是病毒,就要除之而後快?我們的呼吸道常年寄居著100多種病毒

新冠肺炎疫情再一次將可怕的病毒帶入我們的視野。其實，病毒和人類一樣，都具有必要的核酸和蛋白質來組成結構。但你是否想過，病毒不僅是人類健康的敵人，還可能會成為人類的「朋友」呢？在這麼多年的共同生存中，病毒塑造了我們的免疫系統，甚至成了我們一些重要生理功能中不可或缺的一部分……

出品："格致論道講壇"公眾號（ID：SELFtalks）

以下內容為汕頭大學 香港大學聯合病毒學研究所副所長朱華晨演講實錄：

說到病毒，繞不開的一定是新冠。

大家可以看到，2020年的這一場疫情，改變了我們每一個人的生活。

截止到8月23日，全世界有超過2300萬人被感染，死亡人數已經突破了80萬。

這些冷冰冰的數字，說的不僅僅是幾千分之一、幾萬分之一的感染和死亡概率，它說的是血淋淋的悲劇，在過去的這八個月裡，一再地重演。

當我們回顧歷史，在過去的這一百年中，從1918年西班牙流感，到1957年、1968年、2009年，一直到今天，我們至少經歷了五次大規模的全球性瘟疫大流行。

每一次流行，死亡的人數少則數十萬，多則幾千萬，甚至上億。所以我們看得到，病毒對我們生活的影響是非常巨大的。

病毒的結構

小小的一個病毒，它的直徑不過是幾百納米而已，而且一旦離開了細胞，它就再也不能繁殖和複製自己。

但是，病毒雖然很小，實際上它卻是非常成功的。

到目前為止，我們知道的所有有細胞的生物，大到人類、動物、植物，小到細菌、真菌，它們都有各自獨特的病毒。

病毒小，它小到什麼程度呢？

如果我們把一個病毒和一個氣球相比，它們的直徑差距大概是一千萬倍。一千萬倍這個概念，大概相當於我們拿一個氣球，跟地球比大小。

病毒不僅很小，而且它的結構也非常地精簡。

不管是什麼結構的病毒，它必然具有兩個基本結構：一個是核酸，就是它的基因組，基因組編碼了病毒生命活動中所需要的所有遺傳信息；另一個是蛋白質外殼，包裹在核酸外邊。

病毒的蛋白質外殼跟人類相比，沒有很大的不同，一樣是常見的20種胺基酸排列組合而成。

病毒的基因組，實際上跟人類更是接近，就是由ATCG四個鹼基構成。

病毒碰到什麼樣的宿主，就會使用什麼樣的細胞複製機制來達到繁殖自己的目的。

從這個意義上講，核酸和蛋白，是我們人類、動物、病毒通用的生命的語言。

正是因為掌握了這種語言，所以病毒可以很輕易地劫持我們的細胞系統，利用細胞來表達和繁殖自己。

反過來，我們也可以利用病毒，讓病毒為我們服務。

病毒的演化史

病毒這麼成功，又這麼精簡，這麼小的東西，它到底是從哪裡來的呢？

在病毒的演化史上，一般我們有三種假說。

第一種假說，認為病毒是自起源的。即最早的時候，病毒不需要細胞，它是從最簡單的無機生命世界裡，一點一點地變化成今天這樣子。

第二種假說，認為病毒的繁殖需要細胞，它有可能是細胞出現以後才演化出來的。

這裡有一個可能性，即病毒可能是細胞中的一部分，由細胞裡面的某一些具有獨立自主複製能力的基本元件，通過重新打包、重新組裝，把自己變成了一個獨立的、有侵染性的病原體。

第三種假說，認為病毒和細胞，有一個非常遠古的共同祖先，那時候病毒不是病毒，細胞也不是我們今天所說的細胞。

原始的病毒和原始的細胞，它們各自沿著自己獨特的進化歷程，平行地演化。

有一天病毒遇到了細胞，它們兩個發現原來結合在一起還是不錯的，病毒就入侵到細胞裡，一個成為寄生者，另一個成為被寄生者。

實際上，這三種假說之間並不互相排斥，可能不同的演化和歷史階段，病毒會採用不同的策略和途徑，去達成自己適應環境、適應細胞的目的。

新發傳染性疾病的特點

當我們回望過去30年，實際上我們經歷了許許多多、各種各樣的新發傳染性疾病，有禽流感、豬流感、SARS、MERS、新冠病毒，還有尼帕、亨德拉、伊波拉，以及寨卡、狂牛症等等。

