中科院格致论道讲坛

你的喷嚏有4000万个病毒，滴液传播40米 | 上海巴斯德所徐可

16 Aug 2017

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出品：中国科普博览 SELF格致论道讲坛导语：根据世界卫生组织的统计，每年死于流感病毒感染的人数是25万到50万人，尤其是免疫力较弱的族群──老人和小孩──受到严重的威胁！其他大大小小的传染病如：艾滋病、狂犬病、肺结核、SARS、登革热等等，也随着全球化、人货快速流通而散播地更广泛，可说是人人自危。面对这些如星星之火足以燎原的病毒，我们应如何保护自身的安全呢？科学家可不可能找出新的对策挽回受病毒感染而垂危的生命呢？在SELF讲坛，中科院的徐可将谈谈病毒学研究为人类带来的希望。---嘉宾介绍---徐可中国科学院上海巴斯德研究所副研究员以下内容为徐可演讲实录：大家好！我今天要讲的是病毒。病毒是最小的微生物，我们看不见、更不可能摸得到，那它到底有多小呢？我想请大家摸一摸自己的头发丝，人类头发丝的直径是一百个微米，也就是0.1个毫米，这是我们人类肉眼所能分别的极限。我们人体的细胞也很小，它的直径大概是十个微米。我们已经看不见细胞了，可是病毒呢？病毒要比细胞小的多得多，病毒的直径只有一百个纳米，也就是我们头发丝直径的千分之一这么小，我们是万万看不到它的。所以如果说现在的纳米科技是高科技的话，病毒早于我们人类几百年甚至几千年前，就进入了纳米时代。那这么小的一个东西，它如何感染我们人，而做到星星之火可以燎原的呢？我想请大家跟我一起回到15年前──也就是在2002年到2003年期间──我们国家爆发的SARS。我想问一问在座的各位，有没有那个时候在北京和广州生活的朋友？我当时就在北京。我想大家一定还记得在2002年到2003年SARS爆发的时候，街上没有人，所有的板蓝根、所有的白醋都被抢购一空。我说的不是生化危机，我说的就是2002年到2003年，我们国家爆发SARS的情况。我们可以看到街上所有的人都戴着白色的口罩，可是刚才我说了病毒只有一百个纳米，这种白色的口罩能挡得住这么小的病毒吗？当然不可能！这里展示的是我们在研究病毒所需要的生物安全级别的实验室，这里有生物安全二级和三级，而最高的等级是四级。这张头像就是我本人，可以看到我为了研究病毒，不仅要戴上高防护级别的口罩，更是要戴上眼镜遮住我所有的皮肤，可见病毒学的研究是一项非常危险的研究工作。我还想给大家介绍一种病毒，叫做登革病毒。也许有些人听说过，这种病毒是由蚊子传播的。我们都知道蚊子生活在热带地区，所以最初的时候就是这张地图显示的──1970年登革病毒只流行在赤道一些很少数的国家，这些黄色标记的国家。可是我们看一看到2012年的时候，随着全球的变暖以及全球经济的一体化，我们发现登革病毒可以感染两种以上的蚊子，并且蔓延到热带和亚热带的很多国家。更可怕的是它来到了我们国家的南部多个省市，包括广东、海南、台湾等等。我想给大家一个数字，在2014年，登革病毒在广东一省感染了4万人。如果这些病毒大家觉得不够熟悉，我今天要在这里给大家讲一个毒王。为什么叫它毒王呢？因为它在历史上杀死了最多的人类，我讲“流感病毒”也是因为我自己是研究流感病毒的，它也是杀死最多人的病毒之一。我们可能觉得流感病毒司空见惯，我们每个人每年可能都会因为感染流感病毒而感冒，可是我们一两周就好了呀，并没有什么嘛。可是也许大家并不知道，很多65岁以上的老人和小孩，由于免疫力很差，他们最初往往就是因为感染了一个小小的病毒而丧失掉了自己的生命。根据世界卫生组织的统计，每年死于流感病毒感染的人数是25万到50万人，更可怕的是在我们的人类历史上，流感病毒造成了很多大的流行：比如说1918年西班牙流感在第一次世界大战期间一共造成了4000万人死亡；而第一次世界大战本身因为战争而死的战士，不过一千万。所以病毒比战争要可怕的多得多。而其后在1957年到1968年，都发生过流感的大流行，死亡几百万人。我们最近常听说的H7N9，H7N9就是流行于我们国家长三角地区的禽流感病毒，目前也已经死亡达到几百人。