诺如病毒蓝色大海的传说

2021-01-12暗号大老爷南枝食熊山馆

科学Fans 2021年8期

暗号大老爷　南枝　食熊山馆

画中蔚蓝的大海是爱琴海，在波光粼粼的海面上，有一个巨大的贝壳漂浮着。在贝壳的左上方，长着翅膀的风神正鼓起腮帮，把这个贝壳徐徐吹向岸边，而在巨大贝壳的中心，就站着我们的主角。

她的右腿微微地弯曲，一头红色长发在海风中轻轻摇曳。她的眼神纯洁，透着一股淡淡的哀伤，仿佛不知道怎么和这个陌生的世界沟通。她好像刚刚来到这个世界，因此没有任何的衣物，但岸上的春之女神早就准备了一件华丽的红色斗篷，准备披到她身上。但春之女神的尝试失败了，因为她光滑的表面根本没办法披上包膜，仅仅有一层吹弹可破的衣壳，这使得她整体看上去像一个正二十面体……

科学知识点

诺如病毒

诺如病毒属于杯状病毒科诺如病毒属，可引起人类急性病毒性冒肠炎，该病毒颗粒直径27nm，无包膜.为二十面体立体对称，其遗传物质为单股正链RNA，长度约为7.5～7.7kb，有三个开放阅读框（ORF），分别编码7个非结构蛋白和2个结构蛋白（VP1、VP2），病毒的衣壳则由180個VP1和几个VP2构成。

该病毒基因组和抗原成分都呈高度多样性，依据病毒RNA聚合酶和衣壳蛋白的核苷酸序列不同，将其分为6个基因群（Gene group Ⅰ-Ⅵ），GI、Ⅱ群是引起人类急性胃肠炎的两个主要基因群，GIV群也可引起人感染，但很少被检出。GⅢ、Ⅴ、Ⅵ，分别感染牛、鼠和狗。对同一基因群进一步分成不同的基因型（ Genotype），如基因群II的病毒株可以分为19个基因型，其中Ⅱ群第4型（ GⅡ 4）为感染人类最主要的型别。诺如病毒对酸、热等理化因素抗性较强，冷冻条件下数年后仍有感染性，经口传播，因此，它可以借食物尤其冷链食物为媒介传播。

诺如病毒结构图

科学知识点

诺如病毒的来源

1968年，美国俄亥俄州诺瓦克镇（Norwalk）一所小学暴发了急性胃肠炎疫情。1972年，Kapikian等科学家在这次急性胃肠炎患者的粪便中发现了一种直径约27nm的病毒颗粒，并根据发现它的地点将它命名为诺瓦克病毒（Norwalk virus，NV）。之后，世界各地都陆续从胃肠炎患者粪便中分离出多种形态与它相似但抗原稍有差异的病毒颗粒，这些病毒都以它们的发现地点命名，例如夏威夷病毒（Hawaii virus，HV）、墨西哥病毒（Mexico virus，MxV）、汤顿病毒（Taunton virus）等等，它们被统称为诺瓦克样病毒（Norwalk-Iike virus，NLVs），诺瓦克病毒就是这组病毒的原型株。在1990年，国际病毒分类委员会（International committee for taxonomy of virus，ICTV）将诺瓦克病毒归类为杯状病毒，在2002年，将诺瓦克病毒命名为诺如病毒（Norovirus）。

1968年，布朗森小学的儿童中多人同时出现急性肠胃炎。

对，你没有看错，画里这位站在贝壳上的维纳斯，正是一枚单股正链RNA病毒。虽然画风有点跑偏，但史诗就是这么记载的：1968年，美国诺瓦克市暴发了急性腹泻疫情。1972年，人们第一次从患者的粪便里分离出这种小颗粒，就是画里的“诺瓦克病毒”。

她就是诺如病毒的原型株。观众朋友们，你们现在所欣赏的这幅图，就相当于诺如病毒的“公式照”：180个VP1蛋白均匀地排布在RNA周围，构成一个正二十面体，虽然表面有杯状凹陷和突出弓装体的起伏，但总体是一个光滑的颗粒。

