病毒的“自我修养”

胖叔

地球上的任何生命体，无论是单细胞还是多细胞，微生物、植物还是动物，都需要面临一个共同的问题，那就是生存和繁衍。

相较于其他生命体，病毒的结构更为简单。为了实现更加高效、快速的传播，病毒在结构上舍弃更多的部分，仅由蛋白质与一个核酸分子构成。故而，它们不能像其他生命体一样，直接或间接从自然环境中获取能量和营养物质，那它们又是如何在长达亿万年的时间里生生不息地繁衍的呢？

在前文谈及病毒的起源时，曾提到一种发现更早的微生物，那就是细菌。细菌有两种生存方式：一种是自养，即以周围的无机碳水化合物（如二氧化碳、碳酸盐）作为碳源，以无机的氮、氨或硝酸盐作为氮源，合成菌体所需的复杂有机物质；另一种则是异养，主要通过寄生或腐生，也就是依赖现成的有机物来生存。而在繁殖方式方面，细菌主要是以二分裂的方式进行无性繁殖，个别细菌如结核分枝杆菌可以通过分枝方式繁殖。

尽管病毒和细菌的个头都非常小，但它们在生存和繁衍方式方面却截然不同。

病毒的生存之道

病毒在亿万年的进化过程中，已经形成了一套独特的能量获取方式，就是通过感染细菌或细胞，利用其成分来实现生存和复制的目的。而且，从严格意义上来说，病毒是一种介于非生命体与生命体之间的特殊生物体，只有进入宿主细胞内，才具有生命力。

病毒要感染宿主，首先要找到适宜的宿主，因为并非所有细菌或细胞都能被感染，病毒需要通过病毒膜蛋白去识别，并与宿主的表面受体蛋白结合。这就好比门锁和钥匙的关系一样，拥有匹配的钥匙的病毒才能打开宿主细胞的这道门，从而进入细胞内，这就是病毒的宿主特异性。比如，噬菌体是一类只侵袭细菌、真菌、藻类、放线菌或螺旋体等微生物的病毒，具有严格的宿主特异性，对人体或其他动物细胞则基本无害。

当病毒的吸附器官和宿主细胞表面受体结合后，通过一系列的化学反应，打开细胞膜上的特殊通道，然后将遗传物质释放入细胞内部，这个结合点和通道通常被称为“靶点”。我们所熟知的新冠病毒和SARS病毒，其靶点都是一种叫作“血管紧张素转化酶-2”的蛋白，这种靶点在内皮细胞的细胞膜上分布较多。

如果我们把细胞或细菌比作一台机器，那么这就是一台结构相当复杂的机器，其内部有着不同的功能分区，既可以进行新陈代谢，又可以完成某些功能结构的制造，从而表现出生命活动。当病毒进入细胞后，它会利用细胞的这些功能，将其改造成一座病毒的加工厂。它会释放出基因链，篡改细胞核中原有的基因，达到发号施令的目的。它会让细胞按照“图纸”，制造出更多的“零部件”，然后不断组装成与自身一模一样的新病毒，这就是病毒繁衍的过程。当病毒数量达到一定量时，细胞工厂基本也被耗竭了，病毒会发令让细胞膜破溃，无数的病毒得以释放出来，寻找新的细胞作为宿主。

病毒的生命进化

如果病毒在自我复制过程中是一成不变的，那么，新型病毒又是如何产生的呢？

病毒在细胞内繁殖，从理论上来说，制造出的病毒和作为模板的病毒应该是一致的，但病毒的基因组在其增殖过程中不是一成不变的，而是时时刻刻都自动地发生突变，新病毒也是出现在这个过程中。其中，大多数的突变是致死性的，只有少数变异种类的病毒能够生存下来。而且，多数病毒的变异是中性的，变异前后其致病力不会大幅增强，也不会大幅削弱，只有在少數情况下会表现为毒性增强。

那么，病毒变异又是如何发生的呢？病毒的遗传密码或基因组主要集中在核酸链上，只要核酸链发生任何的变化都会影响它们后代的特性表现，一个病毒粒子要增殖几百万次，这些都给发生突变制造了机会。其中，首要原因是基因组中核酸碱基顺序发生了化学变化。病毒复制中的自然突变率为10-5～10-8，而各种物理、化学诱变剂可提高突变率，如温度、射线、5-溴尿嘧啶、亚硝酸盐等的作用均可诱发突变。次要原因就是基因重组。当两种有亲缘关系的不同病毒感染同一宿主细胞时，它们的遗传物质发生交换，结果产生不同于亲代的子代。例如，高致病性禽流感病毒和人类流感病毒可以通过这种方式产生新的病毒，也就是高致病性人禽流感病毒。此外，还有基因产物的相互作用。比如，两种病毒混合感染后，其中一个病毒的基因组偶然装入另一病毒的衣壳内，或装入两个病毒成分构成的衣壳内，发生表型混合。

