感冒的病毒淵源：人鼻病毒

人鼻病毒有三大家族，分別是HRV-A、HRV-B和HRV-C三種。它們利用鼻涕自我擴(kuò)散，入侵鼻腔、咽喉或肺臟內(nèi)部細(xì)胞，受到感染的細(xì)胞釋放一種名為“細(xì)胞因子”信號(hào)分子，把附近的免疫細(xì)胞召喚過(guò)來(lái)，身體產(chǎn)生炎性反應(yīng)，繼而讓嗓子產(chǎn)生刺癢的感覺(jué)，接著感染部位會(huì)分泌大量黏液。這就是常見(jiàn)的感冒了。

引起感冒的人鼻病毒只有10個(gè)基因，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單卻十分狡猾。病毒部分基因變化非?？?，使它們能躲過(guò)人體免疫系統(tǒng)截殺，造成反復(fù)感染。即使研發(fā)出針對(duì)某種人鼻病毒的藥物或者疫苗也會(huì)很快失去效果。因此，人鼻病毒造成的感冒仍是不治之癥，最好辦法是服用鋅阻止病毒增殖，可以將病程縮短一天或幾天。

雖然人鼻病毒變化多端，其核心遺傳信息卻是一致的，隨時(shí)間變化不多。目前，科學(xué)家在人鼻病毒核心基因里，發(fā)現(xiàn)一段折疊成四葉苜蓿形的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)似乎在讓宿主細(xì)胞更快地復(fù)制人鼻病毒基因上發(fā)揮關(guān)鍵作用。如果想辦法破壞該苜蓿結(jié)構(gòu)，或許能真正消滅人鼻病毒。

然而，要不要消滅人鼻病毒，其答案并非顯而易見(jiàn)。實(shí)際上人鼻病毒本身是相對(duì)溫和的一種病毒。大約40％的人鼻病毒攜帶者沒(méi)有任何癥狀，而大多數(shù)有癥狀感染者會(huì)在一周內(nèi)痊愈。人鼻病毒甚至可能給人類帶來(lái)一些好處。多種證據(jù)顯示，孩童時(shí)感染一些相對(duì)無(wú)害的病毒細(xì)菌，得點(diǎn)無(wú)傷大雅的小病，年長(zhǎng)之后因?yàn)槊庖呦到y(tǒng)失調(diào)引起過(guò)敏和克羅恩?。ㄒ环N慢性腸道疾病，癥狀有腹痛、腹瀉、疲勞、體重減輕和發(fā)燒等）的概率反倒會(huì)減少。人鼻病毒可以訓(xùn)練免疫系統(tǒng)，防止免疫系統(tǒng)對(duì)小刺激過(guò)度反應(yīng)，免疫系統(tǒng)從而能夠養(yǎng)精蓄銳攻擊真正的敵人?；蛟S我們不該把引起感冒的人鼻病毒看成老對(duì)手，而是一個(gè)常伴左右的明師。

流感病毒的策略

流感病毒遺傳信息非常簡(jiǎn)單，只有13個(gè)基因。它隨著病人的咳嗽、噴嚏和鼻涕飛沫擴(kuò)散傳播。流感病毒進(jìn)入鼻孔或嗓子，落在氣管壁細(xì)胞上進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。幾天內(nèi)免疫系統(tǒng)展開(kāi)反擊，引發(fā)一系列癥狀，包括頭疼、乏力和發(fā)熱。這些嚴(yán)重反應(yīng)通常在一周內(nèi)緩解，少數(shù)人氣管壁細(xì)胞被破壞殆盡，導(dǎo)致病原體長(zhǎng)驅(qū)直入進(jìn)入肺部，引發(fā)嚴(yán)重感染甚至危及生命。