由于经常通过生食贝类传入人群，她在沿海地区的名声令人闻风丧胆，但和大多数病毒需要成百上千个病毒颗粒才能形成感染不同的是，诺如病毒最少只需十几个病毒颗粒就能感染人类。具有如此强的感染性的原因之一在于，她的RNA本身就具有感染性，能作为mRNA发挥功能，即使是病毒蛋白遭到破坏，只要基因组成功潜入，就有形成感染的希望。眼下，就有一群诺如病毒发出如海妖般的歌声，打算一举入侵一位水手的身体。她们来自牡蛎的消化道。

（一）壳中魅影

“真是无上的美味！”

最高端的食材往往不需要复杂的手段来烹饪，水手很快地活吞下这枚牡蛎，牡蛎壳上的海水也一起下了肚，病毒们开始行动了。

找到肠道上皮细胞堡垒并不难，但那些人类至今还没能完全理解她们攻占这些堡垒的过程。其中一个原因是这些海妖们实在太难以控制。人类喜欢抓住病毒，用体外培养的细胞为饵，让病毒感染它们，主动制造一个个战场，随后深入这些微观世界，对病毒进行观察和成像。X射线和磁共振技术都可以让病毒的形状显现出来，而冷冻电镜更是可以瞬间冻结整个战场，并配合精确的算法得到病毒的三维影像。

借助这些观察手段，人们得以探索这些小东西是怎么进入宿主细胞并复制，又是如何让宿主病变的。而如果能将这些新的病毒分离出来，则可以开始制备抗体、疫苗等武器，等病毒再次进犯时，这些人工制造的兵器就可以天降正义，为人体的免疫战助力。

为了研究各种肠道病毒，人们曾经制造出一种长长的圆筒，内部模仿消化道的样式，用来培养肠道上皮细胞，让它们以三维方向生长和分化。本来，这可以成为消化道病毒的理想培养环境，但诺如病毒成了例外，人类很难像诱骗轮状病毒那样，把她们挪到体外来培养。将诺如病毒样品请进这些体外细胞，超过几代之后，她们就不再扩增。曾经有一度，无计可施的人类只能招募同胞志愿者来，将感染者的粪便过滤后，给他们口服，把自己作为战场。

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诺如病毒的危害

诺如病毒的传染源可以是感染病毒后发病的患者、隐性感染者以及健康的病毒携带者，病毒主要经被污染的水和烹调不当，含有活病毒的食物（海鲜、冷饮、凉菜等）通过粪一口途径传播，也可以经含有病毒颗粒的呕吐物的气溶胶传播，最少只需要十几个病毒颗粒即可让人致病。

病毒进入人体内后侵入小肠黏膜细胞内增殖，引起小肠绒毛轻度萎缩和黏膜上皮细胞破坏。诺如病毒感染后的潜伏期一般为24～48小时，然后突然发病，主要引起水样腹泻、呕吐、腹痛、头痛、恶心和低热等急性胃肠炎症状，症状通常持续1～3天。患者在潜伏期便可排出病毒，发病后2～5天是排毒高峰期，排毒可持续约2～3周。多数感染者呈自限性，可自愈，没有死亡病例发生。诺如病毒传染性极强，人群普遍易感，在人口聚集的场所，如幼儿园、学校、医院、工厂、军队、家庭等场所容易引起流行。

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诺如病毒的特征

诺如病毒作为单链RNA病毒，遗传物质变异极快，每隔2～3年便可出现能引起全球流行的新变异株，以前感染过诺如病毒的患者可诱导产生相应的抗体，但保护作用有限，依然会再次感染。

诺如病毒生存能力很強，对高温、乙醚和酸都稳定，在60℃下处理30分钟依然具有感染性，针对被诺如病毒污染的地方可以使用去污剂和含氯消毒剂联合处理，进行去污和消毒。

（二）忘记她

困难不仅仅是针对科学家的。现在在水手的体内，已经过去两天，水手体内的细胞们健康地陪他度过了两个昼夜周期，但此时不少肠道上皮细胞已经被诺如病毒分裂开来。剧烈的信号引发了病症，免疫细胞大军也开始集结。但当这些免疫女战士被召唤起来的时候，面对这些外来者，她们却成了睁眼瞎。

