你知道潘多拉病毒么?

2015-12-24作者:(韩) 姜锡基, 著编辑:翁小鲁

您知道“潘多拉病毒”吗?

希腊神话中的美女潘多拉嫁给了一位名叫厄毗米修斯的富人,这位 富人家里放着一个被封印的缸,里面装着所有对人类有害的东西。忍不 住好奇的潘多拉最终打开了缸盖,死亡、疾病、仇恨、嫉妒等所有罪恶 瞬间传向四面八方,从此人类便饱受各种生活疾苦。

后来,潘多拉的故事演变成几种版本,现在最广为人知的是,潘多 拉打开的不是缸,而是盒子。政客因为非法资金之类的问题而被揭露出 来的时候,人们常说“打开了潘多拉的盒子。”追溯神话原型可以发现,古希腊的缸又称“土罐”(amphora),据说主要用于盛放酒类或储存谷物。

学术杂志《科学》2013年7月19 日刊登了一篇论文,报告了一种新的 病毒,人们将其命名为“潘多拉病毒”(pandoravirus )。由于其模样让人联想到 土罐,因此得名,只不过不叫“土罐病 毒”而已。是不是因为这一病毒的某些 特征让发现者从土罐的模样联想到“潘 多拉的盒子”才取了这个名字呢?这一 病毒的发现是不是也意味着揭开了生命 科学中隐藏的阴暗面呢?

如细菌般大小的病毒

虽然没有揭露什么黑暗的秘密,但“潘多拉病毒”的发现确实动 摇了人们对待生命的既有观念。首先,从大小来看,“潘多拉病毒”是 迄今为止发现的最大病毒,其长度为1微米(1微米为10"5米),相当 于普通细菌的大小A。病毒的大小通常只有几十纳米(1纳米为104米), 两相比较,1微米已经相当大了。

其基因大小也与普通细菌一样,有将近247万个碱基对。冬天让 人类痛苦不堪的流感病毒的基因只有1.35万个碱基对,由此可以看出, “潘多拉病毒”的大小多么超乎寻常。由于基因较大,其中包含的遗传 基因也很多。据推测,“潘多拉病毒”有2500多个遗传基因,而流感病 毒的遗传基因只有10个。典型的细菌一大肠杆菌的基因大小为460 万个碱基对,遗传基因有4300多个。仅凭这一点,“潘多拉病毒”给人 的感觉就不像是病毒,倒是更接近细菌。实际上,基因大小比“潘多拉 病毒”还小的细菌也不少,不仅如此,甚至有几种寄生真核生物的基因 大小都比“潘多拉病毒”小。

即便如此,“潘多拉病毒”也不属于细菌,而是病毒。它不是由细 胞构成的生命体,离开宿主就不能增殖。“潘多拉病毒”可以在原生动 物阿米巴虫的细胞内增殖,可是它与已知的其他病毒不同,没有生成蛋 白质外壳的遗传基因。包含病毒遗传基因的核酸(DNA或RNA)是由 蛋白质外壳包裹着的“粒子”(所以在电子显微镜下不呈现圆形而呈现 六角形),而“潘多拉病毒”没有蛋白质外壳,所以它不像病毒而更像

细菌(显微镜成像如同苹果横切面)。

一位生物学家认为“这好像发现了大脚怪(bigfoot)—样”。“大脚 怪”发现于北美落基山脉一带,是浑身绒毛且直立行走的传说中的猿 人。与现有病毒相比,“潘多拉病毒”的体型和基因都大得多,且没有 蛋白质外壳。这的确很奇特,但至于让人惊奇到这种程度吗?

令人重新思索病毒起源

实际上,这次研究结果可以说是既有成果的延伸,巨型病毒的发现 其实可以追溯到十多年前。2003年,也是《科学》杂志刊登的文章报道了震惊当时的发现。文章称,人们发现了长0.7微米、有118万个碱 基和1000多个遗传基因的巨型病毒。因为很像(mimic)细菌,所以称 为“拟菌病毒”(mimivirus)。这种巨型病毒的存在一经披露就引起了病 毒学界的轰动,因为用当时的病毒观点不能对其做出任何解释。

