第554期【齐悦读—线上共读—透视新科技】 “齐悦读”[线上共读] 《病毒的真相》
（通讯员 邓辉）
讲座题目：透视新科技——病毒的真相
主 持 人：王筱磊
做客嘉宾：施 一，中国科学院微生物研究所研究员。
叶 盛，北京航空航天大学教授。
讲座时间：2024年4月22日～4月28日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——病毒的真相
讲座内容：
2020年对每个人来说都是特殊的一年，新冠病毒并没有像2003年的非典一样。随着渐渐炎热的天气消失，而今新冠病毒变异的消息，引发了全球关注。2020年12月14日，英国公布发现一种变异的新冠病毒。12月18日，南非卫生部长表示，一种名为“501.V2”的变异新冠病毒，可能是该国新冠病毒传播加速的原因之一。随后，世界卫生组织和有关国家公布信息，英国出现的变异新冠病毒目前已在澳大利亚、丹麦、日本等国被发现。2021年4月，印度新冠疫情反弹迅猛，引发全球高度关注。世界卫生组织专家认为，变异新冠病毒的出现和传播是印度疫情急剧恶化的原因之一。什么是病毒？它有哪些特征？是什么原因导致了病毒的快速变异？各位好，我是主持人王筱磊，欢迎大家收看我们的节目，今天演播室里边参与讨论的，为大家请到了两位年轻的科学家为您来介绍一下。首先介绍中国科学院微生物（研究）所的研究员施一。好，另外那边是北京航空航天大学的年轻的教授叶盛教授，欢迎叶教授！您能不能给我们简单讲一讲，比如说我们有一场聚会，来了个新朋友，大家好，它是病毒，你怎么用三言两语把它介绍清楚？
其实病毒，我们觉得有一个特性，它首先属于微生物，什么叫微生物？就指的是我们肉眼难以观察的，这么一类生物。都包括什么？比如说像细菌，大家可能都听说过，还有真菌，还有一些原生生物，还有一些显微藻类，这些都属于微生物。您刚提到一个词叫作微生物，这个尺度是怎么（衡量），什么叫作微？大多数病毒它的直径尺寸在10纳米到300纳米之间，这个概念怎么去理解呢？我可以举个形象化的例子，咱们举个就是说引起普通感冒的这种鼻病毒，它的大小直径大概在20纳米。大家可能见过，就是咱们医用的注射针头，它的针眼大概是1毫米大小，大概需要5万个病毒排列在一起，才能够大概跟这么一个针尖的这个大小一样。就是5万个病毒，纳米级的病毒排列在一起，大概我们视力好的人才能看见它。对。所以叶教授，我觉得从这个话题上，我们离得最近的就是比如说感冒发烧到医院验血象，你抽，抽出来之后，医生说你得看一看你是病毒感染还是细菌感染，因为它是两套不同的治疗方案。对。从这个意义上来讲，它俩就不是同一类东西。
其实很多人都有这样的误解，以为病毒跟细菌是同一类东西，其实完全不同。除了病毒以外，地球上的生命都是由细胞构成的，包括细菌，它就是一个单细胞生物，但是病毒不是细菌。病毒不是细菌，细菌其实我们是作为一种比较原始的这么一种单细胞生物，它能够自我进行繁衍。对于病毒来讲，它是没办法做到自我繁衍，它必须依赖于，比如说它感染的细胞的单细胞生物，或者其他一些高等生物，才能够进行往下繁衍。虽然病毒和细菌同样被称为微生物，但它们却完全不同。细菌是一种单细胞生物，由细胞膜和细胞壁包裹着细胞质，里面还有核糖体等细胞器。大多数细菌拥有自己的代谢系统，可以独立生存，并且实现自我繁殖生长。细菌的大小在微米的量级上，比如大肠杆菌只有几微米大小，而最大的细菌有几百微米，甚至可以用肉眼直接看到。与细菌相比，病毒的个头要小得多，一般在几十纳米到几百纳米之间，只有通过电子显微镜才能观察到。病毒的结构也比细菌简单，不具备细胞的复杂形态，只有蛋白质或磷脂分子组成的外壳包裹着它的遗传物质，病毒缺少细胞器这样的生命分子机器，自身无法复制，必须寄生在宿主细胞内才能利用细胞中的代谢系统进行复制繁殖。
