病毒是個(gè)什么玩意兒

劉繼軍 暮色蒼茫

病毒的數(shù)量與大小

一個(gè)體重70千克的人，全身有30萬億個(gè)細(xì)胞，其中84%是血液紅細(xì)胞。生物學(xué)家卻說病毒比細(xì)胞還多，難道我們身體的大部分是病毒？當(dāng)然不是，因?yàn)閿?shù)量并不代表體量。雖然人體細(xì)胞已經(jīng)小到人眼看不見，但比細(xì)胞小得多的東西，還真有不少，比如細(xì)菌。我們每個(gè)人體內(nèi)至少有38萬億個(gè)細(xì)菌，比人體細(xì)胞還多。但是，這些細(xì)菌的總重量，只占我們體重的1%～3%。這就是說，平均來看人體細(xì)菌比細(xì)胞小幾十倍到上百倍。

病毒，直徑一般不超過100納米。人體最小的細(xì)胞—初始淋巴細(xì)胞直徑也有6000納米；最大的細(xì)胞—卵細(xì)胞為10萬納米。病毒和它們相比，根本不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上。要是論體積，病毒與人體細(xì)胞的差距就更大了。不同病毒之間的“體型”差距也相當(dāng)大：最大的是潘多拉病毒，直徑1000納米；最小的是口蹄疫病毒，直徑只有10納米。這次席卷全球的新型冠狀病毒，直徑是60～140納米。

假設(shè)病毒的平均直徑是100納米，那么你身藏的380萬億個(gè)病毒，捏在一起只有0.38立方厘米，相當(dāng)于兩顆黃豆大小。說到這，愛搓澡的人可能長(zhǎng)舒了一口氣：“這不就是搓回澡的量嗎？洗洗就干凈啦！”其實(shí)不然。這380萬億個(gè)病毒會(huì)廣泛分布在人體內(nèi)外，皮膚表面只是一小部分而已，并且就算剛洗過澡，病毒也不會(huì)從皮膚上徹底消失。但是我們這“病毒之身”其實(shí)并不可怕，人體是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，細(xì)菌、病毒、人體細(xì)胞，它們?cè)诙鄶?shù)情況下，就像一片森林里的花鳥蟲、虎狼鹿，它們?nèi)杖找挂梗鄲巯鄽ⅲS持整體上的生態(tài)平衡，保持整片森林的勃勃生機(jī)。

病毒與細(xì)胞的相愛相殺

人類早就知道，人體離不開微生物，比如腸道菌群可以為我們分解食物、合成氨基酸和維生素、調(diào)節(jié)代謝、對(duì)抗病原體、建立免疫系統(tǒng)……哪一項(xiàng)都是性命攸關(guān)。

那么病毒呢？我們似乎只知道它們的壞處。至于對(duì)人體有啥益處，科學(xué)家目前的研究水平，可以說處于“萬里長(zhǎng)征前編草鞋”的階段。2018年，《細(xì)菌學(xué)》上的一篇論文介紹：美國芝加哥洛約拉大學(xué)的研究者凱瑟琳·浦桐提及其團(tuán)隊(duì)，分析了181位女性患者的尿液病毒組，發(fā)現(xiàn)了人體尿道可能共有某些“功能性噬菌體”。注意，論文提到了“功能性”。這項(xiàng)研究得到了一些專家的認(rèn)同，英國曼徹斯特大學(xué)的微生物學(xué)家杰姆斯表示：它們可以將噬菌體序列與細(xì)菌宿主關(guān)聯(lián)在一起。華盛頓大學(xué)人體微生物和病毒組專家克瑞斯汀·懷利認(rèn)為：“這是發(fā)現(xiàn)了微生物微環(huán)境中病毒群體所造成的潛在影響。”這個(gè)研究到底有啥用呢？懷利說：“了解作用前，我們得搞清楚到底有什么。”也就是說，我們連自己身體里有什么病毒都不清楚，就別提作用了。不過，現(xiàn)在我們至少知道，那個(gè)叫“噬菌體”的病毒，一定在我們體內(nèi)。噬菌體是什么呢？一看名字，就知道這家伙是專門搞細(xì)菌的。怎么搞呢？我們先看看它的樣子。

請(qǐng)看圖1，是不是感覺噬菌體長(zhǎng)得很科幻？對(duì)人類來講，噬菌體就是名副其實(shí)的“納米機(jī)器人”。它搞細(xì)菌的手段是：站到細(xì)菌身上，給細(xì)菌打一針，把自己的DNA（脫氧核糖核酸）注射到細(xì)菌體內(nèi)，好讓細(xì)菌替自己“造娃”（如圖2）。

人類研究納米技術(shù)多年，也尚未造出這么精巧的納米機(jī)器人。所以，噬菌體給我們的感覺是，太高精尖了，充滿未來感。但事實(shí)上恰恰相反，在生物界，病毒很低級(jí)，不僅是噬菌體，而是各種病毒都很低級(jí)。為什么這么說呢？難道就因?yàn)樗鼈児δ軉我弧⒔Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單？是的。結(jié)構(gòu)決定了功能。

