出品:中国科普博览SELF格致论道讲坛
导语:根据世界卫生组织的统计,每年死于流感病毒感染的人数是25万到50万人,尤其是免疫力较弱的族群──老人和小孩──受到严重的威胁!其他大大小小的传染病如:艾滋病、狂犬病、肺结核、SARS、登革热等等,也随着全球化、人货快速流通而散播地更广泛,可说是人人自危。面对这些如星星之火足以燎原的病毒,我们应如何保护自身的安全呢?科学家可不可能找出新的对策挽回受病毒感染而垂危的生命呢?在SELF讲坛,中科院的徐可将谈谈病毒学研究为人类带来的希望。
---嘉宾介绍---
徐可
中国科学院上海巴斯德研究所副研究员
以下内容由徐可演讲精编而成:
“病毒早于人类几百年、甚至几千年前,就进入了纳米时代”
病毒是最小的微生物,到底有多小?请大家摸一摸自己的头发丝,人类头发丝的直径是一百个微米,也就是0.1个毫米──人类肉眼所能分别的极限──而人体细胞的直径大概是十个微米,那病毒又比细胞小的多得多,直径只有一百个纳米,也就是头发丝直径的千分之一,我们是万万看不到它的。
病毒感染──星星之火可以燎原
15年前──在2002年到2003年期间──我们国家爆发SARS。大家一定还记得SARS爆发的时候,街上没有人,所有的板蓝根、白醋都被抢购一空。街上所有的人都戴着白色的口罩,可是病毒只有一百个纳米,这种白色的口罩当然不可能挡得住这么小的病毒!
这是研究病毒所需要的生物安全级别的实验室,最高的等级是四级。这张头像就是徐可本人──为了研究病毒,要戴上高防护级别的口罩,更要戴上眼镜遮住所有的皮肤──可见病毒学的研究是一项非常危险的工作。
病毒感染的传染病──以登革病毒为例
登革病毒是由蚊子传播的。蚊子生活在热带地区,最初登革病毒只流行在赤道一些很少数的国家(黄色标记的国家)。
到2012年,随着全球暖化及经济一体化,发现登革病毒可以感染两种以上的蚊子,蔓延到热带和亚热带的很多国家。在2014年登革病毒在广东一省感染了4万人。
毒王──流感病毒──历史上杀死最多人的病毒之一
很多65岁以上的老人和小孩,由于免疫力很差,最初只是感染了一个小小的病毒而丧失掉了自己的生命。根据世界卫生组织的统计,每年死于流感病毒感染的人数是25万到50万人。在人类历史上流感病毒有过很多大流行:西班牙流感在第一次世界大战期间一共造成了4000万人死亡,而一战本身因为战争而死的战士,不过一千万!而最近常听说的H7N9就是流行于长三角地区的禽流感病毒,目前死亡达到几百人。
流感病毒的真容──借助电子显微镜
最左边(黑色的圆圈)是人的肺表皮细胞,这个细胞被流感病毒感染了,很大一部分都充斥着病毒。将被感染的部位放大,可以看到一个个小黑球,每一个小黑球就是一个流感病毒。
流感病毒究竟长什么样?
流感病毒就是一个小球,球里是病毒基因;球外面是病毒的蛋白──一种叫H蛋白;一种叫N蛋白。流感病毒就通过H跟N进行分型──所谓H7N9即指7型的H和9型的N──病毒的基因组可以突变,目前发现流感病毒的H共有18种;N共有11种,组合一共可以产生140多种流感病毒亚型。
流感病毒透过“鸟类”散播全球
自然界里流感病毒感染“鸟类”。在鸟类里,流感病毒并不致病,而这些飞鸟携带的流感病毒可以传播给其他的很多动物,包括海洋里的鲸鱼,换句话说,没有人能逃过流感病毒的魔爪。
在人群中,流感病毒通过咳嗽或打喷嚏来传播
咳嗽和打喷嚏可以喷出很多的液滴,而每一个液滴大概含有一千个病毒,如果打一个喷嚏,可以喷出4000万个病毒,而这些液滴以160公里每小时的速度前进,可以前进40米!
