生命的宿敌——病毒的前世今生

2020-02-02 12:30:38 发布者:xiaohui 来源:科学网 浏览次数:0

 
 
 
疫病,伴随着整个人类史,目前武汉爆发的新型冠状病毒正在肆虐,我们如何针对这种新型病毒展开防治工作?
 
知己知彼,百战不殆。让我们来了解一下我们的敌人,这个与生命斗争了几十亿年的宿敌。
 
01 生命的宿敌——病毒
 
30亿年
 

 

疫病,伴随着整个人类史,目前武汉爆发的新型冠状病毒正在肆虐,我们如何针对这种新型病毒展开防治工作?

知己知彼,百战不殆。让我们来了解一下我们的敌人,这个与生命斗争了几十亿年的宿敌。

01 生命的宿敌——病毒

30亿年前,第一个碳基生命的始祖——细胞诞生,生命自此向多样化复杂化演化,呈现出地球生态圈,小到细菌,大到蓝鲸,人类也是其中一员。复杂多样生命背后有着共同的祖先:一个能完全运作、自我复制的细胞。由此定义出生命——能够新陈代谢、对外界应激,并能自我复制的有机体。

但,万事万物总是相反相成的,既生瑜何生亮?生命(细胞)诞生之日起,也诞生了持续了几十亿年的宿敌——病毒。

病毒和细菌有一个共同的祖先,科学家称之为LUCA(Last Universal Common Ancestor)。从这个原始细胞开始,细菌也像人类一样,朝着越来越复杂的方向进化。

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病毒则反其道而行之,开始逐渐摆脱它一切不需要的结构,直到只剩下核酸和蛋白质外壳,再也无法自我复制,甚至我们不能把病毒称为生命。但他却象海盗一样,专门“劫持”细胞进行自我复制,对它的宿主——细胞,可以说是毫不利人,专门利己。

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在这旷日持久的细胞与病毒的战争中,双方不断地通过自我改变进行军备竞赛,从某种角度讲更是协同进化。病毒和我们人类是怎样相爱相杀的?

在几十亿年的生命繁衍过程中,人类相比于微生物是后期物种,也就造成了人体与微生物形成共生体。

微生物在人体内大量存在:肠道菌群、噬菌体病毒都是人体生存必不可少的一部分,甚至我们体内用来产热的线粒体也是由微生物转变而来。人类能够有今天的样子,某种意义上还要感谢这个冤家。

当然,自然界中也演化出众多有害的微生物。

毛主席说:“谁是我们的敌人?谁是我们的朋友?这个问题是革命的首要问题。”

对于人体来说,和有益微生物广泛建立统一战线,打击对人体有害的微生物,才能使我们保持身体健康,否则将会导致疾病,乃至死亡。

02 人类认识病毒的开端

人类认知世界是一个漫长的过程,在这个过程中,东、西方的先驱们从宏观、微观两个不同的角度来认知病毒性疾病。对于病毒性疾病的治疗,东西方两大医疗体系给出了不同的答案。

(1)东 方

在古老的东方,《黄帝内经·素问》中即有疫病的论述:“五疫之至,皆相染易,无问大小,病状相似,如何得不相易者”。

当时的大型传染病,无论老少,发病的症状表现相似。致病原因有气候变化的风、寒、暑、湿、燥、火的外部致病因素,也有人体自身抵抗力强弱的内在因素。并强调了以预防为主,采用“避其毒气”、“顺应四时”的措施。

东汉末年,张仲景在《伤寒论》描述道:“余宗族素多,向余二百。建安纪年以来,犹未十稔(年),其死亡者,三分有二……”

肆虐的大型传染病让他目睹了这般惨状,于是发奋学习,终成一代大师,著成《伤寒杂病论》。这部现存最早的理、法、方、药兼备的中医经典书籍,历经几千年,直到现在仍有效地指导临床。

明末温病学家吴又可发现了通过口鼻传染的疫病,在《温疫论•自序》中提出:“夫温疫之为病,非风、非寒、非暑、非湿,乃天地间别有一种异气所感。”认为某种物体可通过口鼻相互传染,早于西方提出了传染病的概念。并普及了切实有效的防治方法,著成《瘟疫论》。相关内容可观看影视作品《大明劫》。

中华民族的先贤从天地阴阳的角度出发,发展出了伤寒和温病两大学派,针对寒温两大体系的外感病,从理、法、方、药四个方面来诊疗疾病,在几千年民族史中,对国民健康、种族繁衍做出了巨大的贡献。

学习有关温病学知识,可以观看刘景源教授温病学讲座 。

 

(2)西 方

现代科学对病毒的认识,有赖于观测设备的进步。微生物学家们逐渐观察到了肉眼所不能看到的微小生物,首先是细菌。但在早期人们甚至认为病毒就是细菌,不能把这两个微生物区分开,在病毒大家庭中最早被发现的是烟草花叶病毒。

1892年,俄国的伊万诺夫斯基将患有花叶病的烟草叶片汁液过滤细菌后注入健康烟草植株叶片,发现仍能引发花叶病,于是得出结论:致病的不是细菌,但科学家将其解释为是由于细菌产生的毒素而引起。

1898年,荷兰细菌学家贝杰林克将烟草花叶病株的汁液置于琼脂凝胶块的表面,发现感染烟草花叶病的物质在凝胶中以适度的速度扩散,而细菌仍滞留于琼脂的表面。从这些实验结果,贝杰林克指出,引起烟草花叶病的致病因子有3个特点:

① 能通过细菌过滤器(比细菌小得多)

② 仅能在感染的细胞内繁殖(借宿)

③ 在体外非生命物质中不能生长(自身没有自主新陈代谢和自我复制)

