病毒,原来是个非常奇妙、极其精巧的分子机器人

木子耕夫   2023-06-13 12:14:28


(资料图)

提起病毒,没有人不痛恨,但是在微生物专家的眼里,病毒则是令其称赞不已、非常奇妙的分子机器人。

这里以一种专门吃细菌的古老病毒噬菌体为例。我们常见的病毒都是球状的,而噬菌体的构造很像登陆火星的宇宙飞船,它有一个多面体的头、会拉动核酸的马达、能伸缩的颈子以及带有针头和化学武器的底盘,还有用来着陆的六条腿。噬菌体的遗传物质藏在多面体的头部,它如何把很长、带有负电、硬邦邦的核酸卷在微小的空间里,至今仍是个谜。因为要把比外壳大上百倍的核酸硬塞进小小的壳子,需要很大的力气,相当于几十个大气压。而蛋白壳的张力强度大概是一千个大气压,相当于现代的铝合金的强度。而且把核酸塞进去后,噬菌体还需要以很强韧的蛋白质做成的塞子,将它盖起来。

和噬菌体病毒头部连接的是个长筒形可以伸缩的颈子,颈子里还藏着一个蛋白针头。噬菌体“降落”在细菌表面时,着陆的脚会改变形状。噬菌体的脚是个化学传感器,会把“着陆”的信号传至底盘,底盘就开始改变形状,颈部跟着缩短变粗,藏在颈部的蛋白针头从底盘伸出来,插进细菌表面。这个蛋白针头带有会溶解细菌外壳的催化剂(酶),病毒利用它在细菌表面上打洞,而且还会在细菌表面上移动,寻找最好的打洞地点。洞打好后,病毒头部的核酸就可顺着颈部通道,进入细菌。

这些美丽的病毒颗粒,藏着不为人知的秘密。噬菌体的颈部有一个蛋白做的塞子,打开这个塞子后,噬菌体头部的 DNA 就会开始注入细菌。在我们的想象中,这个“压力锅”的盖子一旦打开,被几十个大气压压住的 DNA 一定会像开香槟一样冲出来。但事实并非如此,病毒会小心地控制这个步骤,先让一小部分核酸(先头部队)送入细胞。一般来说,病毒入侵细胞时,总会受到细胞的天然抵抗(免疫力),杀死进入的先头部队,并留下记号,病毒从此再也无法进入细胞。但也有狡猾的病毒,蒙混过关,先头部队与细胞内的酶结合,相互勾结,成功把病毒的其他核酸大部队拉进了细胞里。

为什么有的病毒能侵染这种细胞而不能侵染那种细胞?也就是说为什么病毒对侵染对象有选择性?原来,在这个过程中,病毒表面有一种蛋白会像钥匙一样,正确找到细胞的门锁,打开进入细胞的门。病毒如何打开进入细胞的门,我们现在还不太清楚,但这是关键的步骤。每种细胞的门锁都不太一样,一种病毒的钥匙只能打开某些细胞的门,如果当变种病毒的钥匙改变形状时,病毒就会改变感染对象,造成不同的病情。

有时候,病毒需要一些特殊技巧找到致病目标。比如,艾滋病病毒要穿过人类身体表面的黏膜才能感染血液细胞,它巧妙运用搭便车的策略,先黏附在黏膜的树突状细胞上,这种树突状细胞会在血液及黏膜之间往返,艾滋病病毒就靠这种方式进入血液,进行传染。另外,有许多植物病毒是利用搭飞机(会飞的昆虫)的方式,寻找下一个目标的,有的病毒甚至让抓它的抗体帮忙寻找它要入侵的细胞(就像强盗要警察带路,还帮他开门一样),有些病毒会帮助别的病毒制作进入细胞的管道,真是五花八门,无奇不有。

病毒顺利进入细胞后,即开启病毒复制模式。病毒的基因有限,需要倚赖细胞里的机器及工厂帮它繁殖。病毒先用自己带进细胞的蛋白,或进入细胞后制造的病毒蛋白,抑制抵抗自己的细胞功能,也就是说让细胞内的抵抗力量全部缴械投降,为病毒服务。若细胞的制造机器及工厂还在休息,病毒就会想办法立刻将它启动,并改变细胞制造核酸及蛋白的程序,制造更多病毒需要的酶及原料,复制更多的病毒基因,这个过程极其高效,最终倒致细胞的死亡。

病毒是许多生物疾病的罪魁祸首。但病毒也不是一无是处。病毒很了解细胞里各种机器的运作及调节,是改变细胞生产程序的能手,人类巧妙利用被驯服的病毒来了解细胞里的机器如何运作,获得了细胞的许多秘密,就像孙悟空钻进了牛魔王的肚子里,把牛魔王的五脏六腑看个一清二楚。你可千万别小看这些病毒专家的贡献,我们现在对细胞运作的了解,有很多是靠病毒得知的,还有不少科学家因为病毒的“教导”得到诺贝尔奖。辛苦认真替人类工作的病毒,不但没有从瑞典国王手中拿到奖牌及奖金的荣耀,还被人们视为罪大恶极的坏蛋,是不是有点不公平?

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