猫狗会成为新的传染源?

发布时间:2020-04-26 09:24:45
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        “复制一个病毒并不难,把病毒造弱一点也不算难,我们用的很多疫苗就是把病毒搞得弱一点,成为一个弱毒苗,可以实现。但是,如果把病毒改造成一个更强的病毒就不容易了,它要重新开始通关。”   
 
       郑爱华

  中国科学院动物研究所 研究员

  病毒既不有趣,也不好玩,特别是我们现在正处于新冠疫情当中,病毒带来了太多的生死,所以,这是一个很沉重的话题。

  在疫情期间,可能大家都掌握了很多关于病毒学的知识,但是这些知识恐怕是支离破碎的。

  我的报告是关于病毒的通关之旅,想通过短短的半个小时,把病毒学的一些知识稍微讲一下。

  Part.1

  病毒的基本特征

  什么是病毒?病毒的概念很简单,第一是有感染性。


  病毒是由什么组成的呢?病毒的结构非常简单。第一个组成部分是核酸,有DNA、RNA,都是它的基因组,是它的遗传位置;还有一部分是蛋白;有些病毒外面还有一些囊膜,比如大家非常熟悉的新冠病毒,就是有囊膜的。但是,作为疫苗载体的腺病毒是没有囊膜的,只有核酸和蛋白两个部分。


 

  所以,病毒是非常简单的核酸、蛋白或者再加上磷脂的一个复合物。而且,它只能是寄生的,也就是说,它不像细菌可以在环境中,比如在水中或在土壤里复制,它只能在生物体中寄生。

  病毒长什么模样呢?我们可以看看这张图,这是另外一个冠状病毒——SARS病毒。这个病毒基本上是圆形的,外面的点点相当于新冠的“冠”,右边这个螺旋形就是它的核酸,外面一圈是磷脂,再外面突起的就是“冠”,叫S蛋白。


  病毒有什么特点呢?我们人吃个馒头就可以运动,可以到处跑,很多生物也是这样的。但是,病毒有这么几个特点:

  第一,不能代谢,本身也不能运动,更不能复制自己。所以,病毒在环境中是没法生存的,在土壤里、水里是没法长期存在的,只能在生物体中寄生。


 

  其次,病毒还有一个很重要的特点,就是变异很快。流感、艾滋病毒为什么难以攻克,就是因为变异太快了。

  Part.2

  病毒的通关之旅


  病毒只能寄生,它的目标就是找到一个活的、能感染的、能复制的细胞让自己一直存在下去,这就开始了病毒的通关之旅。


 

  第一关是细胞关。下图是一个细胞的示意图,这是一个SARS病毒。左上角有一个圆形和它的“冠”,这是S蛋白。


  病毒进入细胞的第一步是跟细胞里的受体结合。SARS病毒的受体是ACE2,它首先要跟ACE2特异地结合,受体识别是非常特异的,如果识别不够牢靠,它是进不去的。

  下一步是融合,接着是复制,病毒复制它的基因组和蛋白。再往下一步是组装,包装新的病毒颗粒,最后再释放出去。这就是病毒进入细胞的过程。

  最近经常听到各种各样的治疗新冠病毒的特效药,这些药通常都是一些小分子药物,是特异的抑制。不管是哪一步,只要抑制了,就可以抑制感染细胞。

  病毒和受体的相互作用是非常特异的,像钥匙和锁的关系,是完全匹配的。

  病毒和受体的结合在很大程度上决定了这个病毒感染哪个器官,感染哪个物种。比如说,肝炎病毒感染肝脏,是因为受体在那里。新冠病毒感染肺部,也是受体在那里。

  新冠病毒不感染鸟,也不感染老鼠,因为它不能用它们的受体。这就是为什么病毒和受体之间的相互作用是非常重要的。

  至于大家望眼欲穿的疫苗,它的主要作用机制,就是打到体内诱导产生中和抗体。这个抗体能抑制病毒跟受体结合,让病毒进不到细胞里面去,从而让我们对病毒产生抵抗力。

  感染细胞只是万里长征的第一步,下一步是要感染一个个体。

  想感染一个个体也很困难。我们是进化的产物,是很完美的,我们的皮肤、消化道里的黏液、呼吸道的黏液都是非常好的物理屏障。

  我们体内有天然免疫,还有获得性免疫,这就是为什么大多数人每年的病假都用不完的原因——因为我们是非常完美的,大部分病毒没法感染我们。

  病毒怎么能感染我们呢?首先我们体内实际上还是有一些渠道可以被感染的,基本上有五个渠道。

  从上往下数,结膜——新冠病毒也可以通过眼的结膜来感染我们,然后是呼吸道、消化道、皮肤、生殖道。

  另外一个感染途径是吸血的昆虫。有些病毒通过吸血的昆虫传播,最典型的是登革热。现在夏天快到了,蚊子也多了,很多人都担心新冠病毒会不会通过蚊子传播?其实不用担心,新冠病毒以及其他的冠状病毒是不能通过蚊子传播的。

  怎么真正感染一个个体呢?

