最近让大家发烧难受的新冠病毒,是如何进入我们身体细胞里的?
第一个看到人类冠状病毒的人
最早识别出人类冠状病毒的人是一位女性,英国病毒学家、病毒成像专家琼·阿尔梅达(June Almeida)。她发明了一种病毒成像的方法:用抗体使病毒聚合。
后来阿尔梅达同戴维·泰洛尔博士(David Tyrrell)合作。泰洛尔博士在威尔特郡的索尔兹伯里主持一个感冒病毒研究室。泰洛尔博士和他的团队在研究志愿者的洗鼻液样本时发现,在众多的样本中,有一个1960年取的样本,来自英国南部萨里郡一名寄宿学校学生的洗鼻液,标号B814。
研究小组发现,这名志愿者出现感冒症状,却无法对病毒做细胞液培养,开始它们以为这是一种新的流感病毒,于是泰洛尔博士就琢磨能不能在电子显微镜的帮助下看看病毒的真面目。
琼·阿尔梅达在操作电子显微镜
于是他们把一些样本送到伦敦阿尔梅达的实验室,请她帮忙。她在电子显微镜下看到了病毒颗粒,看起来有点像流感病毒但不完全一样。而阿尔梅达看到的实际上就是第一个人类冠状病毒。阿尔梅达博士在此之前研究鼠肝炎病毒和鸡支气管炎病毒时其实已经看见过这种病毒颗粒。但是,她向专业杂志提交的论文在同行评估环节被否决了,理由是评估者认为她提供的病毒图像“只不过是成像质量很差的流感病毒颗粒图片”。
根据B814样本中发现的病毒颗粒撰写的论文1965年在《英国医学杂志》上发表,她看到的病毒颗粒的图像两年后在《普通病毒学杂志》上发表。
后来根据当事者的说法,把这种病毒叫做冠状病毒的是泰洛尔、阿尔梅达和圣托马斯医院院长沃特森(Tony Waterson)教授,因为病毒颗粒周边像日冕一样的冠状突起。
病毒大家族
病毒(virus)是一种可以利用宿主细胞系统进行复制的微小, 无完整细胞结构的亚显微粒子。病毒不具细胞结构,无法独立生长和复制, 但病毒可以感染所有的具有细胞的生命体, 具有遗传、复制等生命特征。
病毒主要由核酸和蛋白质外壳组成。有些病毒有囊膜和刺突,如流感病毒。病毒基因同其他生物的基因一样,也可以发生突变和重组,因此也是可以演化的。
对于病毒到底是一种生命形式,还是仅仅是一种能够与生物体作用的有机结构,人们的观点各不相同。病毒有高度的寄生性,完全依赖宿主细胞的能量和代谢系统,获取生命活动所需的物质和能量,离开宿主细胞,它只是一个大化学分子,停止活动,可制成蛋白质结晶,为一个非生命体,遇到宿主细胞它会通过吸附,进入、复制、装配、释放子代病毒而显示典型的生命体特征,所以病毒是介于生物与非生物之间的, 一种处于“生命边缘的生物体”。
笔者觉得病毒特别像科幻片中的“寄生兽”,在宇宙中漂浮时只是一种有机物,遇到有生命的活物就疯狂寄生繁殖。
第一个已知的病毒是烟草花叶病毒,由马丁乌斯·贝杰林克于1899年发现并命名,如今已有超过5000种类型的病毒得到鉴定。
病毒表面的突起是什么?
这是目前正在肆虐全球的新冠病毒最新的3D模型。在它的表面有很多突起的结构,而其他很多病毒都有这个结构,这些东西是什么?
