全球首次发生7例人类感染H5N8型禽流感病毒!禽流感是怎么来的?
2021-02-24 17:43:51  出处:蝌蚪五线谱  作者:赵言昌 编辑:陈驰     评论(0)点击可以复制本篇文章的标题和链接

近日,俄罗斯向世卫组织通报一起人类感染 H5N8 型禽流感病毒事件,为全球首次。

全球首次发生7例人类感染H5N8型禽流感病毒!禽流感是怎么来的?

被感染者为轻症、无症状,目前状况良好,没发现人际传播,但不排除病毒在未来发生变异并出现人传人的可能。

据报道,近几个月以来,欧洲、中东、北非等地陆续暴发H5N8型禽流感疫情,造成大量家禽和野生鸟类死亡。但自全球首次发现H5N8型禽流感病毒以来,还没有发现人感染这种病毒的病例。

全球首次发生7例人类感染H5N8型禽流感病毒!禽流感是怎么来的?
图片来源央视财经

近些年,我们经常能看到禽流感感染人类的新闻。禽流感离我们非常近,目前我们还没有战胜它,那么,威胁着我们和家禽的禽流感是怎么来的呢?

今天和蝌蚪君一起来了解一下禽流感的前世今生吧!

01 禽流感是怎么来的?

禽流感病毒属于正粘病毒科,由三种结构组成。核心是8股RNA片段;外面是核衣壳,核衣壳由蛋白质衣壳和衣壳中心包含的病毒核酸组成;核衣壳外面,则是一层包膜。

包膜上有两种刺突,一种是血凝素(hemagglutinin,HA),另一种是神经氨酸酶(neuraminidase,NA)。[2]

新闻提到禽流感总是“H某N某”的格式,这里的H和N指的就是血凝素和神经氨酸酶的种类。H5N8型禽流感病毒是在2014年全球首次发现的。

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禽流感病毒模式图;图片来源:songshuhui.net

和拥有线粒体等细胞器的普通细胞不同,更有别于组织分化成熟、器官各司其职的人类。禽流感病毒既不能制造能量,也不能从周围的营养物质中获取能量。

对于病毒的起源,目前只有几个假说。有的学者认为病毒其实是退化的细胞器,也有的学者认为,病毒可能和细胞一样古老,二者互相渗透,彼此适应,共同进化。[3]

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进化树;图片来源:中国农业百科全书·生物学卷

禽流感病毒从一开始就与众不同,“选择”了RNA作为遗传物质。这又和绝大多数生物出现了分歧。绝大多数生物选择DNA作为遗传物质,这不是没有理由的。

举个例子来说,田鼠生活在野外,自卫能力差,天敌众多,只能凿穴而居、昼伏夜出。

因此,每只田鼠都拥有出色的打洞能力和杰出的视力,它们也都希望,能把这些生存优势遗传下去。

DNA拥有一套可靠的纠错机制,保证了基因复制的正确性。相反,RNA不靠谱得多。RNA聚合酶的矫正能力很低,比宿主细胞高一百万倍左右。几乎每一个新病毒出生,都可能伴随着一个基因突变。[4]

这就意味着,禽流感病毒没有选择去适应某个特定的环境,而是选择了适应所有环境。

只要子代够多、子代的类型够多,理论上讲,不管遇到什么环境,都有部分子代可以适应。既然没有细胞器,那就只有寄生一条路可走。

当禽流感病毒遇到合适的宿主时,便会用血凝素(H)与细胞上的相应受体结合,粘附到宿主上;接着病毒进入细胞,脱去蛋白质,暴露出RNA,利用细胞内的物质,大肆复制;最后,神经氨酸酶(N)斩断新病毒和宿主细胞的联系,使病毒逃逸而出。[5]

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左,血凝素,右,神经氨酸酶;图片来源:wikipedia.org

从这里,我们可以看出,血凝素(H)和神经氨酸酶(N),既决定了禽流感病毒的适应性,又左右着其毒力,也就是对细胞的杀伤能力。

02禽流感和兔子、野鸟的博弈

二十世纪五十年代,澳大利亚最危险的动物,是兔子。它们数量庞大,到处打洞,啃食一切能消化的东西,而且,因为缺少天敌,还在加速增长中。

无奈之下,当地政府举行了一个前无古人的生物学实验:投放一种粘液瘤病毒,杀死野兔。

之后不久,爆发了全国性的瘟疫,受感染兔子的死亡率接近100%。随后,粘液瘤病毒的致命性不断下降。到今天,虽然还有兔子会因为粘液瘤病毒死亡,但总体的死亡率已经聊胜于无了。兔子的数量,也再次不受控制地增长。[6]

为什么会这样呢?我们前面说到,RNA的复制过程很容易出错。因此,即使一个病毒进入一个细胞,也会产生各种各样的子代。

有些子代可能会变化较大,重新编码蛋白质,产生新的血凝素(H)和神经氨酸酶(N)类型,这被称为抗原漂移。

子代大致可以分为三种:第一种,毒力很强;第二种,毒力很弱;第三种则比较中庸。

那么,当这些子代逃离宿主细胞以后,会发生什么呢?强毒株首先消失了!因为它的致命性太厉害,往往还没能成功传递给下一个宿主,就跟现有宿主同归于尽了。

接着,弱毒株也越来越少。因为弱毒株虽然能大量散播,但是,不能对宿主造成损伤,或者损伤轻微,因而,就不能产生、释放足够数量的子代病毒,仅能在宿主的局部潜伏,甚至干脆被宿主的免疫系统干掉。最终,反而是中等毒力毒株越来越多。[4]

