這張掃描電子顯微鏡圖像顯示的是，實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的細(xì)胞表面出現(xiàn)新冠病毒（呈金色圓形）。這種病毒是新冠肺炎的罪魁禍?zhǔn)住?/p>
供圖：NIAID-RML
撰文：KATHERINE J. WU
據(jù)估計(jì)，在我們這顆星球上，病毒的數(shù)量達(dá)10的31次方，足以給宇宙里的每顆恒星送去1億個(gè)病毒。
病毒存在于大自然的每個(gè)角落，它們?cè)诤Ｋ蟹v，漂浮在大氣中，或者潛伏在土壤微塵中。這些病原體通常被視為非生命體，只能依靠宿主復(fù)制；它們會(huì)劫持生命之樹(shù)的每一根枝椏，包括大量人類(lèi)細(xì)胞。
不過(guò)，大多數(shù)時(shí)候，在這個(gè)充滿(mǎn)病毒的世界里，人類(lèi)物種都會(huì)生活在相對(duì)沒(méi)有疾病侵?jǐn)_的環(huán)境中?？屏_拉多大學(xué)博爾德分校的病毒學(xué)家、疾病生態(tài)學(xué)家Sara Sawyer告訴我們，這背后的原因，與人體適應(yīng)疾病沒(méi)有太大關(guān)系，而是和病毒本身的生物特性有關(guān)。這些病原體在選擇感染哪些細(xì)胞時(shí)非常挑剔，而且我們周?chē)牟《局挥袠O少部分會(huì)對(duì)人體構(gòu)成真正的威脅。
盡管如此，如今肆虐全球的新冠病毒仿佛在昭告天下：新型人類(lèi)病毒大爆發(fā)的確會(huì)發(fā)生，而且并不意外。
為了更好地預(yù)測(cè)和防止疫情爆發(fā)，科學(xué)家正在努力研究病毒的特性，試圖找到為什么有些病毒會(huì)傳染給人類(lèi)，其他的卻不能。有些病毒變異更頻繁，可能有助于傳染給新宿主；另一些則通過(guò)與人類(lèi)接觸的動(dòng)物作為跳板，實(shí)現(xiàn)跨物種傳播。
蒙大拿州立大學(xué)的疾病生態(tài)學(xué)家Raina Plowright說(shuō)，大流行病“實(shí)際上是有模式可循的，而且是可預(yù)測(cè)的模型”。
跨越物種
大部分新的傳染病進(jìn)入人群的方式與新冠肺炎一樣，它們都是人畜共患病，即通過(guò)動(dòng)物傳染給人的疾病。一般認(rèn)為，哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)類(lèi)攜帶約170萬(wàn)種未被發(fā)現(xiàn)的病毒，全世界的科學(xué)家因此調(diào)查全球的野生動(dòng)物，為下一次人類(lèi)大流病的到來(lái)做好準(zhǔn)備。（細(xì)菌、真菌和寄生蟲(chóng)也會(huì)從動(dòng)物傳染給人類(lèi)，但這些病原體繁殖通常不會(huì)感染宿主，而且很多病毒更擅長(zhǎng)跨物種傳播。）
為了成功實(shí)現(xiàn)跨物種傳播，病毒必須清除一系列生物學(xué)障礙。麥考瑞大學(xué)的病毒學(xué)家Jemma Geoghegan說(shuō)，病原體必須離開(kāi)一種動(dòng)物，接觸另一種動(dòng)物，然后才能感染第二宿主。這就是所謂的“溢出傳染事件”。病毒在新宿主體內(nèi)扎穩(wěn)腳跟后，就開(kāi)始向該物種的其他成員傳播。
具體數(shù)字很難估計(jì)，但絕大多數(shù)動(dòng)物向人類(lèi)溢出傳染最終的結(jié)果可能是走上了一條死胡同，也就是說(shuō)，只會(huì)傳染給第一個(gè)個(gè)體。斯坦福大學(xué)的病毒學(xué)家、疾病生態(tài)學(xué)家Dorothy Tovar說(shuō)，一種新病毒想要引起大爆發(fā)，“需要結(jié)合多種因素”。
在越南芹苴，調(diào)查人員正在提取雞的血液樣本，測(cè)試禽流感。
攝影：LYNN JOHNSON, NAT GEO IMAGE COLLECTION
這些因素包括攜帶病毒的動(dòng)物與人類(lèi)接觸的頻率，病毒的傳播方式，病毒在宿主體外能存活多久，病毒破壞人體免疫系統(tǒng)的效率。傳播過(guò)程中的任何環(huán)節(jié)出問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致病原體感染新物種失敗。即便是看似無(wú)關(guān)的因素，比如平均降雨量過(guò)多或當(dāng)?shù)厥澄锊蛔?，都?huì)改變?nèi)祟?lèi)與動(dòng)物之間的接觸情況。
對(duì)于病毒來(lái)說(shuō)，傳播過(guò)程中最具挑戰(zhàn)性的一步是進(jìn)入新宿主的細(xì)胞，這些病原體利用細(xì)胞中所包含的分子結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)復(fù)制。在這一過(guò)程中，病毒通常會(huì)附著在人類(lèi)細(xì)胞外的一個(gè)分子上，有點(diǎn)像鑰匙開(kāi)鎖。契合度越高，病原體就越有可能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。導(dǎo)致新冠肺炎的新冠病毒就是通過(guò)與ACE2蛋白質(zhì)結(jié)合，從而進(jìn)入人體呼吸道的細(xì)胞。
