病毒入侵的故事--The Hidden Life of the Cell / 开普饭

写在前面

本周推荐一部英国BBC的的精彩科普纪录片《人体奥秘之细胞的暗战》英文名《Our Secret Universe: The Hidden Life of the Cell》，侧重讲病毒入侵和免疫应答的故事，与每个人息息相关，全片CG动画特效堪比《魔兽》，绝对震撼。

简介

每时每刻，你的身体中正进行着一场大战。这场起源于几十亿年前的战斗现今仍然在我们每个的体内发生。

这是关于病毒入侵的故事——细胞的生死之战。从细胞的内部世界揭示了人体细胞系统的精细机制：从狂热的、扮演着针对进出细胞的每个物体的安全防御系统的细胞膜、贯穿细胞的输送物质颗粒的细胞架、以及保持整个细胞世界运转的线粒体，到保存着DNA的细胞核和成千上万种各自拥有不同的蛋白质的合成。而病毒正是旨在劫持这套系统以为其所用：制造更多的病毒。

自我们呱呱坠地以来，身体就具备了，完善的抵御、免疫机智。病菌出现一种新的变体，相应的我们免疫系统也会开发出一套新的抵御机制。

然而，纵观现今的药物泛滥，使免疫系统原来越多的依赖药物，身体越来越少的主动抵御、主动研制新方式抗毒，反倒病菌在药物不断地刺激下变异、伪装能力愈来愈强。而我们自身的免疫系统，却被我们养尊处优起来。不敢想象，假如某一天研制药物的资源被我们耗尽，那时，我们的机体是否有能力抵抗，这“药物炼狱”中顽强生长的病毒。

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图文介绍

在我们人类所居住的这个地球上，目前已经容纳的人口总数超过了七十亿。我们觉得这是一个了不起的天文数字。
不过，如果把我们的身体比做一个地球的话，那么，在我们身体里，科学家们发现，它所容纳的属于它那个世界的生命——细胞，竟然达到了120万亿个。

这是一个什么概念呢？相当于地球每承载一个人，我们身体这个世界就要承载近两万个同样鲜活的生命。
细胞是构成人体的最小单位。然而，每一个细胞表面之下都含藏了一个比科幻小说更为离奇的世界。借助放大五万倍的电子显微镜，我们可以看到发生在这个神奇世界里的一切。
在这个世界里，数十亿微型机器每时每刻都在各司其职，相互协作。
有数以亿万计的马达蛋白，它有强健的肢体和双脚，能够将细胞所需要的养分和物质，通过细胞内特殊的轨道运送到细胞的每一处地方。

有被称为线粒体的微型机器，它们能够自由漂移，其内部有个每分钟旋转一千多次的涡轮，能给细胞的生存带来能量。

有无数的白细胞，它们有敏锐的嗅觉和快速的行动力，可以随时出击，吞噬入侵体内的各种细菌。

细胞有它们自己的交流方式，可以通过激素等信号物质，接触、胞间连丝等方式进行信息的交流。
在细胞这个世界里，巨量的蛋白质可组成令人惊叹的构造，比如支撑细胞的内部骨架。这些宏伟的支架结构，根据受力的改变不断调整，通过自建与重建，赋予细胞形状和坚韧度。

当搬运工的马达蛋白，它们利用细胞骨架为公路将养料、化学物及生命必需物运送到需要的地方。
这世界里的一切都在按照一个精妙无比的计划行事，而这计划被珍藏在每个细胞的中心深处。
细胞核就像个储藏室，用来存放指导生命运作的说明书，即DNA。这种双螺旋结构的 DNA有两万多条指令，指示我们的细胞该在何时制造何物，该怎样组建细胞乃至整个人体。