根据这几个特点他提出这种致病因子不是细菌,和我们定义的生命并不一样。而是一种新的物质,称为“有感染性的活的流质”,并取名为“病毒”,拉丁名叫“Virus”。几乎是同时,德国细菌学家勒夫勒和费罗施发现引起牛口蹄疫的病原也可以通过细菌滤器,从而再次证明伊万诺夫斯基和贝杰林克的重大发现。

病毒被正式命名以后,揭开了病毒研究的序幕,直至今日,我们发现了多种病毒,并发现它们对人体的作用,有益的,也有害的,甚至是致命的。

03 病毒与人类疾病

病毒必须通过媒介从一个宿主到达另一个宿主,也就是我们所说的病毒传染过程。

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科学家们追踪发现蝙蝠是人类中爆发的许多烈性传染病病毒的自然宿主,狂犬病毒、中东呼吸综合征病毒等致命性病毒也在蝙蝠身上有携带。

这些病毒与它们的自然宿主长期和谐共生,人类的贸然接触,必然带来严重的后果。

人类通常情况下很难接触到野生动物,但捕杀和食用野生动物,导致了疾病的传播和爆发。人们谈之色变的艾滋病,最初也是由于非洲人捕食野生猴子而感染,最终传播到全世界。

下面我们来看看到目前为止对人类影响较大的几种病毒以及常见的病毒传播方式。

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04 冠状病毒

冠状病毒是一大类病毒的统称。此类病毒通常通过呼吸道和(或)消化道分泌物排出体外,经口液、喷嚏、接触传染。感染高峰在秋冬和早春。对我们的呼吸道、肠道有嗜性,所以冠状病毒感染人体后主要引起普通感冒,也有引起腹泻的报道。

这类病毒拥有包膜,并且在包膜上有棘突,形态像太阳光环,如同皇冠的形状,因此得名冠状病毒。

1937年,冠状病毒(Coronaviruses)首先从鸡身上分离出来。

1965年,分离出第一株人的冠状病毒。由于在电子显微镜下可观察到其外膜上有明显的棒状粒子突起,使其形态看上去像中世纪欧洲帝王的皇冠,因此命名为“冠状病毒”。

1975年,病毒命名委员会正式命名了冠状病毒科。根据病毒的血清学特点和核苷酸序列的差异,冠状病毒科分为冠状病毒和环曲病毒两个属。冠状病毒科的代表株为禽传染性支气管炎病毒(Avian infectious bronchitis virus,IBV)。

在2002年冬到2003年春肆虐全球的严重急性呼吸综合征(Severe Acute Respiratory Syndrome,SARS,传染性非典型肺炎)就是冠状病毒科冠状病毒属中的一种。

2003年SARS之后,我国科学家中科院武汉病毒所石正丽团队历经十余年的研究,追寻到SARS病毒真正来源(天然宿主)是蝙蝠,而果子狸只是SARS的一个中间宿主。

冠状病毒基因组为单股正链RNA病毒,与双链DNA相比,RNA结构不稳定,复制过程中很容易出现偏差,因而很容易发生变异,这为研制抗病毒药物和疫苗大大增加了难度。

冠状病毒感染宿主范围非常广,包括许多家畜、宠物、人类,骆驼和蝙蝠也可成为自然宿主。事实上,2003年SARS之前,对冠状病毒的研究多限制在兽医领域。

从下图(冠状病毒系统发生树)可以看出,可感染人类的冠状病毒只占少数,其中,左下角的SARS和MERS造成了两次程度极重、影响甚广的疫病,严重程度远超其他4种只引起一般感冒的病毒。

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红圈标记为已知6种感染人类的冠状病毒

2020年1月23日,石正丽团队在BioRxiv预印版平台发表文章,报道本次新型冠状病毒与SARS具有同一祖先,也就是说同属上图中的绿色区域。并基于过去十几年追踪SARS自然宿主的研究基础,发现本次病毒的序列与一种蝙蝠中的冠状病毒序列一致性高达96%!仍是野味惹的祸!

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石正丽团队1月23日文章配图

这两种相隔17年的病毒,源头相同,感染机制也相同。都是通过S-蛋白与呼吸道ACE2蛋白结合而进入细胞,使人体产生呼吸道症状,炎症反应,发热,同时影响肺部气体交换,导致呼吸困难,甚至危及生命。

但两种病毒不同的是,该过程的5个关键氨基酸中,有4个发生了变化。也就是“毒力”会小一些,病程进展会慢一些。

但是,正因为症状较轻,不易察觉,反而让传播变得更容易,请时刻警惕,做好防护!

05 疫情应对

事实上,除新型冠状病毒外,呼吸道病毒还有许多种类,当前正值流感高发期,若出现呼吸道症状,仍有很大可能是甲流、乙流,亦或是普通感冒。

呼吸道病毒分类表

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在此非常时期,症状较轻、身体素质较好的患者盲目涌入医院,一方面会导致医疗系统负荷过重,更会使交叉感染的风险大大增加。

正气存内,邪不可干。带好口罩勤洗手,是为我们的免疫系统再加上一道防线。中药预防方同样也是以扶助自身正气目的。

专家建议,对于轻型的病人,没有明显的呼吸困难、憋气、喘急及氧合能力正常的情况下,症状温和且没有慢性疾病(如肺病、心脏疾病、肾功能不全、免疫性疾病)的病人,可考虑家中隔离,不要忙着去住院。可选择服中药治疗,注意休息,不需要恐慌。

这既是对自己的一个很好的保护,同时也是对于家人和社会的一个保护。

但对于严重者,有严重慢性病的患者,尤其是氧合指数低于93%,且持续时间较长,一定要去住院。

最后,让我们一起看看病毒侵犯人体的过程。

 
 

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