人类真正第一次（从科学）意义上，清晰认识了病毒的这个过程，又是怎么样的呢？大概在19世纪末的时候，那个时候西方人已经从美洲的印第安人那儿学会了吸烟这件事，于是他们就开始大面积种植烟草。那么在烟草种植的过程中，就遭遇了一种流行性传染病，叫作烟草花叶病，这个病是什么特点？就是烟草的叶子上长满了很多黄色的斑点，这个会影响叶子的光合作用，会影响植株的生长，所以当时从经济上，从产业上它有个需求，就是希望科学家能够研究这种病，研究出去解决它的办法。于是，很多科学家都去研究这个问题，就发现这个病是个传染病，你把有问题的叶子碾成汁之后，把这个汁浇到健康的烟草上，会使这个健康烟草也患上烟草花叶病。然后进一步研究就发现，有这么一位荷兰的科学家，他叫马丁努斯·拜耶林克，他就把这个汁液，用一个陶片过滤器去过滤了一下，这个陶片有一个什么特点呢？细菌是过不去的。所以他滤完了这个液体里面绝对没有任何细菌，没有任何细胞，可是这个液体仍旧能够让健康的烟草患上烟草花叶病。所以肯定有其他东西。对，所以拜耶林克，他就提出了病毒这个概念，这个时间点是在19世纪的末期，这是病毒这个词第一次出现，也是这个概念第一次被人类认识到。
我觉得病毒的发现过程非常体现了一个科学研究的特点，就是很多时候我们其实是在做一个思维游戏。你想拜耶林克在那个时代，他不可能看到病毒，因为病毒在光学显微镜下是看不到的。我们目前的认知当中，病毒大概比如说它有多少种，它的分类是怎么样的？目前，我们大概知道的病毒种类可能是在4000多种，如果预估的话，可能自然界里面的病毒种类可能是在几十万种，甚至更多。这4000多种病毒当中，可能大家更关心的是哪些会对我们人类产生影响？实际上，现在已经被科学家发现，并且进行过这样研究的，能够感染人类的病毒大概是200多种，这样一个数量，还在不断增多。现在病毒的分类，更多是从遗传信息，它的特征来进行分类的。现在我们知道病毒它的遗传物质既可以是一种叫RNA核桃核酸，也可以是跟咱们人一样的遗传物质，就是DNA脱氧核糖核酸。
另外还有一种，就是刚才施一老师有介绍的这种，我们叫作巴尔的摩分类系统。它其实是由一位诺（贝尔）奖得主，根据他的名字来命名的，这个就是依靠它里边遗传物质的特点，你是RNA（核糖核酸），是DNA（脱氧核糖核酸），单链，双链，还有它在细胞里是怎么复制的，主要是依据这种特点来分类。在科学上来说，主要就是这么两种分类的体系，还有很多其他病毒，像感染植物的，像人类发现的第一种病毒，烟草花叶病毒，这不就是感染植物的，然后还有感染动物的，也包括感染我们人类的这些病毒。好多病毒其实也是人畜共患，你比如说流感病毒，它家禽家畜都能感染，人也能感染。鸟类身上就是什么禽流感。对。然后到了猪牛身上，（就是）什么猪流感，到了人身上就是人的。人流感，有一个特别重要的人畜共患病毒，大家一定都听说过狂犬病毒，它会导致狂犬病，你想它是会影响到狗等等，这样的哺乳动物。一旦咬了人之后，人也会得上这种病，这个病毒是典型的人畜共患的。
