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“坏病毒”最终都会改邪归正吗?

来源:光明网2022-12-04 17:03

  (加拿大)乔纳森·贾里

  ——我们经常被告知,病毒总会进化得更温顺。 实际上,它的毒性是一把双刃剑。

“坏病毒”最终都会改邪归正吗?

  在我们这个社交媒体时代,关于病毒毒性的热议已经无处不在,我们大多数人都会在推特上讨论新型冠状病毒的演化进程。随着新的变异越来越引人瞩目,我们不禁会提出同样的问题:这种变异株的传染性是否更强?它对我们更加危险吗?我们的疫苗能遏止它吗?

  这些讨论中,有一种充满诱惑的暗流,并以一种小常识的面目告诉我们说:显而易见,病毒总是随着时间推移而演化,变得不再有致命危害。就像狼被驯化成狗一样。病毒为了生存也会变得更加温顺平和。其推论是,新冠病毒迟早会失掉它的“毒牙”,变得像普通感冒一样无足轻重。

  在这场旷日持久的新冠大流行中,剥夺我们仍然仅存的这点希望,似乎有点残酷了。但却必须纠正这样的观念——致病微生物总会“弃恶从善”——这种“毒性减弱论”已经被否定了。

  下面是一个野兔泛滥成灾的故事。

  杀灭兔子

  1859年,查尔斯·狄更斯的《双城记》是以每周连载的系列故事首次发表的。查尔斯·达尔文出版了他的名著《物种起源》。同一年,欧洲的兔子被引进澳大利亚,为了让当地有更多动物可供狩猎。

  这是一个名叫托马斯·奥斯汀的富翁殖民者干的事。他带进来了13只兔子,让它们在这片土地上自由自在繁衍生息。五十年过去了,兔子在澳大利亚已经漫天遍野,侵害了当地物种和庄稼。以至于谚语说:“繁殖得像兔子一样快”。

  在兔子引入澳大利亚仅仅28年后,便被证明是一大祸害,以至于澳大利亚政府公开悬赏能够控制兔子种群增长的人。其中一个建议,便是使用致命的病毒。

  这种病毒叫做粘液瘤病毒,之所以被选中,因为它只能感染兔子。人们曾多次尝试把病毒投放到兔子的种群中。到1950年代初期,行动取得了成功。这种病毒当时对兔子的致死率高达99.8%。然而此后在兔子中爆发疫情的病毒,死亡率降低到约90%。基本上,这种病毒在第一次接触宿主时,毒性非常强,但此后毒性便下降了。这个观察为早在1904年就提出的一个理论提供了支持:随着时间的推移,病毒的毒性必然减弱。

  一般来说,毒性是指一种致病微生物,如病毒,对宿主造成的伤害或适应性下降。由澳大利亚兔子案例支持的“毒性减弱论”是合乎逻辑的。如果宿主被一种病毒立即杀死并持续消灭,将会无法把病毒传播出去。实际上,病毒与宿主“同归于尽”,只是一种“得不偿失”的胜利。从进化的角度来看,根本不占有优势。事实上,是一条死胡同。向毒性小的方向进化,听起来是一场更好的赌博。

  然而,必须重点指出的是,进化的背后没有智能,病毒也不会思考。它们只是一捆基因指令,全靠自己复制,这个过程就像对一份手写的信件打字,容易出现操作错误,也就是突变。如果认为所有病毒都有求生的冲动,并因此希望宿主能维持足够的存活时间,从而有利于传播它这个小东西,那就是荒谬的想法了。“毒性减弱论”迎合了我们的渴望,将地球上的亿万病毒拟人化。但事实上,并没有什么宏大的设计。相反,只有一些力量同时作用于病毒和宿主。我们的科学知识最终超越了“毒性减弱论”,进入了一个更精密的思考:那就是关于权衡的理论。

  事情总比看起来复杂得多。

  结核病已经伴随我们几百年了,它仍然是致命的。登革热本身的毒性在过去几十年里有所上升。还有兔子的杀手——粘液瘤病毒。根据20世纪80年代有限的数据,它也长出了更致命的“毒牙”。与前十年相比,澳大利亚这种流行病毒的毒性更高。让“毒性减弱论”的普适性陷入太多的矛盾。病毒并非总是向良性进化的。

  如何更正确地理解病毒和宿主之间的相互作用,数学提供了最可靠的依据,从而建立更精准的测试模型。和往常一样,“结果比最初的想象要复杂得多”。而这句话应该成为具备科学素养者的口头禅。

