病毒：人類之友

病毒被視為“微生物”家族中的敗類，人人避之如瘟疫。有些病毒的確很可怕，比如，流感病毒每年導致全世界25萬至50萬人死亡；從1981年至今，引起艾滋病的人類免疫缺陷病毒（HIV） 已造成超過4000萬人死亡；還有具有高度傳染性和危險性的埃博拉病毒——2014年開始的北非埃博拉疫情在一年半內造成約1.1萬人死亡。也有些病毒危害較小，比如胃腸炎病毒以及感冒病毒。但不管怎樣，病毒被冠以“毒”之名也不算冤枉。

病毒的形體極其微小——以麻疹病毒為例，它只有肺炎細菌的萬分之一，而肺炎細菌本身直徑也不到1微米——以至于在普通顯微鏡下觀察不到。直到20世紀上半葉，它們才在電子顯微鏡下顯形，并漸漸為人所了解。

病毒的種類繁多，但它們都只能通過感染其他有機體來獲取生命活動所需的物質和能量。在與病毒作斗爭的過程中，人們發現病毒并非全部有害，有些病毒可用于治療癌癥或殺死有害細菌?？茖W家甚至認為全人類都應該感謝病毒，因為沒有它們就沒有如今的我們。

病毒能治療

①腫瘤爆破者

它不會給我們帶來危險。或因為它對人類幾乎或完全無害，或因為它已被處理過，無法在健康細胞內繁殖。

它召喚人體的防衛細胞來殺死逃脫病毒攻擊的癌細胞。

一旦病毒攻擊蔓延至健康細胞，患者可服用一種藥物來停止攻擊，該藥物令病毒產生抑制其增殖的物質。

它摧毀腫瘤細胞要比摧毀正常細胞容易得多。

意大利醫生尼科拉·德帕切（Nicola de Pace）簡直不敢相信自己的眼睛：他的一名女性患者體內的巨大腫瘤曾經無比巨大，那些堆積成群的癌細胞竟然不翼而飛，這怎么可能？1912年，他在發表這一病例時強調了一個細節：該患者不久前被狗咬過，隨后為防萬一，注射了包含活的狂犬病毒的狂犬疫苗。

美國在同一時期也報道了一起難解的病例：一名女性血癌患者在患感冒后不久就痊愈了。

隨著時間的推移，類似病例越來越多：癌癥患者得了水痘或麻疹后痊愈……總之每次都出現了病毒的身影。一直備受攻訐的病毒能夠成為癌癥腫瘤殺手嗎？科學家很快意識到這種可能性，并開始尋找最適合承擔這一任務的病毒。

僵尸攻擊

他們逐步描繪出理想病毒的形象：“不是很壞”，且對形成腫瘤的“異常”細胞感興趣。異常細胞其實全都來自一枚正常細胞——這枚細胞在其DNA出現錯誤后，開始瘋狂地增殖，產生攜帶同樣錯誤的新細胞。某些病毒會被這些異常所吸引，主動襲擊它們。要知道，病毒不會亂攻一氣，它們會選擇那些可憑“工具”破門而入的細胞。而癌細胞表面有很多縫隙，病毒可輕易鉆入，所以病毒的入侵對象是它們而不是健康細胞！另外，就算是對癌細胞“無感”的病毒，科學家也能把它們改造成癌細胞殺手！

病毒在進入癌細胞后即開始工作。它們把癌細胞變成“僵尸”，用它復制出大量病毒。待被感染的癌細胞解體，放出的病毒將繼續感染附近的癌細胞。更厲害的是，癌細胞解體產生的碎片會吸引免疫細胞前來打掃戰場并消除腫瘤的痕跡。

必勝戰略

2010年代初以來，癌細胞爆破者病毒已屢建功勛，一些癌癥患者因它們而痊愈。其中，一種經改造的皰疹病毒已被正式用于皮膚癌的治療，其他一些則仍處于人體試驗階段，比如用于治療腦癌、胰腺癌、肝癌、肺癌等的經過改造的麻疹和感冒病毒。

