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病毒簡史系列（七）

一個公眾號的態度

基因共享
無論是從生物學還是社會學上講，一個人的基因都被視為他的“身份證”，是獨一無二的。
往小的說，通過分析比對他的基因，可以看破他到底是誰，和哪些人有血緣關系。
往大的說，每個物種都可以以自身基因的獨特之處來作為區分自己和其它物種的標志。

1


既然基因的獨特性在物種和個體層面都有標識身份的作用，那么試問，如果一個人的基因被某種力量修改，那他還是原先的那個人嗎？
還有，如果人類通過技術手段，人為組裝了一組基因（比如說人造病毒），這算是創造了新生命嗎？
從社會和哲學的角度上講，這是個很復雜的問題，本系列只是關于介紹病毒的文章，沒有能力去解答這個難題。
之所以提出來，是為了說明上述問題并非只存在于科幻作品中，而是在現實世界中大量存在的。
不管我們有什么看法，總歸還是要面對事實。
在《病毒簡史系列（六）》里面說過：
病毒感染細菌，利用它來為自己復制基因，通常情況下兩者的基因互不影響。
但有時，兩者的基因可能會混在一起。
于是，病毒得到了細菌的基因，細菌得到了病毒的基因，它們都發生了改變。

這個事實人類很早就已經認識到了：
細菌基因組中絕大多數DNA就是病毒引入的，細菌似乎沒有自己獨立的身份，像是一個拼接的怪物。
但長期以來，人類一直以為這種事情跟自己好像沒什么關系，這是在微生物之間才會發生的。
但現在我們已經明白事情并非如此，人類基因組里面其實有大量病毒基因的痕跡，數量成千上萬。

2


對于這個事實的認識還要從對“鹿角兔”的研究說起。
（詳情請參見《病毒簡史系列（四）》）
科學家通過對鹿角兔的研究，發現了病毒與癌癥之間的聯系。
在20世紀60年代，人們最深入研究的致癌病毒之一，是禽白血病病毒。
這種病毒的主要受害者是養殖場飼養的雞，當時它正在威脅整個家禽行業。
禽白血病病毒是一種逆轉錄病毒，逆轉錄病毒能把遺傳物質插入宿主細胞的DNA中，在宿主細胞分裂時，會同時復制細胞和病毒的DNA。
然后先合成病毒的基因和蛋白質外殼，接著把病毒從細胞里釋放出去，進一步感染其他細胞。
為了完成這一過程，逆轉錄病毒帶有一些特殊的基因“開關”，這些開關能用來控制宿主細胞。
有時候這些開關會打開一些不該打開的宿主基因，導致癌癥。
在研究禽白血病病毒時科學家發現了一些奇怪現象。
正常來說，想知道一只雞有沒有患病，需要抽取它的血液，然后觀察是否含有病毒的蛋白質。
但科學家卻發現，從完全健康的雞的血液中也能找到禽白血病病毒的蛋白質，甚至剛生下來的小雞的身體里面也有。
當時在華盛頓大學工作的病毒學家羅賓·韋斯猜想，病毒或許已經成為了雞DNA中永恒且無害的一部分。
如果這個猜想是正確的，那么應該可以通過某種手段讓雞身體里的病毒基因重新“復活”過來。
于是，他和同事們從健康雞只身上取了一些細胞，用能引發突變的化學物質和輻照來處理這些細胞。
果然不出所料，突變的細胞釋放出禽白血病病毒。
這個實驗說明，制造病毒的遺傳指令已經嵌入雞的所有的細胞之中，并隨著分裂和增殖傳遞給后代。

3


有了這個重大發現，韋斯和其他科學家開展了更多的研究，在若干雞的品系里都發現了禽白血病病毒。
他們得出結論，這種病毒或許是雞的DNA中由來已久的一分子。
那么，這種病毒到底是如何跟雞的祖先結合了呢？
通過在世界各地的調查研究，科學家逐漸歸納出一個相對合理的假說。

