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复活凤凰病毒

复活凤凰病毒

文 Michael Specter 编译 蹇小兰 插图 李峰

一个病毒可能毁灭整个人类文化,

但如果我们死了,

那么它也就死了。

经历数千代的分子战争后,

能够影响人类进化的

逆转录酶病毒被进化彻底击败,

成为存在于我们身体里、

却不再会导致伤害的病毒化石

然而,法国科学家利用

现代生物技术复活了逆转录酶病毒,

并命名为“凤凰”--

一种从灰烬中重生的神鸟。

这是人类自我毁灭的行动吗?

“我理解,将某种灭绝的东西重新复活的想法是令人恐惧的。这是科学业已拥有的一种权力,它让我们感到不安。但还有许多病毒比这些更危险,更具传染性,而且潜在用途更少。”

人体内存在百万年的病毒化石

梯也里·埃德芒的办公室--紧邻着他位于巴黎南郊的实验室,可以被看做是一个遗传灾难博物馆。记录着世界上最令人恐惧的传染性疾病的卷宗,塞满了各个房间和排排书架。这里厚厚的文件夹里记载的满是天花、埃博拉病毒和各种各样的流感。SARS作为人们知之甚少的病原体也被收录其中,诸如此类的还有猫白血病毒、在非洲猿中传播的猿猴泡沫病毒。HIV,当今最广为人知最阴险的病毒有自己单独的档案架。实验室的烧杯、小瓶和冰箱,所有的都装满了病毒。胖嘟嘟的中年男人埃德芒在自己的职业生涯里一直致力于研究病毒是怎样导致艾滋病和各种癌症。“这些知识会帮助我们治疗可怕的疾病”,他说,“病毒能给我们从来不曾问过的问题提供答案。”

病毒繁殖迅速,时常带来惨烈的结果,尽管它们如此原始,乃至许多科学家甚至认为它们不是活的。一个病毒只不过是裹在蛋白里的几个遗传物质而已,它本身根本不能够活动。为了生存,它必须找到一个细胞传染。任何病毒都可以利用它惟一的才能,控制宿主的细胞机制并利用这种机制复制出成千上万的自己。这些病毒从一个细胞移向下一个细胞,将每个新宿主都变成繁衍更多病毒的加工厂。就以这样的方式,一个被感染的细胞很快就变成了数亿个。

没有任何东西对人类的威胁比病毒性疾病更持久:黄热病、麻疹、天花几千年来一直制造着时疫。在第一次世界大战结束时,5000万人死于西班牙流感;天花仅在20世纪就杀死了5亿人。这些病毒具有高度传染性,尽管它们的影响为它们的凶险性所限:一个病毒可能毁灭整个文化,但如果我们死了,那么它也就死了。因此,天花不能改变我们的遗传结构,它并不具备影响人类作为一个物种的进化力量。影响人类进化需要一个有机体将自己渗透到我们繁殖所需的关键细胞里,即我们的生殖细胞精子或卵子。只有逆转录酶病毒能够影响人类进化,它可以颠倒遗传密码从DNA(脱氧核糖核酸)到RNA(核糖核酸)的正常流动。逆转录酶病毒把自己的遗传信息储存到一个单片的RNA分子里,而非较为普通常见的双片DNA分子里。当它传染一个细胞时,病毒释放出一种特殊的酶,叫做逆转录酶病毒,这使它能够复制自己,然后将自己的基因粘贴到新细胞的DNA里,然后永远地变成这个细胞的组成部分。当该细胞分裂时,逆转录酶病毒如影随形。科学家们长期以来一直怀疑,如果一个逆转录酶病毒碰巧传染一个人类精子细胞或卵子细胞--这非常少见,并且这个胚胎存活了下来--这也很少见,那么逆转录酶病毒就能够在人类物种的进化蓝图里占据一席之地,从母亲传递到孩子身上,从一代传递到下一代身上,就像色盲或哮喘病基因那样。

2003年人类基因组序列完全排列出来后,研究人员从中发现了一些他们未曾料到的东西:我们的身体里零星地残留着这种逆转录酶病毒的碎片。不到2%基因组创造出我们存活所必需的所有蛋白。然而,8%的基因组却由碎裂的丧失能力的逆转录酶病毒构成,数百万年前,它们曾设法将自己嵌入我们祖先的DNA中。它们被称为内生型逆转录酶病毒,因为它们一旦传染某个物种的DNA,就会变成这个物种的一部分。但是,经历持续了数千代的分子战争,它们被进化一个个地击败了。犹如恐龙的骨头,这些滤过性病毒碎片就是化石。它们没有被埋没在沙子里,而是存在于我们每个人的身体里,携带着可往前追溯数百万年的记录。因为它们似乎不再会发生作用或导致伤害,这些残余物经常被称作“垃圾DNA”。许多仍然设法制造蛋白质,但科学家们从来没有发现一个在人类身上正常活动或可以导致我们生病的逆转录酶病毒。

为何要复活早已灭绝的病毒

去年,梯也里·埃德芒复活了一个病毒,联合利用基因组学、滤过性病毒学和进化生物学的工具,他和他的同事们获得了一个在数万年前业已灭绝的病毒,勾勒出碎裂的部分最初是如何排列的,然后将之拼凑到一起。在复活这种病毒后,研究小组将它置入人类细胞中,发现它确实将自己嵌入到那些细胞的DNA中。他们还把这种病毒与从鼠和猫身上提取的细胞混合到一起,它迅速地传染了所有这些细胞,这为碎裂的病毒能够人为地再次变得具有传染性提供了第一手证据。这项实验可以为了解诸如HIV之类的病毒如何运作提供了重要的线索。但不可避免地,它也招来了人类对自我毁灭的魔鬼和侏罗纪公园的想象。