“是谁在谎报军情？”一位T细胞女战士喝道，“我只看到你们的建筑陷落了，但敌方在哪里？相应的抗原呢？”

如果这些崩塌堡垒里面的宫廷小丑还剩最后一口气，他们一定会叫苦不迭：那么明显的海妖群已经被复制出来了，就看不见吗？

可免疫细胞女战士们完全无知无觉。有许多蛋白颗粒、杂物、细胞从她们眼前掠过，其中也包括不起眼的海妖们，但她们就是视而不见。

“我怎么有印象之前发生过一回这样的事情来着……”第二位女战士说。

“不，你没有印象。”第三名立刻否定了她的幻觉，“一定是你记错了。”

但她没有记错。其实如果整个免疫大军记性足够好，那她们一定会记得上一次迎接诺如病毒大驾光临，搞得体内一团糟的事情。

实际上，那件事就发生在六个月之前。这群海妖悄然入侵肠道，引发了十分强烈的免疫反应，大量免疫军女战士进入战场，对抗着她们的复制，分析着她们的抗原。也不知道她们是怎么蛊惑城池里的那些君主，城池从内部纷纷裂解，还引发了肠道的大洪水，着实给女战士们的战斗带来了极大的麻烦。但那次战斗过后，女战士们就好像喝醉了一样，什么免疫记忆，全忘得一干二净。

敌人太过狡猾。诺如病毒非常容易变异，哪怕水手已经感染过好几次，抗原一次又一次地呈递给免疫大军，但当下一次海妖们改头换面出现的时候，免疫系统仍然识别不出她们身上的抗原，更别提吞噬和生产抗体。

战争的信号越来越响亮，T细胞只能收拾残局。战斗吧！白纸一张的免疫女战士们只能又一次拆解着自家被感染的堡垒。通过新的抗原呈递，海妖们的样子逐渐清晰。

战斗持续了两天。水手躺着的时候在发烧，起来的时候就是冲到厕所里上吐下泻。他流失了大量的水分，来不及补充液体和电解质，当女战士们鸣金收兵，免疫风暴散去时，已经有大量病毒离开水手的身体。

“这次记清楚了？”战士们互相提醒，但她们下一次极有可能还是失忆。

（三）侥幸者

在女战士们的努力下，水手捡回了一条命，其他人类的危险还没有解除。这是一艘封闭的游船，漂泊在海上。海妖们就像无数个可以自我复制的定时炸弹，已经开始酝酿一起大暴发。

在封闭的环境里，任何事情都可能发生。形形色色的人类往来于餐厅、游戏室、泳池，有些人前一天还是富人，第二天就输得只能给人洗盘子，有些人迅速地成了朋友和恋人，又在几天里决定老死不相往来。人们各怀鬼胎，若即若离，但有一种东西可以用自己的方式一一生理的方式，把他们链接起来。

那就是这些海妖。

在茫茫大海上，密闭的环境让饮水和食物充满危险，她们开始离开水手，进入下一个人的体内。每一次新的征程，她们都能迅猛地完成任务，美丽纤弱的维纳斯现在变成了所向披靡的雅典娜。

普通的酒精和免洗洗手液对她们的杀灭效果不够好，由于相似相溶的原理，那些酒精可以溶解病毒体外的脂质包膜，但她们没有包膜，所以不会在大醉中崩解。

由于诺如病毒感染的自限性，大部分人的呕吐、水泻、腹痛和低烧在几天内完全康复。但除了一些清洁的淡水和电解质补充剂，没人对此有所预备，也没有疫苗来帮助这些免疫女战士。海妖们灵活多变，分型过多，再加上难以培养，所以至今也没有一种有效的疫苗来应对她们。即使发明出一种疫苗，也只是对其中的一种分型有效，更不用说在不同细胞造就的培养环境里，生产出的疫苗也会是五花八门。

在靠岸之前医生只能尽量常规地治疗，他凭肉眼也没办法看到那些海妖是GⅠ型，还是GⅡ型。过了一段时间，淡水和电解质告急。有些人脱水严重，奄奄一息。由于船上硝烟四起，不安的氛围充斥着船舱，不清洁的粪便和呕吐物每天都在困扰着船上的每一个人，船长最近是焦头烂额。他也在拉肚子，但船上的大副却一点问题都没有。