盡管如此，醫生們還是認為不能單單依靠癌細胞爆破者病毒的力量，最好是能把它們和已有的抗癌藥物結合起來。

②細菌殺手

它具有靶向性，而且精準度很高，不會攻擊對人類健康有益的細菌。

它專門對付特定致病細菌。一種噬菌體一般只對付一種特定的細菌。因此必須挑選出與病菌對應的噬菌體。

它具有適應性。噬菌體在快速增殖的同時，利用其DNA副本出現的錯誤獲取新武器，以攻克對其產生耐藥性的細菌。

病毒的攻擊對象除了動植物細胞外，還有細菌這樣的單個無核細胞。只攻擊細菌的病毒被稱為“噬菌體”。哪里有細菌，哪里就有噬菌體與它們殊死戰斗。噬菌體的征服對象包括葡萄球菌、肺炎球菌、鏈球菌等奪命細菌，這些細菌會見縫插針地潛入人體并迅速增殖，因此不容忽視。自第一次世界大戰前夕發現噬菌體的時候開始，科學家就用它們來抵御病菌，并在部分患者身上取得了成功。但一種噬菌體一般只對一種特定的細菌，或一種細菌的某些甚至某個特定菌株產生效力！要用噬菌體消除感染，科學家先得找到合適的噬菌體，而尋找的過程往往過于漫長，因此，噬菌體療法在1930年代被更神奇的抗生素療法所取代。與挑食的噬菌體相比，來者不拒的抗生素能殺滅各種細菌，更為便利。但抗生素的局限性已開始顯現。越來越多的細菌對抗生素產生了耐藥性，歐洲每年約有2.5萬人死于耐抗生素病菌感染。于是科學家又把目光轉向了噬菌體。在下水道中大量繁衍的噬菌體雖然有點膈應人，但能有效避免細菌耐藥問題。

噬菌體的療效還需檢驗

噬菌體要在藥房上架，先得證明其療效。目前，一個由比利時、法國和瑞士三國的醫生組成的團隊正在測試噬菌體在嚴重燒傷治療中的應用，因為細菌感染是嚴重燒傷的常見并發癥，不僅可能導致創面愈合延遲，還可能導致患者死亡。這一團隊后續還將測試噬菌體對骨炎、肺炎以及膀胱炎的療效。醫生們的工作并不簡單，因為他們必須先找到引起感染的細菌菌株，才能準確地把與之相克的病毒派上場。為了提高成功率，他們通常把幾種噬菌體混合在一起。在測試結果出來之前，噬菌體療法在法國仍然被禁，但在格魯吉亞和俄羅斯，該療法獲得了使用許可。常有面臨截肢的外國骨炎患者抱著最后一絲希望前去求醫，因為看似粗糙的噬菌體療法確能免除部分患者的截肢之苦。

③特快專遞

它只運送無害包裹。其DNA中的危險部分（嵌入錯誤位置會導致目標細胞癌變）已被去除。

它的目的地是待修復細胞的細胞核中心，甚至其DNA。因為它運送的包裹是缺陷基因（致病基因）的修正版本。

它無法自我復制。科學家剝奪了它在細胞內部增殖的能力，也就是病毒破壞性的來源。

為了增殖，某些病毒需要進入人體細胞的細胞核，甚至將自己的DNA嵌入人體細胞的DNA中，并讓人體細胞把外來DNA誤認為是自己的。這些病毒被稱為“逆轉錄病毒”。此類病毒對人類不怎么友好，引起艾滋病的HIV病毒就是它們中的一員。

改變生活的技術

但科學家很快發現可將病毒的這種行為方式用于治療。當然，在把病毒當作“快遞員”運送用來代替缺陷基因（致病基因）的正常基因前，先得剝奪它們的增殖能力，即致病性。這一名為基因治療的技術不久前剛剛改變了一名飽受鐮刀型紅血球疾?。ㄒ蚧蛉毕?，紅血球失去了攜帶氧氣的能力）折磨的男孩的生活。病毒“快遞員”將缺陷基因的修正版本運送至男孩的紅血球細胞內。9個月后，男孩體內正常紅血球達到了半數，他不再需要定期輸血，上課、運動全都不再是問題。

利用病毒“快遞員”，人們還治愈了無法抵御疾病的嬰兒。目前，對一些涉及大腦、肌肉、眼睛的遺傳病的基因治療試驗正在進行中。每次治療都有一大群病毒“快遞員”參與，因為失去增殖能力的“快遞員”數量不得少于待修復細胞的數量，即數百億或數千億！

病毒塑造了人類

科學家在研究人類DNA時發現，人類的基因中有數以千計的組成部分來自病毒。更確切地說，來自逆轉錄病毒——這類病毒為了增殖，直接將基因注入被其感染的細胞內。這些神秘的序列似乎已在人類DNA中“自說自話”了很久。其中一些像“流浪漢”，一會兒在這處，一會兒又移動到另一處；另一些則像“瘋子”，無數次地自我復制，然后到處插足?？茖W家把有以上行為的序列命名為“轉座子”。通過不停地增殖，轉座子幾乎占據了人類遺傳物質的半壁江山！理論上，轉座子并非全部來源于古老的逆轉錄病毒。逆轉錄病毒的貢獻僅占人類DNA的8%至10%。但這一比例已然不小，更何況還存在被低估的可能：有些轉座子來源于更為古老的病毒，以至于無法被科學家們所識別。