拟菌病毒的发现很有戏剧性,这还要从1992英国布拉德福德肺炎 群发事件说起。英国公共卫生研究所流行病学调查组猜测,冷却塔中可 能存在军团杆菌(legionella),于是就从几个地方分别采样并对样品进 行分析,筛选出了军团杆菌的宿主一阿米巴虫(Amoeba)。可是,随 着预算削减,样品被扔到冷库角落。之后历经曲折,于1998年传到了 法国地中海大学迪迪埃•拉乌尔特教授团队。

拉乌尔特教授的团队对样本进行分析后,发现了 4种无史料记载的 军团杆菌。可是最后的试验材料却出了问题。通过光学显微镜观察,分 明有阿米巴虫被感染,但却检测不出细菌的DNA。一般人可能会认为, 反正已经得到了想要的实验结果,把样品扔掉也没事。可是被委托分 析样品的细菌学家伯纳德•拉斯科拉博士是个很执着的人,他为了揭 示未知的细菌菌体而采用了各种方法。有一天,拉斯科拉博士打算用 20万倍的电子显微镜观察样本,进人他视野的是六角形粒子,是病毒 而非细菌。后来用3D电子显微镜观察,二十面体病毒结构(六角形 是二十面体的平面投影)清晰可见。于是,拟菌病毒在2003年为世人所知。

实际上,病毒学的历史并没有那么悠久。1935年,人们通过电子 显微镜首次确定了病毒的存在(烟草花叶病毒),之后才诞生了病毒学。 病毒非常小,用17世纪发明的光学显微镜是看不到的(当然,拟菌病 毒或“潘多拉病毒”是可见的)。病毒能够增殖且会发生变异,所以可 以视为生命体,但它不是细胞而是粒子(核酸和蛋白质相互分离,分别 保存几十年之后再重新组合,就会再次具备病毒的活性),不能独立存 在。从这一方面看,它更接近于无生命体。总之,病毒是介于生物和非 生物之间的奇妙的存在。

典型的病毒通常由十几个遗传基因构成的核酸和蛋白质外壳组成, 比细胞构成的“真正”的生命体更加简单。但是据推测,它比细胞生物 体在地球上出现得更晚。因为其自身不能增殖,如果说病毒比细菌或真 核生物之类的细胞生物体出现得更早,就会相互矛盾。

因此,人们猜测,早期发生了某种“变故”,1个遗传基因大小的 小基因片段分离出来。这一片断又偶然地感染了细胞,实现了自我复制 和增殖,成为了新的生命体。随着病毒的进化,后来又出现了较大、较复杂的几种病毒。可是,拟菌病毒却不能用这一假说解释。也就是说,要产生这么 大的病毒,就需要病毒自身 不断从宿主生命体夺取遗传 基因并不断进化。但令人吃 惊的是,拟菌病毒遗传基因 的分析结果显示,其带有大 部分宿主细胞生物体内不存 在的喊基序列。

因此,研究人员逆向推测了病毒的进化。假设最初存在具有自我增殖能力的很复杂的生命体, 它们退化后演变为需要寄生在其他类型生命体(像今天的细菌和真核生 物)内的寄生病毒。按照这种新的推断,拟菌病毒是最原始的形态,而 流感病毒算是进化后的形态。根据这种逻辑,研究人员发现了比拟菌病 毒更大、也更原始的病毒,结果历经10年后,又在智利沿岸的土壤样 品中发现了“潘多拉病毒”。实际上,现已确认“潘多拉病毒”有93% 的遗传基因确实都是现有遗传基因数据库中没有记载的类型。研究人员 会继续寻找巨型病毒,如果最终发现具有独自存活能力的(非细菌或真 核生物的)巨型病毒的祖先,那无疑将会成为21世纪生命科学领域的 轰动性事件。

有趣的是,发表于1998年的一篇论文曾经提及阿米巴虫细胞内寄 生的“潘多拉病毒”之类的粒子,但作者当时并没有将其视为病毒。虽 然它似乎不同于教科书上学到的病毒,但是对于病毒的固定观念不允许 有这样的猜测,即使明显不是细菌的寄生生物体放在眼前也未能“灵活 思考”。“天才就是那些在日常生活中发现别人看不到的东西的人”,按 照这一定义,发现拟菌病毒和“潘多拉病毒”的科学家们应该算是真正的天才了吧?


内容来源:书问

作者[韩]姜锡基
出版人民邮电出版社
定价39元
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