针对防疫,某国的“群体免疫”政策引发了热议,本文无意讨论时政。只想从进化角度阐明病毒的终极目标,并简单讨论下“群体免疫”靠不靠谱。
病毒

01病毒的目标是什么?

消灭宿主?别开玩笑了,它巴不得宿主好好活着呢。病毒结构超级简单,只有遗传物质核酸(DNA或RNA)加一个蛋白质衣壳,无法独立进行代谢,借助宿主细胞代谢产生的能量才能生存和增殖(病毒产生子代不叫繁殖,叫增殖)。宿主死光了,病毒也就完蛋了。
病毒目的很简单,就是延续自己的基因,这点和其他生命没有什么区别。病毒和宿主的关系有些类似捕食者和猎物,前者依赖于后者存活。两者的数量变化会呈现出先增先减、后增后减的模式,形成一个循环:病毒出现→宿主减少→病毒减少→宿主增多→病毒增多,实现动态平衡。
毒性强的病毒看起来很威风,结果呢?天花病毒厉害吧,历史上曾杀死过数以亿计的人,但却被人类消灭了,成为史上第一种被人类消灭的病毒,这要归功于爱德华·琴纳医生1798年发明的牛痘接种疫苗大范围普及。
爱德华·琴纳在给人们接种天花疫苗
埃博拉病毒可怕吧,目前唯一一种四级病毒(病毒按生物安全性等级由低到高分一到四级,艾滋病毒才是三级),在非洲出现了两次,每次都尸横遍野。但由于毒性太强反而不适合长期延续。要不是人类并非它的唯一宿主,它可能也和天花一样永远消失了,现在埃博拉病毒仍然潜伏在蝙蝠体内。
病毒与其他生命实体一样,受自然选择压力,在进化中毒性也会减弱。澳大利亚人曾用黏液瘤病毒对付泛滥的穴兔,希望修复被兔子破坏的生态环境。一开始效果显著,几年就将兔子数量从6亿只削减到1亿只。然而随后兔子抗性越来越强,病毒毒性越来越弱,1991年兔子数量恢复到3亿只了。
澳大利亚人又先后换了毒性更强的杯状病毒和K5对付兔子,都未实现彻底消灭兔子的目标。现在人们已经意识到,病毒不想消灭兔子,也做不到。
在澳泛滥的欧洲穴兔

02病毒为什么危害宿主?

既然病毒不想伤害宿主,那为什么会导致宿主生病呢?实际上这是“自私的基因”作祟。每种生物的基因都希望自身永久延续,宿主不想把能量白给病毒用,更不能容忍病毒在细胞内增殖,就动用免疫系统对付病毒了,最常见的就是炎症。而病毒为了确保自己能安全借宿,也会表达一些毒蛋白对付宿主,使免疫机制不能正常运行,直至细胞裂解、凋亡。
宿主死于病毒感染,一部分是病毒表达的毒蛋白直接导致的,也有一部分是宿主过激的炎症造成的。炎症非常厉害,不仅消灭病毒,也消灭被病毒感染的细胞,如果炎症反应以严重损害机体为代价仍没有消灭病毒,那么病毒卷土重来或者发生继发性细菌感染,就能要了宿主的命。
蝙蝠与人体细胞免疫机制的区别
这方面蝙蝠就明智得多了。蝙蝠的炎症是被削弱的,它不指望彻底灭了病毒,只要抑制住病毒过度增殖就可以了。而且蝙蝠细胞内干扰素水平日常就非常高,即使病毒表达的毒蛋白破坏了一部分干扰素,剩下的也足够抑制病毒了。
正因为如此,蝙蝠才能携带如此多的可怕病毒而不生病,有埃博拉病毒、马尔堡病毒和多种冠状病毒等。蝙蝠并非百毒不侵,它只是经过长期演化已经适应了这些病毒而已,它感染外源性病毒也会生病的,比如狂犬病毒。
成群倒挂着休息的狐蝠

03病毒的终极进化

经过几千万年的自然选择,病毒与蝙蝠和平共处,这就是最终进化形态了吗?还不是。有一类病毒叫内源性病毒,它直接整合到宿主的基因组中去了,建立终身感染,随着宿主基因复制而复制,并遗传给子代。这类病毒不会对宿主产生任何危害,宿主也完全接纳它了。
内源性病毒是一类逆转录病毒。有细胞生物的遗传物质都是DNA,DNA转录成RNA,再翻译成蛋白质,参与代谢活动。内源性病毒的遗传物质是RNA,它有两个酶特别厉害,逆转录酶把RNA逆转录成双链DNA,整合酶负责将双链DNA整合到宿主基因组中,形成沉默的原病毒,潜伏在细胞中。
多数内源性病毒已经因基因突变而失活,无法再重新组装成病毒了,事实上它们也不需要再组装了。有的内源性病毒甚至在宿主细胞内承担一定功能,成为了转座子。转座子是一类特殊的基因序列,又叫跳跃基因,可以单独复制或断裂成环,对后续基因表达起重要调控作用。
人类DNA有5~8%来自病毒
有趣的是,人体有个AIM2基因片段就是内源性病毒。AIM2是细胞质DNA感受器,能发现入侵的病毒核酸,启动炎症反应。原来的病毒现在居然承担起了免疫的工作,看来它们已经彻底“投诚”,真把人体细胞当自己的家了。
据估计,人体内有9.8万个内源性病毒片段,占总序列的5-8%,其中很多在人类先祖还不是人的时候就已经住在细胞内了,有的可能已经存在上亿年之久
内源性病毒就是最成功的病毒了,它不用再为如何感染宿主并对付免疫系统发愁了,它已经找到了一个永远的家,世世代代可以住在这里。

04“群体免疫”靠谱吗?

病毒与宿主的接触起初是致命的,然后转变为友好的,最后变成内源性病毒整合到宿主DNA中,总的演化趋势是这样没错,然而这需要很久。穴兔最初接触黏液瘤病毒死了5亿只,用了40多年才获得对该病毒的群体免疫。我们人类的繁殖数量和速度均远不如兔子,需要更久时间,死更多人才能群体免疫一种新病毒。我们承受得住如此惨重的损失吗?显然是不能。
黏液瘤病毒对澳洲穴兔的影响,随时间推移越来越弱
千万要注意,生物进化虽然是有方向的,由自然选择决定,但进化永远不以生物体意志为转移。进化从来不是美妙的,这其中要有大量的不适者被淘汰,请问谁愿意做这个被病毒淘汰的不适者?因此,虽然病毒不想消灭我们,我们一定要消灭病毒。
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动物志

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江左其杲博士后入驻,主笔为科普翻译
中级科普师
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