虽然病毒缺乏细胞生命的很多特点，但它仍是由生命物质构成的，并且以核酸分子为遗传物质。生物体内的核酸分子主要有两种，分别是脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA。地球上的细胞生命，全都使用的双链DNA（脱氧核糖核酸）作为遗传物质，而病毒则不同，有的使用DNA（脱氧核糖核酸），有的使用RNA（核糖核酸），甚至还有单链和双链的差别。相对而言，DNA（脱氧核糖核酸）的复制过程保真率较高，不太容易出错，因此DNA（脱氧核糖核酸）病毒相对稳定，不易变。我们熟知的天花病毒就是一种DNA（脱氧核糖核酸）病毒，最终被疫苗消灭，而RNA（核糖核酸）的复制过程更容易出错，容易产生突变，给疫苗和药物研发带来了困难。常见的流感病毒，以及埃博拉病毒、艾滋病毒、冠状病毒都属于RNA（核糖核酸）病毒。您刚才讲的说病毒跟细胞，它们都是生命体，但病毒跟细胞的区别是什么？病毒跟细胞的区别，我是觉得第一从大小来看，细胞比较大，病毒可能非常小，所以说它能够进入细胞内部。那么还有一个特征，相当于就是说细胞它是能够自我代谢的，就是它能够跟外界去交换能量和物质，但是病毒它没有这样一个能力，它如果要进行自我繁衍的话，它就需要进入到细胞内部，利用这个细胞本身已有的一些代谢系统，然后完成它生命的繁衍过程。
病毒那么小，它是不是毒，有没有毒？我是觉得你不能把它简单归为是一个毒素，它其实相当于就是说它是一个（类）生物。它的毒其实表现出来是因为它这个病毒它本身，它想要繁衍的本能导致的，它想要大量扩增和增殖，然后想种群繁衍，那么继而掠夺了，可能就是说它寄（宿）主的基础的一些能量和物质，所以才表现出来对人，对寄（宿）主的危害。我们在一开始提到病毒和细菌的区别，其实很多致病菌，它在感染人体之后，往往反而会分泌出一些有毒的物质，然后这种毒素的物质导致人体生病。而病毒其实很“单纯”，它的唯一的目标就是活下去，但是它在复制自己的过程中，导致我们的细胞受损，导致我们机体的功能被破坏，导致我们生病，所以它并没有释放任何的毒素去侵害我们。为什么病毒进入到人体内之后会造成这么大的危害？我觉得要考虑两方面的事情，一个考虑的就是它病毒本身的一些特性，还有一个需要考虑的是人体它本身就有这种对抗这种外来物质入侵的一种能力。假如说我们人体遭遇到这些病毒的话，那么如果人体的这种对抗能力很强的话，它就可以很快的清除这些病毒，那么这样的话，它就不会对我们造成危害。还有一些病毒，我们人体的免疫系统，没法清除它，那么它在体内就是大量的增殖复制，那么就要破坏我们正常细胞，这样的话就会造成危害。因为病毒要借助细胞的这套系统来生产自己的蛋白质，来复制自己的基因组，所以细胞大量的能量和物质资源都转移到了这些新生的病毒身上，那细胞自己怎么活？所以说白了是什么？
是它进了别人家，把别人的事情，饭碗全抢走了，把别人家的吃的全抢走了，于是这个家就不能好好存在下去了，这个是病毒对于宿主细胞来说最主要的一个伤害。其实病毒更像是一种强盗，病毒它有一些特性，它能够去掠夺能量和物质，那么它也会有一套系统，它能够去逃避。咱们比如说举个例子，就说咱们正常细胞，比喻作为一个就是屋子的话，那么有门，对不对，里面可能会有一些安保系统，如果我们要去把这个东西里面东西给拿出来的话，首先我们要突破这个门。然后进入这屋子以后，我们还得相当于就是说逃过安保系统，我们才能够顺利把东西给拿到，病毒其实它会有一些特性，能够帮助它去实现这两方面的功能。您刚才讲的仅仅是一个房子里发生的事情，但是我们看到病毒之所以让大家觉得害怕，是因为它从一个房子里出来，马上进到下一个房子里，就它这种快速的传播能力，又是怎么回事呢？病毒，它是能够就是说在很短的时间里头，它就可以就是说很快进行复制和增殖。如果是拿流感病毒为例的话，它大概是8个小时左右，它可以复制一代。这个病毒的话差不多，倍增的时间是8个小时左右。
