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病毒、疫苗与人类

2020-08-27 15:27
来源:《时事资料手册》

杨中楷(大连理工大学科学学与科技管理研究所教授、博士生导师)

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病毒的起源

病毒是一种个体微小、结构简单、只含一种核酸(DNA或RNA)、必须在活细胞内寄生并以复制方式增殖的非细胞型生物。关于病毒的来源,有三个假说。第一种假说认为,地球生命演化的过程表现为:无机物→有机物→化学大分子→病毒→原核生物→真核生物,这意味着病毒是生物进化过程中较为原始的生命物质。第二种假说认为,细胞在生存过程中可能会丢失部分基因,或分裂成含有部分基因的碎片,这部分基因丧失了独立的自我繁殖能力,沦落为寄生状态,久而久之便退化为病毒。第三种假说认为,病毒是由转座子进化而来。转座子是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位,其行为与病毒有诸多相似之处,因此可能与病毒有着密切联系。

病毒种类繁多,可能所有病毒存在同一种起源方式,也可能各有不同。目前可以确定的是,历史上第一个被发现的病毒是烟草花叶病病毒。1892年,苏联科学家伊万诺夫斯基在《关于烟草花叶病》一文中指出,烟草花叶病致病因子是一种体积远小于细菌的化学物质。后来经过美国科学家杜加尔、斯坦利以及德国科学家古斯塔夫等人的不断努力,终于搞清楚这是一种具有传染性的蛋白质和RNA组成的复合体,是一种与细菌不相同的新型物质。

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病毒与细菌的区别与联系

从人类的视角看,病毒和细菌都很微小,但两者还是存在着明显的行为方式上的不同。细菌至少是一个活体细胞,就像组成大家身体的细胞一样。而病毒简单到由一段基因链(有DNA的也有RNA的)和蛋白质膜组成,介于非生命体与生命体之间。或者说,病毒自身没有新陈代谢的功能,只有进入细胞中才具有生命力。

病毒(virus)在早期是与细菌(bacteria)互用的。病菌(germs)一词,反映了早期对两者混用的习惯。时至今日,大家已经能够明确区分“病”和“菌”。细菌是许多疾病的病原体,包括肺结核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、沙眼等疾病都是由细菌所引发。而大家所熟知的麻疹、艾滋、流感、天花等,则是由病毒所引发。病毒又可分为RNA病毒和DNA病毒。大家所熟知的麻疹病毒、埃博拉病毒、流感病毒以及今年流行的新冠病毒都是RNA病毒;天花病毒、噬菌体则是DNA病毒。

人类与病毒的抗争史

细菌感染在历史上一度成为人类最大的敌人。1347年~1350年间,黑死病的一次爆发使欧洲人口减少了1/4。随着青霉素等抗生素的出现,细菌感染的问题得到控制。细菌拥有细胞壁,还有自己的核酸复制机器和核糖体,所以抗生素能保证杀伤细菌而对人类副作用很小。

在谈到人类抗病毒的历史时,大家不可避免地要论及天花,它是人类第一个试图预防的疾病,也是大家消灭的第一个传染性疾病。约1000年左右,中国最早记录了天花接种技术。早期种痘技术接种的是未减毒的病毒,多达0.5%~2%的人会因此死亡。

1796年,英国的爱德华·詹纳医生在自己的病人中偶然发现挤牛奶的女工似乎没有感染天花的病例,他判断是这些女工感染牛痘痊愈之后便对牛痘终生免疫,不会再患上同样的疾病。他认为牛痘病毒与天花病毒之间一定有某种关系,所以得过牛痘的女工们才刚好能对天花病毒也终生免疫。爱德华·詹纳从此便致力于研发牛痘疫苗接种,他巧妙地运用失活的病毒激发体内免疫系统活跃,以达到预防疾病的效果。若干年后,天花被人类彻底灭绝。

但人类与病毒的抗争史,远非像天花案例这么幸运。1918年春天,西班牙流感发生,由于正值一战,病毒迅速随着士兵传到了世界各国,在约6个月内夺去2500万到4000万人的生命,西班牙流感也成为第一次世界大战提早结束的原因之一。自大流感之后,新的病毒便一个接一个地出现在人类的视野中,例如尼帕病毒、裂谷热病毒、马尔堡病毒、拉沙热病毒等等。疫苗的研发速度常常赶不上病毒的变异速度,况且很多病毒导致的疾病都超出了现代医学的治疗能力。更可怕的是,病毒对人类宿主的适应能力是匪夷所思的,它能不断地发生基因突变,甚至能与另一种病毒进行基因重组。更麻烦的是,当古老的流行病因疫苗或者其他手段得到遏制后,艾滋病、埃博拉、SARS、MERS、新冠肺炎等新发传染性疾病又开始流行,人类与病毒的纠缠史无休无止,共存共生。