感染人類的所有流感病毒，都能在鳥(niǎo)類那里找到身影。同時(shí)鳥(niǎo)類攜帶了更多不會(huì)感染人類的禽流感病毒。禽流感病毒感染鳥(niǎo)類的消化道，由于人類呼吸道細(xì)胞與鳥(niǎo)類消化道細(xì)胞表面受體非常相像，禽流感病毒容易附著在人體呼吸道。不過(guò)鳥(niǎo)類體溫比人類高，適應(yīng)鳥(niǎo)類細(xì)胞環(huán)境的禽流感病毒即使能在人呼吸道找到合適宿主細(xì)胞，要有效感染、復(fù)制和傳播，也并非輕而易舉。例如2005年開(kāi)始的一種由鳥(niǎo)類傳播到人的H5N1流感病毒，使得東南亞數(shù)百人得病，公共衛(wèi)生工作者緊密跟蹤，采取各種措施阻止它擴(kuò)散，該流感病毒始終沒(méi)能獲得從一個(gè)人傳染另一個(gè)人的能力。

然而，大多數(shù)情況下，禽流感病毒借助基因突變和基因重配，可以適應(yīng)人體細(xì)胞環(huán)境，獲得人傳人的能力。病毒每次復(fù)制都產(chǎn)生基因突變，部分突變能夠?yàn)椴《編?lái)繁殖優(yōu)勢(shì)，譬如使病毒產(chǎn)生有效攀附在人體細(xì)胞表面的蛋白或者幫助它進(jìn)行人際傳播，自然選擇會(huì)將這些有利突變保存積累下來(lái)，最終產(chǎn)生能夠在人際間有效傳播的新流感病毒。

基因重配則發(fā)生在感染多種病毒的宿主細(xì)胞內(nèi)。一個(gè)細(xì)胞內(nèi)復(fù)制多種病毒基因片段時(shí)，不同病毒基因片段可能會(huì)混合在一起，從而產(chǎn)生新病毒，這種基因混合的現(xiàn)象叫做基因重配。禽流感病毒基因重配產(chǎn)生的新病毒或許會(huì)獲得傳染給雞甚至馬、豬等哺乳動(dòng)物的能力。極個(gè)別情況下，來(lái)自鳥(niǎo)類的禽流感病毒與人體內(nèi)病毒基因重配成能輕易在人與人之間傳染的新病毒。在成為人流感病毒后，它會(huì)繼續(xù)通過(guò)突變和基因重配，躲過(guò)被消滅的命運(yùn)。

在人際間大量傳染的H1N1流感病毒就是經(jīng)歷了四次基因重配形成的。最古老一株病毒在1918年感染豬，第二株病毒在20世紀(jì)70年代感染了歐洲豬或亞洲豬，第三株病毒在美國(guó)從鳥(niǎo)類轉(zhuǎn)移到豬身上。經(jīng)歷三次基因重配后，20世紀(jì)90年代三株病毒重配形成一種新病毒在豬之間悄無(wú)聲息的傳播。該新病毒又與另一個(gè)豬流感病毒發(fā)生第四次重配，形成的新病毒具有了傳染給人的能力，這就是H1N1病毒。2008年秋，H1N1流感病毒遷移到人身上并迅速傳播開(kāi)來(lái)，直到2009年春天，終于受到人們關(guān)注。雖然采用多種措施控制病毒傳播，這場(chǎng)疫情仍然奪走25萬(wàn)人的生命才銷聲匿跡。

一株禽流感病毒可能只需要幾個(gè)簡(jiǎn)單的突變，就搖身變成感染人類的新病毒，基因重配更會(huì)加速這個(gè)過(guò)程。沒(méi)人知道什么時(shí)候，哪個(gè)病毒株會(huì)完成從鳥(niǎo)到人的遷移。然而，人類并非束手無(wú)策，勤洗手就是限制流感的一招。與此同時(shí)，科學(xué)家也在追蹤流感病毒的演化過(guò)程，盡量?jī)?yōu)化對(duì)下次流感季節(jié)最危險(xiǎn)病毒的預(yù)測(cè)，不斷學(xué)習(xí)如何制作更有效的疫苗。