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病毒入侵宿主模式图;图片来源于网络

与此同时,兔子也在经历选择。抵抗力差或者存在免疫缺陷的兔子,在第一时间死去;抵抗力非常强或者天生存在某种基因突变、可以遏制粘液瘤病毒的兔子,活了下来,并且通过生殖,将自己的生存优势传递下去。

禽流感病毒和野鸟之间,必然也存在这样的博弈,并最终实现了一种均衡的势态。

03 禽流感与鸡的较量

接着,一种全新的生物出现了,加入到了这种博弈中。这种生物,就是鸡。

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鸡,图片来源:taopic.com

禽流感病毒和野鸟的博弈,使得禽流感病毒一直在进化之中,总有某一种类型的禽流感病毒可以感染鸡;而在人类意识到这一点之前,根本就不会主动隔离鸡和野鸟。

鸡的基因类型非常单一,又是群居。面对禽流感,大家都没辙;只要能感染一只鸡,所有的鸡都难逃魔爪。任何生物的基因在复制过程中,都会产生突变。

这些突变,有少部分是对生存没有影响的,大部分对生存有害,至于对生存有帮助的突变,可能几百年才出一个。

突变一旦产生,就很难清除;既然难以清除,那就会不断累积。如此一来,就跟棘轮一样,一次一个齿,只能往前,不能往后,走向必死的结局。[7]

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棘轮,只能单向转动;图片来源于网络

大部分生物依靠有性生殖解决这个问题。有性生殖中,精子和卵细胞结合,交换一部分遗传物质。在这个过程中,对生存有利的基因得到集中,对生存不利的基因则有很大可能被剔除。

问题是,禽流感病毒它没爸妈……虽然RNA突变是禽流感病毒进化的基础,但是,复制错误并不是越多越好。

在生物学上,有一个错误极限的概念。简单地说,这一理论认为一个特定大小的基因组有一个可以耐受的最大错误率。

当大多数突变需要被去除时,与那些在极限长度以内的基因组相比,较长的基因组承受着更大的去除突变的负担,导致大多数适应突变损失,最终灭绝。[8]

一般情况下,禽流感病毒借助自然环境,避免错误极限的出现。一个病毒感染一只野鸟,随后大量复制、逸出,感染其他的鸟类。

因为不同的野鸟具有不同的基因型,所以,复制过程中产生了不利突变的那些子代,不能成功感染下一个宿主。只有合适的突变(血凝素和神经氨酸酶类型),才能生存下去。

但是当禽流感病毒遇到鸡的时候,这种机制就失灵了。禽流感病毒就好像寓言里那只狐狸,把自己饿瘦进入果园,吃完葡萄才发现,已经出不去了……这就是第二次博弈。

禽流感病毒在野鸟间传播、进化,偶尔感染鸡,导致鸡大批死亡。第二次博弈可以说是两败俱伤。

鸡失去了生命,人丧失了财产,禽流感病毒踏上了单行道。

与此同时,也有部分禽流感病毒从野鸟传染给人,但是因为人的免疫系统和野鸟差异太大,所以,禽流感病毒很难在人体内复制,即使成功复制,也很少致死。

对于抵抗力良好的年轻人来说,流感最多不过是头痛、发烧、食欲不振。这种局面,一直持续到了1918年。

全球首次发生7例人类感染H5N8型禽流感病毒!禽流感是怎么来的?
西班牙大流感;图片来源:wikipedia.org03禽流感与流感大暴发

这一年,美国堪萨斯州的军营出现了不少流感患者。不过,他们的症状并不严重,一切似乎都和以前一样。

随后,法国、中国、西班牙、英国,几乎所有的国家都受到了流感侵袭。症状也从头痛、发烧演变为肺炎,甚至吐血。大批青壮年死去,至少2000万人丧生,美国的平均寿命因此下降了12年。[9]

这就是西班牙大流感。它让人类第一次知道了流感的恐怖。 

那么,这次流感是怎么来的呢?源于禽类的流感病毒在人体很难增殖,反之亦然。但是,二者均能在猪体内增殖。当两种病毒感染同一个细胞的时候,它们可以跟精子与卵细胞一样,彼此选取一些基因,进行重新整合。这就是基因重组。

猪,另一种驯养生物,成为了人流感毒株和禽流感毒株的混合器,帮助禽流感病毒打破了进化路上的单向通道。[5]

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病毒重组的历史;图片来源:美国疾病控制与预防中心,cdc.gov [3]

于是,涉及禽流感病毒、野鸟、鸡、人、猪等多个物种的博弈出现了。

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甲型禽流感的经典传播模式[5]

只要禽流感病毒还存在,它就会不断在复制中出错;只要禽流感病毒还能通过野鸟接触到人、鸡、猪,它就有打破屏障的可能;只要这种陌生的、可以在人与人之间传播的禽流感病毒出现,缺乏抗体的人类,就会束手无策。

2011年,荷兰病毒学家荣·弗切尔在一次科学大会上展示了自己的研究结论:H5N1病毒只要发生5个变异,就可以通过空气传播,可能导致危险的流感大暴发。[10]

这就是为什么我们一直在警惕禽流感。世界卫生组织甚至警告说,“自2003年底以来,世界比1968年,即上一世纪三次大流行中的最后一次发生以来的任何时候,都更加临近大流行” 。[11]

不过,话又说回来,我们从一开始就选择了一条不同的进化之路:不靠身体,依靠智力。因为肺结核,我们认识了细菌,并最终发现了抗生素;因为天花,我们学会了制作疫苗,弥补免疫系统的不足。

也许只要个十年八年,对禽流感的恐惧就会成为历史。

- THE END -

#禽流感

原文链接:蝌蚪五线谱 责任编辑:陈驰

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