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10个流感基因搞乱全球  

2009-05-11 15:08:51|  分类: 新闻 |  标签: |举报 |字号 订阅

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南都周刊编辑 宋爽 文·CARLZIMMER 译·小颖



  在过去的一周中,中国香港、美国亚利桑那州和加州,以及英国的科学家都在同步行动——香港大学病毒学家加尔文·史密斯博士和其他6名流感专家已经着手分析新的甲型H1N1流感病毒如何形成、什么时候形成。

病毒跟着你进化
  第一个猪流感病毒的暴发于上个月底,但史密斯博士和他的同事们在其研究网站上声称,新病毒的最近共同祖先(MRCA)可能早在6月前,甚至11个月前就存在了。“它可能一直在人类视线之下酝酿,”史密斯博士说。

  目前疫情显示了病毒的演变是如此复杂和神秘。由于病毒是种简化到极致的生命,这种复杂性和神秘性更为显著。例如人类流感病毒,它的蛋白质外壳只有大约5百万分之一英寸宽,里面仅有10个基因(我们人类有大约两万个)。

  有些病毒利用DNA,像我们人类一样复制基因编码;有的病毒利用单链RNA,如流感病毒。但是,州立圣迭戈大学分子病毒学家罗兰·沃尔科维茨说:病毒都具有一个共同点,就是繁殖都是先分裂再变异。

  例如,人类流感病毒,附着在鼻子或喉咙某个细胞上。然后操纵细胞受体,使细胞吞噬它。在这种情况下,病毒的基因从它的蛋白质外壳中释放出来,于是,宿主细胞开始制造那些可自行组合的新病毒的基因和蛋白质。“其他的任何实体都不能做到这一点,”沃尔科维茨博士说。“对于我来说,这个特点界定了病毒。”

  地球上的病毒数量是超出了我们的想象。“一滴水有10亿病毒, ” 沃尔科维茨博士说。病毒学家估计,世界上的海洋里有一百万兆兆病毒。

  谈病毒就不得不提及其惊人的多样性。CraigVenter研究所(位于美国马里兰州洛克维尔)的学者香农·威廉姆森,致力于分析海洋病毒基因。他发现一箱100至200升的海水可能含有100000多种不同基因的病毒。“对于病毒的多样性,我们只知皮毛,”威廉姆森博士说:“将来会有更多让人惊讶的事情。”

  病毒是多种多样的,因为他们变异速度非常快且可以混合基因。有时它们从宿主身上截取基因,有时与其他病毒交换基因。有些病毒,包括禽流感病毒,进行一种被称为重组混合行为。如果同一细胞感染到两种不同的流感病毒,它们的基因就会随意地重组,形成新的副本。

  甚至是最早期的原始微生物也可能被病毒感染,沃尔科维茨博士说“我相信病毒永远存在”。

  当新宿主不断进化时,一些病毒也适应了。例如,鸟类已经成为流感病毒主要宿主,许多鸟类感染禽流感病毒但不会生病。其病毒在鸟类的肠道中复制,并随粪便排出。

  有四分之一的鸟类通常同时携带两个或两个以上流感病毒,这使得病毒不断重组基因形成新的遗传模型。就像CraigVenter研究所的学者大卫·斯皮罗所说:“鸟类在不断搅拌着各种病毒。”

流感病毒怕热,北半球夏季无忧
  流感病毒开始从鸟类迁移到其他物种,包括猪、马和人等。其他病毒,如HIV与SARS,已经设法转移到人类,当然也有的病毒转移失败了。“病毒在另一个物种中创建一个新的流行病是非常罕见的”,东南亚康奈尔大学的科林帕里什说:“例如,近几年,禽流感H5N1病毒已造成数百人死亡,但它似乎无法在人之间轻松转移。”

  在过去一个世纪里,只有少数流感已经成为真正的人类病毒。为了转型,该病毒不得不适应新的宿主。比如,经过演变,有的病毒基因制造酶已经可以在人体温度下,运行速度达到最高,这个温度通常低于鸟类几摄氏度。

  流感病毒可以从鸟类肠道转移到人类呼吸道。但是,这一转变需要流感病毒以一种新的方式传播:即在我们的咳嗽或打喷嚏喷射的液体中传播。

  “如果病毒洒落在地板上,那它就消亡了”,西奈山医学院微生物学博士彼特·帕莱斯说。在美国,冬季是流感季节,可能是因为干燥的空气使病毒漂浮了更长的时间。

  多达五分之一的美国人在流感季节感染了病毒,且已经有36000人死亡。在这段时间内,流感病毒在不断演变。其蛋白质表面改变了形状,成功躲过人体的免疫系统和抵抗流感药物。

  斯皮罗博士和他的同事们还发现,在每个流感季节,人类流感病毒都经历了很多次重组。斯皮罗博士强调:“重组是制造新的季节性病毒的罪魁祸首。”

  新的流感病毒,不时制造出远比典型性季节流感病毒更多的痛苦。例如1918年,所谓的西班牙流感造成了大约50万人的死亡。在随后几年中,这种病毒的后代又从鸟类流感病毒中提取了基因。

  有时重组导致新的传染病,而有时重组可能使流感病毒更好地逃避免疫系统,使病毒在人体中传播速度更快,或是人类病情更严重。

  目前猪流感的出现,重组也起到了很大作用。它的基因来自几个祖先,但主要来自受感染的猪。

  1930年,科学家首次从猪身上分离出禽流感病毒,基因序列表明,它们是从1918年西班牙流感中衍生出来。上个世纪70年代,猪流感病毒曾在欧洲出现过,还携带着一些鸟类流感病毒的基因。而另一种不同的猪鸟组合流感病毒在美国出现。

  在上世纪90年代末,美国科学家发现了一种三重组合基因病毒,它混合了经典猪流感、禽流感病毒和人类病毒的基因。最近出现的病毒基因得益于这三个病毒,即三重组合基因病毒,和分别出现在美国和欧洲的猪鸟混合流感病毒。

  猪这种生物品种可能有助于促进这一切混合。禽流感和人类流感病毒能够潜入猪细胞,每一个都使用不同的受体以获得传播渠道。“我们称猪为病毒基因混合容器,因为它可以在同一时间复制禽流感病毒和哺乳动物流感病毒。”堪萨斯州立大学的尤尔根·里奇说:“比起其他任何物种,在猪身上发生基因混合可能更容易。”

  幸运的是,新H1N1流感似乎没有其他季节性流感严重,它并不像1918年西班牙流感。帕莱斯博士说“现在没有迹象表明它是一个杀手病毒”。但是,H1N1流感会演变成杀手病毒吗?该博士认为可能性不大。

  如果猪流感在未来几个星期内消失,病毒追踪者还是会在未来几个月内密切关注它。因为季节性流感结束在北半球,该病毒还可以兴旺南半球的冬季或者停留在热带地区,然后等到明年秋季返回北半球。毫无疑问,在转移的路上,病毒基因将发生变异,而且还可能会截取新的基因。
科学家们将密切关注病毒混合的演变历程。“病毒具有令人难以置信的适应能力,”斯皮罗博士感慨:“它们设法借助我们的现代文化,传播到世界各地。”
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