這些新發傳染性疾病相比較起來，它們有一些共同的特點。

首先是新，因為它新，所以我們大多數人身上是沒有抗體的。另外，我們也沒有疫苗，很難預測下一個新發傳染病到底是什麼。

第二個特點就是，這些新發傳染性疾病都是來自於動物。

另外，我們留意到除了導致狂牛症的朊病毒外，其它都屬於RNA病毒。

在我們賴以生活的生態圈中，我們每天都要跟很多動物發生接觸，或者跟它們共同生活在同一個環境裡。

有各種各樣的家養動物、寵物、野生動物，有時候還會有蚊蟲跨過不同的動物種類，跨界把病原體帶到我們身上。

在過去這千百萬年的共同進化中，實際上病毒已經和自己的宿主達成了良好的平衡，它們大多數情況下跟天然宿主是相安無事的。

可是，我們人類作為一個新的宿主，如果我們不小心或者意外地把自己暴露到病原環境中，或者接觸到這些帶著病毒的動物體，我們就有可能被感染上。

因為我們身上沒有預存的免疫系統，或者是抗體。

另一方面，病原如果剛好具有了跨物種傳播的能力，就有可能感染到人類，並且引發比較嚴重的公共衛生事件。

上面說到，這些新發傳染病病原大部分屬於RNA病毒，RNA病毒有什麼特殊性呢？

RNA病毒這麼容易引發新發傳染病，其中一個原因是RNA病毒基因組非常小，複製很快，突變效率非常高。

對RNA病毒來講，它的RNA聚合酶沒有校正功能和保真功能，所以在複製過程中，每一次都會產生很多突變後代。

這些突變後代到不同環境、不同宿主裡，很容易可以找到適應的環境，並且把這種適應的特徵連續傳代傳下去。

另一方面，由於RNA病毒的突變率非常快，這導致了一個不好的結果，就是當我們好不容易找到一種藥、一個疫苗或者一種抗體的時候，RNA病毒很容易通過突變，讓自己獲得耐藥性，或者通過免疫逃逸跑出去。

我們人類基因組有30億個鹼基對，對RNA病毒來說，最大的是冠狀病毒，它的基因組只有3萬個鹼基，3萬個鹼基跟人類比起來，就是十萬分之一。

另外，目前為止我們所知道的世界上最小的RNA病毒是丁肝病毒。

丁肝病毒總共只有1600多個、將近1700個鹼基。這1700個左右的鹼基，編碼的只有一種蛋白質，這種蛋白質能把自己繼續打包成一大一小兩個異構體。

在中間部位，藍色這一圈就是大的蛋白和小的蛋白，組合起來包裹著中間的一團核酸。

更外圍的這一圈，是病毒從細胞裡面拿到的細胞表膜，還有其他病毒的一些蛋白。

所以病毒是一個非常精簡、非常節約的生命形式，它可以盡最大能力地去利用好它在細胞裡面能夠拿到的資源。

亦敵亦友的病毒

我們每次提起「病毒」，能夠聯想到的總是又「病」又「毒」，好像特別地可怕。

大家肯定特別希望能把病毒除之而後快，對不對？

實際上，在進化過程中，真正聰明的病毒絕對不是那種，一來就把宿主搞得嚴重生病甚至死亡的病毒。

對於一個生命體來講，最大的、本質的任務，就是要把自己複製保存下去，把自己的基因組最大程度地延續下去。

所以，從病毒的角度上來講，把宿主弄死、弄殘、弄病，這些都不符合它的基本利益，真正聰明的病毒一定是那種默默地潛伏在身體裡面，默默地利用宿主，默默地從中得益的一些病毒。