“说，是不是你干的？”这天，船长把大副叫到船长室，“不然这玩意怎么不盯上你呢？”

大副很委屈地说：“还有十几个人也没拉肚子呀。”

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诺如病毒的检测

如今，针对诺如病毒感染的检测，主要是通过实时荧光反转录PCR核酸检测（Real-time RT-PCR）以及诺如病毒抗原、抗体检测。对诺如病毒的体外培养，如今成功的方法是体外B细胞培养和三维培养，并可用此方法建立新的检测和评价诺如病毒的方法，以及开发针对性疫苗。但因为诺如病毒变异太快，至今并没有针对诺如病毒的有效疫苗研发成功。

红细胞是《工作细胞》中的主角之一，主要工作是运输氧气、二氧化碳和营养。红细胞的原型为现实中人体血液内的红细胞。

①漕帮

我国清代初期因漕运而兴起的帮会，主要业务是运粮，又称粮船帮。

船长虚弱地挥挥手：“我不管，在靠岸前给我个确切的解释。”

大副找到第一个拉肚子的水手。在经过一系列的威胁和询问之后，水手终于把自己吃牡蛎的事供了出来。在医生口中，大副又知道了自己和船上的十几个人为什么安然无恙。

“您还记得从海军退役之前，曾经负伤输过一回血的事吧？”医生问道，“您差点因为输错了血，死在太平洋的海岛上。”

“有这回事。当时说我是B型血。”

“然后我想起这事，统计了一下船上得病的人都是什么血型，结果发现O型血得病的概率比B型血高太多了。”

（四）天赋异禀

现在让我们重新回到一个人的体内。假使有人失血，那些运载着血红蛋白的红细胞小船没法驶到每个需要氧气的细胞中。直觉的反应应该是从别人那里引流，但事实证明，擅自把一个人的血液换到另一个人身上，红细胞小船往往发生船难。

在分子生物学的年代，人类深入人体，终于看懂那些红细胞为什么不能互相合作一一不同人体内的红细胞成帮成派，占据着河道，俨然是一个个“漕帮①”;船上雕刻着寡糖或是多肽为材料的特殊浮雕，将彼此区分开来。

这些浮雕体系繁多，例如ABO就是最常见的一种。不同人体内的红细胞漕帮，就依据浮雕的不同，分为这样的四大帮派：

只有A抗原浮雕和只有B抗原浮雕的红细胞，分别造就了A型血帮派和B型血帮派。同时拥有这两种浮雕的，则是AB型血帮派。如果两种浮雕都没有，那就是O型血，但O型血红细胞的小船上，存在着A、B抗原的前体——H抗原。

同一个人的血清长河中，不应该含有与漕帮帮派相应的抗体一一凝集素②，否则自身的漕帮就不能运输物资;但可以含有对抗其他帮派的抗体。因此，A型血帮不怕抗B凝集素，B型血帮在合有抗A凝集素的血清里畅行无阻，AB型血的河道里抗A、抗B凝集素都不能出现，而O型血帮的血清中则合有抗A和抗B凝集素。此时，如果将另一个人的血液输送到这条长河里，它一并带来的抗体就会识别这些浮雕，导致本地帮派翻船，出现凝血等症状。

这就是为什么不同血型之间的人不可以输血，同型血输血之前，还需要进行交叉配血试验，保证双方的小船都能在对方的河道里畅游而不发生冲突。

有意思的是，ABH等抗原不仅仅在红细胞的船只上存在，在许多细胞和体液里也存在，比如肠道上皮细胞，这就是组织血型抗原。

眼下，虽然大副洗干净手、尽量吃干净的东西，但仍然有这么几位海妖通过污浊的气溶胶进入他的消化道。

是攀上肠道上皮细胞的堡垒？还是直接去感染B细胞？海妖四处打量着，但前提是有受体可供她来攀缘。这里的一切在她看来都是光秃秃的，不像O型血那样，细胞膜的表面表达了足够的H抗原。

②凝集素

一种对糖蛋白上的糖类具有高度特异性的结合蛋白，能凝集红细胞，促进细胞间的黏着，它在自然界的动、植物体内广泛存在。