世界充滿“病毒”

豐豆

說起病毒，總會讓人聯(lián)想到疾病。雖然病毒能夠奪走人類的生命，但它在另一些方面也是對人類有益的，比如病毒可以消退對漁業(yè)生產(chǎn)造成巨大危害的赤潮。據(jù)最新的研究結(jié)果顯示，病毒還在保護(hù)海洋生物多樣性方面起著關(guān)鍵作用。

在地形獨(dú)特的日本高知縣浦內(nèi)灣，零散分布著真鯛和鰤魚的養(yǎng)殖場，為當(dāng)?shù)厝颂峁┝素S富的海產(chǎn)品。但是，那里赤潮頻頻發(fā)生，令漁業(yè)相關(guān)人士非常苦惱。約30年前，高知大學(xué)教授長崎慶三首次發(fā)現(xiàn)了引發(fā)赤潮的病毒——它將浮游生物作為宿主。在之后的研究中長崎教授帶領(lǐng)的研究小組逐漸發(fā)現(xiàn)，赤潮的消退同樣與病毒有關(guān)。

可以使用病毒來防止受害金額達(dá)數(shù)十億日元的赤潮發(fā)生嗎？據(jù)日本水產(chǎn)技術(shù)研究所稱，目前已在新潟縣佐渡島等海域進(jìn)行了實證實驗。出于對海洋生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，實證實驗使用的是當(dāng)?shù)睾５椎挠倌?，這些淤泥中儲存了以前赤潮發(fā)生時的病毒。研究人員將這些淤泥冷凍，把里面的有害細(xì)菌和藻類種子等殺死，只剩下病毒。當(dāng)赤潮發(fā)生時，再將這些冷凍的淤泥重新放入大海，里面的病毒便可以殺死浮游生物，使赤潮更早消退。實驗顯示，冷凍的淤泥放入大海數(shù)日后，海水中引發(fā)赤潮的某種浮游生物只剩下約1%。病毒只殺滅特定的赤潮浮游物，于其他的浮游生物和水產(chǎn)生物無害，而且病毒的繁殖能力非常強(qiáng)，用少量淤泥就可以取得消退赤潮的效果。

如果能借助病毒的力量來消退赤潮，這將是一件劃時代的事。但是長崎教授稱這并沒有那么簡單，因為他發(fā)現(xiàn)赤潮與病毒間有著更加復(fù)雜的機(jī)制：雖然浮游生物感染病毒后幾乎全部被殺滅，但總有極少部分幸存下來并繼續(xù)繁殖，很快又會發(fā)展至能夠引發(fā)赤潮的狀態(tài)。

那么，為何病毒重復(fù)著與被殺滅宿主共存的循環(huán)呢？長崎認(rèn)為，原本海里就有各種各樣的浮游生物，它們各自的目標(biāo)就是大量繁殖，成為一方霸主。而在某種條件下勝出的浮游生物就會引發(fā)赤潮。但是，生態(tài)系統(tǒng)似乎不允許某一特定物種一直占據(jù)絕對優(yōu)勢，而病毒或許就在其中起著一定的作用，并由此造就了海洋生物的“多樣性”。在病毒的作用下，浮游生物被分解后會作為營養(yǎng)成分留在原來海域，維持著該海域物種豐富多樣的狀態(tài)。因此，病毒一方面可以殺滅浮游生物，另一方面又能使海洋變得豐饒。

病毒讓樹袋熊在危機(jī)中進(jìn)化

作為澳大利亞象征的樹袋熊（考拉）正瀕臨滅絕。澳大利亞專家們曾預(yù)測，在未來三代，考拉的數(shù)量將減少24%，理由之一是33萬只考拉中有一些會因感染病毒而死亡。不過，有研究人員稱，病毒或許也促進(jìn)著考拉的進(jìn)化。

土地開發(fā)、森林火災(zāi)和干旱造成的環(huán)境惡化，使病毒感染蔓延。與艾滋病一樣，即使考拉感染了病毒，也不一定會發(fā)病。但是如果生活空間狹小，精神上和肉體上的壓力過大，它們就容易發(fā)病。

2000年，逆轉(zhuǎn)錄病毒（Retroviridae）被確認(rèn)為考拉的死因。這種病毒可引發(fā)白血病和惡性淋巴瘤等癌癥。逆轉(zhuǎn)錄病毒已經(jīng)受到全世界科學(xué)家的關(guān)注，因為病毒感染不僅會在考拉群中擴(kuò)散，還會改變考拉的基因結(jié)構(gòu)并遺傳給下一代。盡管這種現(xiàn)象很少出現(xiàn)，但在病毒流行時卻極有可能會發(fā)生，因此被稱為“病毒潛在化”現(xiàn)象。