我們每一個人身上帶的微生物，可以多達100萬億個。假如一個人以100斤的體重來算，我們身上所帶的細菌至少有一到三斤。

你可以想像到，我們人類或者其他動物，就像一個可以行走的微生物庫一樣，我們帶著很多的病原體，每天在這裡好好地生活著。

就像在我們的呼吸道裡面，常年會有大概一百多種病毒寄居。這麼多的病毒寄居在這裡，它們到底對我們的身體有什麼影響，它在那裡幹嘛？

大多數情況下，如果我們的免疫系統是正常的，我們跟病毒之間是相安無事的。

從另一方面來說，病毒這樣的存在，也有可能對我們的身體有一定的好處。

比如說，我們知道細菌中有很多的益生菌，對身體是有好處的。

我也不排除病毒有一種可能性，當這些相對溫和的病毒佔據了你的身體的時候，實際上它對一些烈性病原體有排斥作用。

這些很溫和、很輕微的病毒存在於身體裡面，可以時不時刺激機體產生一定的免疫反應，這些免疫反應可以幫助你清除掉系統裡面的病變細胞，甚至是腫瘤細胞。

所以應該說，病毒跟我們達成了一種平衡，可能對我們的身體是有好處的。

從進化的歷史來講，最成功的一個病毒，可能要算逆轉錄病毒了。

上面提到，人類基因組有30億個鹼基對，這其中有8%是來自病毒的，特別是來自於逆轉錄病毒。

所以可以說，在億萬年的進化裡，這些病毒已經成為我們身體裡的一部分。

比如說我們的免疫系統、生殖系統、神經調節，還有一些認知的功能，甚至是記憶的功能，都跟逆轉錄病毒調節，以及它們遺傳給我們的這些基因有著或多或少的關係。

最有名的一個例子，可以看一下由逆轉錄病毒編碼的合胞素蛋白。

合胞素蛋白存在於精子頭部，當精子去尋找卵子的時候，合胞素蛋白能夠幫助精子找到卵子，並且把它跟卵子上面的蛋白勾在一塊，幫助精子和卵子之間發生細胞融合。

為什麼叫合胞素？因為它可以促進兩個細胞之間互相融合。

除了精卵結合，對於哺乳動物來講，胎兒在媽媽肚子裡的時候，要通過胎盤獲得媽媽供給的營養、氧氣。

但是，作為一個外來的機體，胎兒實際上沒有受到母體免疫的攻擊，這是為什麼？

實際上，胎盤裡存在很多逆轉錄病毒遺留下來的基因，這些基因中有一些可以幫助我們調節，而且阻止媽媽的免疫系統識別和攻擊胎兒。

還有一些基因，就像剛才說的合胞素基因，可以促進細胞和細胞之間的融合，通過臍帶和胎盤連接，並且更進一步跟媽媽的身體連在一起。

所以，就這個情況來講，逆轉錄病毒塑造了哺乳動物，幫助了我們的進化。

接下來，看一下另一個自帶光環的小病毒，它的名字叫腺病毒。

在它的細胞表面，我們看到的小小突起，是它識別細胞受體的一些小蛋白、小工具。

腺病毒是動物群體裡非常常見的病毒，它比較溫和。像我們人類，一輩子都要感染很多次腺病毒。

腺病毒通常感染的地方是呼吸道，還有消化道。特別是對兒童，經常引起一些感冒樣的症狀或者輕微拉肚子，或者連續幾天的發燒。

實際上，因為我們時不時會感染這個病毒，所以它還是有一點討厭的。

但是，最近幾年裡，這個病毒在生物界，它屢建奇功，大放異彩、大出風頭。

因為腺病毒的基因組非常穩定，我們人類對它的了解、研究非常透徹。

所以我們知道它的基因組裡面哪些基因是有用的，哪些基因是對我們有害的，哪些基因是可以被替代的。

我們可以通過基因工程把不好的基因拿掉，把好的基因留下來，把那些可有可無的替代掉，換成我們想要的目標蛋白進去。

大家最近應該都聽說了很多陳薇院士和她的新冠疫苗的故事，她所用的新冠疫苗系統，就是利用腺病毒作為載體，在上面裝載新冠病毒表面抗原，利用腺病毒做小工廠，幫助我們把新冠病毒的抗原表達出來，達到幫我們喚起免疫系統以及抗體反應的目的。

目前在基因治療領域有四大當家花旦，腺病毒是裡面的頭牌。

我們可以把腺病毒基因換成能專門攻擊腫瘤或者對付病變基因的一些產物，通過病毒感染，可以瞬時釋放出一些對身體有用的藥物，這些藥物可以幫助我們精準實現治療和糾正錯誤表達基因的功能。