在幾千年前，病毒感染了這些雞的祖先。
在入侵宿主細胞后，開始自我復制，繼而去感染其他個體。
但在其中至少一只身上卻發生了不尋常的事。
這只雞祖先不僅沒有得癌癥，它的免疫系統反而把病毒制服了。
病毒就這樣在它體內無聲地擴散，最終移動到雞的性器官。
在雞祖先交配后，受精卵里就自然含有病毒的DNA。
這個受精卵隨后會發育成胚胎，胚胎的所有細胞最初都是由這個受精卵發育而來的，所以胚胎中所有細胞里都含有病毒DNA。
最后，破殼而出的小雞就成了一個雞和病毒的“嵌合體”。
嵌合體小雞長大，有了自己的后代，后代的基因組中同樣藏著禽白血病病毒的DNA。
就這樣，病毒在數千年的時間里一代代無聲地傳遞。
但在特定情況下，病毒會被重新激活，并擴散到其他宿主身上。

4


科學家之后發現，像這樣雞和病毒在基因層面的結合不是特例，在其他動物身上也有。
科學家稱這類病毒為內源性逆轉錄病毒——“內源性”的意思是說，它們是從生物內部產生出來的。
事實上，這類病毒潛伏在幾乎所有重要的脊椎動物類群里，從魚類、爬行動物到哺乳動物的基因組中，都能找到它們的痕跡。
有些內源性逆轉錄病毒和禽白血病病毒一樣會讓宿主致癌，但同時也有很多對宿主完全沒有影響——因為這些病毒又出現了額外的突變，讓它們沒法利用宿主細胞制造新病毒。
不過，這些因為“殘疾”而禁錮了腳步的病毒仍然有可能再重新插入宿主的基因組，重新開始復制自己的基因。
還有些內源性逆轉錄病毒實在被突變搞得過于支離破碎，無法再發揮任何威力，淪為宿主基因組里一件小小的行李，從一代傳遞到下一代。
人類自然也不例外，科學家也發現了人類基因組中存在的內源性逆轉錄病毒，不過學界一般認為人體內沒有活躍的內源性逆轉錄病毒。
但在法國維勒瑞夫（猶太城）的古斯塔夫·魯西癌癥研究中心，研究人員蒂里·海德曼和同事卻找到了讓這些沉默的病毒重新活化的方法。
當時，海德曼正在研究一種內源性逆轉錄病毒，他注意到這種病毒在不同人中有不同的版本。
而這些個體差異大概是在逆轉錄病毒整合到人類祖先基因組里之后產生的。
隨著人類的繁衍，病毒基因的不同部分相繼出現了不同的突變。
海德曼和他的同事們比較了病毒相關序列的不同變異類型。
這個過程就像在研究關于一件歷史的數個版本，每個版本都是粗心的文職人員抄寫的，每個人犯的錯誤各不相同，通過比較不同的版本，歷史學家就有可能推斷出事情的真相。
用這種方法，海德曼和他的同事們就能用人體中現存各種各樣突變版本的序列，來確定最初的DNA序列，再參照算出的序列合成相應的DNA，并插入到培養的人類細胞中。
結果，被感染的一部分細胞真的生產出了很多病毒，還能再去感染其他細胞。
實驗證明，最初的這段DNA的確是能感染細胞的活病毒。
2006年，海德曼將這種病毒命名為“不死鳥”，寓意這種病毒就像從灰燼中重生的神秘鳳凰一樣，可以起死回生。


5


上百萬年來，內源性逆轉錄病毒一直在反復不斷地入侵我們的基因組，到今天這樣的“不死鳥”在我們體內已經數量驚人。
據估計，我們每個人的基因組中攜帶了近10萬個內源性逆轉錄病毒的DNA片段，占到人類DNA總量的8%。
科學家對人類基因組里其他被同步復制且會重新插入的DNA小片段進行了整理，這些DNA片段的數量高達數百萬個。
他們推測這些片段中很多可能也是從內源性逆轉錄病毒演變而來。
這些入侵者經過數百萬年的演化，已經被剝奪了大量的DNA，只剩下自我復制的最關鍵基因。
換句話說，我們的基因組中簡直病毒泛濫。

