病毒的“自我修養(yǎng)”

胖叔

地球上的任何生命體，無論是單細胞還是多細胞，微生物、植物還是動物，都需要面臨一個共同的問題，那就是生存和繁衍。

相較于其他生命體，病毒的結構更為簡單。為了實現更加高效、快速的傳播，病毒在結構上舍棄更多的部分，僅由蛋白質與一個核酸分子構成。故而，它們不能像其他生命體一樣，直接或間接從自然環(huán)境中獲取能量和營養(yǎng)物質，那它們又是如何在長達億萬年的時間里生生不息地繁衍的呢？

在前文談及病毒的起源時，曾提到一種發(fā)現更早的微生物，那就是細菌。細菌有兩種生存方式：一種是自養(yǎng)，即以周圍的無機碳水化合物（如二氧化碳、碳酸鹽）作為碳源，以無機的氮、氨或硝酸鹽作為氮源，合成菌體所需的復雜有機物質；另一種則是異養(yǎng)，主要通過寄生或腐生，也就是依賴現成的有機物來生存。而在繁殖方式方面，細菌主要是以二分裂的方式進行無性繁殖，個別細菌如結核分枝桿菌可以通過分枝方式繁殖。

盡管病毒和細菌的個頭都非常小，但它們在生存和繁衍方式方面卻截然不同。

病毒的生存之道

病毒在億萬年的進化過程中，已經形成了一套獨特的能量獲取方式，就是通過感染細菌或細胞，利用其成分來實現生存和復制的目的。而且，從嚴格意義上來說，病毒是一種介于非生命體與生命體之間的特殊生物體，只有進入宿主細胞內，才具有生命力。

病毒要感染宿主，首先要找到適宜的宿主，因為并非所有細菌或細胞都能被感染，病毒需要通過病毒膜蛋白去識別，并與宿主的表面受體蛋白結合。這就好比門鎖和鑰匙的關系一樣，擁有匹配的鑰匙的病毒才能打開宿主細胞的這道門，從而進入細胞內，這就是病毒的宿主特異性。比如，噬菌體是一類只侵襲細菌、真菌、藻類、放線菌或螺旋體等微生物的病毒，具有嚴格的宿主特異性，對人體或其他動物細胞則基本無害。

當病毒的吸附器官和宿主細胞表面受體結合后，通過一系列的化學反應，打開細胞膜上的特殊通道，然后將遺傳物質釋放入細胞內部，這個結合點和通道通常被稱為“靶點”。我們所熟知的新冠病毒和SARS病毒，其靶點都是一種叫作“血管緊張素轉化酶-2”的蛋白，這種靶點在內皮細胞的細胞膜上分布較多。

如果我們把細胞或細菌比作一臺機器，那么這就是一臺結構相當復雜的機器，其內部有著不同的功能分區(qū)，既可以進行新陳代謝，又可以完成某些功能結構的制造，從而表現出生命活動。當病毒進入細胞后，它會利用細胞的這些功能，將其改造成一座病毒的加工廠。它會釋放出基因鏈，篡改細胞核中原有的基因，達到發(fā)號施令的目的。它會讓細胞按照“圖紙”，制造出更多的“零部件”，然后不斷組裝成與自身一模一樣的新病毒，這就是病毒繁衍的過程。當病毒數量達到一定量時，細胞工廠基本也被耗竭了，病毒會發(fā)令讓細胞膜破潰，無數的病毒得以釋放出來，尋找新的細胞作為宿主。

病毒的生命進化

如果病毒在自我復制過程中是一成不變的，那么，新型病毒又是如何產生的呢？

病毒在細胞內繁殖，從理論上來說，制造出的病毒和作為模板的病毒應該是一致的，但病毒的基因組在其增殖過程中不是一成不變的，而是時時刻刻都自動地發(fā)生突變，新病毒也是出現在這個過程中。其中，大多數的突變是致死性的，只有少數變異種類的病毒能夠生存下來。而且，多數病毒的變異是中性的，變異前后其致病力不會大幅增強，也不會大幅削弱，只有在少數情況下會表現為毒性增強。

那么，病毒變異又是如何發(fā)生的呢？病毒的遺傳密碼或基因組主要集中在核酸鏈上，只要核酸鏈發(fā)生任何的變化都會影響它們后代的特性表現，一個病毒粒子要增殖幾百萬次，這些都給發(fā)生突變制造了機會。其中，首要原因是基因組中核酸堿基順序發(fā)生了化學變化。病毒復制中的自然突變率為10-5～10-8，而各種物理、化學誘變劑可提高突變率，如溫度、射線、5-溴尿嘧啶、亞硝酸鹽等的作用均可誘發(fā)突變。次要原因就是基因重組。當兩種有親緣關系的不同病毒感染同一宿主細胞時，它們的遺傳物質發(fā)生交換，結果產生不同于親代的子代。例如，高致病性禽流感病毒和人類流感病毒可以通過這種方式產生新的病毒，也就是高致病性人禽流感病毒。此外，還有基因產物的相互作用。比如，兩種病毒混合感染后，其中一個病毒的基因組偶然裝入另一病毒的衣殼內，或裝入兩個病毒成分構成的衣殼內，發(fā)生表型混合。

