首都科学讲堂第629期《病毒那些事儿(上)》

信息来源:北京科学中心      发布时间:2020-03-02

  2020年2月29日,受新冠肺炎疫情影响,首都科学讲堂线上开讲,本次首都科学讲堂邀请了北京航空航天大学教授,博士生导师、北航大数据精准医疗高精尖创新中心特聘研究员叶盛,为大家带来主题为《病毒那些事儿(上)》的精彩讲座。

  应对疫情防控,首都科学讲堂线上开讲。为坚决贯彻落实习近平总书记对新型冠状病毒感染的肺炎疫情作出的重要指示精神,北京科学中心坚持“疫情不解除,科普不掉线”,积极开展疫情防控和应急科普,切实做好知识普及和引导科学防控等工作。2月29日,首都科学讲堂首次线上开讲,紧密结合当前疫情成功举办《病毒那些事儿》主题讲座。作为春节后的首秀,本期首都科学讲堂首次尝试使用学习强国APP平台开展直播,“直播+录播”双管齐下的新颖方式,让公众足不出户,也能获得最权威、最前沿的科普内容和资讯。为线上来自北京、安徽、黑龙江、浙江等多地的青少年及家长,娓娓道来病毒“生命碎片”的本质;详细剖析了新冠病毒这个“有冕之毒”,提醒人类将长期“与毒共存”,并总结展望了“御毒有术”的未来。直播间互动环节反馈热烈,听众们提问踊跃。哈尔滨继红小学四年级的刘锐泽在线上讲堂观后感中表示:“虽然只有短短90分钟,但是让我获益匪浅。肉眼不可的病毒和细菌,在我眼前掀开了神秘的面纱。希望我能够吸取更多的知识,长大为科学研究做出自己的点滴贡献。”

  首都科学讲堂在疫情防控期间将灵活运用各类载体形成宣传阵地,利用网络手段为公众带来更多丰富主题的线上活动,进一步发挥科普在疫情防控中的重要作用。

 第一讲 病毒:凝固的生命碎片

  新冠肺炎疫情或处于席卷全球的边缘,对这种病毒会演变为类似流感那样长期存在的焦虑也日益增加。

  鉴于历史长河中,人类与病毒的长期共存关系,我们非常有必要了解关于它的一切。病毒就是有毒的生命吗?它和病菌有什么区别?病毒是怎样让人生病的?新冠病毒的“杀伤力”到底有多大?我们应该采取什么样的手段去遏制它?

  我们知道,生命都是由细胞构成的。无论是单细胞的细菌、古菌、真菌,还是多细胞的绝大多数动植物,它们的生命活动都离不开细胞这个基本单元。然而,病毒的存在则给科学家们出了一道难题,让生命的定义变得模糊不清,因为它既像是生命,又不像是生命。有人把细胞做了一个比喻,说它就是一条流动的生命之河。因为细胞将“生命”这个概念,圈在了细胞膜这样一道“围墙”里:墙内生机盎然,蛋白质催动着千万种生化反应,吸收利用能量,合成分解生物分子,维护复制遗传信息,有序度不断增加;墙外的世界则是生命的荒原,能量从高峰流向低谷,无序度不断增加,细胞内的能量和物质都处于流动中。细胞是座城,在细胞膜这道“围墙”里,生机盎然。而病毒呢?我做了一个比喻,假如把这条生命之河冻成一个大冰块,然后从中敲下一小块冰来,这一小块冰就是病毒。说它是生命物质肯定没错,它是由蛋白质、核酸分子、有时还包括磷脂分子——这些全都跟细胞一样的生命物质所组成的。只不过比起细胞,病毒仅仅把承载遗传信息的核酸分子及少量对启动复制过程有用的蛋白质分子,包裹在了一层蛋白质衣壳的硬壳之中而已。有些种类的病毒还会再在外面包上一层类似细胞膜的包膜,能够起到伪装自己的目的。它可以说是一个凝固的生命碎片,因为它的内部没有能量流动,也没有物质的合成分解,不是“活着”的。人们常常把细菌与病毒混为一谈。通过了解细菌的结构我们能知道,它的外面是一层细胞膜和一层细胞壁,后面有一个很长的鞭毛,鞭毛随着转动可以推动细菌去它想去的地方。而在它里面是有着丰富的细胞结构的,有一些细胞器,中间有一个核区,核区里存储着它的遗传物质:双链的DNA。所以细菌其实就是一个细胞,它是一个单细胞生物。病毒绝对不是一种细菌,它比细菌要小得多,简单得多。细菌基本上就在微米(尺子上最小一格一毫米,把它再分1000份,其中的一份就是1微米)这个尺度上面,而世界上目前人类已知的最大病毒——拟菌病毒的直径仅800纳米。随着电子显微镜的发明,1939年,科学家拍到第一张病毒的照片,人类终于看到了病毒。