人类的每一个细胞都包含一个极为复杂、令人惊叹的世界，它们听从其核心，细胞核的指挥，永不停歇地执行着 DNA的指令。
然而我们的细胞也在不断遭受攻击，这个细胞将要面对的是位宿敌，引发这种抗衡的起因非常普通，你甚至都不会察觉，我们每天都在遭受这些无形生物的频频轰炸——细菌与病毒。
我们有皮肤，作为第一道防线抵挡它们入侵，但我们也有致命的弱点，我们的嘴巴鼻子是通往外界的开放通道，我们会触碰物体，会摸嘴唇，揉眼睛，擦鼻子，它们得以入侵。一旦进来了，就无法驱逐。
这支“外来大军”通过喷嚏传播，被吸入我们体内无数的入侵者一心来搞破坏。

我们最常见的敌人是腺病毒。这种病毒设计精良，每个都只抱着一个目标，突破细胞的重重防线，入侵细胞核。但凡有一个病毒进入细胞核，就能控制整个细胞，并在细胞内繁殖不下万次。这可导致各种后果，可能是普通感冒，也可能是肺炎，甚至是死亡。
但我们的机体已经准备好了，当病毒接近细胞时，将会受到第一重抵抗，它们便是抗体。
这种 Y形蛋白会识别外来入侵者，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。抗体和白细胞联手组成了人体免疫系统的第一道防线。

免疫系统着实令人惊叹，它不断进化，能识别并消灭入侵的微生物。而那仅仅是你身体防御的一部分，人体在抵抗病毒各个阶段的功能均被编码为 DNA。
尽管身体迅速做出免疫应答，成千上万的病毒仍然能冲过防线。但在细胞表面，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，成百上千的受体蛋白从细胞表面伸出，它们各自拥有独特的功能，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。

每个细胞膜都是个动态保护层，包含掌管物质进出的监控。蛋白质小分子如水和氧气，可以直接穿过细胞膜。大一些的分子例如糖，则必须通过专用泵进入细胞。而最大的分子若想进入细胞，则需要一把特制钥匙。在细胞表面不停巡逻的哨兵们会识别这些蛋白钥匙。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，腺病毒演变出了自己的钥匙，就镶在这些突出的纤维尾部。抗体仍会附着在其中一些纤维上，封锁住大部分伪造的钥匙，但并非全部。

逐渐地，细胞表面的哨兵被欺骗，病毒大军潜入了细胞内部。在这与细胞的较量中，病毒在第二关胜出。
细胞做好了迎接这些致命入侵者的准备，误将病毒认作重要营养物的细胞，指示特殊的蛋白质汇聚成一个球体。它们从细胞膜上掐出一个囊泡将病毒包裹在内，最终，一个分离蛋白将囊泡释放将病毒运入细胞内部，无意之中，细胞促成了自己的衰亡。

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，留有多种骗术，在其内核携带了一小束 DNA，这是它的终极武器，是进化和设计的杰作。
严格来说，病毒并非活着的，它无法自食其力地繁殖，而只能靠劫持细胞部件进行自我复制。
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。病毒大军即将被侵蚀。
分拣站内壁配有专用的蛋白质泵，泵吸入特殊原子，使核内体的内部呈酸性，酸将大分子营养物分解为小分子，从而便于细胞对其的运输和利用。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，酸正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，将壁膜撕开，释放病毒。
但并不是所有病毒都能逃脱，许多病毒依然被抗体紧紧粘附，其最初作用是提醒免疫系统入侵者来袭，而现在却确保病毒衣壳无法分解，使纤维无法脱离，因此逃离蛋白质也就无法释放。
无数病毒在逃离前被酸侵蚀，但仍有足够病毒被释放，如今已没有任何防线阻挡这些病毒攻入它们的最终目的地——细胞核。

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。病毒已进化出能依附于马达蛋白的精确结构，现在它可以利用线粒体产生的能量了，病毒向细胞核迈进。
它劫持了细胞自身的运输系统，被带往细胞核，以及它的终极目标，劫持复制DNA所需的机械从而控制细胞。

