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殊不知在这个过程中,病毒也会自己“通关”

简介: 殊不知在这个过程中,病毒也会自己“通关”,在与受体的相互作用下不断寻找新的传染源,并慢慢变强…

新冠疫情期间,我们了解了很多关于病毒的常识,明白了怎样预防和削弱病毒。

殊不知在这个过程中,病毒也会自己“通关”,在与受体的相互作用下不断寻找新的传染源,并慢慢变强…

出品:"格致论道讲坛"公众号(ID:SELFtalks)以下内容为中国科学院动物研究所郑爱华演讲实录:病毒既不有趣,也不好玩,特别是我们现在正处于新冠疫情当中,病毒带来了太多的生死,所以,这是一个很沉重的话题。

在疫情期间,可能大家都掌握了很多关于病毒学的知识,但是这些知识恐怕是支离破碎的。

我的报告是关于病毒的通关之旅,想通过短短的半个小时,把病毒学的一些知识稍微讲一下。

病毒的概念很简单,第一是有感染性。

第一个组成部分是核酸,有DNA、RNA,都是它的基因组,是它的遗传位置;还有一部分是蛋白;有些病毒外面还有一些囊膜,比如大家非常熟悉的新冠病毒,就是有囊膜的。

但是,作为疫苗载体的腺病毒是没有囊膜的,只有核酸和蛋白两个部分。

所以,病毒是非常简单的核酸、蛋白或者再加上磷脂的一个复合物。

而且,它只能是寄生的,也就是说,它不像细菌可以在环境中,比如在水中或在土壤里复制,它只能在生物体中寄生。

这个病毒基本上是圆形的,外面的点点相当于新冠的“冠”,右边这个螺旋形就是它的核酸,外面一圈是磷脂,再外面突起的就是“冠”,叫S蛋白。

我们人吃个馒头就可以运动,可以到处跑,很多生物也是这样的。

所以,病毒在环境中是没法生存的,在土壤里、水里是没法长期存在的,只能在生物体中寄生。

其次,病毒还有一个很重要的特点,就是变异很快。

病毒的通关之旅病毒只能寄生,它的目标就是找到一个活的、能感染的、能复制的细胞让自己一直存在下去,这就开始了病毒的通关之旅。

下图是一个细胞的示意图,这是一个SARS病毒。

左上角有一个圆形和它的“冠”,这是S蛋白。

SARS病毒的受体是ACE2,它首先要跟ACE2特异地结合,受体识别是非常特异的,如果识别不够牢靠,它是进不去的。

下一步是融合,接着是复制,病毒复制它的基因组和蛋白。

再往下一步是组装,包装新的病毒颗粒,最后再释放出去。

最近经常听到各种各样的治疗新冠病毒的特效药,这些药通常都是一些小分子药物,是特异的抑制。

病毒和受体的相互作用是非常特异的,像钥匙和锁的关系,是完全匹配的。

病毒和受体的结合在很大程度上决定了这个病毒感染哪个器官,感染哪个物种。

新冠病毒不感染鸟,也不感染老鼠,因为它不能用它们的受体。

感染细胞只是万里长征的第一步,下一步是要感染一个个体。

我们是进化的产物,是很完美的,我们的皮肤、消化道里的黏液、呼吸道的黏液都是非常好的物理屏障。

我们体内有天然免疫,还有获得性免疫,这就是为什么大多数人每年的病假都用不完的原因——因为我们是非常完美的,大部分病毒没法感染我们。

首先我们体内实际上还是有一些渠道可以被感染的,基本上有五个渠道。

从上往下数,结膜——新冠病毒也可以通过眼的结膜来感染我们,然后是呼吸道、消化道、皮肤、生殖道。

有些病毒通过吸血的昆虫传播,最典型的是登革热。

其实不用担心,新冠病毒以及其他的冠状病毒是不能通过蚊子传播的。

第一,要有足够的病毒穿越我们这些屏障。

首先,感染位置是易感的;其次,是能够接触到的。

比如说,肝炎病毒倒在我们的脚上恐怕也无所谓,因为它是感染肝脏的,倒在脚上也没用。

另外,病毒必须非常有效地抑制我们身体的免疫系统。

我们的免疫系统太强大了,如果它不能抑制,很快就会被清除掉。

病毒只感染一个个体也是不长久的,因为个体会死亡,所以病毒必须在一个群体里持续地感染才能够维持下去。

这就有点像原子弹里的链式反应,必须不停地感染,只要一停下来,它早晚都会消失。

病毒的脱落也有一些途径,比如新冠肺炎是通过飞沫脱落,一些消化道病毒是通过粪便脱落,还有一些病毒是通过黏液、体液脱落,还有的是通过血液脱落。