  第一,要有足够的病毒穿越我们这些屏障。首先,感染位置是易感的;其次,是能够接触到的。比如说,肝炎病毒倒在我们的脚上恐怕也无所谓,因为它是感染肝脏的,倒在脚上也没用。


  另外,病毒必须非常有效地抑制我们身体的免疫系统。我们的免疫系统太强大了,如果它不能抑制,很快就会被清除掉。

  这就是感染一个个体的过程。

  病毒只感染一个个体也是不长久的,因为个体会死亡,所以病毒必须在一个群体里持续地感染才能够维持下去。这就有点像原子弹里的链式反应,必须不停地感染,只要一停下来,它早晚都会消失。


  一个病毒感染一个群体受这些因素影响:第一,感染途径;第二,脱落途径。

  病毒的脱落也有一些途径,比如新冠肺炎是通过飞沫脱落,一些消化道病毒是通过粪便脱落,还有一些病毒是通过黏液、体液脱落,还有的是通过血液脱落。

  脱落出的病毒在体外环境是不能够长期存活的,因为体外温度和湿度都不稳定,而且还有紫外线,这些都是杀菌消毒的。

  所以,只有病毒能够适应这个感染途径和脱落途径,而且在体外能存活一段时间,等到感染下一个个体,这个病毒才能在群体里不停地传下去,形成永不停歇的链式反应。

  感染一个群体实际上是不够的。大多数传染病实际上是地方流行病,如果说不能传到一个大的地理范围就难成气候。所以病毒还要打通下一关,叫地理关。

  在古代,地理关不那么容易打破,因为交通不方便。下面这张图左边是商路,大家可以看到,沙漠驼铃再快也快不到哪里去。


  此外,战争也是传播传染病的一个途径。战争和瘟疫实际上是孪生兄弟,有时候战争导致瘟疫,有时候瘟疫导致战争。比如,1918年的流感大流行,就是一战结束之后士兵带进来的。另外,我们国家古代有很详细的记录,中国的天花就是战争中战俘带进来的。

  总而言之,在古代,疾病传播比较慢。

  但是现在不一样了,全世界的航线让诺大的地球变成“地球村”了。新冠病毒的传播已经达到了什么程度?跨大洋,当日达。

  但并不是每个病毒都传播得那么快。

  寨卡病毒的传播就没有那么快。它是上世纪40年代在非洲乌干达发现的,六七十年代就到了东南亚,在那里盘踞了几十年。21世纪初通过太平洋的一些小岛,一步步像跳跳板一样传播,前几年到了巴西,又从巴西传向了全世界,成为全球的病毒。因为它是蚊子传播的,所以它的传播有一个蚊子的适应过程,受到一些生物因素的影响。

  埃博拉病毒也是一个例子。虽然它在非洲不断扩散,但是至今也还没有走出非洲。

  过了地理关,还有一个非常重要的关叫季节关。因为在不同的季节,温度、湿度、生物的周期、人类的行为都是不一样的。


 

  春夏之交的时候,该担心肠道传染病;再暖和一点,可能会有登革热感染;到秋冬季节,新冠又来了。所以季节对于病毒的传播还是非常重要的。

  我们知道SARS就没有跨过季节关,在夏天来临之前就消失了。至于新冠病毒能不能跨越季节关,能不能跨过夏天进入秋天呢?我们现在还不知道,时间能够证明一切。

  Part.3

  R0、群体免疫与病毒突变率


  下面我通过一个例子来让大家了解更多传染病的概念。

  这个例子是1846年丹麦法罗群岛的麻疹流行。在此之前,法罗群岛是没有麻疹的,有一个工人坐着船把病毒带进了群岛,当时整个岛八千多人无一幸免,死亡一百多人。但是,感染之后,几十年内,群岛也再也没有出现麻疹病毒。

