病毒、疫苗與人類

楊中楷（大連理工大學科學學與科技管理研究所教授、博士生導(dǎo)師）

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病毒的起源

病毒是一種個體微小、結(jié)構(gòu)簡單、只含一種核酸（DNA或RNA）、必須在活細胞內(nèi)寄生并以復(fù)制方式增殖的非細胞型生物。關(guān)于病毒的來源，有三個假說。第一種假說認為，地球生命演化的過程表現(xiàn)為：無機物→有機物→化學大分子→病毒→原核生物→真核生物，這意味著病毒是生物進化過程中較為原始的生命物質(zhì)。第二種假說認為，細胞在生存過程中可能會丟失部分基因，或分裂成含有部分基因的碎片，這部分基因喪失了獨立的自我繁殖能力，淪落為寄生狀態(tài)，久而久之便退化為病毒。第三種假說認為，病毒是由轉(zhuǎn)座子進化而來。轉(zhuǎn)座子是存在于染色體DNA上可自主復(fù)制和位移的基本單位，其行為與病毒有諸多相似之處，因此可能與病毒有著密切聯(lián)系。

病毒種類繁多，可能所有病毒存在同一種起源方式，也可能各有不同。目前可以確定的是，歷史上第一個被發(fā)現(xiàn)的病毒是煙草花葉病病毒。1892年，蘇聯(lián)科學家伊萬諾夫斯基在《關(guān)于煙草花葉病》一文中指出，煙草花葉病致病因子是一種體積遠小于細菌的化學物質(zhì)。后來經(jīng)過美國科學家杜加爾、斯坦利以及德國科學家古斯塔夫等人的不斷努力，終于搞清楚這是一種具有傳染性的蛋白質(zhì)和RNA組成的復(fù)合體，是一種與細菌不相同的新型物質(zhì)。

病毒與細菌的區(qū)別與聯(lián)系

從人類的視角看，病毒和細菌都很微小，但兩者還是存在著明顯的行為方式上的不同。細菌至少是一個活體細胞，就像組成我們身體的細胞一樣。而病毒簡單到由一段基因鏈（有DNA的也有RNA的）和蛋白質(zhì)膜組成，介于非生命體與生命體之間。或者說，病毒自身沒有新陳代謝的功能，只有進入細胞中才具有生命力。

病毒（virus）在早期是與細菌（bacteria）互用的。病菌（germs）一詞，反映了早期對兩者混用的習慣。時至今日，我們已經(jīng)能夠明確區(qū)分“病”和“菌”。細菌是許多疾病的病原體，包括肺結(jié)核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、沙眼等疾病都是由細菌所引發(fā)。而我們所熟知的麻疹、艾滋、流感、天花等，則是由病毒所引發(fā)。病毒又可分為RNA病毒和DNA病毒。我們所熟知的麻疹病毒、埃博拉病毒、流感病毒以及今年流行的新冠病毒都是RNA病毒；天花病毒、噬菌體則是DNA病毒。

人類與病毒的抗爭史

細菌感染在歷史上一度成為人類最大的敵人。1347年~1350年間，黑死病的一次爆發(fā)使歐洲人口減少了1/4。隨著青霉素等抗生素的出現(xiàn)，細菌感染的問題得到控制。細菌擁有細胞壁，還有自己的核酸復(fù)制機器和核糖體，所以抗生素能保證殺傷細菌而對人類副作用很小。

在談到人類抗病毒的歷史時，我們不可避免地要論及天花，它是人類第一個試圖預(yù)防的疾病，也是我們消滅的第一個傳染性疾病。約1000年左右，中國最早記錄了天花接種技術(shù)。早期種痘技術(shù)接種的是未減毒的病毒，多達0.5%~2%的人會因此死亡。

1796年，英國的愛德華·詹納醫(yī)生在自己的病人中偶然發(fā)現(xiàn)擠牛奶的女工似乎沒有感染天花的病例，他判斷是這些女工感染牛痘痊愈之后便對牛痘終生免疫，不會再患上同樣的疾病。他認為牛痘病毒與天花病毒之間一定有某種關(guān)系，所以得過牛痘的女工們才剛好能對天花病毒也終生免疫。愛德華·詹納從此便致力于研發(fā)牛痘疫苗接種，他巧妙地運用失活的病毒激發(fā)體內(nèi)免疫系統(tǒng)活躍，以達到預(yù)防疾病的效果。若干年后，天花被人類徹底滅絕。

但人類與病毒的抗爭史，遠非像天花案例這么幸運。1918年春天，西班牙流感發(fā)生，由于正值一戰(zhàn)，病毒迅速隨著士兵傳到了世界各國，在約6個月內(nèi)奪去2500萬到4000萬人的生命，西班牙流感也成為第一次世界大戰(zhàn)提早結(jié)束的原因之一。自大流感之后，新的病毒便一個接一個地出現(xiàn)在人類的視野中，例如尼帕病毒、裂谷熱病毒、馬爾堡病毒、拉沙熱病毒等等。疫苗的研發(fā)速度常常趕不上病毒的變異速度，況且很多病毒導(dǎo)致的疾病都超出了現(xiàn)代醫(yī)學的治療能力。更可怕的是，病毒對人類宿主的適應(yīng)能力是匪夷所思的，它能不斷地發(fā)生基因突變，甚至能與另一種病毒進行基因重組。更麻煩的是，當古老的流行病因疫苗或者其他手段得到遏制后，艾滋病、埃博拉、SARS、MERS、新冠肺炎等新發(fā)傳染性疾病又開始流行，人類與病毒的糾纏史無休無止，共存共生。