如今，大部分轉座子已停止大肆增殖或流浪，但它們在人類遠祖DNA中的折騰曾產生過巨大的影響！從大約6億年前最原始的脊椎動物開始，它們對人類祖先物種的遺傳物質的入侵持續了成千上萬年。這一入侵在科學家看來很不簡單：為了把自己的DNA強塞給受感染動物的后代，病毒必須在不構成傷害的前提下入侵動物的生殖細胞（卵子或精子），嵌入的DNA還不能影響動物后代的發育。這太難了……但以這一入侵在人類DNA中造成的結果來看，病毒嵌入的基因的確并不全對人類遠祖有害，其中有些甚至是幫助人類進化到如今這副模樣的功臣。

有益的突變

病毒竟然是點化人類以及人類祖先的小仙女？簡直不可思議，但科學家對此言之鑿鑿。因為在他們看來，來自病毒的禮物是創新的源泉，而物種演化需要新事物的刺激。一些個體在接受病毒的饋贈后變得更強壯或更漂亮，他們的生存以及繁殖概率就會比其他個體更高，這樣一來，有益突變便一代代傳遞下去，直到惠及整個物種！

那么病毒究竟給人類帶來了什么樣的變化呢？鑒于這一事件過去太久，細節已經模糊。病毒首先為人類呈上的可能是一些它們自己的基因，這些基因可指導某些蛋白質的合成。新合成的蛋白質被人類祖先體內的某些細胞所用，讓人類顯示出新的特性。

創新，就是進化！

這些新特性可不容小覷！胎盤就可能起源于病毒送給哺乳動物的一份小禮物。哺乳動物的胚胎因此可以在母體內發育。我們在對演化史的回顧中就介紹了這一巨大變化，而且讀者還可以看到，病毒早在脊椎動物的時代來臨之前就給人類留下了禮物。

逆轉錄病毒不僅為人類祖先提供了基因，還把它們入駐的DNA鬧得天翻地覆。因為轉座子在連續“換位”的過程中，有時會把人類的一段基因帶到別處，比如另一段基因的正中心，由此而來的“混合”基因會導致異常蛋白質的生成，但也有可能讓人類獲得一些新的能力！

我們知道，冗長的DNA分子（非常長）上不只有基因，還有其他指令序列?；蛑笇У鞍踪|的合成，而這些序列則決定蛋白質的合成何時開始、何時結束，以及合成量的多少等。這對母體內的胚胎尤其重要。因為一旦基因沒有被適時讀取，蛋白質就無法適時適量合成，胚胎發育就會出現異常，比如過短的手臂或尾巴。

擾亂指令序列可促進物種進化。逆轉錄病毒及其到處插足的轉座子可能就干過這事。比如將自己的指令序列置于人類基因前，從而讓一些新的特征得到顯現。人類如今的一些整體特征或許就來源于此。

對付現代病毒的武器

最有意思的是，這些古老的逆轉錄病毒還為人類提供了對付現代病毒的工具！人體細胞在發現病毒DNA時即開始合成干涉蛋白，以向附近細胞示警，并向免疫系統求助。指導干涉蛋白合成的基因是人類自己的，但發布開始合成干涉蛋白的指令的序列是古老的逆轉錄病毒送給人類的。

總而言之，病毒既是巫婆，也是仙女。正是因為它們對人類祖先物種的改造，我們才成為如今的模樣！

（摘自《新發現》2017年第9期）

病毒的增殖方式

病毒結構簡單，主要由一或兩層保護“殼”以及內部的遺傳物質（DNA或RNA短鏈）組成。也就是說，病毒只有自我復制的“說明書”（DNA），卻沒有自我復制所需的能量和工具。它們必須去感染細胞（比如人體細胞）并指揮細胞內的工廠工作，特別是其中的“蛋白質合成工廠”，因為蛋白質是生命的基礎，機體中的每一個細胞的生產和運轉都有蛋白質參與。如此，病毒方能合成形成其衣殼的蛋白質，以及必要的工具來復制其遺傳物質并組裝出副本……完全變成“僵尸”的細胞將在這樣的奴役中工作至死：要么是為了限制病毒的數量而自殺，要么是被過多的病毒給擠爆?！捌评O而出”的病毒將感染附近的細胞。所有病毒的增殖原理基本相同，但根據衣殼類型、所攜“工具”及遺傳物質的性質（皰疹和天花病毒攜帶DNA，HIV和感冒病毒則攜帶RNA），不同病毒增殖的具體方式略有差別。