說到這里，可能有人會認為，我們自己的身體里面居然藏著這么多的“不死鳥”，就像如無數個定時炸彈，指不定哪一天突然在體內爆炸。
但其實不必如此悲觀。
在本系列之前的文章里已經說過，病毒并不是為了消滅宿主而存在，它的初衷只是想為自己尋找一個合適的生存環境，能夠和宿主和諧共存才是最佳策略。
而且更重要的是，我們基因的改變并不是單方面由病毒來決定，我們的身體也會對這些外來基因根據最有利于自身生存的目的進行組合篩選。
這就好比用word軟件上的線上多人共同編輯功能，同一篇文章可以由多個人共同協作完成。
所以最終結果是，我們身體里的這些“不死鳥”大多數情況對我們都是無害的，不僅如此，由于它們與我們基因的結合，甚至對我們大有好處。

6


1999年，呂克·布隆和他的同事發現了一種名為HERV-W的人類內源性逆轉錄病毒。
他們發現，這種逆轉錄病毒中的一個基因能合成出一種名為合胞素的蛋白質。
這種蛋白質只出現在人類的胎盤里，胎盤外層的細胞產生合胞素，這樣細胞就能黏著在一起，從而讓分子在細胞之間順暢地流通。
之后，科學家發現小鼠也會制造合胞素，于是他們就用小鼠來做實驗，研究這個蛋白質的功能。
他們刪除了小鼠的合胞素基因，結果小鼠胚胎沒有一個能活到生出來。
他們就此推斷，這種病毒蛋白對于胚胎從母親血液中吸收營養是必需的。
而且在其他有胎盤類哺乳動物中科學家都找到了合胞素。

隨著研究的深入，關于這種蛋白質又有了另一個意外發現：
它實際上并不是單一的一種蛋白質，而是好幾種。
科學家推測，在演化的歷史中，不同的內源性逆轉錄病毒分別感染了不同的有胎盤類哺乳動物，包括我們人類在內的一部分物種先后被兩種病毒感染，它們合成的是兩種不同的蛋白質。
之后，舊的蛋白質逐漸被新的取代。
蒂里·海德曼提出一種假說，一億年前，哺乳動物的祖先被一種內源性逆轉錄病毒感染，從而獲得了最早的合胞素蛋白，同時產生了最早的胎盤。
幾百萬年來，有胎盤類哺乳動物祖先演化出若干分支，在演化的過程中又被其他內源性逆轉錄病毒感染。
有的新病毒也帶有合胞素基因，而且編碼的蛋白質性狀更佳。
因此哺乳動物的不同分支，包括嚙齒動物、蝙蝠、牛、靈長類動物等體內的合胞素蛋白，就得以更新換代了。
正所謂，福兮禍所伏，禍兮福所依。
在演化史上最近的瞬間，人類脫穎而出，病毒對我們的生存功不可沒。

7


通過研究對比不同物種體內的內源性逆轉錄病毒，我們可以找出在生命的歷史長河中它們之間的種種關聯。
比如倫敦帝國學院的病毒學家亞當·李和他的同事就在人體內發現了一種名為ERV-L的內源性逆轉錄病毒，同時他們也在許多其他物種中發現了同樣的病毒，這其中不乏馬和食蟻獸這樣和人差別巨大的生物。
科學家畫出的病毒演化樹同它們宿主的演化樹完美重合。
看來這種內源性逆轉錄病毒似乎在距今1億年前感染了有胎盤類哺乳動物的共同祖先，之后隨著這一支哺乳動物演化至今，成為了犰狳、大象、海牛也包括我們人類體內的常駐客。
再回到文章的開頭。
現在我們已知，以千年或萬年的時間跨度來看，任何生物的基因都是在大幅度變化的。
對于一個個體來說，如果沒有特殊情況，那它的基因從出身到死亡都不會改變。
但對于一個物種來說，在漫長的時間長河里，將自己的基因作為自身專屬“身份證”的做法的合理性還值得再去商榷。
不過有意思的是，早在人類認識基因是什么東西之前，就已經思考過類似問題。
例如，在公元一世紀，普魯塔克提出：如果特修斯船上的所有木頭都被逐漸替換，那這艘船還是原來的船嗎？

對于這種問題，我們社會還缺乏足夠廣泛深入地探討。
不過話又說回來，當今的這個世界，人類尚且還在以性別、膚色、國家、金錢以及思想價值理念等事物來作為區別“同類”和“異類”的標準。
在這些問題還未爭論清楚之前，就要求人們去探討“基因的不同是否可以作為評判同類和異類的標準”確實有點為時過早。
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