“如果你对此考虑5分钟,会觉得这是疯狂的举动”,美国图夫兹大学的科芬说。科芬是美国最著名的分子生物学家,也是首批研究内生的逆转录酶病毒在人类进化中的作用的科学家之一。“我理解,将某种灭绝的东西重新复活的想法是令人恐惧的”,他继续道,“这是科学业已拥有的一种权力,它让我们感到不安。但还有许多病毒比这些更危险,更具传染性,而且潜在用途更少。”

由于计算机能力和DNA技术的不断进步,一个拥有笔记本电脑和可以进入任何一所大学生物实验室的聪明大学生,也能够轻而易举地组装一个病毒。5年前,似乎是为了证明这一点,纽约州立大学的研究人员广泛利用可得到的信息,通过邮件购得了DNA,“建立”了一种polio病毒。为了测试polio,他们把这种病毒注射到老鼠身上。这个动物最初瘫痪,接着便死亡了。这个实验被普遍认为毫无意义,理由荒谬。“不是别的,是生物恐怖主义原则的证明”,科芬这样评价它。两年前,研究人员排列出1918年西班牙流感病毒的遗传密码后,科学家们也重构了它。在这起实验中,存在着易于理解的和极度想要达到的目标:研发可以防御未来流感的疫苗。

复活一种灭绝的病毒是另外一回事。如果埃德芒去年秋季在发表自己的研究结果时坚持使用科学术语,那么他的成果外界将很少注意到。但埃德芒颇为精明,他把这种病毒命名为“凤凰”,一种从灰烬中重生的神鸟,因为他相信,这种病毒以及其他类似病毒能够说明人类的起源和进化。

带着与埃德芒同样的热情但不事声张,全世界的科学家都开始了类似的研究。纽约亚龙钻石AIDS研究中心最近制造出一个几乎同样的病毒。在过去几个月里,牛津大学和美国西雅图胡特金森癌症研究中心的团体也研究出结果,可供人们观察人类的进化和疾病。

没有病毒就没有人类这个物种

这些研究团体的方法各自不同,但目标是一致的。所有这些研究人员都希望,挖掘病毒的历史会有助于了解我们今天所面临的医疗的复杂性。就这样偶然的不经意,他们创造了一种新的学科:paleovirology,该学科研究古代病毒的遗传史,力图提高我们对现代疾病影响力的理解。

“这不是值得恐惧的事,而是值得庆贺的事”,埃德芒说,它能有助于人类治疗和消灭癌症。“显而易见的是,这种内生的逆转录酶病毒只是两样东西:基因和滤过性病毒。这些病毒如同其他基因的作用一样,帮助了我们成为今天的我们。我确定,如果没有它们,我们就不会作为一个物种存活下来。”

他继续道:“凤凰病毒显示了HIV的运作机理,但更重要的是,它显示了我们人类是如何运作的,我们人类是如何进化的。许多人研究人类进化的其他方面--我们是怎样直立行走的,或驯养动物的意义。但我要强调的是,病原体在形成我们今天的样子的过程中同样重要。譬如,看看怀孕和分娩的过程。”埃德芒和其他科学家都提出,如果没有逆转录酶病毒,那么哺乳动物就不会发展出保护胎儿并给它时间成长的胎盘。胎盘导致胎儿安全出生,这是我们的进化比鸟类、爬行动物和鱼类成功的显著表征之一。卵子是不能够排除废物或吸取营养物质的,而营养物质是哺乳动物能够发育出的大脑所必需的。正是这些病毒使此等变化成为可能,埃德芒说,如果没有它们,那么人类至今可能还在孵卵。

达尔文的惊奇肯定会搀杂着高兴,当他1871年在《人类的由来》里提出,人和猿拥有共同的祖先,那是一个革命性的思想,至今依然如是。然而,我们的DNA里含有病毒说为进化理论提供的令人信服的证据,没有任何东西能比得上。最近,关于人类疾病(如天花和斑诊伤寒症)的历史和历程的最早信息来自于4000多年前的木乃伊,但人类进化不能用那么短的时间跨度来度量。内生的逆转录酶病毒让我们可以追踪几百万年前的分子裂变历史。

然而,如果人类与其近亲--如黑猩猩和猴子--共同拥有大多数这样的滤过性病毒碎片,那么达尔文的理论就是正确的。我们确实如此,在我们整个基因组里数以千计的地方与猴子和黑猩猩相同。假如这是巧合,在上千万年的历史中,人类和黑猩猩恰好经历过无数相同的滤过性病毒传染,那么这些传染在每个基因组里为何恰好都结束于相同的地方。人类DNA序列的横档由遍布于46个染色体上的30亿对核苷组成。正是这些核苷的排序决定一个人如何相异于另外一个人以及其他所有有生命的动物。人类能够在成千上万看似随机的地点拥有与另外的物种完全相同的逆转录酶病毒DNA,那么惟一的路径就是他们是从共同的祖先那里继承而来。

分子生物学也已研究出有关遗传性质的精确知识。随着基因序列资料库的扩展,重构祖先的基因组已十分常见,在每一种受到研究的脊椎动物的基因组里,研究人员都发现了逆转录酶病毒。人类学家和生物学家不仅用它们来研究灵长类动物的世系,而且也用来研究动物之间(譬如狗、豺、狼和狐狸)的关系,检测相似的有机体是否可能实际上毫无关系。现在,越来越多想法相同的科学家都相信,有充分理由可以相信,病毒可能是未曾料到的造物主,它们最有可能帮助我们变成人类。

(责任编辑:王伟)
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