比如，感冒病毒的攻擊過程就是：①病毒附著在細胞上并強行進入細胞內部。②在細胞內部，病毒的衣殼張開，釋放出遺傳物質（此處為RNA），供細胞中的蛋白質合成工廠讀取。③蛋白質合成工廠為未來的病毒生產殼粒以及包含RNA“復印機”在內的工具。④病毒利用這些工具大量地復制其遺傳物質。⑤殼粒組成衣殼，包圍在病毒遺傳物質副本外，新病毒便形成了。它們會擠爆細胞出逃。

噬菌體攻擊

有害細菌侵入燒傷患者的創面，與有益人體的細菌共處。

①向創面噴灑噬菌體溶液。溶液內的噬菌體具有很強的靶向性，只會附著在有害細菌上。

②噬菌體停留在細菌表面，向細菌內部注入其DNA。

③細菌開始生產噬菌體碎片。

④碎片組裝成新的噬菌體。

⑤越來越多的噬菌體摧毀了細菌的細胞壁，細菌因此而死亡。破壁而出的噬菌體繼續攻擊其他有害細菌。

20億年的進化和饋贈

早在脊椎動物（以及逆轉錄病毒）的時代來臨之前，病毒就已經著手改變生物界的面貌。人類還只是一枚無核細胞時就已經開始接受來自病毒的禮物（不全是以DNA的形式）。

16億～21億年前 細胞核的出現

與細菌及最原始的生命體不同，構成動植物的細胞有核，細胞核對細胞DNA形成保護，使得多細胞生物的形成成為可能。然而，細胞核可能是某個古老病毒的遺物！10億或至20億年前，一個細菌被一個無害的巨型病毒感染，兩者以相同的速度增殖：每個子代細菌內只有一個病毒副本。最終，病毒吞噬了細菌DNA，變成細菌的細胞核。細菌由此變成有核細胞，成為動植物乃至人類最早的祖先！

約9億年前 有性生殖出現

病毒進入細胞需要鑰匙，即一種存在于病毒衣殼中，可幫助病毒穿透細胞膜的蛋白質。有性生殖中，精子進入卵子同樣需要鑰匙，且精子的鑰匙與病毒的鑰匙相似度極高，以至于科學家嚴重懷疑兩者同源！這把鑰匙在35億年前就被病毒贈與所有生物的祖先（不是直接贈與人類），而直到約9億年前才被啟用。當時，來自某祖先物種兩個個體的兩枚細胞因這把鑰匙而相互融合，有性繁殖從此誕生！

4000萬年前 胎盤出現

胎盤令哺乳動物（除卻若干例外）的胚胎得以在其母體內發育。胎盤由胚胎細胞細胞膜融合形成，而融合所使用的工具可能是病毒的遺產，因為有些病毒會融合自己和細胞的外殼以潛入細胞內部。它們還知道如何躲過免疫系統的識別，而這一能力也被哺乳動物順走：胎盤以及與胎盤相連的胚胎因此不會被母體判定為外來異物而遭排斥。

科學家們的好朋友

從20世紀中葉起，增殖迅速、容易“養殖”、可發生可遺傳變異的病毒，尤其是噬菌體成為了遺傳學家的寵兒。十來名最優秀的生物學家甚至成立了一個名為“噬菌體小組”的俱樂部，由馬克斯·德爾布呂克（Max Delbrück）主持，以促進彼此間的交流與合作。1952年，該小組成員阿爾弗萊德·赫爾希（Alfred Hershey）及其助手馬赫塔·蔡斯（Martha Chase）證明DNA確實是基因載體。當時大部分科學家認為細胞內的蛋白質在遺傳中起關鍵作用，但蔡斯和赫爾希發現，噬菌體病毒只用將其DNA注入受感染的細菌就可以在細菌內增殖。這就證明病毒進行自我復制所需的信息（大名鼎鼎的基因）包含在DNA而不是蛋白質內。病毒是這樣，那么所有其他生物體也應如此。赫爾希因此獲得了諾貝爾醫學獎。受赫爾希的啟發，俱樂部其他三名成員弗朗西斯·克里克（Francis Crick）、悉尼·布倫納（Sydney Brenner）、萊斯利·巴赫奈特（Leslie Barnett）于1961年證明，噬菌體病毒使用四種堿基“字母”三個一組、三個一組地寫就遺傳編碼，且有一個起始點。這一發現為下一步破解人體蛋白質的合成之謎奠定了基礎。噬菌體的功勛之路還在延續：1977年，首個全部序列被測定的DNA即來自噬菌體。而你猜怎么著，首個被人工合成的DNA還是來自于噬菌體！