就是如果我们养一些细胞，然后让病毒去感染它（们），你会发现每过8个小时，这个培养基里面的病毒的浓度就会翻一倍。像大肠杆菌，我们都听说过，大肠杆菌是20分钟（增殖）一代，我们能够准确的说出来20分钟，一个细胞会变两个细胞，20分钟两个细胞会变4个细胞，但是病毒的复制更复杂一些。因为它的很多过程是在细胞内部完成的，另外就是有的病毒还要跟着细胞周期一起走，会受到一些限制，所以我们很难这样去描述它是多少分钟（增殖）一代。所以我们用一个倍增时间这样一个概念，其实表示的是在培养的过程中，它的浓度整体翻倍需要多长时间。所以它才会造成更快传播。简单来说，一个病毒侵染了细胞之后，大概产生了新的病毒颗粒，少则几十个，多则可能在万这个数量级上。你想想，如果是一万个新的病毒颗粒出来，就意味着它又能感染1万个新的细胞。病毒不仅仅会侵入到人体，也会殃及到一些动物，是这样吗？
我觉得这个顺序可能反了。实际上我们人的很多病毒是从动物身上来的，可能大家在这次的疫情中，以及之前的一些科普的知识中，可能都听说过像SARS（严重急性呼吸综合征）病毒，还有一些其他的冠状病毒，可能是从蝙蝠身上，然后再经过了一个（作为）中间宿主的动物，然后最后到人类身上了，但其实这不是第一次发生这种事情。比如说人类历史上最著名的，像天花病毒，它可能也是来源于动物，所以人在驯养这种牲畜的过程中，发生了和动物的这种亲密接触，在最早的阶段其实就发生了大量的这种病毒等等，包括细菌，这些病原体来到人类身上这样的事件。所以我们可以这样理解，就是用更科学的观点来讲的话，病毒是无处不在的。比如说我们三个人，此时此刻在我们的体内和周围也是有病毒的。第一，咱们周围里头肯定有病毒，第二，其实咱们人体里头就是我不知道就是有没有注意到，咱们有时候有些人就是一带这个病，比如说咬破嘴皮，或者是口腔里面有些破损的时候，就会有口腔溃疡出现。就是有病毒载体，然后这个病毒相当于是它会潜伏在我们的神经系统里头，一旦受到这种疼痛的刺激的时候，它会从神经系统里面出来，然后去感染相当于破损的部位，所以说人身上其实天然就携带一些病毒。
那病毒为什么会出现这样一种，叫跨物种的这种传播或者传染？病毒有一个特性，它容易发生变异。什么叫变异？就指的是病毒的基因组遗传信息，它复制过程当中，它会发生某一些突变，那么这些突变完以后，就会改变它病毒的一些特性。所以说它这样的话，它相当于能够从比如一种动物，然后传播到另外一种动物，甚至从动物传播到人身上，其实变异或者说我们在生物学上我们叫突变。这是所有地球生物的一个共同的特点，我们每时每刻，其实我们的基因组中都在发生大大小小的这样的改变，而这个突变，它其实对于生物的进化是一件有益的事情，为什么呢？当新的环境出现时，哪一个个体能够在改变的环境中存活下去呢？其实靠的是它之前所积累的这些突变，那么这些突变也就是为它的进化做好了一个物质上的准备。至于说病毒为什么变异得那么快？其实跟咱们前面讲的，它的传播速度比较快，复制比较快，然后复制量比较大，这些都会导致它变异速度提高。另外还有一个很重要的一点，就是我们谈到的病毒其实是分成DNA（脱氧核糖核酸）病毒、RNA（核糖核酸）病毒，而RNA（核糖核酸）病毒，它这样一个复制过程中，特别容易出错，它的基因组很容易一复制就出错，一复制就出出错。而这个出错的过程，其实就是提高了它的一个突变的速度，提高了它的一个变异速度。