我们虽然用肉眼看不见流感病毒，但是我们借助现代的电子显微镜可以看到流感病毒的真容。这张照片是我和我的学生在实验室里拍摄到了流感病毒感染细胞的真实图像。最左边这个黑色的圆圈就是我们人的肺表皮细胞，很不幸这个细胞被流感病毒感染了，而且它的很大一部分都充斥着病毒。我们将这些被感染的部位放大，可以看到一个个小黑球，每一个小黑球就是一个流感病毒。也许你觉得这张照片不够清楚，我就用一张卡通来给大家解释流感病毒长什么样。流感病毒其实就是这么简单，它就是一个小球，球里面是病毒基因；球外面是病毒的蛋白。在球外面的蛋白主要有两种：一种我们叫做H蛋白；一种我们叫做N蛋白。而流感病毒就是通过H跟N进行分型──我们所知道的H7N9就是指7型的H和9型的N。可是这么小的病毒它却可以千变万化，因为它的基因组可以带来很多突变，所以我们目前有发现流感病毒的H一共有18种；而N一共有11种，它们之间又可以不同的组合，一共可以产生140多种流感病毒亚型。更可怕的是，在自然界里流感病毒感染的是“鸟类”。在鸟类里，流感病毒并不致病，鸟类看上去就是一只健康的鸟儿。我们如果走出这个房间到户外看一看，我们遇到的数目最多的动物是什么？就是飞鸟。而这些飞鸟携带的流感病毒可以传播给其他的很多动物，甚至包括了海洋里的鲸鱼。这张地图显示的是全世界范围内鸟类的迁徙路线，我们可以看到有人的地方，就有鸟。而流感病毒乘着鸟的翅膀，它不是从A地到B地，而是全球性的散播。所以没有人能逃过流感病毒的魔爪。流感病毒在人群中是通过咳嗽或者打喷嚏来传播的。这些咳嗽和打喷嚏可以喷出很多的液滴，我们统计一下每一个液滴大概含有一千个病毒，如果我打一个喷嚏，我可以喷出4000万个病毒，而这些液滴可以超速的前进，以160公里每小时的速度前进，可以前进40米。这是一个什么概念？很不幸如果我今天感冒了，我在这里打一个喷嚏，这个房间里所有的人都会被感染。通过第一个人打喷嚏，他喷出的液滴每一个里面含有一千个病毒，这些液滴在空气中漂浮可以前进40米，传播给第二个人，进入第二个人的呼吸道来到第二个人的肺部，感染他的肺细胞。流感病毒表面的H蛋白就是一把钥匙，它可以打开我们细胞表面的锁从而进入细胞的内部。在细胞里面病毒脱掉它的蛋白外衣，露出自己的病毒基因。病毒基因被释放出来之后，在细胞里游走并且进入细胞核──穿过细胞的核膜进入了细胞核──在细胞核里流感病毒将自己进行复制，可以在很短的时间内从一个基因组扩增成上亿个基因组。而这些基因组被复制出来之后，又来到细胞质中，利用细胞的各种蛋白质系统合成新的病毒。而病毒合成的速度相当惊人，可以成百万倍的复制。我们可以看到这个人可能最初只感染了一百个病毒，可是在2到3天之内，这个数目可以达到10亿或者上百亿。因此，病毒感染的治疗一定要趁早，及时就医和服药。那么流感病毒它是如何实现如此快速度的复制呢？这也是我们科学家关心的一个问题。我可以打一个比方，因为流感病毒本身──任何病毒本身──都是没有生命的，他们只是病毒基因和蛋白的组合，而且它携带的蛋白是非常非常少的，它就好像是一个间谍，它来到一个组织的时候，它不能带枪不能带炮，不能被别人认出来。它什么也不带，那枪炮从哪来呢？细胞给我提供。所以它来到细胞里之后就窃取细胞所有的蛋白以及所有的酶系统，为自己的复制而服务。我们的科学家，包括我本人，就在实验室里致力于找到这些被病毒利用了的蛋白，我们通过一些实验手段可以实现这一目标：我们可以在小管子上将病毒固定，然后将细胞裂解抽提出细胞所有的蛋白质，通过这个小管子，那么可以跟病毒结合的细胞蛋白就被留了下来。通过这些方法我们可以找到跟病毒特异性结合的细胞蛋白，而这些细胞蛋白在病毒的复制中特别重要。我们的实验数据显示这条红色的线，就是可以偷取细胞蛋白的那些病毒，它们生长的很好；而这些黑色的线，就是病毒不能够偷取细胞的蛋白，它们的生长就很差。通过找到这些蛋白我们可以发现全新的抗病毒的靶点。那么问题就来了──我们应该如何对抗流感病毒呢？刚才我也讲到，通过对细胞和病毒相互作用的研究，我们可以找到一些新的药物的靶点，在这里我就不得不提抗生素，抗生素我们每个人可能都吃过、都用过，那其中最著名的就是青霉素。