  让我们设想把自己的大脑移植给病毒,然后从它们的角度看世界,来探索一些场景,从而展示这种复杂性。想象我们是狂犬病毒。从长远来看,我们是否需要进化成温顺的品种来维持生存?不,很明显我们没有这样做。一旦症状出现,狂犬病对人类的致死率可以说就是100%。这样挺好,因为我们在动物宿主中能够更方便地生存和传播,比如在狗、蝙蝠和浣熊身上。

  如果我们是新冠病毒——导致新冠肺炎的病毒,那么我们在人员密集的室内环境传播,杀死宿主的代价,会小于我们试图在人烟稀少之处传播的代价,因为后者的传播会更困难。所以我们可以在人口密集地区加强毒性并我行我素,我们仍然能四处悠游。

  最后,毒性不仅仅只有致命性问题。它还包括对宿主的伤害。身为新冠病毒,我们可以保持毒性,从而让康复变得缓慢。我们在宿主体内停留的时间越长,就越能实现更多的自我复制,宿主就有更多的机会把我们传播给其他人。如果我们从这个角度来看毒性,做一个“坏病毒”既付出成本也获得收益。这都涉及权衡问题。

  事实上,当一种病毒在人体内滞留数周,它就有更多的时间产生变异。如果宿主的免疫功能低下,就会出现这种情况。病毒被允许存留,从而在复制过程中产生越来越多的突变。尽管病毒没有意识到这一点(因为它没有大脑),它的行为却类似于赌博。如果你在一张轮盘赌桌上玩,能投中的概率很小。但如果你在50张不同的轮盘赌桌下注,概率就会上升。你自我复制的次数越多,发生的突变就越多,其中一个或几个突变将会胜出。

  这是假设之一,我必须强调,是关于冠状病毒产生奥米克戎变体的背景假设之一——也许新冠病毒在免疫系统受损的人体内驻留了一段时间,从而积累了一系列的变异,机缘巧合下,让它获取了优势。奥米克戎就这样诞生了。

  变异毒株群

  改变遗传物质的能力——突变,从而潜在地改变了遗传密码,以提高对环境的适应性,这就是进化的核心。突变可以是悄然发生的,这意味着它们不会改变蛋白质的编码,因为基因中有编码冗余。突变也可能很糟糕(想想容易使人患癌症的突变,比如某些BRCA1和BRCA2突变)。但碰巧有时候,突变可能是有利的。而病毒因为其巨量的复制,使之擅长从这一小概率事件中获益。

  一个感染者在一次发病期间可以产生10亿个传染性病毒颗粒。美国国家过敏和传染病研究所的乔纳森·耶戴尔博士最近在《免疫》杂志上写道,对于突变迅速的病毒来说,这意味着从单一感染个体中产生“基因组每个位置都有突变的病毒群”。这是令人震惊的基因多样性。如果这些突变影响了病毒与我们免疫系统的相互作用——比如冠状病毒刺突蛋白的形状——这种从初始病毒到新版本病毒的变化被称为抗原漂移。如果同一细胞中存在两种不同的病毒,它们的片段被偶然缝合在一起,成为“弗兰肯斯坦生物”,就会发生抗原转移。我们过去曾遭遇的大流感毒株,比如2009年的H1N1,很可能缘于某种动物体内这种罕见的抗原转移;而我们现在不得不忍受的新冠病毒变种,则是通过更常见的抗原漂移而产生的。多重压力会作用于这些变异毒株,来检验它们在人体中的适应性,能否得到蓬勃发展。

  有一篇文章谈寄生者为什么会伤害宿主,作者皮埃尔-奥利维尔·梅托当年是欧洲的博士后研究员,现在是魁北克的教授,在文章的结尾写了一句精彩的话:“对平衡的征服总是岌岌可危的。”病毒变异,宿主适应。有些病毒的毒性减弱,而另一些病毒则变得更加刁恶。人类开发了疫苗,病毒会漂移和转变。科学家再改进他们的疫苗。这是一场生物学的军备竞赛。

  “毒性减弱论”让预测未来变得简单,但却是错误的。如果这次新冠大流行教会了我们一些东西的话,那就是时刻保持警惕。当病毒适应时,我们也应该出招。

  最要紧的忠告

  必须消除一种误导,即,病毒为了“自身利益”,总会进化到不再致命。这个过时的旧理论已经被证明是错误的。

  随着时间的推移,病毒的毒性可能减弱或增强,这取决于作用在它们身上的诸多压力。

  病毒会发生随机的突变,并恰好影响我们免疫系统对它的识别(抗原漂移)。更罕见的是,它们的遗传密码片段可以与另一种病毒的遗传密码重组,从而产生一种全新的病毒(抗原转变)。

  (赵致真 译自《麦吉尔大学科学与社会》2021年12月18日)

[ 责编:战钊 ]
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