Sawyer說(shuō)，對(duì)于任何特定宿主，以這種方式進(jìn)入細(xì)胞的“病原體非常少”。我們遇到的絕大多數(shù)病毒都會(huì)被細(xì)胞反彈回來(lái)，最終只是“到此一游”。
多面病毒
但有時(shí)候，病原體卻能設(shè)法通過(guò)。已知有200多種病毒會(huì)導(dǎo)致人類(lèi)生病，而且全都能入侵人體細(xì)胞。但幾乎可以肯定的是，它們?cè)静](méi)有這種能力。
Sawyer說(shuō)，病毒搶占的宿主細(xì)胞被稱(chēng)為受體，在不同物種之間，受體差別較大?！皩?dǎo)致人畜共患病的病毒有一個(gè)關(guān)鍵特征，即只需要很少的進(jìn)化步驟，就能適應(yīng)人類(lèi)的受體?！?/p>
病毒極具遺傳可塑性，尤其是那些基因編碼為RNA而非DNA的病毒，它們非常擅長(zhǎng)跨物種傳播。與DNA病毒和細(xì)胞相比，RNA病毒在復(fù)制基因編碼時(shí)，往往比較草率，因此突變概率很高。奧本大學(xué)的疾病生態(tài)學(xué)家Sarah Zohdy說(shuō)，這個(gè)過(guò)程很容易出錯(cuò)，RNA病毒因此獲得了巨大的多樣性，從而能快速適應(yīng)新環(huán)境，包括新的宿主物種。
近幾十年，感染人類(lèi)的病原體主要是RNA病毒，包括埃博拉病毒、非典病毒、中東呼吸綜合征病毒、寨卡病毒、一些流感病毒，還有新冠病毒。
一些病毒還能通過(guò)第二種方法改變基因編碼，這種方法有點(diǎn)像有性繁殖。當(dāng)兩種基因不同的病毒感染同一個(gè)細(xì)胞時(shí)，它們?cè)趶?fù)制過(guò)程中，可能相互交換基因片段，產(chǎn)生與“雙親”不同的雜交病毒。流感病毒是一種RNA病毒，既能獨(dú)立變異，也會(huì)混合基因片段。借助這一特性，流感病毒在整個(gè)野生物種和家畜之間穿梭自如，包括豬、鯨魚(yú)、馬、海豹、幾種鳥(niǎo)類(lèi)，當(dāng)然還有人類(lèi)。
“完美”病原體
然而，無(wú)論是變異，還是雜交，都無(wú)法保證溢出傳染，而且即便沒(méi)有這種特征的病毒，也會(huì)感染很多不同的宿主。
幾年前，Geoghegan和同事發(fā)現(xiàn)，引發(fā)人類(lèi)生病的病毒有其他一些特征。分析結(jié)果顯示，長(zhǎng)期潛伏在宿主體內(nèi)且不致命，似乎對(duì)病毒有利。她說(shuō)，這些隱蔽的病原體感染時(shí)間越長(zhǎng)，越有機(jī)會(huì)適應(yīng)并傳播到新物種身上。
Zohdy說(shuō)，很多病原體就是這樣，從嚙齒動(dòng)物、蝙蝠和非人類(lèi)靈長(zhǎng)動(dòng)物傳染給了人類(lèi)，這可能是多種因素造成的：這些物種數(shù)量眾多、靠近人群、與人類(lèi)的生物學(xué)特性相似。至于那些與已知人類(lèi)病原體相關(guān)的病毒往往會(huì)構(gòu)成威脅，比如新型流感病毒、新冠病毒。雖然這些微生物大部分最終對(duì)人體無(wú)害，但一點(diǎn)點(diǎn)基因變化就會(huì)讓它們進(jìn)入我們的細(xì)胞。
僅根據(jù)病毒特性，我們還不足以預(yù)測(cè)大流行病的情況。但加州大學(xué)戴維斯分校的副董事Tracey Goldstein說(shuō)，科學(xué)家仍在給地球上的各種病毒分類(lèi)，了解它們的特征，從而選出一些病原體，優(yōu)先進(jìn)行進(jìn)一步研究。在現(xiàn)場(chǎng)分離出的病毒會(huì)被帶到實(shí)驗(yàn)室，看看它是否會(huì)感染人體細(xì)胞，并完成復(fù)制。
Tovar說(shuō)，傳統(tǒng)上，這些步驟每一步都由不同的研究人員負(fù)責(zé)，一些人負(fù)責(zé)從野外環(huán)境采集病毒樣本，另一些人主要在實(shí)驗(yàn)室里確定病毒特征。只有冒險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)，我們才能了解這些病原體的整體情況；而想要確定最大的威脅來(lái)自何處，我們也需要在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。
“我們要把很多因素結(jié)合在一起，所有信息都很重要，”P(pán)lowright說(shuō)。人類(lèi)可以利用這種復(fù)雜性：研究人員找出的溢出因素越多，干預(yù)的機(jī)會(huì)就越多。最終，在有了足夠的信息后，我們甚至可以未雨綢繆，在大流行病爆發(fā)前就遏制住。
“我們?cè)诤芏痰臅r(shí)間里，獲得了大量信息……令人難以置信，”Zohdy說(shuō)：“我的心中充滿(mǎn)希望?！?/p>
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