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病毒、疫苗與人類

2020-08-27 15:27
來源:《時事資料手冊》

楊中楷(大連理工大學科學學與科技管理研究所教授、博士生導師)

 

病毒的起源

病毒是一種個體微小、結構簡單、只含一種核酸(DNA或RNA)、必須在活細胞內寄生並以複製方式增殖的非細胞型生物。關於病毒的來源,有三個假説。第一種假説認為,地球生命演化的過程表現為:無機物→有機物→化學大分子→病毒→原核生物→真核生物,這意味着病毒是生物進化過程中較為原始的生命物質。第二種假説認為,細胞在生存過程中可能會丟失部分基因,或分裂成含有部分基因的碎片,這部分基因喪失了獨立的自我繁殖能力,淪落為寄生狀態,久而久之便退化為病毒。第三種假説認為,病毒是由轉座子進化而來。轉座子是存在於染色體DNA上可自主複製和位移的基本單位,其行為與病毒有諸多相似之處,因此可能與病毒有着密切聯繫。

病毒種類繁多,可能所有病毒存在同一種起源方式,也可能各有不同。目前可以確定的是,歷史上第一個被發現的病毒是煙草花葉病病毒。1892年,蘇聯科學家伊萬諾夫斯基在《關於煙草花葉病》一文中指出,煙草花葉病致病因子是一種體積遠小於細菌的化學物質。後來經過美國科學家杜加爾、斯坦利以及德國科學家古斯塔夫等人的不斷努力,終於搞清楚這是一種具有傳染性的蛋白質和RNA組成的複合體,是一種與細菌不相同的新型物質。

病毒與細菌的區別與聯繫

從人類的視角看,病毒和細菌都很微小,但兩者還是存在着明顯的行為方式上的不同。細菌至少是一個活體細胞,就像組成我們身體的細胞一樣。而病毒簡單到由一段基因鏈(有DNA的也有RNA的)和蛋白質膜組成,介於非生命體與生命體之間。或者説,病毒自身沒有新陳代謝的功能,只有進入細胞中才具有生命力。

病毒(virus)在早期是與細菌(bacteria)互用的。病菌(germs)一詞,反映了早期對兩者混用的習慣。時至今日,我們已經能夠明確區分“病”和“菌”。細菌是許多疾病的病原體,包括肺結核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、沙眼等疾病都是由細菌所引發。而我們所熟知的麻疹、艾滋、流感、天花等,則是由病毒所引發。病毒又可分為RNA病毒和DNA病毒。我們所熟知的麻疹病毒、埃博拉病毒、流感病毒以及今年流行的新冠病毒都是RNA病毒;天花病毒、噬菌體則是DNA病毒。

人類與病毒的抗爭史

細菌感染在歷史上一度成為人類最大的敵人。1347年~1350年間,黑死病的一次爆發使歐洲人口減少了1/4。隨着青黴素等抗生素的出現,細菌感染的問題得到控制。細菌擁有細胞壁,還有自己的核酸複製機器和核糖體,所以抗生素能保證殺傷細菌而對人類副作用很小。

在談到人類抗病毒的歷史時,我們不可避免地要論及天花,它是人類第一個試圖預防的疾病,也是我們消滅的第一個傳染性疾病。約1000年左右,中國最早記錄了天花接種技術。早期種痘技術接種的是未減毒的病毒,多達0.5%~2%的人會因此死亡。

1796年,英國的愛德華·詹納醫生在自己的病人中偶然發現擠牛奶的女工似乎沒有感染天花的病例,他判斷是這些女工感染牛痘痊癒之後便對牛痘終生免疫,不會再患上同樣的疾病。他認為牛痘病毒與天花病毒之間一定有某種關係,所以得過牛痘的女工們才剛好能對天花病毒也終生免疫。愛德華·詹納從此便致力於研發牛痘疫苗接種,他巧妙地運用失活的病毒激發體內免疫系統活躍,以達到預防疾病的效果。若干年後,天花被人類徹底滅絕。

但人類與病毒的抗爭史,遠非像天花案例這麼幸運。1918年春天,西班牙流感發生,由於正值一戰,病毒迅速隨着士兵傳到了世界各國,在約6個月內奪去2500萬到4000萬人的生命,西班牙流感也成為第一次世界大戰提早結束的原因之一。自大流感之後,新的病毒便一個接一個地出現在人類的視野中,例如尼帕病毒、裂谷熱病毒、馬爾堡病毒、拉沙熱病毒等等。疫苗的研發速度常常趕不上病毒的變異速度,況且很多病毒導致的疾病都超出了現代醫學的治療能力。更可怕的是,病毒對人類宿主的適應能力是匪夷所思的,它能不斷地發生基因突變,甚至能與另一種病毒進行基因重組。更麻煩的是,當古老的流行病因疫苗或者其他手段得到遏制後,艾滋病、埃博拉、SARS、MERS、新冠肺炎等新發傳染性疾病又開始流行,人類與病毒的糾纏史無休無止,共存共生。

