赠书 ▏太图网上读书会·第648期《病毒星球》3
2020年10月14日 16:21:37作者简介:
卡尔•齐默(Carl Zimmer),知名科普作家,在耶鲁大学教授科学和环境写作。他写过多本科普作品,包括《演化》《在水的边缘》《万物身刻》等。
内容简介:
本书作者探索了病毒在其他地球生命的演化中发挥的关键作用,讲述了科学家近来如何揭开病毒身上隐藏的惊天秘密……从普通感冒到巨型病毒,这是一本让人着迷、发人深省的病毒科普读物。69%的人携带了一种致癌病毒,当事人却不知道。止咳糖浆除了给感冒患者心理安慰以外,更有一定几率导致心悸甚至死亡。人类在本质上不过是一堆不断混合、闪转腾挪的DNA,8%的片段还是来自病毒。病毒带给我们死亡与伤痛,也带给我们生命与未来。生病时你总想着摆脱病毒,读完这本书你会感谢病毒。
特沃特发表了他的发现,两年后,加拿大裔医生费利克斯•德雷勒独立观察到了相同的现象,而这一次,当事人对新想法可是毫不抗拒。
德雷勒医生相信这个发现意义重大,这些病毒理应有自己的名字,于是给它们起名为“噬菌体”。
但病毒感染细菌的想法听起来实在是太奇怪了,很多科学家都不能接受。1919年诺贝尔奖获得者、法国免疫学家朱尔•博尔代也尝试过寻找噬菌体。他发现的的结果,让他转而公开极力反对德雷勒医生。德雷勒立刻给予反击,博尔代再回应回去,二人之间的激烈论战持续了好多年,直到20世纪40年代才尘埃落定——因为科学家终于亲眼看到了病毒,证明德雷勒是对的。这一切得益于电子显微镜的发明,它能帮助人们观察到极微小的病毒。科学家把能杀死细菌的液体和大肠杆菌混在一起,放在电镜下观察——他们看到了病毒围剿细菌的场景,鲜活地呈现在他们眼前。
科学家对噬菌体的了解日渐深入,他们逐渐意识到,德雷勒医生和博尔代当年所争论的完全不是一码事。噬菌体并不只有一种,而不同种噬菌体和它们对应宿主之间的关系也不尽相同。德雷勒医生观察到的是一种比较凶狠的类型,科学家管它们叫“溶菌性噬菌体”,处于这种状态的噬菌体在增殖的过程中就会杀死宿主。博尔代实验中用到的则是一种比较友善的类型,也叫温和性噬菌体。温和性噬菌体对待细菌的状态是它们感染了宿主,但宿主并不会爆开并释放新的噬菌体,相反,这些噬菌体的基因组会整合到宿主自己的基因组里,然后宿主就像什么也没有发生过,照常生长和分裂,这时,他们仿佛合二为一了。
如今,距离德雷勒医生发现噬菌体已经过去了一个世纪之久,这些病毒或许终于可以成为现代医疗的一部分。1986年,纽约州立大学石溪分校一个名叫利塔•普罗克特的研究生决定看看海水中究竟有多少病毒。普罗克特根据样本中病毒的数量估算,每升海水中竟含有多达1000亿个病毒颗粒。他的计算结果大大超出了之前人们的估计。这个数字实在是太大了,大到根本找不到一个例子来类比。海洋病毒的强大在于它们的传染性。毕竟生命是从海洋中走出来的。基因在物种之间的穿梭,对地球上所有生命的演化都产生了深远的影响。但病毒却能在宿主的基因组中留下自己的印记。而且已经存在了数十亿年。
科学家可以通过比较很久以前从共同祖先分道扬镳的物种的基因组,来确定某个基因的演化历史。在生命之树上所能触及的地方,都有病毒传递基因的痕迹。人类基因组,里面有大量病毒基因的痕迹,数量成千上万。认识到这一点还得感谢鹿角兔。鹿角兔本是一个民间传说,却给医学研究提供了重要线索,众多病毒学家对其追根溯源,竟做出病毒致癌的重要发现。科学家一般认为人类基因组中没有活跃的内源性逆转录病毒。但在法国维勒瑞夫的古斯塔夫•鲁西癌症研究中心,研究人员蒂里•海德曼和同事却找到了让这些静默的病毒重新活化的方法。当时,海德曼正在研究一种内源性逆转录病毒,他注意到,这种病毒在不同人中有不同的版本。而这些个体差异大概是在逆转录病毒整合到人类祖先基因组里之后产生的。随着人类的繁衍,病毒基因的不同部分相继出现了不同的突变。海德曼和他的同事们比较了解病毒相关序列的不同变异类型。这个过程就像在研究莎士比亚剧本的四个版本。
用这种方法,海德曼和他的同事们就能用人体中现存各种各样突变版本的序列,来确定最初的DNA序列,再参照算出的序列合成相应的DNA,并插入到培养的人类细胞中。被感染的一部分细胞真的生产出了很多病毒,还能再去感染其他细胞。换句话说,起初的这段DNA的确是能感染细胞的活病毒。2006年,海德曼将这种病毒命名为“不死鸟”,取其寓意,这种病毒就像是从灰烬中重生的神秘凤凰一样,可以起死回生。
内源性逆转录病毒整合到宿主基因组中之后,仍然可以复制自身的DNA,并重新插入宿主基因组。上百万年来,内源性逆转录病毒一直在反复不断地入侵我们的基因组,日积月累,到今天已经数量惊人。我们每个人的基因组中携带了近10万个内源性逆转录病毒的DNA片段,占到人类DNA总量的8%。反过来看,人类基因组中2万个负责蛋白质编码的基因,也只不过占到1.2%而已。科学家对人类基因组里其他被同步复制且会重新插入的DNA小片段进行了整理,这些DNA片段的数量高达数百万个。他们推测这些片段中很多可能也是从内源性逆转录病毒演变而来。这些入侵者经过数百万年的演化,已经被剥夺了大量的DNA,只剩下自我复制的最关键基因。换句话说,我们的基因组中简直是病毒泛滥。
虽然这类病毒DNA中的大多数都没用,但我们的祖先也的确“征用”了一些对我们自身有好处的病毒。如果没有这些病毒,我们甚至没法出生。在演化史上最近的瞬间,人类脱颖而出,病毒对我们的生存功不可没。原本就并没有什么“它们”和“我们”之分——生物在本质上只是一堆不断混合、不断闪转腾挪的DNA而已。
当然随着时间的推移,在新发现的病毒里,我们不知道哪些会造成危险,甚至有可能这些新病毒都不会对人类社会造成威胁,但这并不意味着我们可以直接无视他们的存在,相反,我们恰恰需要保持警惕,这样才能在他们有机会进入我们这个物种之前就能采取措施,阻止他们的脚步。
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本周我们开始分享卡尔•齐默所著的作品《病毒星球》,带你重新理解病毒与人类的关系。
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