生活在澳大利亞東海岸最北側(cè)昆士蘭州的考拉，幾乎都攜帶有病毒。潛在化（內(nèi)源性）病毒有時反而可以促使宿主進(jìn)化。例如，人類等哺乳動物的胎盤，就是300萬年前伴隨著潛在的以逆轉(zhuǎn)錄病毒為主的各種病毒進(jìn)化而來的。內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒與人類的進(jìn)化關(guān)系密切，是哺乳動物生殖所必需的，也是妊娠不可或缺的基因。在將澳大利亞大陸分離出去的岡瓦納大陸，哺乳動物積極攝取包括逆轉(zhuǎn)錄病毒在內(nèi)的各種病毒，從而使胎盤不斷進(jìn)化。

那么，感染病毒究竟是導(dǎo)致考拉滅絕還是進(jìn)化呢？據(jù)2019年公布的研究結(jié)果稱，病毒潛在化可能使考拉抗感染能力增強(qiáng)。日本東海大學(xué)醫(yī)學(xué)部講師中川草認(rèn)為，病毒原本并沒有想讓宿主患病，只是采取了一種最有效的方法來使自身變強(qiáng)大，病毒潛在化現(xiàn)象似可解釋為基因組中病毒與宿主之間的共存共榮關(guān)系。

利用病毒治病

病毒給普通人的印象是，一旦感染就會犯病。但其實即使是身體健康的人，其體內(nèi)也有許多病毒。那么，這些病毒在人體內(nèi)到底干什么呢？東京大學(xué)醫(yī)科學(xué)研究所副教授佐藤佳帶領(lǐng)的研究小組對健康人體內(nèi)的病毒進(jìn)行全面調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，人體內(nèi)至少有39種病毒，其中27種分布在血液、大腦、心臟、肺、肝臟和肌肉內(nèi)。我們都知道，健康的人體內(nèi)隱藏的病毒會潛伏很長時間，比如兒童時期得了水痘后，病毒會在神經(jīng)節(jié)長期潛伏，但不會引發(fā)疾病；而一旦免疫功能下降時，就會出現(xiàn)帶狀皰疹等皮膚病癥。

如果能夠詳細(xì)了解病毒的具體結(jié)構(gòu)，或許可以揭開某些病毒宿主不會發(fā)病，而其他物種卻會發(fā)生嚴(yán)重疾病的謎團(tuán)。為什么新型冠狀病毒在以蝙蝠為宿主時不會引起疾病，而是與之共生，但在人體中卻會引發(fā)疾??？為什么很多感染新冠病毒的人都是輕癥，但有一部分患者病情非常嚴(yán)重？

病毒一方面會導(dǎo)致疾病，另一方面也具有附著并殺死細(xì)胞的特性，因此也對治療疾病起到作用。在抗生素尚未出現(xiàn)的20世紀(jì)初，噬菌體（侵入細(xì)菌細(xì)胞的病毒）療法被廣泛用于治療對人類威脅巨大的傷寒、痢疾和霍亂等感染疾病。但自1928年青霉素被發(fā)現(xiàn)、1940年代抗生素進(jìn)入實用化后，噬菌體療法便逐漸退出臨床治療。最近，西方各國又開始關(guān)注噬菌體療法，原因是出現(xiàn)了導(dǎo)致青霉素等很多類型的抗生素失效的多藥耐藥菌，以及一種讓“最后一根救命稻草”的抗菌藥卡巴頭孢素失效的細(xì)菌，這些可怕的細(xì)菌正威脅著醫(yī)療現(xiàn)場。有研究預(yù)測，到2050年全世界每年因耐藥性而死亡的人數(shù)將達(dá)到1000萬。此外，抗生素在殺滅引發(fā)疾病的細(xì)菌的同時還會殺滅體內(nèi)常在細(xì)菌，而噬菌體只殺滅特定細(xì)菌。

2016年，美國發(fā)生了一件讓全世界都知道噬菌體療法的事情。加利弗尼亞大學(xué)圣迭戈分校的醫(yī)院接收了一位在埃及旅游時感染多藥耐藥菌而出現(xiàn)多臟器功能衰竭綜合征的男性。由于沒找到有效的治療方法，救丈夫心切的妻子通過網(wǎng)上搜索發(fā)現(xiàn)了噬菌體療法，并與主治醫(yī)師協(xié)商嘗試用這種方法救治。主治醫(yī)師隨后聯(lián)系了研究噬菌體療法的科研團(tuán)隊，得克薩斯大學(xué)的研究小組找到了多個可以殺滅男性患者體內(nèi)致病菌的噬菌體。為了采取噬菌體療法救治這名男子，主治醫(yī)師向美國藥品食品局提出緊急使用未獲得許可藥物的申請，經(jīng)過一番波折，終于用噬菌體療法挽救了患者的生命。