就像剛才提到的腺病毒，在溶瘤病毒應用當中，它也是大放異彩的。

比如說，當我們給病毒裝載上一個靶向腫瘤的基因時，或者專門殺滅腫瘤的基因時，腺病毒以及其他病毒都能被我們所用，變成一個專門定向腫瘤的「核飛彈」。

在過去一百年裡，由於弗萊明發現了抗生素，所以細菌對我們來說，不再是一個太大的問題。

最近幾年由於抗生素濫用，以及細菌進化，現在耐藥菌越來越多，甚至出現了各種各樣的、抗生素對它沒有抑制效果的超級細菌。

我們講，敵人的敵人就是我們的朋友。

上面有提到，細菌也有它自己獨特的病毒，專門感染細菌而不會感染其他動物、植物細胞的病毒，我們通常把它叫做噬菌體。

噬菌體實際上可以幫助我們，成為專門對付超級細菌或者其他有害細菌的大殺器。

講到這裡，大家是不是覺得，其實病毒看起來也沒有那麼討厭，那麼可怕了呢？

時刻做好應對病毒的準備

但是，所謂非我族類，其心必異。

作為病毒，還是不斷往前演化的。如果我們不好好了解它、研究它，可能未來有一天，它們還會捲土重來，對我們造成比較嚴重的危害。

所以我們要時刻做好準備，研究透徹，搞清楚對方這些似敵非敵，似友非友的病原體。

下圖是香港大學新發傳染性疾病國家重點實驗室的內景，最右邊是進入生物安全三級實驗室的大門，這個門是一個完全的氣密門。

充氣關閉的時候，即便你用水淹它，水也不能滲透到門裡面去的，所以它非常密閉、非常安全。

生物安全實驗室，基本設計理念就是全不鏽鋼打造的一個大盒子，盒子裡面套著一個個小盒子，當你往裡面走的時候空氣是抽成負壓的，所以空氣只能從外邊流到裡面去，而不會逆向從裡面流到外面來。

所有進入的空氣都要經過層層過濾和消毒，釋放出來的空氣也要經過消毒和過濾，其他東西要通過高溫高壓、化學消毒、燻蒸才可以拿到外面來。

在日常工作中，我們首先會到各種各樣可能有病毒存在的地方去搜尋病毒，監測病毒，看看最近病毒有沒有發生什麼異常變化。

如果我們發現有一些可疑的病毒，或者存在風險的病毒，我們會把它帶回實驗室，放在不同的動物模型裡面，看看它的致病機理是什麼樣子的，還有為什麼它會有更好的傳播性或者致病性。

另外，我們也會通過各種現代的生物學技術，去開發疫苗、藥物、單克隆抗體，所有這些都是為了讓我們跟病毒更好地共存和互相應對。

講完了病毒的故事，我應該說，病毒跟我們一樣，是自然的一部分。

而且，在這麼多年的共同生存中，它塑造了我們的免疫系統，甚至成了我們一些重要生理功能中不可或缺的一部分。

你不要看它簡單，實際上它並不比我們低級，大家能一起進化到今天，就是大家都適應了我們各自的環境，大家都是進化歷程中成功的倖存者。

我們說沒有永久的敵人，也沒有永久的朋友，關鍵是我們要怎樣去了解清楚對方，並且利用對方、改造對方，使用好對方。

最後，我想說的是，病毒學其實是一個非常有意思的研究領域，除了我們搞生物的、搞醫學的、搞化學的，實際上這個行當也需要很多搞物理、搞工程、搞數學、搞計算機的。

所以我很希望年輕一代能有更多的人加入我們，大家互相合作、互相溝通、互相協調，只有這樣，我們才能更清楚了解我們的對手，並且改造好它、利用好它，達到互相平衡、共同發展的最終目標。

「格致論道」，原稱「SELF格致論道」，是中國科學院全力推出的科學文化講壇，由中國科學院計算機網絡信息中心和中國科學院科學傳播局聯合主辦，中國科普博覽承辦。致力於非凡思想的跨界傳播，旨在以「格物致知」的精神探討科技、教育、生活、未來的發展。獲取更多信息。本文出品自「格致論道講壇」公眾號（SELFtalks），轉載請註明公眾號出處，未經授權不得轉載。