当然，病毒的自然变异是非常缓慢的，但这种变异过程可通过外界因素的强烈刺激而加快。冠状病毒属于容易发生变异的种类，它是一种单链RNA病毒，与双链的DNA不同，单链RNA病毒没有氢键的固定，这就导致RNA类病毒在外界环境的刺激或自身因素下更容易发生变异。例如，新冠病毒是冠状病毒家族中的一员，传播至今已经出现4000余种变异毒株。

H5N1禽流感病毒

病毒的传播途径与方式

病毒主要分为122科，35亚科，735属，多数具有传染性。按照宿主分类，可分为动物病毒、植物病毒、昆虫病毒和真菌病毒，其中与人类疾病相关的是动物病毒。2013年美国微生物学会刊载的一项研究表明，能够感染哺乳动物的病毒至少有32万种，其中近七成有可能会感染人类。此外，每年科学家们还会发现3到4种新型病毒。

病毒在人群间传播需要具有三个基本条件，即传染源、传播途径和易感人群。传染源是指可以使人类患病的病毒的主要来源，包括病毒感染的患者、病毒携带者、与传染源有过直接接触并被污染的水源或食物等。例如，诺如病毒的传染源既可能是感染者，也可能是被感染者污染的食物或水，还可能是感染者的呕吐物或排泄物。

此外，病毒感染可以有一种或多种的途径，不同的传播途径有各自的特点，病毒传播途径的不同也在一定程度上影响了传染性的大小。归纳起来，主要包括呼吸道传播、消化道传播、血液传播、接触传播、母婴垂直传播和皮肤传播等途径。

呼吸道传播的过程是病毒通过空气、飞沫或皮屑途径传播，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、肠道病毒和部分EB病毒以及水痘病毒等在内的病毒可通过这种方式传播。

消化道传播主要是通过摄入被污染的水源或食物进行传播的方式，因此也被称为“粪-口传播”。脊髓灰质炎病毒等肠道病毒、轮状病毒、甲型肝炎病毒、戊型肝炎病毒和部分腺病毒可以通过这种方式传播。

血液传播主要是通过注射、输血或血制品、器官移植等方式传播，是艾滋病病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、人巨细胞病毒等病毒的主要传播方式。

接触传播是通过接触感染者的分泌物、直接接触、性行为等方式传播病毒，其中艾滋病病毒、单纯疱疹病毒Ⅰ型和Ⅱ型、肠道病毒70型、腺病毒、乳头瘤病毒等病毒可通过这种方式传播。

母嬰垂直传播是通过女性子宫内、分娩产道传染给胎儿，或哺乳时由母亲传染给新生儿，包括乙型肝炎病毒、艾滋病病毒、巨细胞病毒、风疹病毒等在内的病毒可通过该途径传播。

皮肤传播是通过昆虫叮咬、狂犬咬伤、鼠类咬伤等途径传播病毒，其中脑炎病毒、出血热病毒、狂犬病病毒、汉坦病毒等可通过该途径传播。

目前来看，病毒感染没有明确的易感人群划分，但相对高发于抵抗力低下者，病毒入侵后可增殖致病，出现相应的症状。其感染后的表现严重程度不等，与感染的部位、病毒类型和人体的抵抗力有关。

那么，动物感染的病毒会传染给人类吗？很多病毒存在人畜共患的情况，但同时也存在动物携带但不发病的情况，使动物成为病毒的天然宿主，这些宿主在进入人类生活环境后会感染人类。科研人员迄今在蝙蝠身上共计发现超过4100种病毒，其中冠状病毒就超过500种，因此蝙蝠也被称为“最大的病毒库”。以狐蝠（一种翼展可达90厘米的蝙蝠）为例，其携带了60种病毒，其中大多数都是新型病毒。此外，老鼠和蚊子也可以携带大量的病毒，其中流行性出血热和斑疹伤寒的发生都与老鼠的活动有关。而蚊子通过叮咬患病的动物后再叮咬人类，传播包括西尼罗病毒、黄热病毒、登革热病毒等在内的近百种可造成人畜共患病的病毒。

尽管目前关于病毒的生存和传播还有很多谜团未被完全破解，但我们做好相应的防护措施，仍可以有效降低病毒感染的概率。在此呼吁，大家在日常生活中还是要多注意防范，尽量避免病毒的感染。