刚刚叶盛提到，就是病毒有DNA（脱氧核糖核酸）病毒和RNA（核糖核酸）病毒，那么RNA（核糖核酸）病毒它是本身是因为它复制相当于，就是过程当中容易产生突变，而且没有纠错机制。因为其实我们在正常基因组复制的时候，我们人也会发生着基因组复制，那么其实我们是有很强大的这种修复的这么一个机制在里头。病毒因为它相对比较单一，它的基因组也比较小，所以它没有这么一些帮助，就修复的这么一些系统来帮助纠错，所以这也是为什么就是说病毒它变异率会高一些。那另外RNA（核糖核酸）病毒它会比DNA（脱氧核糖核酸）病毒更容易发生变异，比如说像天花病毒，它是属于一种DNA（脱氧核糖核酸）病毒，现在我们通过疫苗的方法能够把它消除掉。流感病毒，其实是一种RNA（核糖核酸）病毒，到现在为止，每年我们可能都需要打疫苗，病毒始终跟我们共存着，就是由于它是RNA（核糖核酸）病毒，它变异比较快，所以导致现在一直没有方法，把它给完全清除掉。自然界中的动物可以同时携带两种甚至更多种病毒株，当不同种类的病毒恰巧同时侵染了同一个细胞，它们的基因组在细胞里复制时，就有可能发生基因交换，产生一种新的病毒，这个过程叫基因重配。新病毒继承了不同病毒株的基因，也就继承了不同病毒株的生命特点，甚至改变原有的宿主选择性，产生跨物种传播现象。人体的细胞也能够同时感染多种病毒，所以病毒的重配也有可能发生在人体细胞当中，从而导致新病毒产生。
这个流感病毒，不能够把它彻底击败吗？为什么？感冒其实应该说分成两大类，注意不是两种，是两大类，一类叫作流行性感冒，一类叫作普通感冒。普通感冒的话，它可以由病毒引起，也可以由细菌引起。那么引起普通感冒中，可能50%以上是由一种叫鼻病毒的病毒引起的，这个鼻病毒其实跟脊髓灰质炎病毒很类似，它们都属于细小RNA（核糖核酸）病毒。那么流感病毒是完全不同的，另外一回事。流感病毒感染之后，它对人体健康伤害比较大，而且当你的整个免疫力下降，因为我们在跟它战斗，那么你可能还会有一些并发症，有些其他病原体可能会趁虚而入，比如说一些细菌可能就来了，导致你得肺炎。那么当几种并发症同时出现的时候，可能会严重威胁人的健康，目前我们的研究当中发现流感病毒有多少种？现在我们能认知的。流感病毒的话，根据它基因组的特性，就是说是可以分成4个型别，是甲乙丙丁，有4个型别。能够明确感染人的，大概是有甲型流感、乙型和丙型流感。那么，丁型流感是最近才被发现，那么它主要感染的是牛和猪，动物。那么人现在没有报道说能感染人，对于人类就说是影响最大的，我觉得应该是甲型流感跟乙型流感，每年咱们都会闹季节性流感。季节性流感其实就是由甲流和乙流混合在一起，去攻击人类。
流感是由流感病毒引起的传染病。20世纪全球曾发生过3次流感大流行，1918年欧美地区的H1N1流感，造成5000万人死亡。1957年，亚洲H2N2流感造成200万人死亡。2009年，全球发生了甲型H1N1流感大流行。2019年，世界卫生组织估计，全球每年仍有65万人因季节性流感死亡，流感病毒借着患者咳嗽、打喷嚏进行传播，然后直接侵袭人体的呼吸系统，引发病毒性肺炎、呼吸窘迫综合征等多种威胁生命的并发症。流感病毒的毒株有好几千种，是世界上变异最快的病毒之一，其中甲型流感病毒是变异最频繁的一个类型，如果两种不同的流感病毒同时感染一个细胞，就会出现新的病毒，给疫苗和药物的研发带来巨大挑战。每一个人感染的流感病毒都也是不一样的吗？也是变异了吗？对，你哪怕是同一个细胞里头，这个病毒进去以后，我们其实在科学上有一个叫什么叫准种的概念，指的是它里面基因组，它复制的时候，它会产生就是说不同变异程度的基因组。那么当它被组装出来的时候，它这个病毒粒子它有可能就是说不同病毒粒子里头，它的基因组有一些细微差异。