  这个故事说明的第一个问题,就是人感染病毒之后会产生免疫记忆,会产生免疫保护。这是研究疫苗的一个理论基础。


 

  还一个概念是R0,传染病的传播速度,它指一个感染者在传染期内,在易感人群中引起的新的感染者的期望人数。比如说,麻疹的传染是非常快的,一个人能传染19-20个人。

  另外一个概念是群体免疫力,指的是一个群体里面,多大比例的个体获得免疫力,使得其他没有免疫力的人也受到保护从而不被感染。这个数值不难计算,临界值是H=1-1/R0。比如说麻疹是1-1/20,大概是95%,就是说95%的人获得群体免疫力后,病毒就没法再传播了。

  获得群体免疫的途径有两个,一个是实际的病毒感染,另一个是接种疫苗。但是通过实际的感染获得群体免疫代价太高了。麻疹8000多人感染,死了100多个,这是什么概念?相当于我们的小区不管几层楼,基本上每个单元都得放一两口棺材,这个代价是非常大的。

  另外,病毒在群体中传播是有一个临界值的。比如,大家发现麻疹的流行临界值大概是50万,据说在小于50万的人群里,这个病毒是没法传下去的。这实际上也告诉我们,为什么我们控制病毒的传播需要做隔离,就是为了把大的群体分隔成一小块一小块,让病毒传不起来。

  讲病毒的通关,实际上都是讲新出现的病毒,我们叫新发,或者再出现的传染病。禽流感、寨卡、摩尔斯、SARS、新冠这些病毒都是动物来源的。70%的新发和再发传染病是来自于动物的,要么是野生动物,要么是家养的家畜,或者是宠物。

  病毒之所以能够从一个物种传到另外一个物种,主要是因为病毒高的突变率和高的进化率让它可以适应新的速度。


  这个过程实际上是一个非常长期的过程。病毒在原先的物种和新的物种之间不断接触,可能刚开始感染新的物种效率很低,回去继续进化,然后再回来感染新物种,可能感染程度会更高一些。这实际上是一个不断试探的过程,这个过程持续的时间是非常长的。

  简要总结一下,病毒的通关之旅主要包括下面几步。首先要感染一个细胞,然后能够感染一个个体,并且能够在群体里面持续传播,最后,打通最难的两关——地理关、季节关之后,才会成为全球流行的病毒。

  但是,实际上大多数病毒的跨种传播都是失败的。可能感染几个细胞之后,就被免疫系统清除掉了;可能感染的只有几个人,没法在人和人之间传播,这几个人去世了,也就消失了;或者像SARS一样感染一段时间,不能跨过季节关也就消失了。


 

  所以,每当我们遇到一个新的病毒,很难判断它到底能够通几关。是只能感染几个个体,还是能感染很多人,或者说甚至只能感染一个季节,然后就过去了呢?

  这是非常影响我们决策的。如果反应过度,正常的生活就没法进行了。但是如果反应慢了,我们都看到了。这种情况下决策是非常困难的。

  Part.4

  通关体系消解对病毒的恐慌


  病毒的通关成功就是人类的灾难,人类的灾难就是大家的恐慌。

  我们经常会在报纸、新闻上看到一些关于传染病、关于病毒的新闻。了解了简单的通关体系之后,就可以把它套进去看一看到底是怎么回事。

  我最近在网上找了四个报道,我们来看看是怎么回事。


  第一则报道与最近非常流行的一个叫“甩锅”的词有关。下图这位英国的生物学家叫维克拉玛辛赫,他甩锅甩得最彻底,甩给外星人了,说病毒可能是来自于陨石,来自星星的病毒。


 

  这个有可能吗?我们根据前面的知识来分析一下。

  第一,陨石到地球的温度很高,病毒很不稳定,很容易就失活了。

  此外,空间有很多射线,射线也会把病毒杀死。哪怕侥幸有几个活的病毒落到地上,也很难存活,因为陨石通常落在荒郊野外、人烟稀少的地方。

  病毒的目标是找到活的细胞,如果病毒落在荒郊野外,它很难找到一个个体或细胞来感染,在环境中不能存活太长,不就消失了吗?

  所以,病毒来自陨石的可能性微乎其微。

  最近还有一个报道,说美国俄亥俄大学在青藏高原采集了很多冰芯,在冰川的冰芯里面他们发现有很多新的病毒。

  这篇文章说他们发现有33属的基因病毒,有28个属是以前从来没有过的。这个让大家很恐慌,说我们有新的灾难。是不是这么回事呢?


