近日,俄羅斯向世衛組織通報一起人類感染 H5N8 型禽流感病毒事件,爲全球首次。

被感染者爲輕症、無症狀,目前狀況良好,沒發現人際傳播,但不排除病毒在未來發生變異並出現人傳人的可能。

據報道,近幾個月以來,歐洲、中東、北非等地陸續暴發H5N8型禽流感疫情,造成大量家禽和野生鳥類死亡。但自全球首次發現H5N8型禽流感病毒以來,還沒有發現人感染這種病毒的病例。

圖片來源央視財經

近些年,我們經常能看到禽流感感染人類的新聞。禽流感離我們非常近,目前我們還沒有戰勝它,那麼,威脅着我們和家禽的禽流感是怎麼來的呢?

今天和蝌蚪君一起來了解一下禽流感的前世今生吧!

01 禽流感是怎麼來的?

禽流感病毒屬於正粘病毒科,由三種結構組成。核心是8股RNA片段;外面是核衣殼,核衣殼由蛋白質衣殼和衣殼中心包含的病毒核酸組成;核衣殼外面,則是一層包膜。

包膜上有兩種刺突,一種是血凝素(hemagglutinin,HA),另一種是神經氨酸酶(neuraminidase,NA)。[2]

新聞提到禽流感總是“H某N某”的格式,這裏的H和N指的就是血凝素和神經氨酸酶的種類。H5N8型禽流感病毒是在2014年全球首次發現的。

禽流感病毒模式圖;圖片來源:songshuhui.net

和擁有線粒體等細胞器的普通細胞不同,更有別於組織分化成熟、器官各司其職的人類。禽流感病毒既不能製造能量,也不能從周圍的營養物質中獲取能量。

對於病毒的起源,目前只有幾個假說。有的學者認爲病毒其實是退化的細胞器,也有的學者認爲,病毒可能和細胞一樣古老,二者互相滲透,彼此適應,共同進化。[3]

進化樹;圖片來源:中國農業百科全書·生物學卷

禽流感病毒從一開始就與衆不同,“選擇”了RNA作爲遺傳物質。這又和絕大多數生物出現了分歧。絕大多數生物選擇DNA作爲遺傳物質,這不是沒有理由的。

舉個例子來說,田鼠生活在野外,自衛能力差,天敵衆多,只能鑿穴而居、晝伏夜出。

因此,每隻田鼠都擁有出色的打洞能力和傑出的視力,它們也都希望,能把這些生存優勢遺傳下去。

DNA擁有一套可靠的糾錯機制,保證了基因複製的正確性。相反,RNA不靠譜得多。RNA聚合酶的矯正能力很低,比宿主細胞高一百萬倍左右。幾乎每一個新病毒出生,都可能伴隨着一個基因突變。[4]

這就意味着,禽流感病毒沒有選擇去適應某個特定的環境,而是選擇了適應所有環境。

只要子代夠多、子代的類型夠多,理論上講,不管遇到什麼環境,都有部分子代可以適應。既然沒有細胞器,那就只有寄生一條路可走。

當禽流感病毒遇到合適的宿主時,便會用血凝素(H)與細胞上的相應受體結合,粘附到宿主上;接着病毒進入細胞,脫去蛋白質,暴露出RNA,利用細胞內的物質,大肆複製;最後,神經氨酸酶(N)斬斷新病毒和宿主細胞的聯繫,使病毒逃逸而出。[5]

左,血凝素,右,神經氨酸酶;圖片來源:wikipedia.org

從這裏,我們可以看出,血凝素(H)和神經氨酸酶(N),既決定了禽流感病毒的適應性,又左右着其毒力,也就是對細胞的殺傷能力。

02禽流感和兔子、野鳥的博弈

二十世紀五十年代,澳大利亞最危險的動物,是兔子。它們數量龐大,到處打洞,啃食一切能消化的東西,而且,因爲缺少天敵,還在加速增長中。

無奈之下,當地政府舉行了一個前無古人的生物學實驗:投放一種粘液瘤病毒,殺死野兔。

之後不久,爆發了全國性的瘟疫,受感染兔子的死亡率接近100%。隨後,粘液瘤病毒的致命性不斷下降。到今天,雖然還有兔子會因爲粘液瘤病毒死亡,但總體的死亡率已經聊勝於無了。兔子的數量,也再次不受控制地增長。[6]

爲什麼會這樣呢?我們前面說到,RNA的複製過程很容易出錯。因此,即使一個病毒進入一個細胞,也會產生各種各樣的子代。

有些子代可能會變化較大,重新編碼蛋白質,產生新的血凝素(H)和神經氨酸酶(N)類型,這被稱爲抗原漂移。

子代大致可以分爲三種:第一種,毒力很強;第二種,毒力很弱;第三種則比較中庸。

那麼,當這些子代逃離宿主細胞以後,會發生什麼呢?強毒株首先消失了!因爲它的致命性太厲害,往往還沒能成功傳遞給下一個宿主,就跟現有宿主同歸於盡了。

接着,弱毒株也越來越少。因爲弱毒株雖然能大量散播,但是,不能對宿主造成損傷,或者損傷輕微,因而,就不能產生、釋放足夠數量的子代病毒,僅能在宿主的局部潛伏,甚至乾脆被宿主的免疫系統幹掉。最終,反而是中等毒力毒株越來越多。[4]

病毒入侵宿主模式圖;圖片來源於網絡

與此同時,兔子也在經歷選擇。抵抗力差或者存在免疫缺陷的兔子,在第一時間死去;抵抗力非常強或者天生存在某種基因突變、可以遏制粘液瘤病毒的兔子,活了下來,並且通過生殖,將自己的生存優勢傳遞下去。