我们大家都得感冒，每一个人得的感冒，感染的病毒都是不一样的。这里面在临床上我又可以提一点，就是说咱们流感病毒感染的时候，咱们不是有药物提取帮助治疗吗？其实现在有一个研究发现，当给你可以使用药物的时候，有一些人体当中病毒因为受到药物的压力，它会进行一个就是正向的这么一个自然进化选择，它会产生一些耐药的，这么一些突变毒株出现，所以说尽管是一个个体，在用药前和用药后病毒也会发生很大的变化。就是说病毒所谓适应性非常强，可以这么理解吗？应该说它的快速变异是它适应性的一部分，因为快速变异能够使得它更好地生存在环境中，能够更好获得这种对不同宿主的这种侵染性。但实际上变异这件事情可能是经常发生的，特别是在病毒身上。但是像您刚才说的跨物种传播，其实倒不是一件经常会发生的事情，它首先需要这两个物种的密切接触。可是您想想，在自然界中，野生动物之间其实是很少会不同物种密切生活在一起的，反而是我们人类，在我们的生活中，把很多动物密切带到了我们身边。比如说我们的宠物猫、狗等等，比如说我们养的家畜、家禽，这些动物都已经和人类的生活裹在一起，裹了上千年或者是几千年的时间了，那么在这个过程中就发生了病毒这样的跨物种传播的机会。而在自然界里面这件事情，相对来说发生的概率要低一些。
在我们整个对病毒的研究认知的过程当中，难道真的病毒就是有百害而无一益（利）吗？现在为止我们去利用病毒，其实至少在医学上我们可以用来治疗不同的疾病，比如说我们可能听过一种疗法叫噬菌体疗法，为什么叫噬菌体疗法？就是说噬菌体是一种病毒，那么它主要感染的是细菌，一些叫耐药细菌，可能大家听过。耐药细菌的话，我们现在已有的药物是杀不死。没有用了。没有用了，那这个时候我们没有用的情况下，我们怎么去挽救这些患者？所以现在我们就发明了一个叫噬菌体疗法，就利用病毒去感染这个细菌，然后除了这一种相当于可以帮助我们治疗这种细菌感染以外，其实病毒现在也被用来治疗癌症。他（科学家）发现就有一些病毒，经过工程化改造以后，它可以特异性靶向肿瘤细胞，就利用这个特性，它可以用来把这肿瘤细胞杀死。
我们生活的地球其实是一颗充满病毒的星球，无论是海洋、土壤，还是空气中，只要有细胞生命存在的地方，几乎就有病毒存在。以地球上面积最大的海洋为例，冬季时，每毫升海水中就会有上千个噬菌体，而到夏季时会提高到数万个甚至数十万个。对人类来说，病毒也并非一无是处。利用噬菌体不仅可以帮助科学家开展生物医药研发，甚至可以直接用于耐药菌感染的治疗。利用昆虫病毒研制的生物杀虫剂，能够治疗、预防农业病虫害。柯萨奇病毒是一种常见的肠病毒，最新研究发现，利用柯萨奇病毒可以精准杀死乳腺癌的癌细胞，而不伤害人体的正常细胞。通过改装病毒基因，科研人员正在用无害病毒治疗因先天基因缺陷引发的遗传病。随着对病毒认识的加深，我们对病毒的利用也会更加广泛。病毒是伴随着人类的生命演进一直存在的，它有可能此时此刻就在您的身边，甚至在您的生命里，它在我们人类的生命当中甚至也扮演了角色。谢谢各位的收看！我们下期节目再见。