當然，病毒的自然變異是非常緩慢的，但這種變異過程可通過外界因素的強烈刺激而加快。冠狀病毒屬于容易發(fā)生變異的種類，它是一種單鏈RNA病毒，與雙鏈的DNA不同，單鏈RNA病毒沒有氫鍵的固定，這就導致RNA類病毒在外界環(huán)境的刺激或自身因素下更容易發(fā)生變異。例如，新冠病毒是冠狀病毒家族中的一員，傳播至今已經出現4000余種變異毒株。

H5N1禽流感病毒

病毒的傳播途徑與方式

病毒主要分為122科，35亞科，735屬，多數具有傳染性。按照宿主分類，可分為動物病毒、植物病毒、昆蟲病毒和真菌病毒，其中與人類疾病相關的是動物病毒。2013年美國微生物學會刊載的一項研究表明，能夠感染哺乳動物的病毒至少有32萬種，其中近七成有可能會感染人類。此外，每年科學家們還會發(fā)現3到4種新型病毒。

病毒在人群間傳播需要具有三個基本條件，即傳染源、傳播途徑和易感人群。傳染源是指可以使人類患病的病毒的主要來源，包括病毒感染的患者、病毒攜帶者、與傳染源有過直接接觸并被污染的水源或食物等。例如，諾如病毒的傳染源既可能是感染者，也可能是被感染者污染的食物或水，還可能是感染者的嘔吐物或排泄物。

此外，病毒感染可以有一種或多種的途徑，不同的傳播途徑有各自的特點，病毒傳播途徑的不同也在一定程度上影響了傳染性的大小。歸納起來，主要包括呼吸道傳播、消化道傳播、血液傳播、接觸傳播、母嬰垂直傳播和皮膚傳播等途徑。

呼吸道傳播的過程是病毒通過空氣、飛沫或皮屑途徑傳播，包括流感病毒、新冠病毒、鼻病毒、麻疹病毒、腮腺炎病毒、腺病毒、腸道病毒和部分EB病毒以及水痘病毒等在內的病毒可通過這種方式傳播。

消化道傳播主要是通過攝入被污染的水源或食物進行傳播的方式，因此也被稱為“糞-口傳播”。脊髓灰質炎病毒等腸道病毒、輪狀病毒、甲型肝炎病毒、戊型肝炎病毒和部分腺病毒可以通過這種方式傳播。

血液傳播主要是通過注射、輸血或血制品、器官移植等方式傳播，是艾滋病病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、人巨細胞病毒等病毒的主要傳播方式。

接觸傳播是通過接觸感染者的分泌物、直接接觸、性行為等方式傳播病毒，其中艾滋病病毒、單純皰疹病毒Ⅰ型和Ⅱ型、腸道病毒70型、腺病毒、乳頭瘤病毒等病毒可通過這種方式傳播。

母嬰垂直傳播是通過女性子宮內、分娩產道傳染給胎兒，或哺乳時由母親傳染給新生兒，包括乙型肝炎病毒、艾滋病病毒、巨細胞病毒、風疹病毒等在內的病毒可通過該途徑傳播。

皮膚傳播是通過昆蟲叮咬、狂犬咬傷、鼠類咬傷等途徑傳播病毒，其中腦炎病毒、出血熱病毒、狂犬病病毒、漢坦病毒等可通過該途徑傳播。

目前來看，病毒感染沒有明確的易感人群劃分，但相對高發(fā)于抵抗力低下者，病毒入侵后可增殖致病，出現相應的癥狀。其感染后的表現嚴重程度不等，與感染的部位、病毒類型和人體的抵抗力有關。

那么，動物感染的病毒會傳染給人類嗎？很多病毒存在人畜共患的情況，但同時也存在動物攜帶但不發(fā)病的情況，使動物成為病毒的天然宿主，這些宿主在進入人類生活環(huán)境后會感染人類?？蒲腥藛T迄今在蝙蝠身上共計發(fā)現超過4100種病毒，其中冠狀病毒就超過500種，因此蝙蝠也被稱為“最大的病毒庫”。以狐蝠（一種翼展可達90厘米的蝙蝠）為例，其攜帶了60種病毒，其中大多數都是新型病毒。此外，老鼠和蚊子也可以攜帶大量的病毒，其中流行性出血熱和斑疹傷寒的發(fā)生都與老鼠的活動有關。而蚊子通過叮咬患病的動物后再叮咬人類，傳播包括西尼羅病毒、黃熱病毒、登革熱病毒等在內的近百種可造成人畜共患病的病毒。

盡管目前關于病毒的生存和傳播還有很多謎團未被完全破解，但我們做好相應的防護措施，仍可以有效降低病毒感染的概率。在此呼吁，大家在日常生活中還是要多注意防范，盡量避免病毒的感染。