为什么病毒能与人类共存

病毒之所以能与人类长期纠缠,最起码有两个原因。第一,病毒需要人体做宿主。由于病毒的特殊体质,它需要寄生在活的宿主细胞之内并依赖于宿主细胞提供病毒复制过程中所需要的原料体系、能量和场所。同时,病毒也在朝着适应宿主的方向快速进化,甚至利用人的行为进行传播。人感染了流感,就会咳嗽、会打喷嚏,而病毒就会利用人类的飞沫进行繁殖。人感染了霍乱,会腹泻,而病毒恰好通过粪便和水源进行传播。那些具有较长潜伏期的病毒,能够在潜伏期内不知不觉地进行传播,新冠病毒也是其中的一个。从目前的情况来看,新型冠状病毒仍在演变中,其可能最终发展为一种低致病性、高传染性的病毒。

第二,人类发展需要病毒。病毒并非一无是处,它在人类进化发展的过程中已经并将继续发挥不可或缺的作用。大家知道,胎儿的血型、基因与母亲可以是不一样的,但母亲的免疫系统却不会攻击胎儿。据考证这是因为哺乳动物的祖先感染过一种病毒,从而使胎盘拥有了欺骗免疫系统的能力。从基因层次来看,在人类的基因组中竟然有高达10万条片段来自病毒,这些病毒基因片段占据了人类基因组的8%,而编码人类细胞所有蛋白质的序列仅占据了基因组的1.2%~1.5%。没有这些病毒基因片段,人类细胞也许无法正常工作。病毒在生态系统的平衡中也起着举足轻重的作用。在海洋里,每秒钟大约会发生1023次病毒感染,无论是小虾还是鲸鱼,都难逃病毒的攻击,它们在死后所释放出的物质和能量会成为其他生物的养料,有助于为动植物建立适宜的生存环境。

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最终是否可以战胜病毒

由于部分病毒对人类造成的重大伤害,一个不能回避的问题就是最终是否可以战胜病毒。这个问题需要区分对待。人类体内不仅有有益菌群的共生与伴生,也有正常病毒群的共生。这类病毒因对人体细胞没有毒力,因此感染率很高,甚至达到普遍感染的水平。此类病毒无需特殊关注,人类的免疫系统会对其酌情处理。

而有一些病毒可能使人类致死或致残,疫苗的发明和应用使人类摆脱了在病毒面前的被动挨打局面,在防止这类病毒性疾病中起了决定性作用,如牛痘疫苗、麻疹疫苗、脊髓灰质炎疫苗等等。鉴于疫苗本身就是一种病毒,因此战胜病毒与否就成了伪命题。除疫苗之外,科学家们已经开辟了利用病毒来攻击癌细胞、杀死细菌的途径,变“害”为“利”。

从病毒的属性来看,高致命性和高流行性一般不会成对出现,只要对其属性认识到位、医疗体系应对得当,对人类的影响是大致可控的。经历过诸多战胜自然、人定胜天的教训之后,能够研制出疫苗“以毒攻毒”固然理想,但想方设法与无法完全战胜的病毒“长期共存”,恐怕是未来不得不做的一种并非最优却能够接受的选择。但需要强调的是,长期共存绝对不意味着放任“群体免疫”。道金斯在《自私的基因》中所描述的“自私”只能作为行为结果而不能作为主观意识。正确的做法是全世界人类团结起来,站在“人类命运共同体”的高度齐心协力应对新冠肺炎以及未来可能出现的其他大流行疾病,以人类的高超智慧和精密的社会管理在与病毒和细菌的相处中取得主动地位,保障人类继续安全繁衍生存,推动人类继续全面而自由发展。

最后需要提醒的是,本来部分病毒已经与动物宿主之间达成了默契,但由于人类的不恰当行为,最终导致了难以遏制的后果,也带来了巨大的社会成本。从这个角度看,与其将责任推到病毒和动物身上,不如认真反思自己,与自然界和谐共处。毕竟,无论是人类,还是病毒乃至细菌,本质上都是遗传物质的不同表现形式而已。

[注:本文数据和科学术语大部分来自科学网(www.sciencenet.cn),特此说明并致谢。]

责任编辑:陈华盛

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