揭開“雙螺旋”的生命之謎

肖楓

美劇《雙螺旋》（ Helix ）講述了一組來自美國(guó)疾控中心的科學(xué)家在北極研究基地里調(diào)查一種神秘的變異病毒，然而病毒爆發(fā)造成多人感染、死亡的慘劇。為了阻止變異病毒傳播到外部世界，帶來“人類滅絕”的災(zāi)難性后果，科學(xué)家們不得不面對(duì)生死的考驗(yàn)。

病毒真的如此可怕嗎？病毒的變異，會(huì)不會(huì)像美劇《行尸走肉》描述的那樣，攻陷全人類的防線，成為壓垮人類文明的最后一根稻草？或者被一些人利用作為生化武器，引起社會(huì)的恐慌呢？

看不見的“殺手”

病毒廣泛存在于自然界，是一種體積非常微小，結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單的生命形式。我們?nèi)庋劭床灰娝荒茉陔娮语@微鏡下才能觀察到。病毒無處不在，如果你把一個(gè)普通玻璃杯中裝滿海水，大約就握著上百億個(gè)病毒。不過小伙伴們并不用擔(dān)心，能對(duì)人類造成危害的病毒只占一小部分。

病毒是一群非常“懶惰”的寄生物。平時(shí)，它們停止一切活動(dòng)，似乎沒有生命，然而一旦感染人或動(dòng)物，就能依賴宿主細(xì)胞的能量和代謝系統(tǒng)，獲取自身生命活動(dòng)所需的物質(zhì)和能量，不斷地復(fù)制擴(kuò)增自己的數(shù)量（這樣看來，病毒就是一個(gè)好吃懶做的“寄生蟲”啊）。在人類歷史上，這群看似“懶惰”的生物卻扮演著可怕的殺手角色。

病毒可以引起多種人類疾病，包括流感、狂犬病、水痘等常見疾病，以及談虎色變的埃博拉、SARS和艾滋病等嚴(yán)重疾病。 艾滋病病毒無疑是最可怕的病毒之一，一旦侵入人體細(xì)胞，便大肆破壞人體的免疫系統(tǒng)，最終導(dǎo)致人因免疫缺陷而死亡。

歷史上，天花病毒也曾留下了驚人的死亡數(shù)字，患者的死亡率一度高達(dá)三分之一。18世紀(jì)70年代，英國(guó)醫(yī)生愛德華·琴納發(fā)現(xiàn)了牛痘疫苗接種，人類終于能夠抵御天花病毒，天花也成為在世界范圍被人類消滅的第一個(gè)傳染病，這是人類對(duì)抗病毒的偉大勝利。

揭開“生命之謎”的雙螺旋

病毒雖然小，卻“五臟俱全”。病毒通常由兩到三個(gè)成份組成：核心、外殼（衣殼）、包膜。病毒核心含有遺傳物質(zhì)（RNA或DNA）。衣殼是由蛋白質(zhì)形成的，用來包裹和保護(hù)其中的遺傳物質(zhì)。衣殼外還有一層雙層膜狀結(jié)構(gòu)，稱之為包膜，包膜表面常常有釘狀突起，稱為刺突。病毒的形態(tài)大小各異，有呈球狀，有呈桿狀，還有呈絲狀的，如臭名昭著的埃博拉病毒等。

病毒侵入宿主以后，利用宿主的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量自我復(fù)制。首先，病毒會(huì)在宿主的細(xì)胞內(nèi)為自己建立一個(gè)“基地”，把制造病毒基因的“模型”（RNA或DNA）注入里面，只要條件適宜，這個(gè)基地就會(huì)按照“模型”大量復(fù)制病毒，繁殖后代（是不是有種星球大戰(zhàn)蟲族的感覺）。

雙螺旋結(jié)構(gòu)揭示了病毒復(fù)制的生命之謎。以DNA病毒復(fù)制為例，呈“麻花狀”纏繞在一起的DNA先逐步解開，形成兩條主鏈分別開始復(fù)制，逐步由一條“麻花”變成兩條新的“麻花”。病毒的DNA（RNA）攜帶著病毒的遺傳信息，再利用宿主的核酸和蛋白質(zhì)等“元件”裝配成完整的病毒顆粒。這個(gè)過程，就是病毒遺傳信息的構(gòu)成和傳遞的途徑。

可怕的病毒變異

美劇《雙螺旋》中的場(chǎng)景在現(xiàn)實(shí)生活中也時(shí)有發(fā)生。2002年冬季，廣東等地出現(xiàn)了多例不明原因的嚴(yán)重急性呼吸道綜合癥，短時(shí)間內(nèi)在香港、加拿大以及世界多個(gè)國(guó)家和地區(qū)傳播，造成多人死亡，引起了全球的恐慌。后來由香港大學(xué)分離出來了這個(gè)神秘的病毒，原來是冠狀病毒的變異，以前從未在人類身上發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家將其命名為“SARS病毒”。

病毒的變異往往令人措手不及，甚至造成嚴(yán)重的后果。由于病毒在一次感染宿主的過程中，要復(fù)制幾百萬次。在這百萬次的復(fù)制過程中，病毒RNA或DNA的基因組并非一成不變的，而是時(shí)時(shí)刻刻都自動(dòng)地發(fā)生突變。其實(shí)，遺傳和變異是病毒本身的生命特征，所有的病毒都會(huì)發(fā)生變異。例如流感病毒每年都在發(fā)生變異，因此每年都要制造出新的疫苗進(jìn)行預(yù)防。一旦病毒變異的速度超過了疫苗研制的速度，或者通過變異導(dǎo)致病毒的殺傷力劇增，可能發(fā)生短時(shí)間內(nèi)疾病爆發(fā)的情況，美劇《雙螺旋》中的恐怖場(chǎng)景也有可能變成現(xiàn)實(shí)。

破解雙螺旋的密碼

1953年，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者沃森和克里克發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)，為人類開啟了分子生物學(xué)時(shí)代的大門，從此使遺傳的研究深入到分子層面。隨著研究的不斷深入，病毒的“生命之謎”也終被打開，人們清楚地了解了病毒遺傳信息的構(gòu)成和傳遞的途徑，為病毒在細(xì)胞生物學(xué)上的研究和利用提供了大量有價(jià)值的信息。

病毒并非一無是處。在充滿形形色色細(xì)菌、病毒威脅的大自然中，人類能夠保持健康，歸功于我們擁有一個(gè)完善的防衛(wèi)系統(tǒng)，它不斷地監(jiān)視和清除來襲的病毒等病原體，這個(gè)防衛(wèi)系統(tǒng)就是免疫系統(tǒng)。而免疫系統(tǒng)的進(jìn)化則是在病毒等各種病原體的刺激下完成的。

病毒的密碼一旦被破解，就可以被人類充分利用了（看來最堅(jiān)固的堡壘還是要從內(nèi)部攻破啊）。與愛德華·琴納通過接種牛痘病毒來避免感染天花的原理一樣，現(xiàn)代免疫學(xué)家通過研制減毒活疫苗或者滅活疫苗，如麻疹減毒活疫苗、口服脊髓灰質(zhì)炎減毒活疫苗等，來刺激機(jī)體產(chǎn)生適度的免疫反應(yīng)和特異性的記憶細(xì)胞，當(dāng)人體再次接觸到這種病毒時(shí)，免疫系統(tǒng)便會(huì)依循其原有的記憶，制造更多的保護(hù)物質(zhì)來阻止傷害，從而使接種疫苗的人能夠?qū)ο鄳?yīng)的病毒免疫，使得人類在與病毒的斗爭(zhēng)中獲得更多勝利的希望。