鉅細胞病毒,我們中的許多人感染了鉅細胞病毒,卻沒有任何後果。但對於感染了HIV的人來說,鉅細胞病毒可能會變得瘋狂。

它會感染眼睛,引起視網膜炎,破壞視網膜。有些人在週五視力正常,而在下週一則完全失明。在HIV治療無效的地方很常見,人們會因為攜帶了多年的病毒而突然失明。


病毒在細胞外有多穩定?

它變化很大。例如,艾滋病毒的環境穩定性非常低--它甚至不能通過飛沫或呼吸傳播。你需要非常親密的接觸,輸血或性接觸。

相比之下,這種冠狀病毒似乎相對穩定,所以它能在環境中存活幾個小時,甚至幾天,而其他的病毒比這更穩定。脊髓灰質炎病毒即使在下水道里也很穩定--你是通過飲用受汙染的水而感染的。它通過腸道,通過胃,胃幾乎就像純鹽酸,而病毒在其中仍然是穩定的。所以有些非常頑強,有些非常脆弱。(生物谷Bioon.com)


參考資料:

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

【2】Can mosquitoes spread coronavirus?


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