脱落出的病毒在体外环境是不能够长期存活的,因为体外温度和湿度都不稳定,而且还有紫外线,这些都是杀菌消毒的。

所以,只有病毒能够适应这个感染途径和脱落途径,而且在体外能存活一段时间,等到感染下一个个体,这个病毒才能在群体里不停地传下去,形成永不停歇的链式反应。

大多数传染病实际上是地方流行病,如果说不能传到一个大的地理范围就难成气候。

此外,战争也是传播传染病的一个途径。

另外,我们国家古代有很详细的记录,中国的天花就是战争中战俘带进来的。

但是现在不一样了,全世界的航线让诺大的地球变成“地球村”了。

它是上世纪40年代在非洲乌干达发现的,六七十年代就到了东南亚,在那里盘踞了几十年。

21世纪初通过太平洋的一些小岛,一步步像跳跳板一样传播,前几年到了巴西,又从巴西传向了全世界,成为全球的病毒。

因为它是蚊子传播的,所以它的传播有一个蚊子的适应过程,受到一些生物因素的影响。

过了地理关,还有一个非常重要的关叫季节关。

因为在不同的季节,温度、湿度、生物的周期、人类的行为都是不一样的。

春夏之交的时候,该担心肠道传染病;再暖和一点,可能会有登革热感染;到秋冬季节,新冠又来了。

在此之前,法罗群岛是没有麻疹的,有一个工人坐着船把病毒带进了群岛,当时整个岛八千多人无一幸免,死亡一百多人。

这个故事说明的第一个问题,就是人感染病毒之后会产生免疫记忆,会产生免疫保护。

还一个概念是R0,传染病的传播速度,它指一个感染者在传染期内,在易感人群中引起的新的感染者的期望人数。

比如说,麻疹的传染是非常快的,一个人能传染19-20个人。

另外一个概念是群体免疫力,指的是一个群体里面,多大比例的个体获得免疫力,使得其他没有免疫力的人也受到保护从而不被感染。

比如说麻疹是1-1/20,大概是95%,就是说95%的人获得群体免疫力后,病毒就没法再传播了。

获得群体免疫的途径有两个,一个是实际的病毒感染,另一个是接种疫苗。

相当于我们的小区不管几层楼,基本上每个单元都得放一两口棺材,这个代价是非常大的。

另外,病毒在群体中传播是有一个临界值的。

比如,大家发现麻疹的流行临界值大概是50万,据说在小于50万的人群里,这个病毒是没法传下去的。

这实际上也告诉我们,为什么我们控制病毒的传播需要做隔离,就是为了把大的群体分隔成一小块一小块,让病毒传不起来。

讲病毒的通关,实际上都是讲新出现的病毒,我们叫新发,或者再出现的传染病。

病毒之所以能够从一个物种传到另外一个物种,主要是因为病毒高的突变率和高的进化率让它可以适应新的速度。

病毒在原先的物种和新的物种之间不断接触,可能刚开始感染新的物种效率很低,回去继续进化,然后再回来感染新物种,可能感染程度会更高一些。

这实际上是一个不断试探的过程,这个过程持续的时间是非常长的。

简要总结一下,病毒的通关之旅主要包括下面几步。

首先要感染一个细胞,然后能够感染一个个体,并且能够在群体里面持续传播,最后,打通最难的两关——地理关、季节关之后,才会成为全球流行的病毒。

但是,实际上大多数病毒的跨种传播都是失败的。

可能感染几个细胞之后,就被免疫系统清除掉了;可能感染的只有几个人,没法在人和人之间传播,这几个人去世了,也就消失了;或者像SARS一样感染一段时间,不能跨过季节关也就消失了。

所以,每当我们遇到一个新的病毒,很难判断它到底能够通几关。

如果反应过度,正常的生活就没法进行了。

用通关消解对病毒的恐慌病毒的通关成功就是人类的灾难,人类的灾难就是大家的恐慌。

了解了简单的通关之后,就可以把它套进去看一看到底是怎么回事。

下图这位英国的生物学家叫维克拉玛辛赫,他甩锅甩得最彻底,甩给外星人了,说病毒可能是来自于陨石,来自星星的病毒。

第一,陨石到地球的温度很高,病毒很不稳定,很容易就失活了。

哪怕侥幸有几个活的病毒落到地上,也很难存活,因为陨石通常落在荒郊野外、人烟稀少的地方。

病毒的目标是找到活的细胞,如果病毒落在荒郊野外,它很难找到一个个体或细胞来感染,在环境中不能存活太长,不就消失了吗?