这双微小的机动腿是自然界的奇迹，将其正常速度放慢三十倍，它们的运动就会清晰可见。但若以每秒超过一百步的实速播放，它们只会是模糊一闪。

腺病毒袭击细胞，入侵细胞核只需花几个小时，病毒需要利用人体细胞的机制来达到它自私的目的。
但细胞自身也有一套内部免疫系统。细胞内部有一整套消灭病毒的机制。
有一种特殊的蛋白质，分布在细胞运输系统各处，搜寻携带抗体的物质。这种蛋白的绝妙之处在于它运用了细胞原有的系统，一旦附着于抗体它就会向名叫蛋白酶体的细胞机发出信号。蛋白酶体在细胞中起到回收蛋白的作用，它被招来将病毒摧毁，分解成非常小的碎块。
一旦依附，防御蛋白就会启动连锁反应，吸引特殊的标记蛋白，它们一起将病毒标上摧毁记号。接下来只是时间问题了，等待回收机的到来，它们把病毒绞成碎片。

在防御蛋白和回收机的共同努力下，几小时内就能歼灭病毒大军。
然而往往只需一个病毒，便能控制整个细胞，感染就会传播到全身。个别没有抗体粘附的病毒逃脱了被粉碎的命运，通向细胞核的道路畅通无阻，病毒进入了细胞的控制中心。
腺病毒已经证明了自己是个欺诈高手，不断利用细胞的机制来达到自己的终极目标。
细胞的 DNA机械无法区分自身 DNA与病毒 DNA，它们开始盲目地将病毒的遗传编码，转录为给细胞的执行指令，绘出了自我毁灭的蓝图。

病毒占领细胞仅一天之后，就已取得了全面控制权。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。
新军队可以自动组装，病毒怎么知道如何入侵人体细胞，如何冲破防御并进入细胞核。

我们知道病毒与细胞协同进化了很长时间，但还不止于此，它们之间还有着惊人的密切关系。原来，攻击我们的病毒正是由人体自身的细胞碎片演变而成。
病毒进入人体两天以后，曾是细胞控制中心的细胞核成为了上万病毒大军的避风港，细胞核外的蛋白质工厂在病毒指示下，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，专门攻击细胞骨架。这次攻击是灾难性的，失去骨架的支撑，细胞开始塌陷。
此时，病毒又将注意力转向核膜，并释放出第二种破坏蛋白质，名叫腺病毒死亡蛋白。它钻入核膜，并将其削弱，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。仅仅48小时前的那个和谐欢乐的社区现已面目全非。

至此，细胞已无回天之力，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。但人体真正的战争才刚刚打响，我们身体内免疫系统将以强大的战力和快速反应，调动全身心的力量，来迎击病毒所带来的灾祸。
当病毒还在细胞内部忙碌时，受攻击的细胞在垂死之际发出了信号，身体里大量的巨型白细胞向被侵略的细胞聚集，吞噬逃逸的病毒。它们也在学习如何击败这些入侵者，一旦病毒被免疫系统发现，你体内的安全系统便会提升级别，其益处就是，负责生产抗体的细胞将生产出专门针对这种病毒的抗体，并复制出大量和自身一样的白细胞。

它们以每秒生产五千个的速度释放大量抗体，涌入血液和细胞间隙，拓展防线。当病毒从临死的细胞中涌出时，它们会被抗体标记，然后被白细胞消灭。
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，实际上正是猛烈攻击病毒的迹象。
一旦被一种病毒感染过，能制造对付该病毒抗体的白细胞将永远保留在你的骨髓中。
如果你再次感染同种病毒，免疫系统会知道如何应对，知道应制造哪种抗体，并可迅速做出反应。免去你病痛之苦。
依靠团队合作，人体的免疫系统终于阻止了病毒感染的扩散。但这只是永无休止战争中的一场战役。

在经历了这样一场令人惊心动魄的病毒与我们人类的大战之后，你是否会联想到以下这样一个问题？
病毒不管沉睡千年万年，它却自始自终带着它生命中唯一的一个使命，就是要进入我们人的身体，盗取我们生命里最机密的密码——DNA，复制它丑陋的生命。
更为可怕的是，病毒居然还会带有我们人类身体里的密钥？这究竟是怎么一回事？这一切是偶然的吗？