把細(xì)胞放大，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，它就是一座城市：10萬種蛋白質(zhì)分子各司其職，進(jìn)口商、邊防海關(guān)、倉儲(chǔ)集散、能源保障、物資運(yùn)輸、加工制造、安保軍警應(yīng)有盡有，生產(chǎn)效率極高。比如，能量ATP生產(chǎn)：每個(gè)細(xì)胞每分鐘大約可以形成1000萬個(gè)ATP。1000萬個(gè)是什么概念呢？2019年全中國的口罩廠平均每天（注意是每天，24小時(shí)，1440分鐘）可以制造口罩2000萬只。這個(gè)生產(chǎn)力與每分鐘能生產(chǎn)1000萬個(gè)ATP的細(xì)胞相比則相形見絀。一個(gè)成年人體內(nèi)每天合成的ATP，相當(dāng)于自身體重，而且材料可以重復(fù)利用，細(xì)胞用掉ATP，拆成ADP和Pi后，很快就會(huì)被重新裝成ATP，每天要被重復(fù)利用1000～1500次。ATP只是細(xì)胞的基礎(chǔ)能源而已，細(xì)胞以它為動(dòng)力，執(zhí)行“DNA.exe”程序，制造幾萬種蛋白質(zhì)以及其他各種產(chǎn)品，維持生命運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，目前人類制造的任何高精尖產(chǎn)品，包括芯片、機(jī)器人、火星探測(cè)器……在細(xì)胞面前，都是簡(jiǎn)陋、低效的。

現(xiàn)在回頭看看噬菌體，是不是挺寒磣？根本就談不上高精尖。一個(gè)單細(xì)胞生物，可以自己生活、繁衍。給一片天地，它可以生出一個(gè)王國。所以，細(xì)胞是生物體基本的結(jié)構(gòu)和功能單位，但是病毒就沒辦法靠自己生活。它們不會(huì)動(dòng)，不會(huì)吃，也不能繁殖，聽上去和打氣筒、自行車差不多，根本不像生命。但是，它們想復(fù)制自己，傳宗接代，并且可以利用其他生物輕松實(shí)現(xiàn)這一偉大目的。所以，我們只能承認(rèn)病毒是一種生物，是一種非細(xì)胞生命形態(tài)。

病毒想繁殖下一代，手段只有一個(gè)：靠細(xì)胞。具體手段，就是想辦法把自己的“DNA. exe”、“RNA.exe”執(zhí)行程序植入細(xì)胞，讓細(xì)胞執(zhí)行自己的指令，指揮各種蛋白質(zhì)機(jī)器，利用細(xì)胞里的資源來復(fù)制自己，最后造成細(xì)胞凋亡，病毒復(fù)制品沖出細(xì)胞壁，播向世界。這個(gè)“雞賊”手法，是不是很眼熟？是的，計(jì)算機(jī)病毒程序（一種通過大量復(fù)制令計(jì)算機(jī)失靈的程序）也是這么操作的。簡(jiǎn)陋的病毒，生活、繁衍都仰仗一個(gè)比自己高級(jí)得多的操作系統(tǒng)（細(xì)胞）。所有病毒都是靠入侵細(xì)胞、復(fù)制和傳播自己而存在的。

但是，如果細(xì)胞只默默承受這一切，那早就被病毒消滅了。細(xì)胞并沒有任病毒宰割，它也有對(duì)付病毒的辦法—變異。細(xì)胞復(fù)制自己，會(huì)出錯(cuò)，這就是變異。通過變異，有些細(xì)胞就變得讓現(xiàn)有病毒沒空子可鉆了。于是，容易感染病毒的細(xì)胞慢慢凋亡了，不容易感染病毒的細(xì)胞則活了下去。細(xì)胞復(fù)制自己會(huì)出錯(cuò)，復(fù)制病毒當(dāng)然也會(huì)出錯(cuò)—也就是說，病毒也會(huì)變異。于是，能騙進(jìn)新細(xì)胞的病毒才可以繼續(xù)傳播。魔高一尺，道高一丈。在這場(chǎng)幾十億年的攻防戰(zhàn)和軍備競(jìng)賽中，雙方不斷升級(jí)改造，結(jié)果是：細(xì)胞的免疫功能越來越多、越來越強(qiáng)大；病毒變異種類越來越復(fù)雜，入侵手段也越來越“雞賊”。

病毒種類知多少

病毒到底有多少種？人類肯定不知道。因?yàn)椋《咀儺惖锰欤热纾磕甑牧鞲胁《径疾灰粯印＿@就是為什么病毒感染一般都“無藥可治”。殺滅病毒的主力永遠(yuǎn)是細(xì)胞免疫系統(tǒng)。人類治療病毒感染的手段，主要是支持人體戰(zhàn)勝病毒。