所以,病毒来自陨石的可能性微乎其微。

最近还有一个报道,说美国俄亥俄大学在青藏高原采集了很多冰芯,在冰川的冰芯里面他们发现有很多新的病毒。

这篇文章说他们发现有33属的基因病毒,有28个属是以前从来没有过的。

这个让大家很恐慌,说我们有新的灾难。

第一,冰川里的病毒量很少。

第二,这个冰芯历史很久了,是大概750年到一万多年以前的。

病毒在环境中不能存活太久,所以这个冰芯里面可能只有病毒的核酸片段,没有活的病毒颗粒。

哪怕有活的病毒颗粒,冰川远离人烟,也是找不到活的细胞、活的个体来感染的。

哪怕找到一个个体,我们知道病毒要感染一个细胞首先得跟受体结合,不一定正好碰到的这个活的动物的受体就可以用。

所以,冰川熔化释放的这些病毒也不会有什么大问题。

复制一个已经存在的病毒是很容易的,这对我们病毒学家来讲是一个已经研究几十年的老技术,不难。

新冠病毒发现不久,一个荷兰的研究组就把它复制了;不久前有个美国的实验室也把新冠病毒复制出来了。

复制一个病毒并不难,把病毒造弱一点也不算难,我们的很多疫苗就是把病毒搞得弱一点,成为一个弱毒苗,可以实现。

但是,如果把病毒改造成一个更强的病毒就不容易了,它要重新开始通关。

我们可以给病毒进行很多不同的改造,然后在细胞上筛选一下,看哪个复制得更好。

这不难,技术上是可行的。

但是,一个病毒只在细胞上复制得更强,致病率更强,并不能说明它感染一个个体就好。

个体关的实验要在活人身上来做,拿动物来做都不行,因为猴子、老鼠等动物跟人是不一样的。

这都是以前731才能干的事情,现在没法做。

哪怕病毒真正感染人的能力已经很强了,还有一个群体关要过。

要有很大的人群才能检测,这实际上没法操作。

所以造一个成功的病毒,可能性是微乎其微的。

之前有一个报道,说香港发现有一只狗咽拭子检测到新冠核酸呈弱阳性,这说明新冠病毒在狗那儿可以突破细胞关。

后来又有新的报道,说比利时有只猫被新冠病毒感染了,这只猫也很痛苦。

首先,我们看到,如果宠物感染病毒,说明病毒至少过了细胞关。

首先,他们发现狗是没法被病毒感染的,猪、鸡、鸭也不会被感染。

但是猫不一样,他们发现如果给猫接种上病毒,猫是可以被感染的,而且它可以通过飞沫传染给其他的猫。

没过几天,又一篇新的报道出来了,是关于华中农业大学和中科院武汉病毒所一起合作开展的一项工作。

他们了武汉的猫群,发现有14.7%的猫的血清是新冠阳性的,也就是被病毒感染过。

但是感染的猫里面,血清滴度最高的是病人家的猫。

也就是说,病人跟这只猫可能接触比较多,这只猫被感染的病毒数量也比较高。

所以,它的抗体的滴度也会更高一些。

在流浪猫中,虽然也发现了一些阳性的动物,但是抗体比较低。

总之,更像是人传给了猫,猫是人类灾难的一个受害者。

至于病毒能不能在猫和猫之间传播,猫能不能传给人,还需要更多的流行病学的,但就现在来看,猫应该是个受害者。

通过上面的解析,大家是不是觉得以后如果再看到一些报道,把通关历程给它套进去,就没有那么恐慌了。

实际上,新发传染病出现的概率还是很低的,要好多年才有一次。

给大家推荐一部美国在90年代拍的叫《恐怖地带》的电影,影片就是关于一个新出现的传染病。

在里面我们可以看到,病毒的传播、致病,以及治疗,还可以看到各种不同等级的生物安全实验室的运作方式。


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