禽流感病毒和野鳥之間,必然也存在這樣的博弈,並最終實現了一種均衡的勢態。

03 禽流感與雞的較量

接着,一種全新的生物出現了,加入到了這種博弈中。這種生物,就是雞。

雞,圖片來源:taopic.com

禽流感病毒和野鳥的博弈,使得禽流感病毒一直在進化之中,總有某一種類型的禽流感病毒可以感染雞;而在人類意識到這一點之前,根本就不會主動隔離雞和野鳥。

雞的基因類型非常單一,又是羣居。面對禽流感,大家都沒轍;只要能感染一隻雞,所有的雞都難逃魔爪。任何生物的基因在複製過程中,都會產生突變。

這些突變,有少部分是對生存沒有影響的,大部分對生存有害,至於對生存有幫助的突變,可能幾百年纔出一個。

突變一旦產生,就很難清除;既然難以清除,那就會不斷累積。如此一來,就跟棘輪一樣,一次一個齒,只能往前,不能往後,走向必死的結局。[7]

棘輪,只能單向轉動;圖片來源於網絡

大部分生物依靠有性生殖解決這個問題。有性生殖中,精子和卵細胞結合,交換一部分遺傳物質。在這個過程中,對生存有利的基因得到集中,對生存不利的基因則有很大可能被剔除。

問題是,禽流感病毒它沒爸媽……雖然RNA突變是禽流感病毒進化的基礎,但是,複製錯誤並不是越多越好。

在生物學上,有一個錯誤極限的概念。簡單地說,這一理論認爲一個特定大小的基因組有一個可以耐受的最大錯誤率。

當大多數突變需要被去除時,與那些在極限長度以內的基因組相比,較長的基因組承受着更大的去除突變的負擔,導致大多數適應突變損失,最終滅絕。[8]

一般情況下,禽流感病毒藉助自然環境,避免錯誤極限的出現。一個病毒感染一隻野鳥,隨後大量複製、逸出,感染其他的鳥類。

因爲不同的野鳥具有不同的基因型,所以,複製過程中產生了不利突變的那些子代,不能成功感染下一個宿主。只有合適的突變(血凝素和神經氨酸酶類型),才能生存下去。

但是當禽流感病毒遇到雞的時候,這種機制就失靈了。禽流感病毒就好像寓言裏那隻狐狸,把自己餓瘦進入果園,喫完葡萄才發現,已經出不去了……這就是第二次博弈。

禽流感病毒在野鳥間傳播、進化,偶爾感染雞,導致雞大批死亡。第二次博弈可以說是兩敗俱傷。

雞失去了生命,人喪失了財產,禽流感病毒踏上了單行道。

與此同時,也有部分禽流感病毒從野鳥傳染給人,但是因爲人的免疫系統和野鳥差異太大,所以,禽流感病毒很難在人體內複製,即使成功複製,也很少致死。

對於抵抗力良好的年輕人來說,流感最多不過是頭痛、發燒、食慾不振。這種局面,一直持續到了1918年。

西班牙大流感;圖片來源:wikipedia.org03禽流感與流感大暴發

這一年,美國堪薩斯州的軍營出現了不少流感患者。不過,他們的症狀並不嚴重,一切似乎都和以前一樣。

隨後,法國、中國、西班牙、英國,幾乎所有的國家都受到了流感侵襲。症狀也從頭痛、發燒演變爲肺炎,甚至吐血。大批青壯年死去,至少2000萬人喪生,美國的平均壽命因此下降了12年。[9]

這就是西班牙大流感。它讓人類第一次知道了流感的恐怖。

那麼,這次流感是怎麼來的呢?源於禽類的流感病毒在人體很難增殖,反之亦然。但是,二者均能在豬體內增殖。當兩種病毒感染同一個細胞的時候,它們可以跟精子與卵細胞一樣,彼此選取一些基因,進行重新整合。這就是基因重組。

豬,另一種馴養生物,成爲了人流感毒株和禽流感毒株的混合器,幫助禽流感病毒打破了進化路上的單向通道。[5]

病毒重組的歷史;圖片來源:美國疾病控制與預防中心,cdc.gov [3]

於是,涉及禽流感病毒、野鳥、雞、人、豬等多個物種的博弈出現了。

甲型禽流感的經典傳播模式[5]

只要禽流感病毒還存在,它就會不斷在複製中出錯;只要禽流感病毒還能通過野鳥接觸到人、雞、豬,它就有打破屏障的可能;只要這種陌生的、可以在人與人之間傳播的禽流感病毒出現,缺乏抗體的人類,就會束手無策。

2011年,荷蘭病毒學家榮·弗切爾在一次科學大會上展示了自己的研究結論:H5N1病毒只要發生5個變異,就可以通過空氣傳播,可能導致危險的流感大暴發。[10]

這就是爲什麼我們一直在警惕禽流感。世界衛生組織甚至警告說,“自2003年底以來,世界比1968年,即上一世紀三次大流行中的最後一次發生以來的任何時候,都更加臨近大流行” 。[11]

不過,話又說回來,我們從一開始就選擇了一條不同的進化之路:不靠身體,依靠智力。因爲肺結核,我們認識了細菌,並最終發現了抗生素;因爲天花,我們學會了製作疫苗,彌補免疫系統的不足。

也許只要個十年八年,對禽流感的恐懼就會成爲歷史。

文章出處:蝌蚪五線譜

相關文章