其实青霉素的发现也特别有趣──就像我们很多科学发现都源于对现实生活的细致观察──当时科学家们发现青霉素，就是因为在青霉的周围细菌不能够生长，从而发现了青霉素。所以像抗生素之类的药物是对抗细菌的，它们对病毒没有任何一点作用。如果你因为流感病毒感冒，而你使用了抗生素，那对你的疾病没有任何缓解。那么我们对抗病毒应该用什么药呢？我们有没有一个像抗生素一样的东西，可以杀灭所有的病毒呢？我们姑且叫它“抗毒素”怎么样呢？但是很不幸的告诉大家，我们研究到目前为止并没有找到一个很好的“抗毒素”。以前我们认为干扰素是很好的抗毒素，可是很多病毒都发挥出了自己的优势，来抵抗干扰素的作用。因此在实验室，这也是我的一个研究课题之一，就是寻找有没有一些通用的抗毒素？刚才我已经提到，病毒一定要通过细胞的蛋白才能进行复制，因此我们按照这个思路研发了一种抗毒素，我们叫它“抗毒素007”，是个特工，就是专门找那个间谍的。我们可以看到当我们用抗毒素007去处理流感病毒感染的细胞的时候，它比流感病毒的上市药物达菲效果还要好。另外我们用这种抗毒素007也处理了寨卡病毒感染的细胞──寨卡病毒最近也是受到很多的关注，因为在巴西导致了孕妇生产出来的胎儿有小头症。我们可以看到随着药物浓度的增加，寨卡病毒的生长被完全地抑制住了。所以请大家相信我们，通过科学家的努力，我们在未来很有可能得到一种“抗毒素”来对抗多种病毒。还有一个特别有效的对抗病毒的方法，就是疫苗。我想我们每个人都接种过疫苗，包括我们自己、我们的孩子，可是疫苗到底是什么呢？谁能说出来？疫苗其实就是灭活的病毒，或者很弱的病毒。这些病毒因为被灭活了或者很弱，可以很轻易地被我们的免疫系统识别，我们的免疫系统在病毒没有复制之前，就识别到了它，并且产生了一种叫抗体的分子──抗体呈一个Y字形，就是我们图里红色标记的这个Y字形的小分子，它像一把小叉子一样将病毒牢牢地插住，使得病毒不能够进入被感染的细胞，也不能够在细胞里复制，这就是疫苗的原理。其实我们很多疫苗都是基于这样的原理而研发的。比如说牛痘疫苗，牛痘疫苗是怎么发现的呢？还是我刚才说的，也是源于对生活的观察。科学家们发现那些挤牛奶的牛奶工，他们不会得天花，就是因为他们感染了牛痘病毒──牛痘病毒和天花病毒非常相近，但是它在人体里是一种很弱的病毒，免疫系统可以轻易的识别它，并且产生Y字形的抗体，这种抗体就可以使我们人类免受天花病毒的侵扰。这就是牛痘疫苗的发展史。而其它的很多疫苗都是按照这样一个原理来研发的，因此如果我们想抵抗病毒的感染，就要在感染之前，接种灭活的病毒或者很弱的病毒，来激发我们的免疫系统产生抗体。当然除了药物跟疫苗之外，我们应该感谢人类的进化，我们与生俱来的一个抗病毒的系统──那就是免疫力。免疫力包括我刚才提到的，我们的机体产生抗体的能力，也是一种免疫力。免疫细胞就像一个清道夫一样，它可以在我们的血液里循环，找到那些外来的侵入者并且把它吞掉。这个大大的奇形怪状的东西，就是我们的一个免疫细胞，它在追逐着这个小小的黑颗粒就是一个细菌，也可以是一个病毒──但是病毒我们看不到，它不停的追逐它、坚持不懈直到把它追到，并且吞掉。我想在这一过程中，大家觉得我们的免疫细胞是不是很伟大？但是我们也应该注意到这个过程是一个极其耗能的过程，因此我们的免疫系统需要我们提供全面的营养、需要我们给予它们充分的休息时间，所以我也希望通过我今天的介绍，大家对病毒的了解、对我们免疫系统的了解，能够吃好、喝好、睡好、心情好，然后把我们的免疫系统训练到最佳的状态，来抵抗外源病毒的侵染。那么最后我也希望大家能够多多支持我们的科研工作。我想我们的目的并不是消灭世界上所有的病毒，我们的目的是为了研发一些有效的药物跟疫苗，拯救那些因为病毒感染而意外逝去的生命，而这些生命可能是你、可能是我、可能是我们的孩子，也可能是我们的家人跟朋友。谢谢！“SELF格致论道”是中国科学院全力推出、中国科普博览承办的科学讲坛，致力于精英思想的跨界传播，由中国科学院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