致癌病毒HPV

乳頭瘤病毒（papillomavirus）是一種古老的病毒。通過(guò)比較不同病毒株的遺傳序列和感染對(duì)象，科學(xué)家推測(cè)，3億年前，陸地上最早的卵生脊椎動(dòng)物身上應(yīng)該已經(jīng)攜帶了乳頭瘤病毒。乳頭瘤病毒隨著卵生脊椎動(dòng)物演化感染哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類和兩棲類動(dòng)物。

人乳頭瘤病毒是HPV，它在人群中并不少見(jiàn)。HPV尤其擅長(zhǎng)感染上皮細(xì)胞（皮膚和黏膜處細(xì)胞）。上皮細(xì)胞在人的一生中不停生長(zhǎng)，首先從皮膚下淺淺一層生發(fā)出來(lái)，一邊分裂一邊把新生成細(xì)胞向外推，越向外的細(xì)胞越會(huì)產(chǎn)生更多的角蛋白以幫助皮膚抵御外界傷害。最外一層細(xì)胞會(huì)死去，下面的細(xì)胞不斷頂上。HPV感染上皮細(xì)胞后，適應(yīng)上皮細(xì)胞的這種特性。在宿主細(xì)胞靠近體表前，HPV使細(xì)胞更快分裂；靠近體表后發(fā)出指令，使宿主細(xì)胞制造更多病毒。當(dāng)宿主細(xì)胞到達(dá)身體表面，細(xì)胞破解釋放大量HPV去感染新宿主。

由于體表上皮細(xì)胞不斷死亡和免疫系統(tǒng)的抑制，HPV能夠與人維持平衡，不會(huì)嚴(yán)重?fù)p害人體健康。部分情況下，譬如某些高致癌HPV毒株或者HPV的DNA不小心整合到宿主細(xì)胞DNA中，被感染的宿主細(xì)胞會(huì)快速自我復(fù)制并且不易凋亡，從而形成腫瘤或癌癥，嚴(yán)重?fù)p害人體健康。這種由HPV導(dǎo)致的癌癥，是可以采用注射疫苗控制病毒的策略預(yù)防。但病毒時(shí)刻在演化，自然選擇仍有可能產(chǎn)生其它高致病HPV，人類切不可過(guò)于自大從而放松警惕。

敵人的敵人——噬菌體

噬菌體，一種能夠感染細(xì)菌的病毒。從1915年疑似它殺死了英國(guó)醫(yī)生弗雷德里克·特沃特培養(yǎng)皿上的細(xì)菌，到20世紀(jì)40年代出現(xiàn)在電子顯微鏡的視野內(nèi)，其間經(jīng)歷了三十多年。

噬菌體有著小盒子一樣的外殼，里面包裹著盤(pán)繞在一起的遺傳物質(zhì)，整個(gè)小盒子下面長(zhǎng)著幾條蜘蛛腿一樣的爪。噬菌體落在細(xì)菌表面，然后鉆洞把自己的遺傳物質(zhì)噴射到細(xì)菌內(nèi)部。隨著科學(xué)家對(duì)噬菌體的了解逐漸深入，逐漸發(fā)現(xiàn)噬菌體有兩大類。一類叫“溶菌性噬菌體”，這種噬菌體在增殖過(guò)程中就會(huì)殺死細(xì)菌；還有一類叫“溫和性噬菌體”，這種噬菌體感染細(xì)菌后，會(huì)將自己的基因整合到細(xì)菌基因中，細(xì)菌攜帶噬菌體照常生長(zhǎng)分裂。有時(shí)溫和性噬菌體會(huì)覺(jué)醒，征用細(xì)菌細(xì)胞大量復(fù)制自己，最終殺死細(xì)菌。

作為能夠感染細(xì)菌的病毒，噬菌體具有極大的醫(yī)療潛力。由于耐抗生素細(xì)菌與日俱增，未來(lái)極有可能出現(xiàn)使所有抗生素?zé)o效的細(xì)菌。噬菌體這樣一種病毒可以成為人類對(duì)抗細(xì)菌的另一種有力武器。