  目前已经被人类观察到并分类命名,做出了科学描述的病毒大概有5000种。5000种听起来好像很多,但实际上,据科学家估计,世界上所有病毒的种类总计可能达到100万种。为什么会这么多?因为几乎所有的细胞生命全都能被某种病毒感染。从这个角度看,病毒必须要依靠细胞,才能够延续自己的“生命”,才能够复制更多的病毒。如果这个世界上只有病毒自己的话,它是完全无法“生存”的。

 第二讲 入侵:拉开细胞的“门把手”

  关于新型冠状病毒的研究成果,由清华大学、西湖大学和中国科学院微生物所和其他国外团队联合各自独立得到。这个结构下面红色代表的是新型冠状病毒表面的蛋白质,而上面绿色代表的是细胞表面的蛋白质。所以你明白病毒入侵时,为什么用这样的比喻了:它就好比是病毒用一只手拉住了细胞的“门把手”,目的是把细胞的“门”拉开,好让自己进去。这个门把手是如何工作的?接下来我们就有请艾滋病毒登场。艾滋病毒的表面其实是一层包膜,在这个包膜的上面有很多的蛋白质,主要是gp41和gp120这两种。它们都是以一种叫做三聚体的形式存在的,就是三个gp41围在中间,外面围了三个gp120。艾滋病毒是怎么样通过免疫细胞的“拦截”,相互识别并结合的呢?主要是靠gp120和CD4两者接触、识别、结合的过程。免疫细胞T细胞表面的CD4是艾滋病毒的受体蛋白。当CD4和gp120结合到一起以后,gp120这个蛋白结构发生了改变,它就变得能够和CCR5去结合。这个过程中,病毒与细胞表面的距离越拉越近。等到gp120和CCR5紧密地结合到一起的时候,病毒已经“胜利在望”,握住了T细胞的“门把手”,马上就要进入T细胞了。接下来,轮到gp41华丽登场。围在中间的螺旋形的gp41这个蛋白会发生一个形状上的改变,把自己插入到细胞膜里面去。插入到细胞膜里之后,这个gp41会帮助把艾滋病毒的包膜和细胞膜拉到一起,这个过程叫做膜融合。膜融合以后,这个艾滋病毒与免疫细胞之间就有“专属通道”,这个通道就给了艾滋病毒的基因组,也就是它的单链RNA分子以可乘之机,让其能够进入到细胞内部。所以说,病毒侵入细胞的第一步,也是最重要的一步是“识别”。有了识别以后,病毒才能够和细胞相互结合到一起,才能够让遗传物质有机会进入细胞。当然这种入侵不是唯一方式,对艾滋病毒来说,它是这样的一个膜融合的过程。病毒的复制依赖于细胞,有些病毒要跟着细胞周期一起运转,有些病毒在细胞里则可以无限地增殖。病毒的倍增时间是以小时来计算的,虽然比细菌要慢很多,但这个速度其实已经“够快了”。

  病毒传代快、 后代多,经常会发生快速变异。在病毒家族中,变异最快的一类病毒是RNA病毒。RNA病毒中有很多大名鼎鼎的病毒被我们所熟知:比如说我们人类认识的第一种病毒烟草花叶病毒、流感病毒、艾滋病毒、狂犬病病毒,脊髓灰质炎病毒,甲肝、丙肝、埃博拉,还有今年的新型冠状病毒,它们全是RNA病毒。

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