病毒是個什么玩意兒

劉繼軍 暮色蒼茫

病毒的數(shù)量與大小

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

病毒，直徑一般不超過100納米。人體最小的細胞—初始淋巴細胞直徑也有6000納米；最大的細胞—卵細胞為10萬納米。病毒和它們相比，根本不在一個數(shù)量級上。要是論體積，病毒與人體細胞的差距就更大了。不同病毒之間的“體型”差距也相當大：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380萬億個病毒，捏在一起只有0.38立方厘米，相當于兩顆黃豆大小。說到這，愛搓澡的人可能長舒了一口氣：“這不就是搓回澡的量嗎？洗洗就干凈啦！”其實不然。這380萬億個病毒會廣泛分布在人體內(nèi)外，皮膚表面只是一小部分而已，并且就算剛洗過澡，病毒也不會從皮膚上徹底消失。但是我們這“病毒之身”其實并不可怕，人體是一個生態(tài)系統(tǒng)，細菌、病毒、人體細胞，它們在多數(shù)情況下，就像一片森林里的花鳥蟲、虎狼鹿，它們?nèi)杖找挂?，相愛相殺，維持整體上的生態(tài)平衡，保持整片森林的勃勃生機。

病毒與細胞的相愛相殺

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、對抗病原體、建立免疫系統(tǒng)……哪一項都是性命攸關(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“萬里長征前編草鞋”的階段。2018年，《細菌學(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·浦桐提及其團隊，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”。這項研究得到了一些專家的認同，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?！边@個研究到底有啥用呢？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菌的。怎么搞呢？我們先看看它的樣子。

請看圖1，是不是感覺噬菌體長得很科幻？對人類來講，噬菌體就是名副其實的“納米機器人”。它搞細菌的手段是：站到細菌身上，給細菌打一針，把自己的DNA（脫氧核糖核酸）注射到細菌體內(nèi)，好讓細菌替自己“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。但事實上恰恰相反，在生物界，病毒很低級，不僅是噬菌體，而是各種病毒都很低級。為什么這么說呢？難道就因為它們功能單一、結(jié)構(gòu)簡單？是的。結(jié)構(gòu)決定了功能。

把細胞放大，我們會發(fā)現(xiàn)，它就是一座城市：10萬種蛋白質(zhì)分子各司其職，進口商、邊防海關(guān)、倉儲集散、能源保障、物資運輸、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)：每個細胞每分鐘大約可以形成1000萬個ATP。1000萬個是什么概念呢？2019年全中國的口罩廠平均每天（注意是每天，24小時，1440分鐘）可以制造口罩2000萬只。這個生產(chǎn)力與每分鐘能生產(chǎn)1000萬個ATP的細胞相比則相形見絀。一個成年人體內(nèi)每天合成的ATP，相當于自身體重，而且材料可以重復(fù)利用，細胞用掉ATP，拆成ADP和Pi后，很快就會被重新裝成ATP，每天要被重復(fù)利用1000～1500次。ATP只是細胞的基礎(chǔ)能源而已，細胞以它為動力，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，維持生命運轉(zhuǎn)。所以，目前人類制造的任何高精尖產(chǎn)品，包括芯片、機器人、火星探測器……在細胞面前，都是簡陋、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。一個單細胞生物，可以自己生活、繁衍。給一片天地，它可以生出一個王國。所以，細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。它們不會動，不會吃，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現(xiàn)這一偉大目的。所以，我們只能承認病毒是一種生物，是一種非細胞生命形態(tài)。

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

但是，如果細胞只默默承受這一切，那早就被病毒消滅了。細胞并沒有任病毒宰割，它也有對付病毒的辦法—變異。細胞復(fù)制自己，會出錯，這就是變異。通過變異，有些細胞就變得讓現(xiàn)有病毒沒空子可鉆了。于是，容易感染病毒的細胞慢慢凋亡了，不容易感染病毒的細胞則活了下去。細胞復(fù)制自己會出錯，復(fù)制病毒當然也會出錯—也就是說，病毒也會變異。于是，能騙進新細胞的病毒才可以繼續(xù)傳播。魔高一尺，道高一丈。在這場幾十億年的攻防戰(zhàn)和軍備競賽中，雙方不斷升級改造，結(jié)果是：細胞的免疫功能越來越多、越來越強大；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。因為，病毒變異得太快，比如，每年的流感病毒都不一樣。這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是細胞免疫系統(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，不是因為它們危機感和創(chuàng)新意識強，而是因為它們基數(shù)太大、復(fù)制太快。一個B型流感病毒只要成功侵入人體的一個細胞，就能“3D打印”5000個副本。這個細胞被消滅后，5000個病毒副本又會感染新的細胞—這個速度從這個病毒剛剛接觸細胞壁時算起，大概一天可以感染50萬個細胞。損失這50萬個細胞，對你來講不算事兒，這時候的你連咳嗽都還沒開始呢！但是，此時你體內(nèi)的病毒副本數(shù)已經(jīng)達到了25億（50萬×5000=25億）。

就算DNA復(fù)制的錯誤率只有億分之一，這批副本也會有25個錯誤。幸虧這些錯誤對基因來講，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，總有些錯誤誤打誤撞地弄出某個新的攻克細胞的功能，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、機智的原因。病毒在變異中不只騙術(shù)升級，還會分化成不同的“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，也就是生命工廠運行程序。DNA是脫氧核糖核酸，相當于完整的軟件。像噬菌體那樣的DNA病毒，它的目標就是要侵入細胞核，取代細胞的DNA，來調(diào)動整個“細胞城”，為己所用。RNA是核糖核酸，是從DNA上轉(zhuǎn)錄的片段，相當于軟件中的組件。RNA病毒不用取代細胞的DNA，它只要進入細胞，就能指揮蛋白質(zhì)機器，來打造自己的副本。當年名噪一時的冠狀病毒SARS，就是最大的一種RNA病毒。這次來勢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？因為它們可以把逆轉(zhuǎn)錄形成的DNA整合到細胞的染色體里，從而在細胞里面潛伏下來，以逃避免疫系統(tǒng)的追捕，一旦時機成熟，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”，簡單粗暴。但是，生物界永遠不會有那么明確的邊界。有一種更簡陋的病毒，叫類病毒，它連蛋白質(zhì)外殼都沒有，只是一個環(huán)狀的RNA鏈，但它能讓植物細胞拷貝自己。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。它只是一小團蛋白質(zhì)，卻可以入侵動物細胞，復(fù)制自己。那朊病毒用什么指揮細胞機器，復(fù)制自己呢？答案居然是目前還不知道！

對人類來講，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，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。