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病毒vs细胞:一场持续40亿年的战争 | 深网

神农投资  · 公众号  · 投资  · 2020-02-21 09:14

正文

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这种DNA病毒设计精良,每个病毒都像一个“间谍分子”,他们只有一个目标,那就是突破细胞的重重防线,入侵细胞核并控制整个细胞执行自己的命令。



病毒侵入人体的本意并不是为了杀死人类,而是为了繁衍。 人类之所以能够战胜病毒,一方面得益于人体免疫系统不断强化,另一方面得益于侵入人体的病毒在不断向着低毒性进化。


但并非每一种病毒都足够“聪明”,比如谈之色变的埃博拉病毒和MERS便是以高致死率著称。无论病毒是否对宿主表达充分的敬意,我们的免疫系统都要做好充分的准备。


当病毒接近细胞时,它们将会受到第一重抵抗——抗体。这种Y形蛋白会特异性识别外来入侵者,它们在细胞之间来回巡逻,监控是否有病毒,一旦识别出入侵者,抗体会将自己紧锁于病毒的“盔甲”上,将它们连环镣铐,使它们变成专门吞噬外侵者的白细胞的盘中餐。


但当人体接触的病毒是细胞前所未见,体液中的抗体也就无能为力,病毒能迅速通过这层防线抵达细胞表面。即便身体迅速做出免疫应答,也会有部分病毒冲破防线。


在细胞表面,它们遇到了下一道阻碍——细胞膜,即细胞的皮肤。细胞表面十分复杂,有成百上千的受体蛋白,他们从细胞表面伸出发挥着“智能锁”似的功能,其中一些会将信息从细胞外传递到细胞内,其他一些则可将整个货物运进去。大分子若想进入细胞,则需要一把特制的蛋白钥匙。


这套精密的系统防止有害分子进入细胞内部,但是经过数十亿年的进化,病毒演变出了自己的“钥匙”,那就镶在突出的纤维尾部。随着越来越多的病毒抵达细胞表面,“钥匙”与“锁”产生了结合的机会。就这样,病毒大军潜入了细胞内部。



这支入侵病毒大军中的每个成员,都携带了足以摧毁细胞的致命武器,它的蛋白质衣壳含藏多层伪装,仍然留有几手骗术。然而细胞仍然拥有强大的防御系统来阻止这群杀戮机器。


细胞接收到的所有物质,都会被送到一个叫核内体的分拣站,核内体对传入物质进行加工,并决定将它们运往细胞的哪个部位,此过程的第一步就是将它们分解。


核内体内部呈现酸性,能将大分子营养分解为小分子,从而便于细胞对其的运输的利用。当酸侵蚀掉病毒的衣壳,病毒开始被分解,这本应是腺病毒的末日,但是这也是病毒逃离计划的一部分,病毒纤维首先被分解开,但它们的瓦解释放出一种隐藏于内部的特殊蛋白质,会将自己粘附于分拣站内壁并将壁膜撕开,释放病毒。


但并不是所有病毒都能逃脱,许多病毒因为被众多抗体粘附,衣壳无法分解,逃离蛋白质也就无法释放,而是被直接酸蚀。而逃离的病毒此时便朝着最终目的地——细胞核进发。


虽然病毒离目标只有五微米,但是距成功还有十万八千里,对于九成的病毒而言,入侵到此为止。它们将无助地在细胞内游荡,虽然它们身处细胞内部繁忙活动的范围里,这些无自动力的入侵者无法自行移动,它们也无法利用细胞内游动的发电厂——线粒体所产生的能量。


细胞膜之下,大量的马达蛋白,即分子搬运工,正等着运输核内体加工好的营养物。在这场历时数亿年的军备竞赛中,病毒已进化出能依附于马达蛋白的精确结构。一旦与马达蛋白结合,病毒就开始利用线粒体产生的能量。



细胞核居于每个细胞的中心,它拥有一个属于自己的世界,这个世界的入口由完全不同的通道掌控。在核膜表面,蛋白触角搜寻着分子并将其拉入核孔中,数十亿条化学信号和指令透过这些通道在DNA和细胞之间相互传递。


而病毒衣壳上仍有伪造的通行证,触角将其锁定,但病毒过大往往无法直接进入。这时的马达蛋白本以为遇到障碍于是将病毒向反方向拉动,病毒就这样被撕裂。


这看似病毒的劫难,却让病毒内部的DNA得以露出穿过核孔,现在这个“间谍”被带入了细胞的“司令部”。



劫持细胞


由于细胞核无法区分自身DNA与病毒DNA,它们开始盲目地将病毒的遗传编码转录成执行指令,与此同时也绘制出了自我毁灭的蓝图。


指令被送往细胞核外,核糖体遵照指示开始建造病毒蛋白。这些功能分子,正是建造病毒大军所需的材料。所有建造军队的材料,又被送回到细胞核内部,准备开工。


当使命即将完成时,病毒把注意力转向了细胞的DNA,停止任何不需要的程序。病毒已将细胞完全控制,但细胞反攻还有最后一线希望,在细胞正常运作被停止前。它利用最后的时间向外界发送了一个信息,他将一个包含病毒碎片的囊泡送往细胞膜,并将病毒碎片运送出细胞,发出已被攻克的警告。假如这个信号被巡逻的白细胞发现,它们会将被感染的细胞,连同其内部的病毒大军一起消灭。但如果没被发现,病毒将会扩散,感染所有细胞。


随着正常给养的停止,细胞开始衰败,仅有的活动就是在细胞核内制造新的病毒大军,并为病毒配备入侵细胞的钥匙。最后的组件,也就是致命的病毒DNA,经由强大的马达蛋白,注入每一个病毒内。


曾经的细胞控制中心细胞核则成为了上万病毒大军的避风港。但在病毒开始攻城略地之前,还需要再攻克两重障碍,坚韧的核膜和细胞膜。



此时细胞核外的核糖体在病毒指示下,开始制造破坏性蛋白,第一种破坏蛋白被释放到衰败的细胞中攻击细胞骨架。失去骨架的支撑,细胞开始塌陷,此时,病毒将注意力转向核膜,并释放出第二种破坏蛋白——病毒死亡蛋白。它钻入核膜,并将其削弱,此时的细胞核再也无法容纳激增的病毒,细胞核之外已是一片废墟。


至此,细胞已回天之力,病毒像洪水般地涌向周围的组织,攻击临近的细胞,并将感染扩散到全身,对这个细胞来说,战役已结束。但真正的战争才刚刚打响,当病毒还在细胞内部忙碌时,抗体已完成改造并重返战场,它们装上了新的受体——为敌人量身定制的封锁武器。然而,即使抗体数量庞大,仍然无法阻止所有病毒。细胞垂死之际发出的信号引来了巨型白细胞向被侵略的细胞聚集,吞噬逃逸的病毒。


为保万无一失,白细胞会吞噬附近所有可能被感染的细胞,与此同时,周围的健康细胞也做出最伟大的牺牲,毁灭自己,以阻止病毒的传播,只有到了这个阶段,我们才会意识到发生在自己体内的战役,加速的血流,将更多在白细胞送抵战场,导致鼻部组织充血红肿,我们感觉到的鼻塞实际上正是人体猛烈攻击病毒的迹象。







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