大家好，我是來自中科院上海巴斯德研究所的聞婧，今天我將與大家分享關於病毒的那些事兒，病毒與人類之間是一種什麼關係？
聞婧 中科院上海巴斯德研究所
首先想問大家一個問題：病毒一定對人類有害嗎？
病毒是什麼？
想要揭開這個問題的答案，首先得了解一下，什麼是病毒？它其實是一種非細胞結構的生命形式，主要由核酸和蛋白質外殼組成，其生命活動必須藉助於宿主細胞。
什麼是病毒？
關於病毒的起源，目前有三種假說。
第一，自起源理論。這種理論認為病毒先於細胞產生於生命前地球，然後才進化成了原核細胞與真核細胞。在生命地球，首先是寡聚核苷酸和大分子肽形成了亞生命單位，之後在進化的過程中，通過與脂質分子結合，形成了細胞的雛形。病毒既具有化學大分子可以結晶的特點，同時又具有生命個體可以繁殖產生後代的特點，可以說剛好處在非生命物質向生命個體進化的一個過渡位置。同時，即使是最簡單的一個細胞結構也遠遠比病毒要複雜很多，病毒又剛好填充了從化學大分子到細胞結構進化的一個空白位置，自起源理論由此應運而生。
第二，細胞源退化理論。這種理論認為，病毒是來自於細胞的一部分，它是細胞基因攜帶著一些功能蛋白從細胞中逃逸出來，從而演化出了病毒。許多生命現象都可以支持這一理論，比如說細胞中存在著一種質粒，這種質粒具有自主複製的能力，同時又可以在不同的細胞之間進行穿梭。另外，細胞中還存在著一種跳躍基因，這種基因被稱作「轉座子」，它可以在自身的位置上脫離或者是進行複製，然後再轉移到新的基因位點上去。這些生命現象都為基因的逃逸提供了一定的基礎，也支持了細胞源退化理論。
第三，細胞與病毒平行進化理論。這種理論認為，在遠古時期，生命是存在有不同形式的，而生命前體分子獨立地向病毒和細胞這兩個方向平行進化。
病毒是如何被發現的？
荷蘭微生物學家貝傑林克發現病毒
19世紀，荷蘭微生物學家貝傑林克（Beijerinck）在探究菸草花葉病的致病因子時，他發現這個因子可以通過細菌擴濾器，又可以在生物體內進行增殖，但卻不能在體外進行增殖，由此把具有這三個特點的致病因子定義為病毒。這也是我們人類歷史上發現的第一個病毒，被稱為菸草花葉病毒。隨後，越來越多的科學家研究發現，很多疾病都是由病毒感染導致的。
病毒之所以讓大家感到恐懼，是因為它具有非常快的進化速度，這也是病毒性疾病難以治療的一個原因。
病毒具有非常快的進化速度
從病毒本身來講，其進化主要是通過基因突變和基因交換這兩種方式進行的。
基因突變是普遍存在於所有生物個體中的一個常見現象。生物個體需要通過突變來適應環境、謀求生存，而病毒的基因組相較於其他的生物個體來說非常簡單，導致它複製頻率很高，同時它缺少酶系統（在其他生物個體中，這種酶系統可以幫助修復基因突變），因此病毒的基因突變頻率非常高，這是病毒快速進化的主要原因。
病毒進化的另一個主要原因是，病毒可以通過基因片段之間的重組重配完成遺傳信息的交換。比如說，當兩種以上的病毒同時感染了一個細胞的時候，病毒之間就可以發生基因片段的交換。除此之外，病毒也可以和宿主細胞之間進行基因交換。2013年流行的禽流感病毒，其實就是由不同動物體內的冠狀病毒，發生了基因的重配，從而組裝成了新型的冠狀病毒H7N9，才導致了流感的爆發。
除了這些內因以外，還有一些外因也會導致病毒的進化，比如說抗病毒藥物的使用（它能夠誘導病毒的突變方向，導致耐藥株出現）、物理或化學因素的誘變，（比如說紫外線、輻射）等。
抗病毒藥物的使用、物理或化學因素的誘變也會導致病毒進化
人類如何應對病毒性疾病
人類應對病毒性疾病，主要以這兩個途徑為主：抗病毒藥物治療和注射預防疫苗。
抗病毒藥物的設計與病毒的生命周期息息相關。病毒的生命周期主要包含五個步驟：吸附、注入、合成、組裝和釋放。首先病毒要吸附在細胞的表面，然後將自己的基因組注入到細胞內，之後細胞內合成病毒的基因和病毒的蛋白進行組裝，從而進化為新病毒，最後再釋放出來去感染新的宿主細胞。
病毒的生命周期
我們以HIV病毒為例來了解一下抗病毒藥物的設計。