2020年，日本的植松教授帶領(lǐng)的研究小組發(fā)表了與噬菌體療法相關(guān)的動物實驗成果，得出的結(jié)論是噬菌體本身并不能治病，起作用的是其所攜帶的酶。當(dāng)給染病的老鼠喂食帶有噬菌體的食物，在噬菌體攜帶的酶的作用下，九成的老鼠可以活過一周。植松教授認(rèn)為，噬菌體應(yīng)用范圍很廣泛。比如，在食品中加入噬菌體，可以延長食品保質(zhì)期；在化妝液中加入噬菌體，可以預(yù)防痤瘡等。在未來噬菌體還有可能用于抑制農(nóng)田土壤細(xì)菌的滋生，提高農(nóng)作物的抗病能力和產(chǎn)量。

用病毒治療癌癥的研究也在推進(jìn)。病毒侵入細(xì)胞后會迅速增殖并感染、破壞細(xì)胞；而為了抵抗病毒，宿主與生俱來的免疫系統(tǒng)也會殺滅被感染的細(xì)胞。利用病毒和免疫系統(tǒng)兩種機(jī)制來對付癌細(xì)胞的方法就是病毒療法，它試圖通過生物技術(shù)手段讓病毒只感染癌細(xì)胞，有望用來治療手術(shù)、抗癌劑和放化療等常規(guī)手段無法奏效的頑固型癌癥。

日本東京大學(xué)醫(yī)科學(xué)研究所教授藤堂具紀(jì)等人正在開發(fā)用于治療惡性腫瘤的病毒，治療實驗主要針對惡性腫瘤中難以治愈的膠質(zhì)細(xì)胞瘤。據(jù)稱，通過對多個臨床實驗結(jié)果的計算，病毒治療的好轉(zhuǎn)率比常規(guī)治療高出15%。藤堂說，通過生物技術(shù)手段改變后的病毒保留了原來的性質(zhì)，也就是說即便患者對病毒產(chǎn)生抗體，病毒照樣能夠破壞其體內(nèi)癌細(xì)胞，治療效果不會減弱。同時，藤堂等人還將臨床研究范圍擴(kuò)大至前列腺癌和惡性間皮瘤等其他癌癥，并調(diào)查了反復(fù)用藥的安全性和持續(xù)效果等。東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所特聘教授甲斐知惠子帶領(lǐng)的研究小組也發(fā)現(xiàn)，麻疹病毒會附著在乳腺癌細(xì)胞表面并使之受到感染。據(jù)此，研究人員通過基因操作，制作出只感染癌細(xì)胞的病毒，并在移植了人類癌癥病毒的實驗鼠身上確認(rèn)了轉(zhuǎn)基因病毒具有抑制癌細(xì)胞增殖的作用；另外動物實驗還證明經(jīng)過基因操作后的病毒對胰腺癌也具有相同效果。

病毒或可揭開生命進(jìn)化之謎

病毒是生物還是非生物？生物和非生物的界限在哪里？最近接連發(fā)現(xiàn)了顛覆以往定義的病毒，這或許會成為探索生命進(jìn)化之謎的鑰匙。

1992年，英國布拉德福德醫(yī)院首次發(fā)現(xiàn)了一種病毒，大小為500納米，外圍還有一層厚達(dá)300納米的纖維狀物質(zhì)，是一種超大病毒。最初它被視為細(xì)菌，但由于沒有細(xì)菌所必備的基因，在電子顯微鏡觀察下，又與令昆蟲感染的虹色病毒相似，因此被稱為“巨型病毒”（Mimivirus）。

在Mimivirus被發(fā)現(xiàn)后，人們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了更多的巨型病毒。2013年，一種約為Mimivirus兩倍大、直徑約1毫米的“潘多拉病毒”（Pandoravirus）被發(fā)現(xiàn)；2014年在西伯利亞凍土層，一種直徑達(dá)1.5毫米的“闊口罐病毒” （Pithovirus）被發(fā)現(xiàn)。這些病毒不僅體型大，而且構(gòu)造也更為復(fù)雜。

一直以來，病毒被認(rèn)為是由內(nèi)含遺傳信息的蛋白質(zhì)外殼形成的“物質(zhì)（非生物）”，只要纏上宿主，它就可以利用最少的基因來成功復(fù)制。然而，擁有1000個基因之多（普通病毒的基因通常在100個以下）的巨型病毒的出現(xiàn)引起了廣泛關(guān)注，其謎團(tuán)也在被陸續(xù)揭開。普通病毒沒有合成蛋白質(zhì)的功能，只能依靠宿主，但巨型病毒不僅可以利用宿主，還具有可以自己合成蛋白質(zhì)的酶，Mimivirus甚至具有免疫系統(tǒng)那樣的構(gòu)造?？梢哉f，巨型病毒的發(fā)現(xiàn)，促使全世界的研究者不斷去揭開病毒起源及生命進(jìn)化之謎。