刺突糖蛋白
这些结构的名字叫:刺突糖蛋白简称S蛋白,位于新冠病毒最外层,像一个个突起的“皇冠”。
根据研究,新冠病毒S蛋白以三聚体形态存在,每一个单体中约有1300多个氨基酸,其中300多个氨基酸构成了“受体结合结构域”(RBD),即S蛋白与ACE2相联结的地方。ACE2全称为血管紧张素转化酶,是人体内一种参与血压调节的蛋白,在肺、心脏、肾脏和肠道广泛存在。
病毒通过呼吸道进入人体后其实只完成了入侵的第一步,第二步是尽快进入人体细胞,因为人体细胞里才有它们复制和重新组装的材料。
如果把人体想象成一座大厦,把新冠病毒想象成强盗,那么人体细胞表面的ACE2就是大厦中每个房间的门把手;S蛋白就是这个强盗的手,用手抓住了门把手大开,病毒就可以长驱直入闯进人体细胞里获取它们需要的东西。
而生产疫苗的过程也很有意思,可以理解为把强盗抓住后,把它的手掌剁下来,然后把很多这样的手掌变成一瓶疫苗打进我们身体里,让免疫系统去识别,并产生相应的体液抗体。
一旦有完整的病毒进入身体,体液中的抗体就会主动去握住病毒的这些手,病毒就没有可用的手去抓细胞上的ACE2血管紧张素转化酶了。
蓝色的Y字就是抗体,主动与刺突糖蛋白结合就保护了正常细胞不会被入侵。
与病毒共存
病毒害死了这么多人类,但是2006年法国科学家海德曼就发现,人体内存在着一种病毒基因,并发现该病毒基因与人类基因的整合,可能已经存在了数十万年或更久的时间。
进一步的研究发现,人类基因组中约有8%的基因来自于病毒,约2.4亿个碱基对。这是什么概念呢?要知道,目前已知的人类具有功能性的基因才占3%,病毒基因却占了8%,可以说是非常多的了。而且,这些基因并不只是来自于远古病毒,反而很多都是当下还在人群中流行的,比如我们常听到的乙肝病毒(HBV)、人乳头瘤病毒(HPV)、疱疹病毒等,相当比例的肿瘤细胞基因组内都插入了很多的病毒基因。
病毒是如何把它们的基因写入我们人类基因的?还记得刚才说的手和门把手的事情吗?有些病毒的手只能开特定细胞上的门,比如乙肝病毒只能感染肝脏细胞。但在一些很特殊的情况下,一些反转录病毒会感染卵细胞,而如果这枚被感染的卵细胞成功受精并发育成人的话,那么这个婴儿体内的所有细胞内都带有这种病毒。
如果这种病毒毒性不强,不会对人体形成较大的破坏,那么等该婴儿长大成人,并繁殖后代时,该病毒直接通过逆转录在人体内形成的遗传物质会遗传给下一代。就这样,该病毒的遗传信息就会永远存在于人类体内了。
胎儿的基因以及血型都与母亲有着区别。但为什么母亲的免疫系统没有攻击胎儿呢?这叫免疫豁免,免疫系统并不是识别出这是孩子不要攻击,免疫系统只识别哪些是自体物质,哪些不是,它们不会思考,没有感情。比如某些自然流产和某些情况下的不育就被认为是发生了免疫排斥。
胎盘能够分泌神经激肽B,有一项研究发现,它会被磷酸胆碱修饰,这个现象在一种寄生虫中也有,寄生虫通过修饰蛋白来减弱宿主的免疫系统得以存活。由此科学家们推测,这也是胎盘免疫豁免的机制之一。所以某种程度上来说,胎儿就是最大的寄生兽。
而最近的一项研究发现,哺乳动物中有一个Syncytin基因,该基因是一种病毒的基因,但最终成为形成胎盘的基因。
科学家研究认为,这可能是哺乳动物的祖先,在演化中保留了一种病毒基因,该病毒基因将自己的抵制免疫系统攻击的能力,给了婴儿。这种病毒基因,可以遏制住母亲的免疫系统攻击自己肚子里的宝宝,所以人类才可以通过哺乳动物的形式存在在地球上。
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