實(shí)際上，噬菌體很早就被用來(lái)治療疾病。加拿大醫(yī)生費(fèi)利克斯·德雷勒最早確認(rèn)噬菌體病毒的存在，曾親自吞下和注射噬菌體，發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有致病。德雷勒醫(yī)生開(kāi)始給病人使用噬菌體，據(jù)他報(bào)告，能夠治療痢疾和霍亂。1923年，德雷勒幫助蘇聯(lián)科學(xué)家在今格魯吉亞首都第比利斯創(chuàng)建了“Eliava噬菌體、微生物和病毒研究所”，鼎盛時(shí)期研究所每日噬菌體產(chǎn)量達(dá)到幾噸。二戰(zhàn)期間，蘇聯(lián)把噬菌體粉末和噬菌體藥片運(yùn)送前線，發(fā)放給受感染的士兵。1963年，Eliava研究所開(kāi)展了一場(chǎng)大規(guī)模臨床試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)噬菌體藥片能夠降低73.7%的痢疾患病率。

噬菌體用于醫(yī)療是安全的。它廣泛存在于最常見(jiàn)的食物中，而我們的身體內(nèi)也到處都是噬菌體，每天都在體內(nèi)殺死大量細(xì)菌，而我們并沒(méi)有受到傷害。相對(duì)抗生素來(lái)說(shuō)，噬菌體打擊面狹窄，每種噬菌體只針對(duì)一種細(xì)菌。醫(yī)生可以把幾種噬菌體混合在一起組成一款噬菌體“雞尾酒”，可以彌補(bǔ)這一缺陷，有針對(duì)性地對(duì)抗多種細(xì)菌。雖然細(xì)菌也能夠演化出對(duì)噬菌體的抗性，人類仍然能夠從數(shù)千種噬菌體中挑選對(duì)付感染最好的一種，甚至可以改造噬菌體遺傳物質(zhì)，以獲得對(duì)抗細(xì)菌的新方法。

抗生素使用近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，挽救了許多人的生命。隨著抗生素的逐漸失效，副作用的增加，不可想象，沒(méi)有抗生素的世界會(huì)如何。敵人的敵人就是朋友，我們?cè)撋钊胙芯苛硪环N抗菌方法。

感染的海洋

1986年，紐約州立大學(xué)石溪分校一位名叫利塔˙普洛克特的研究生決定看看海洋中究竟有多少病毒。普洛克特從美洲加勒比海輾轉(zhuǎn)到北大西洋中部的馬尾藻海，一路收集海水。海水經(jīng)處理后生命物質(zhì)暴露在電子顯微鏡下，觀察到了大量病毒。普洛克特根據(jù)樣本估算，每升海水中含有多達(dá)1000億個(gè)病毒顆粒。其他科學(xué)家開(kāi)展類似的獨(dú)立調(diào)查后，也得到了相似的數(shù)據(jù)。學(xué)術(shù)界逐漸認(rèn)識(shí)到，海洋中大約存在著10的31次方個(gè)病毒。在海洋中，病毒的數(shù)量是所有海洋生物總量的15倍；總重量相當(dāng)于7500萬(wàn)頭藍(lán)鯨；把海洋病毒挨個(gè)排成一排，會(huì)延長(zhǎng)到4200萬(wàn)光年之外。

只有極少數(shù)海洋病毒會(huì)感染人類，有的會(huì)感染魚(yú)類和其他海洋動(dòng)物。大多數(shù)海洋病毒感染細(xì)菌和其他單細(xì)胞微生物。海洋病毒十分強(qiáng)大，短短1秒鐘之內(nèi)，它們能對(duì)微生物發(fā)起10萬(wàn)億次進(jìn)攻；每天能殺死海洋中15%-40%的細(xì)菌。死亡的細(xì)菌會(huì)成為其它微生物的養(yǎng)料。