病毒變異這么快，不是因?yàn)樗鼈兾C(jī)感和創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)，而是因?yàn)樗鼈兓鶖?shù)太大、復(fù)制太快。一個(gè)B型流感病毒只要成功侵入人體的一個(gè)細(xì)胞，就能“3D打印”5000個(gè)副本。這個(gè)細(xì)胞被消滅后，5000個(gè)病毒副本又會(huì)感染新的細(xì)胞—這個(gè)速度從這個(gè)病毒剛剛接觸細(xì)胞壁時(shí)算起，大概一天可以感染50萬個(gè)細(xì)胞。損失這50萬個(gè)細(xì)胞，對(duì)你來講不算事兒，這時(shí)候的你連咳嗽都還沒開始呢！但是，此時(shí)你體內(nèi)的病毒副本數(shù)已經(jīng)達(dá)到了25億（50萬×5000=25億）。

就算DNA復(fù)制的錯(cuò)誤率只有億分之一，這批副本也會(huì)有25個(gè)錯(cuò)誤。幸虧這些錯(cuò)誤對(duì)基因來講，絕大多數(shù)是不好的或者無關(guān)緊要的。也就是說，出錯(cuò)的副本要么沒什么變化，要么多數(shù)是殘次品。但是由于基數(shù)太龐大了，總有些錯(cuò)誤誤打誤撞地弄出某個(gè)新的攻克細(xì)胞的功能，從而被遺傳了下來，所謂技術(shù)積累，聚沙成塔。這就是病毒快速變異、迭代，欺騙手法看起來越來越刁鉆、機(jī)智的原因。病毒在變異中不只騙術(shù)升級(jí)，還會(huì)分化成不同的“兵種”。比如，有的病毒只感染植物，有的只感染動(dòng)物。兵種不同，裝備也不同。剛才提到的噬菌體，它的主要結(jié)構(gòu)就是一條DNA，裝在一個(gè)蛋白質(zhì)外殼里；還有一些病毒的蛋白質(zhì)外殼里裝的不是DNA，而是 RNA。

DNA和RNA都是遺傳信息，也就是生命工廠運(yùn)行程序。DNA是脫氧核糖核酸，相當(dāng)于完整的軟件。像噬菌體那樣的DNA病毒，它的目標(biāo)就是要侵入細(xì)胞核，取代細(xì)胞的DNA，來調(diào)動(dòng)整個(gè)“細(xì)胞城”，為己所用。RNA是核糖核酸，是從DNA上轉(zhuǎn)錄的片段，相當(dāng)于軟件中的組件。RNA病毒不用取代細(xì)胞的DNA，它只要進(jìn)入細(xì)胞，就能指揮蛋白質(zhì)機(jī)器，來打造自己的副本。當(dāng)年名噪一時(shí)的冠狀病毒SARS，就是最大的一種RNA病毒。這次來勢(shì)洶洶的新型冠狀病毒和SARS有一定親緣關(guān)系。還有一種RNA病毒，它們有把自己的RNA變成DNA的本領(lǐng)。DNA變成RNA叫轉(zhuǎn)錄，RNA變成DNA自然就叫逆轉(zhuǎn)錄了。這些病毒就被稱為逆轉(zhuǎn)錄病毒，其代表病毒就是大名鼎鼎的艾滋病病毒。這些病毒為什么要逆轉(zhuǎn)錄？因?yàn)樗鼈兛梢园涯孓D(zhuǎn)錄形成的DNA整合到細(xì)胞的染色體里，從而在細(xì)胞里面潛伏下來，以逃避免疫系統(tǒng)的追捕，一旦時(shí)機(jī)成熟，它們就可以復(fù)活，用DNA制造RNA，再制造病毒蛋白質(zhì)。

一般來說，病毒主要分兩種類型，蛋白質(zhì)殼里包著組裝自己的指令：要么是“DNA. exe”，要么是“RNA. exe”，簡(jiǎn)單粗暴。但是，生物界永遠(yuǎn)不會(huì)有那么明確的邊界。有一種更簡(jiǎn)陋的病毒，叫類病毒，它連蛋白質(zhì)外殼都沒有，只是一個(gè)環(huán)狀的RNA鏈，但它能讓植物細(xì)胞拷貝自己。還有一種更奇葩的病毒，叫朊病毒。這種病毒居然沒有DNA，也沒有RNA。也就是說，它沒有任何遺傳信息。它只是一小團(tuán)蛋白質(zhì)，卻可以入侵動(dòng)物細(xì)胞，復(fù)制自己。那朊病毒用什么指揮細(xì)胞機(jī)器，復(fù)制自己呢？答案居然是目前還不知道！

對(duì)人類來講，我們可能只是掀開了微生物世界大幕的一角。即使如此，人類掌握的病毒知識(shí)，還是非常豐富的，一篇短文無法言及萬一。朋友們?nèi)缬信d趣，可以繼續(xù)關(guān)注本系列的后續(xù)文章。