為什么病毒能與人類共存

病毒之所以能與人類長期糾纏，最起碼有兩個原因。第一，病毒需要人體做宿主。由于病毒的特殊體質(zhì)，它需要寄生在活的宿主細胞之內(nèi)并依賴于宿主細胞提供病毒復(fù)制過程中所需要的原料體系、能量和場所。同時，病毒也在朝著適應(yīng)宿主的方向快速進化，甚至利用人的行為進行傳播。人感染了流感，就會咳嗽、會打噴嚏，而病毒就會利用人類的飛沫進行繁殖。人感染了霍亂，會腹瀉，而病毒恰好通過糞便和水源進行傳播。那些具有較長潛伏期的病毒，能夠在潛伏期內(nèi)不知不覺地進行傳播，新冠病毒也是其中的一個。從目前的情況來看，新型冠狀病毒仍在演變中，其可能最終發(fā)展為一種低致病性、高傳染性的病毒。

第二，人類發(fā)展需要病毒。病毒并非一無是處，它在人類進化發(fā)展的過程中已經(jīng)并將繼續(xù)發(fā)揮不可或缺的作用。我們知道，胎兒的血型、基因與母親可以是不一樣的，但母親的免疫系統(tǒng)卻不會攻擊胎兒。據(jù)考證這是因為哺乳動物的祖先感染過一種病毒，從而使胎盤擁有了欺騙免疫系統(tǒng)的能力。從基因?qū)哟蝸砜?，在人類的基因組中竟然有高達10萬條片段來自病毒，這些病毒基因片段占據(jù)了人類基因組的8%，而編碼人類細胞所有蛋白質(zhì)的序列僅占據(jù)了基因組的1.2%~1.5%。沒有這些病毒基因片段，人類細胞也許無法正常工作。病毒在生態(tài)系統(tǒng)的平衡中也起著舉足輕重的作用。在海洋里，每秒鐘大約會發(fā)生1023次病毒感染，無論是小蝦還是鯨魚，都難逃病毒的攻擊，它們在死后所釋放出的物質(zhì)和能量會成為其他生物的養(yǎng)料，有助于為動植物建立適宜的生存環(huán)境。

最終是否可以戰(zhàn)勝病毒

由于部分病毒對人類造成的重大傷害，一個不能回避的問題就是最終是否可以戰(zhàn)勝病毒。這個問題需要區(qū)分對待。人類體內(nèi)不僅有有益菌群的共生與伴生，也有正常病毒群的共生。這類病毒因?qū)θ梭w細胞沒有毒力，因此感染率很高，甚至達到普遍感染的水平。此類病毒無需特殊關(guān)注，人類的免疫系統(tǒng)會對其酌情處理。

而有一些病毒可能使人類致死或致殘，疫苗的發(fā)明和應(yīng)用使人類擺脫了在病毒面前的被動挨打局面，在防止這類病毒性疾病中起了決定性作用，如牛痘疫苗、麻疹疫苗、脊髓灰質(zhì)炎疫苗等等。鑒于疫苗本身就是一種病毒，因此戰(zhàn)勝病毒與否就成了偽命題。除疫苗之外，科學家們已經(jīng)開辟了利用病毒來攻擊癌細胞、殺死細菌的途徑，變“害”為“利”。

從病毒的屬性來看，高致命性和高流行性一般不會成對出現(xiàn)，只要對其屬性認識到位、醫(yī)療體系應(yīng)對得當，對人類的影響是大致可控的。經(jīng)歷過諸多戰(zhàn)勝自然、人定勝天的教訓之后，能夠研制出疫苗“以毒攻毒”固然理想，但想方設(shè)法與無法完全戰(zhàn)勝的病毒“長期共存”，恐怕是未來不得不做的一種并非最優(yōu)卻能夠接受的選擇。但需要強調(diào)的是，長期共存絕對不意味著放任“群體免疫”。道金斯在《自私的基因》中所描述的“自私”只能作為行為結(jié)果而不能作為主觀意識。正確的做法是全世界人類團結(jié)起來，站在“人類命運共同體”的高度齊心協(xié)力應(yīng)對新冠肺炎以及未來可能出現(xiàn)的其他大流行疾病，以人類的高超智慧和精密的社會管理在與病毒和細菌的相處中取得主動地位，保障人類繼續(xù)安全繁衍生存，推動人類繼續(xù)全面而自由發(fā)展。

最后需要提醒的是，本來部分病毒已經(jīng)與動物宿主之間達成了默契，但由于人類的不恰當行為，最終導(dǎo)致了難以遏制的后果，也帶來了巨大的社會成本。從這個角度看，與其將責任推到病毒和動物身上，不如認真反思自己，與自然界和諧共處。畢竟，無論是人類，還是病毒乃至細菌，本質(zhì)上都是遺傳物質(zhì)的不同表現(xiàn)形式而已。

[注：本文數(shù)據(jù)和科學術(shù)語大部分來自科學網(wǎng)（www.sciencenet.cn），特此說明并致謝。]