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(guān)于病毒的那些事兒，病毒與人類之間是一種什么關(guān)系,？

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,？

病毒一定對人類有害嗎？

病毒是什么,？

想要揭開這個問題的答案,，首先得了解一下，什么是病毒,？它其實是一種非細胞結(jié)構(gòu)的生命形式,，主要由核酸和蛋白質(zhì)外殼組成，其生命活動必須借助于宿主細胞,。

什么是病毒,？

關(guān)于病毒的起源，目前有三種假說,。

第一,，自起源理論。這種理論認為病毒先于細胞產(chǎn)生于生命前地球,，然后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,，之后在進化的過程中,，通過與脂質(zhì)分子結(jié)合，形成了細胞的雛形,。病毒既具有化學(xué)大分子可以結(jié)晶的特點,，同時又具有生命個體可以繁殖產(chǎn)生后代的特點，可以說剛好處在非生命物質(zhì)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(jié)構(gòu)也遠遠比病毒要復(fù)雜很多，病毒又剛好填充了從化學(xué)大分子到細胞結(jié)構(gòu)進化的一個空白位置,，自起源理論由此應(yīng)運而生,。

第二,，細胞源退化理論。這種理論認為,，病毒是來自于細胞的一部分,，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(xiàn)象都可以支持這一理論,，比如說細胞中存在著一種質(zhì)粒，這種質(zhì)粒具有自主復(fù)制的能力,，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(zhuǎn)座子”,，它可以在自身的位置上脫離或者是進行復(fù)制，然后再轉(zhuǎn)移到新的基因位點上去,。這些生命現(xiàn)象都為基因的逃逸提供了一定的基礎(chǔ),，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(fā)現(xiàn)的,？

 荷蘭微生物學(xué)家貝杰林克發(fā)現(xiàn)病毒

19世紀,，荷蘭微生物學(xué)家貝杰林克（Beijerinck）在探究煙草花葉病的致病因子時，他發(fā)現(xiàn)這個因子可以通過細菌擴濾器,，又可以在生物體內(nèi)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?nèi)祟悮v史上發(fā)現(xiàn)的第一個病毒，被稱為煙草花葉病毒,。隨后,，越來越多的科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，很多疾病都是由病毒感染導(dǎo)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?？斓倪M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于所有生物個體中的一個常見現(xiàn)象,。生物個體需要通過突變來適應(yīng)環(huán)境、謀求生存,，而病毒的基因組相較于其他的生物個體來說非常簡單,，導(dǎo)致它復(fù)制頻率很高，同時它缺少酶系統(tǒng)（在其他生物個體中,，這種酶系統(tǒng)可以幫助修復(fù)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(dāng)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(fā)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(nèi)的冠狀病毒,，發(fā)生了基因的重配,，從而組裝成了新型的冠狀病毒H7N9，才導(dǎo)致了流感的爆發(fā),。

除了這些內(nèi)因以外,，還有一些外因也會導(dǎo)致病毒的進化，比如說抗病毒藥物的使用（它能夠誘導(dǎo)病毒的突變方向,，導(dǎo)致耐藥株出現(xiàn)）,、物理或化學(xué)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(xué)因素的誘變也會導(dǎo)致病毒進化

人類如何應(yīng)對病毒性疾病

人類應(yīng)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(yù)防疫苗,。

抗病毒藥物的設(shè)計與病毒的生命周期息息相關(guān)。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,，然后將自己的基因組注入到細胞內(nèi),，之后細胞內(nèi)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,，最后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(shè)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(jié)合,，然后病毒與細胞膜進行融合，將自己的基因組注入細胞內(nèi),。由于HIV病毒的基因組是RNA,，所以RNA還要經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄形成DNA，DNA再入核,，之后整合到宿主的基因組中進行轉(zhuǎn)錄,，合成病毒的RNA與病毒的蛋白，隨后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

那么抗病毒藥物的設(shè)計也剛好是針對這幾個關(guān)鍵的步驟，其中包括受體拮抗劑,、融合抑制劑,、逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑，整合酶抑制劑和蛋白酶抑制劑等,。目前艾滋病的治療主要就是聯(lián)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(fā)明了預(yù)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(tǒng),，使人體產(chǎn)生免疫反應(yīng)但不會生病,，抗原分子刺激機體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生高效特異性的免疫保護物質(zhì)，當(dāng)機體再次接觸到相同抗原時,，免疫系統(tǒng)依循免疫記憶,，迅速制造出保護物質(zhì)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(xiāng)間行醫(yī)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(chǎn)生輕微病癥，但并不致命,，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,，隨后給男孩接種天花，男孩沒有發(fā)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(wèi)組織宣布人類已經(jīng)成功地消滅了天花,，這也是我們?nèi)祟惖谝粋€徹底消滅的病毒。自此之后,，疫苗使很多疾病都成為了過去式,，比如：狂犬病、破傷風(fēng),、麻疹,、流行性腮腺炎、脊髓灰質(zhì)炎……

病毒與人類究竟是什么關(guān)系,？

關(guān)于病毒與人類的關(guān)系,，大家的第一反應(yīng)就是它會引發(fā)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(xué)家的統(tǒng)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%來自于動物，比如說艾滋病毒,，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,，蝙蝠傳播給了果子貍，人類去捕食果子貍,，才導(dǎo)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(fā)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(xué)家發(fā)現(xiàn),，內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒在哺乳動物胎盤進化中發(fā)揮了非常重要的作用,。人體中大約有8%的基因都來自于遠古逆轉(zhuǎn)錄病毒的殘留?？赡茉谶h古的時候,，病毒首先感染了動物，而這種逆轉(zhuǎn)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于自己進化的物質(zhì)。

比如說,，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種名為“HERV-W”的人類內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒,，它能夠合成合胞素。合胞素這種蛋白質(zhì)存在于人類的胎盤里,，能夠使得胚胎粘住母體,，并且從母體內(nèi)部獲取營養(yǎng)，因此是哺乳動物進化出胎盤的關(guān)鍵,。

除此之外,內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒還被發(fā)現(xiàn)在機體免疫應(yīng)答,、干細胞分化等生理過程中發(fā)揮重要作用。由此可見,，其實病毒不止會導(dǎo)致傳染病,，對于人類的進化也非常重要。

內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒

另外,，科學(xué)家們通過對病毒的一些改造,，將其變成了可以應(yīng)用在科學(xué)研究以及疾病治療中的一種手段。

比如說噬菌體展示技術(shù),，它能夠?qū)⒖贵w基因與噬菌體的結(jié)構(gòu)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(jié)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(shù)

人類和病毒共存在地球上,，因此會不斷斗爭。病毒會導(dǎo)致傳染病的爆發(fā),，但人類也不斷憑借自己的智慧戰(zhàn)勝傳染病,，這個斗爭過程不斷推動著人類文明的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)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(tài),。