為什麼病毒能與人類共存

病毒之所以能與人類長期糾纏,最起碼有兩個原因。第一,病毒需要人體做宿主。由於病毒的特殊體質,它需要寄生在活的宿主細胞之內並依賴於宿主細胞提供病毒複製過程中所需要的原料體系、能量和場所。同時,病毒也在朝着適應宿主的方向快速進化,甚至利用人的行為進行傳播。人感染了流感,就會咳嗽、會打噴嚏,而病毒就會利用人類的飛沫進行繁殖。人感染了霍亂,會腹瀉,而病毒恰好通過糞便和水源進行傳播。那些具有較長潛伏期的病毒,能夠在潛伏期內不知不覺地進行傳播,新冠病毒也是其中的一個。從目前的情況來看,新型冠狀病毒仍在演變中,其可能最終發展為一種低致病性、高傳染性的病毒。

第二,人類發展需要病毒。病毒並非一無是處,它在人類進化發展的過程中已經並將繼續發揮不可或缺的作用。我們知道,胎兒的血型、基因與母親可以是不一樣的,但母親的免疫系統卻不會攻擊胎兒。據考證這是因為哺乳動物的祖先感染過一種病毒,從而使胎盤擁有了欺騙免疫系統的能力。從基因層次來看,在人類的基因組中竟然有高達10萬條片段來自病毒,這些病毒基因片段佔據了人類基因組的8%,而編碼人類細胞所有蛋白質的序列僅佔據了基因組的1.2%~1.5%。沒有這些病毒基因片段,人類細胞也許無法正常工作。病毒在生態系統的平衡中也起着舉足輕重的作用。在海洋裏,每秒鐘大約會發生1023次病毒感染,無論是小蝦還是鯨魚,都難逃病毒的攻擊,它們在死後所釋放出的物質和能量會成為其他生物的養料,有助於為動植物建立適宜的生存環境。

最終是否可以戰勝病毒

由於部分病毒對人類造成的重大傷害,一個不能迴避的問題就是最終是否可以戰勝病毒。這個問題需要區分對待。人類體內不僅有有益菌羣的共生與伴生,也有正常病毒羣的共生。這類病毒因對人體細胞沒有毒力,因此感染率很高,甚至達到普遍感染的水平。此類病毒無需特殊關注,人類的免疫系統會對其酌情處理。

而有一些病毒可能使人類致死或致殘,疫苗的發明和應用使人類擺脱了在病毒面前的被動挨打局面,在防止這類病毒性疾病中起了決定性作用,如牛痘疫苗、麻疹疫苗、脊髓灰質炎疫苗等等。鑑於疫苗本身就是一種病毒,因此戰勝病毒與否就成了偽命題。除疫苗之外,科學家們已經開闢了利用病毒來攻擊癌細胞、殺死細菌的途徑,變“害”為“利”。

從病毒的屬性來看,高致命性和高流行性一般不會成對出現,只要對其屬性認識到位、醫療體系應對得當,對人類的影響是大致可控的。經歷過諸多戰勝自然、人定勝天的教訓之後,能夠研製出疫苗“以毒攻毒”固然理想,但想方設法與無法完全戰勝的病毒“長期共存”,恐怕是未來不得不做的一種並非最優卻能夠接受的選擇。但需要強調的是,長期共存絕對不意味着放任“羣體免疫”。道金斯在《自私的基因》中所描述的“自私”只能作為行為結果而不能作為主觀意識。正確的做法是全世界人類團結起來,站在“人類命運共同體”的高度齊心協力應對新冠肺炎以及未來可能出現的其他大流行疾病,以人類的高超智慧和精密的社會管理在與病毒和細菌的相處中取得主動地位,保障人類繼續安全繁衍生存,推動人類繼續全面而自由發展。

最後需要提醒的是,本來部分病毒已經與動物宿主之間達成了默契,但由於人類的不恰當行為,最終導致了難以遏制的後果,也帶來了巨大的社會成本。從這個角度看,與其將責任推到病毒和動物身上,不如認真反思自己,與自然界和諧共處。畢竟,無論是人類,還是病毒乃至細菌,本質上都是遺傳物質的不同表現形式而已。

[注:本文數據和科學術語大部分來自科學網(www.sciencenet.cn),特此説明並致謝。]

責任編輯:陳華盛

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