從圖中可以看到，HIV病毒的生命周期是這樣的：首先病毒要與細胞膜表面的受體進行結合，然後病毒與細胞膜進行融合，將自己的基因組注入細胞內。由於HIV病毒的基因組是RNA，所以RNA還要經過逆轉錄形成DNA，DNA再入核，之後整合到宿主的基因組中進行轉錄，合成病毒的RNA與病毒的蛋白，隨後再組裝成新的病毒釋放出來，去感染新的宿主細胞。
HIV病毒的生命周期與抗病毒藥物
那麼抗病毒藥物的設計也剛好是針對這幾個關鍵的步驟，其中包括受體拮抗劑、融合抑制劑、逆轉錄酶抑制劑，整合酶抑制劑和蛋白酶抑制劑等。目前愛滋病的治療主要就是聯合三種以上抗病毒藥物，這樣可以從多個步驟同時高效阻斷病毒的生命周期，達到抗病毒的效果。
除了抗病毒藥物，人類還發明了預防疾病傳播的疫苗。疫苗利用其中的抗原刺激人體免疫系統，使人體產生免疫反應但不會生病，抗原分子刺激機體免疫系統產生高效特異性的免疫保護物質，當機體再次接觸到相同抗原時，免疫系統依循免疫記憶，迅速製造出保護物質來阻斷病原體的入侵，使機體獲得針對病原體特異性的免疫力。
上個世紀，愛德華·琴納（Edward Jenner）在鄉間行醫時觀察到得過牛痘的擠奶女工不會感染天花，由此猜想牛痘和天花類似，但是更加溫和，只會讓患者產生輕微病症，但並不致命，而擠奶女工正因為得了牛痘而獲得抵抗天花的免疫力。為了驗證這種猜想，他從感染牛痘的擠奶女工手上的膿皰中取出膿液，接種在一個八歲男孩的手臂上，隨後給男孩接種天花，男孩沒有發病，這證明了接種牛痘確實能讓人獲得對天花的免疫力，由此誕生了人類歷史上第一個疫苗——天花疫苗。
疫苗讓很多疾病成為過去式
在1980年5月，世衛組織宣布人類已經成功地消滅了天花，這也是我們人類第一個徹底消滅的病毒。自此之後，疫苗使很多疾病都成為了過去式，比如：狂犬病、破傷風、麻疹、流行性腮腺炎、脊髓灰質炎……
病毒與人類究竟是什麼關係？
關於病毒與人類的關係，大家的第一反應就是它會引發人類疾病，這個傷害有多多大呢？
如果按照宿主對病毒進行分類，病毒可以分為植物病毒、細菌病毒和動物病毒。事實上只有少部分動物病毒才會感染人，且在人與人之間傳播。這點通過病毒學家的統計也可以確定，目前我們已知的在人與人之間進行傳播的病毒，大約有70%來自於動物，比如說愛滋病毒，它的天然宿主其實是黑猩猩，而在非洲人與黑猩猩接觸的過程中，才使病毒跨越物種進入到人身上；SARS病毒的天然宿主是蝙蝠，蝙蝠傳播給了果子狸，人類去捕食果子狸，才導致病毒有機會傳播到人身上。
由此可見，如果人類與野生動物之間保持距離，可以非常有效地阻斷病毒的跨物種傳播。
病毒會引發傳染病
除了引起傳染病，病毒其實對人類還有很多幫助。
比如有科學家發現，內源性逆轉錄病毒在哺乳動物胎盤進化中發揮了非常重要的作用。人體中大約有8%的基因都來自於遠古逆轉錄病毒的殘留。可能在遠古的時候，病毒首先感染了動物，而這種逆轉錄病毒，它會將自己的基因組整合在動物的基因組中，動物又利用這些基因組去合成了一些有利於自己進化的物質。
比如說，科學家發現一種名為「HERV-W」的人類內源性逆轉錄病毒，它能夠合成合胞素。合胞素這種蛋白質存在於人類的胎盤裡，能夠使得胚胎粘住母體，並且從母體內部獲取營養，因此是哺乳動物進化出胎盤的關鍵。
除此之外,內源性逆轉錄病毒還被發現在機體免疫應答、幹細胞分化等生理過程中發揮重要作用。由此可見，其實病毒不止會導致傳染病，對於人類的進化也非常重要。
內源性逆轉錄病毒
另外，科學家們通過對病毒的一些改造，將其變成了可以應用在科學研究以及疾病治療中的一種手段。
比如說噬菌體展示技術，它能夠將抗體基因與噬菌體的結構蛋白融合表達，使其展示在噬菌體顆粒的表面，通過抗原和抗體特異結合特點，就像用魚鉤釣魚一樣，把有用的抗體釣出來，篩選能夠治療疾病的抗體。
噬菌體展示技術
人類和病毒共存在地球上，因此會不斷鬥爭。病毒會導致傳染病的爆發，但人類也不斷憑藉自己的智慧戰勝傳染病，這個鬥爭過程不斷推動著人類文明的發展及科學技術的進步。相信在未來，病毒和人類能找到一種平衡的生存狀態。
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文字 | 尹歡歡
版面 | 楊 丹