病毒也有“社交生活”

俞瀾

正因?yàn)椴《臼羌w行動(dòng)的，所以它們也有“江湖”，也有社交。新冠大流行期間，全世界人民都在保持社交距離，而新冠病毒卻在此時(shí)加大了社交力度。

在我們的傳統(tǒng)認(rèn)知里，總會(huì)認(rèn)為單個(gè)病毒粒子遇到目標(biāo)細(xì)胞并入侵后，就會(huì)執(zhí)行它致命的基因程序——組建一支病毒克隆大軍，去對(duì)付下一個(gè)“受害者”。為了達(dá)到這個(gè)目的，病毒需要目標(biāo)細(xì)胞的蛋白質(zhì)和基因組生產(chǎn)設(shè)備，大量生產(chǎn)病毒組成部分的拷貝。這些病毒基因組和蛋白質(zhì)被組裝成病毒粒子，一旦病毒粒子達(dá)到臨界質(zhì)量，就會(huì)被噴出宿主細(xì)胞，宿主細(xì)胞在此過程中會(huì)被殺死。然后，病毒會(huì)開始下一個(gè)感染周期。

這種認(rèn)識(shí)是正確的，但是被極大地簡(jiǎn)化了。西班牙巴倫西亞大學(xué)的拉斐爾·圣胡安說：“病毒粒子傳統(tǒng)上被認(rèn)為是病毒感染最小的單位。然而，單個(gè)病毒粒子往往不能引起生產(chǎn)性感染。”

事實(shí)上，病毒粒子通常“成群獵食”，可以與其他病毒一起感染細(xì)胞。研究這種相互作用的微生物學(xué)家認(rèn)為，可以用描述動(dòng)物、植物和細(xì)菌之間相互作用的概念來理解這種相互作用，從而形成新的病毒社會(huì)學(xué)領(lǐng)域。科學(xué)家在解釋這些相互作用的社會(huì)進(jìn)化理論時(shí)，試圖將復(fù)雜的動(dòng)物行為納入進(jìn)化理論。

早期的病毒學(xué)家對(duì)病毒之間的相互作用也并非一無所知。例如，他們發(fā)現(xiàn)病毒在感染宿主的過程中，會(huì)發(fā)生重復(fù)感染排除現(xiàn)象：一旦一個(gè)細(xì)胞被某個(gè)病毒感染，通常會(huì)阻止其他病毒進(jìn)入。大多數(shù)人不會(huì)想到用社會(huì)進(jìn)化理論來解釋這些事情，因?yàn)楸桓腥镜募?xì)胞內(nèi)形成的病毒都是原始入侵者的克隆體，因此幾乎沒有機(jī)會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的關(guān)系。

大約20年前，社會(huì)進(jìn)化理論擴(kuò)展到細(xì)菌領(lǐng)域。最近的發(fā)現(xiàn)表明，病毒也要服從這一規(guī)則。

美國(guó)加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校的進(jìn)化病毒學(xué)家塞繆爾·迪亞斯-穆尼奧斯說：“重復(fù)感染排除是一種根本性的社會(huì)特征。這是因?yàn)椴《颈仨氝M(jìn)化出一種方法來對(duì)抗它周圍的其他病毒。”

除了將其他病毒拒之門外，病毒間的斗爭(zhēng)還有其他的選擇。例如，即使宿主被單一病毒感染，它最終也可能包含大量不同的病毒基因組。病毒的突變率非常高，它們基因密碼中的突變會(huì)以驚人的速度積累起來。因此，一個(gè)單一的宿主可以容納“同一”類型病毒的數(shù)千個(gè)不同變種，為病毒之間的競(jìng)爭(zhēng)和合作進(jìn)化創(chuàng)造充足的機(jī)會(huì)。

另一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是——病毒經(jīng)常聚集在一起“捕獵”。它們形成各種各樣的“集體感染單位”，可以簡(jiǎn)單地由相同病毒聚集而成，也可以由兩種或更多的不相關(guān)病毒組成。病毒在集體感染單位內(nèi)相互作用，也可以同時(shí)感染同一細(xì)胞，再次為復(fù)雜的相互作用創(chuàng)造條件。這些同時(shí)感染現(xiàn)象是非常普遍的。

很多關(guān)于社會(huì)病毒學(xué)的早期研究都是用一類叫作噬菌體的病毒完成的。噬菌體曾被視為典型的“獨(dú)行殺手”，然而1999年，科學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)一種名為phi6的噬菌體之間有互動(dòng)行為。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，噬菌體會(huì)向它們所感染的細(xì)胞外發(fā)送分子信息。當(dāng)病毒數(shù)量增加時(shí)，信號(hào)分子的水平就會(huì)增加。噬菌體會(huì)據(jù)此決定是暴發(fā)還是潛伏一段時(shí)間。這是噬菌體的群體感應(yīng)，也是一種常見的合作策略。

研究焦點(diǎn)很快從噬菌體轉(zhuǎn)移到感染哺乳動(dòng)物（包括人類）的病毒身上。2005年，科學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)病毒也會(huì)合作。英國(guó)牛津大學(xué)社會(huì)病毒學(xué)家阿舍·利克斯說，成群的突變體更善于傳遞它們的基因，所以這是進(jìn)化選擇的結(jié)果。

有證據(jù)表明，包括麻疹病毒、流感病毒和乙型肝炎病毒在內(nèi)的許多病毒，都存在合作行為。2016年，美國(guó)華盛頓大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)病毒遺傳變異體同時(shí)感染同一細(xì)胞時(shí)效率更高，其中一種變異體能高效地進(jìn)入細(xì)胞，另一種能高效地離開細(xì)胞。這兩種變異體在單獨(dú)行動(dòng)時(shí)成功率都比較低，但當(dāng)它們一起合作時(shí)，就會(huì)獲得更好的效果。進(jìn)一步的研究表明，病毒還存在其他合作方式。突變體可能產(chǎn)生略有差異的病毒蛋白，其中一些在特定情況下更容易成功。雖然單個(gè)病毒不太可能獲得所有這些有益的突變，但這無關(guān)緊要——病毒蛋白質(zhì)和基因組會(huì)在細(xì)胞內(nèi)混合，成為“公共物品”。利用這個(gè)資源池，可能會(huì)組裝出一個(gè)完全適應(yīng)的病毒，并將指令帶出宿主細(xì)胞。

更有研究發(fā)現(xiàn)，病毒還擁有進(jìn)行終極社會(huì)屬性——利他主義。以丙型肝炎病毒為例，這種病毒建立了一支突變體“大軍”，其中一些突變體可吸引免疫系統(tǒng)的重點(diǎn)關(guān)注，而另一些突變體則不受注意。它們團(tuán)結(jié)協(xié)作，在行動(dòng)時(shí)就能無往不利。

觀察并掌握病毒的社交規(guī)律后，能否對(duì)疫苗、特效藥的研發(fā)起到促進(jìn)作用呢？讓我們拭目以待！