流感病毒感染人类的过程:通过第一个人打喷嚏,他喷出的液滴每一个里面含有一千个病毒,这些液滴在空气中漂浮前进40米,进入第二个人的呼吸道来到肺部,感染其肺细胞。
流感病毒表面的H蛋白就是一把钥匙,可以打开细胞表面的锁从而进入细胞内部。在细胞里面病毒脱掉它的蛋白外衣,释放出自己的病毒基因,再穿过核膜进入了细胞核,在细胞核里流感病毒利用细胞的蛋白酶和复制系统,将自己进行复制,可以在很短的时间内从一个基因组扩增成上亿个基因组。
而这些基因组再来到细胞质中,利用细胞的各种蛋白质系统合成新的病毒。而病毒合成的速度相当惊人,可以成百万倍的复制──一个人可能最初只感染了一百个病毒,但在2到3天之内,病毒数目可以达到10亿或上百亿,因此,病毒感染的治疗一定要趁早,及早就医和服药。
流感病毒──任何病毒本身──是没有生命的,只是病毒基因和蛋白的组合,其携带的蛋白非常少,它就好像是一个间谍,来到一个组织的时候,为了不被发现,不能带枪不能带炮,那武器从哪来呢?所以它进到细胞后就窃取细胞所有的蛋白及酶系统,为自己的复制而服务。
科学家在实验室里致力于找到这些被病毒利用的蛋白:在小管子上将病毒固定,然后将细胞裂解抽提出细胞所有的蛋白质,通过小管子,那么可以跟病毒结合的细胞蛋白就被留了下来。
跟病毒特异性结合的细胞蛋白在病毒的复制中特别重要,通过找到这些蛋白可以发现全新的抗病毒的靶点。
如何对抗流感病毒呢?
对抗病毒应该用什么药呢?有没有像抗生素一样消灭细菌的东西,可以杀灭所有的病毒呢?姑且叫它“抗毒素”,这正是徐可在实验室的研究课题之一──寻找一些通用的抗毒素。
“病毒一定要通过细胞的蛋白才能进行复制”按照这个思路,徐可的团队研发了一种抗毒素,叫“抗毒素007”,是个特工,专门找出病毒间谍。
当用抗毒素007去处理流感病毒感染的细胞时,比上市药物达菲效果还要好。
用抗毒素007处理寨卡病毒感染的细胞──该病毒导致胎儿有小头症──随着药物浓度的增加能完全地抑制病毒生长。在未来很有可能得到一种“抗毒素”来对抗多种病毒。
疫苗──另一个有效对抗病毒的方法
疫苗其实就是灭活的病毒或很弱的病毒,因此我们的免疫系统很轻易地在病毒还没有复制之前,就识别到了它,并产生一种叫抗体的分子。
抗体即图中红色标记的Y字形的小分子──像一把小叉子一样,将病毒牢牢地插住,不让它进入被感染的细胞,也不能够复制,这就是疫苗的原理。其它很多疫苗都是按照此原理来研发的,因此若想抵抗病毒的感染,就要在感染之前,接种灭活的病毒或者很弱的病毒,来激发我们的免疫系统产生抗体。
与生俱来的抗病毒的系统──免疫力
除了药物跟疫苗之外,包括人类机体产生抗体的能力,也是一种免疫力。免疫细胞就像清道夫,在人体血液里循环,找到那些外来的侵入者并且把它吞掉。而免疫细胞吞噬外来细菌或病毒是一个极其耗能的过程,因此免疫系统需要我们提供全面的营养、并给予充分的休息时间,所以要吃好、喝好、睡好、心情好,把免疫系统训练到最佳的状态,来抵抗外源病毒的感染。
最后徐可希望大家多多支持科研工作,她认为她的工作目的并不是消灭世界上所有的病毒,而是为了研发一些有效的药物跟疫苗,拯救那些因为病毒感染而意外逝去的生命,而这些生命可能是你、可能是我、可能是我们的孩子,也可能是我们的家人跟朋友。