海洋病毒具有極其豐富的遺傳多樣性。在對(duì)北冰洋、墨西哥灣、百慕大和北太平洋的海洋病毒調(diào)查中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了180萬(wàn)個(gè)病毒基因，其中只有10%的基因能與微生物、動(dòng)物、植物或其他生物的基因相對(duì)應(yīng)。其它90%的基因都是全然陌生的。200升海水中，科學(xué)家一般可以找到5000種遺傳背景完全不同的病毒，1千克海洋沉淀物中，病毒的種類可能達(dá)到100萬(wàn)種。

海洋病毒傳遞改造物種基因。一些溫和海洋病毒感染微生物后，基因會(huì)融合在宿主基因中，偶然發(fā)生的突變有可能使得病毒基因無(wú)法再次逃脫，最終成為宿主基因的一部分。有時(shí)海洋病毒借助宿主復(fù)制基因的過(guò)程中，又會(huì)意外獲得宿主的基因片段。當(dāng)它離開(kāi)原宿主感染新宿主并插入其基因組中時(shí)，攜帶的原宿主基因片段就會(huì)進(jìn)入新宿主。病毒給宿主帶來(lái)的基因使宿主產(chǎn)生新的特性。比如給細(xì)菌提供釋放毒素的基因，給微生物提供可以捕捉光子進(jìn)行光合作用的編碼基因。海洋病毒是海洋生物基因庫(kù)的載體，是物種基因的傳遞者。研究顯示，海洋病毒每年都會(huì)在不同宿主之間傳遞大約1024個(gè)基因。而病毒從事這一活動(dòng)已經(jīng)數(shù)十億年。現(xiàn)在，科學(xué)家在生命之樹(shù)所能觸及到的地方，都發(fā)現(xiàn)了病毒傳遞基因的痕跡。

體內(nèi)的寄生者——內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒

逆轉(zhuǎn)錄病毒能將基因插入生物細(xì)胞DNA中，伴隨宿主細(xì)胞的復(fù)制、分裂而增殖，宿主細(xì)胞還會(huì)生產(chǎn)釋放大量新病毒感染其它細(xì)胞。逆轉(zhuǎn)錄病毒帶有一些特殊的基因“開(kāi)關(guān)”，這些基因開(kāi)關(guān)能讓插入位置附近的基因開(kāi)始合成蛋白質(zhì)。如果逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因開(kāi)關(guān)打開(kāi)了宿主細(xì)胞原本應(yīng)該關(guān)閉的基因，就會(huì)致癌。

逆轉(zhuǎn)錄病毒感染生物后，其基因有可能整合到宿主基因中代代相傳。這類基因已經(jīng)和生物種密切融合的逆轉(zhuǎn)錄病毒叫內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒。有些內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒會(huì)被激活，重新組裝病毒致病，有些內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒突變過(guò)多，已經(jīng)支離破碎，成為生物基因組里的一件小小的行禮，一代代傳遞。

內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒幾乎潛伏在所有重要的脊椎動(dòng)物類群里，從魚(yú)類、爬行動(dòng)物到哺乳動(dòng)物基因組中都能找到它們的痕跡，人類也不例外。我們每個(gè)人的基因組中攜帶了近10萬(wàn)個(gè)內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的DNA片段，占人類DNA總量的8%。千萬(wàn)不要以為這很少，人類基因組中負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)編碼的基因也不過(guò)2萬(wàn)個(gè)，只占DNA總量的1.2%。科學(xué)家對(duì)人類基因組里其它被同步復(fù)制且會(huì)重新插入的DNA小片段進(jìn)行進(jìn)行餓了整理，這類行為類似逆轉(zhuǎn)錄病毒基因的DNA小片段有數(shù)百萬(wàn)個(gè)，科學(xué)家推測(cè)其中有很多可能也是從內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒演變而來(lái)。只是經(jīng)過(guò)數(shù)百萬(wàn)年的演化，已經(jīng)被剝奪了大量的DNA，只剩下自我復(fù)制的最關(guān)鍵基因。換句話說(shuō)，我們體內(nèi)簡(jiǎn)直病毒泛濫。

內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的DNA大多數(shù)沒(méi)有用，有些卻作用巨大。有些內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒能夠合成“合胞素”。胎盤(pán)外層細(xì)胞能夠產(chǎn)生合胞素，使細(xì)胞黏著在一起，分子從而能夠在細(xì)胞間順暢地流通，胚胎因此能夠從母親血液中吸收營(yíng)養(yǎng)。沒(méi)有這種蛋白，胎生動(dòng)物甚至無(wú)法出生。

病毒勤奮地改造著生物的基因，在生物地演化中發(fā)揮了巨大的影響力?；蛟S，本就沒(méi)有什么“它們”和“我們”之分——生物本質(zhì)上只是一堆不斷混合、不斷閃轉(zhuǎn)騰挪的DNA而已。

巨型病毒與生命

生命是什么？發(fā)現(xiàn)病毒之前，科學(xué)家對(duì)生命其實(shí)有一個(gè)基本統(tǒng)一的定義。生命體能通過(guò)自身的新陳代謝來(lái)生存、生長(zhǎng)、繁殖。

病毒是生命嗎？病毒能夠侵入細(xì)胞，借助細(xì)胞內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)自我繁殖。但是病毒缺失了作為一個(gè)完整生命所需要的另一些重要基因，它沒(méi)有制造核糖體的指令，也沒(méi)有分解食物的酶的編碼基因。因此，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，病毒并非生命體。

理論上來(lái)說(shuō)，從宿主或者突變有可能讓病毒獲得成為生命體的遺傳信息，使得病毒基因組豐富起來(lái)，直到能自主進(jìn)食、生長(zhǎng)，最后借助自己的力量分裂增殖。這樣的演化路徑對(duì)病毒來(lái)說(shuō)并非難事，然而其中存在巨大的困難。基因組越龐大，積累危險(xiǎn)突變的幾率也隨之增大。病毒沒(méi)有專門(mén)修復(fù)基因錯(cuò)誤的酶，因此病毒基因組變大后，更容易產(chǎn)生致命突變從此消失。而病毒如果一直保持微型基因狀態(tài)，就無(wú)法擁有成為生命進(jìn)行新陳代謝的基因了。所以，理論上的可能在實(shí)際上遭遇極大的阻礙，病毒始終不能變大成為生命。

然而，科學(xué)家實(shí)際上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些巨型病毒。擁有數(shù)百上千基因的巨型病毒以其無(wú)可辯駁的存在，告訴人們，病毒可能跨越了橫亙?cè)谏飞系淖璧K?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，巨型病毒感染細(xì)胞之后，并不會(huì)融入細(xì)胞無(wú)數(shù)的分子團(tuán)中，而是會(huì)組織形成大量復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)被稱為“病毒工廠”。病毒工廠通過(guò)一個(gè)入口吸收原料，然后通過(guò)領(lǐng)外兩個(gè)出口輸出新的DNA和蛋白質(zhì)大分子。從這一點(diǎn)看，巨型病毒已經(jīng)非常像一個(gè)獨(dú)立的細(xì)胞了?？茖W(xué)家還發(fā)現(xiàn)，巨型病毒甚至可能被其他病毒感染，這種入侵的新病毒被稱為噬病毒體。噬病毒體潛入病毒工廠，欺騙本應(yīng)復(fù)制巨型病毒的工廠制造出更多噬病毒體。

巨型病毒彌合了大多數(shù)病毒和細(xì)胞之間的“生命”鴻溝?？梢哉f(shuō)，病毒演出出了最早的生命。它是致命的，但是它也賦予了這個(gè)世界必不可少的創(chuàng)造力。在病毒身上，創(chuàng)造和毀滅完美的結(jié)合在一起。