  第一,冰川里的病毒量很少。

  第二,这个冰芯历史很久了,是大概750年到一万多年以前的。病毒在环境中不能存活太久,所以这个冰芯里面可能只有病毒的核酸片段,没有活的病毒颗粒。

  哪怕有活的病毒颗粒,冰川远离人烟,也是找不到活的细胞、活的个体来感染的。哪怕找到一个个体,我们知道病毒要感染一个细胞首先得跟受体结合,不一定正好碰到的这个活的动物的受体就可以用。所以概率是很小的。

  所以,冰川熔化释放的这些病毒也不会有什么大问题。

  近来大家也很关注一个问题:能不能人造一个成功的病毒?

  复制一个已经存在的病毒是很容易的,这对我们病毒学家来讲是一个已经研究几十年的老技术,不难。

  新冠病毒发现不久,一个荷兰的研究组就把它复制了;不久前有个美国的实验室也把新冠病毒复制出来了。

  复制一个病毒并不难,把病毒造弱一点也不算难,我们的很多疫苗就是把病毒搞得弱一点,成为一个弱毒苗,可以实现。但是,如果把病毒改造成一个更强的病毒就不容易了,它要重新开始通关。


 

  首先,看一下细胞关。我们可以给病毒进行很多不同的改造,然后在细胞上筛选一下,看哪个复制得更好。这不难,技术上是可行的。但是,一个病毒只在细胞上复制得更强,致病率更强,并不能说明它感染一个个体就好。

  个体关的实验要在活人身上来做,拿动物来做都不行,因为猴子、老鼠等动物跟人是不一样的。这都是以前731部队才能干的事情,现在没法做。

  哪怕病毒真正感染人的能力已经很强了,还有一个群体关要过。要有很大的人群才能检测,这实际上没法操作。更不用说季节关了,季节关简直是超出想象。所以造一个成功的病毒,可能性是微乎其微的。

  最近大家又开始关心宠物。之前有一个报道,说香港发现有一只狗咽拭子检测到新冠核酸呈弱阳性,这说明新冠病毒在狗那儿可以突破细胞关。后来又有新的报道,说比利时有只猫被新冠病毒感染了,这只猫也很痛苦。


 

  怎么来解读这个报道呢?

  首先,我们看到,如果宠物感染病毒,说明病毒至少过了细胞关。

  要想检测病毒能不能通过个体关要怎么做呢?

  哈尔滨兽医研究所在实验室里找到很多动物,给它们接种上病毒,看一下病毒能不能感染那些动物。

  首先,他们发现狗是没法被病毒感染的,猪、鸡、鸭也不会被感染。但是猫不一样,他们发现如果给猫接种上病毒,猫是可以被感染的,而且它可以通过飞沫传染给其他的猫。


  但是,他们也发现,如果把染病的猫和没染病的猫放在一起,传播效率不是很高,三对只有一对能传播,说明猫间的传播能力不是很强。但是还得通过流行病学来调查猫群里面的具体传播情况。


  没过几天,又一篇新的报道出来了,是关于华中农业大学和中科院武汉病毒所一起合作开展的一项工作。

  他们调查了武汉的猫群,发现有14.7%的猫的血清是新冠阳性的,也就是被病毒感染过。但是感染的猫里面,血清滴度最高的是病人家的猫。也就是说,病人跟这只猫可能接触比较多,这只猫被感染的病毒数量也比较高。所以,它的抗体的滴度也会更高一些。在流浪猫中,虽然也发现了一些阳性的动物,但是抗体比较低。

  总之,更像是人传给了猫,猫是人类灾难的一个受害者。至于病毒能不能在猫和猫之间传播,猫能不能传给人,还需要更多的流行病学的调查,但就现在来看,猫应该是个受害者。

  通过上面的解析,大家是不是觉得以后如果再看到一些报道,把通关历程给它套进去,就没有那么恐慌了。

  实际上,新发传染病出现的概率还是很低的,要好多年才有一次。给大家推荐一部美国在90年代拍的叫《恐怖地带》的电影,影片就是关于一个新出现的传染病。


  没过几天,又一篇新的报道出来了,是关于华中农业大学和中科院武汉病毒所一起合作开展的一项工作。

  他们调查了武汉的猫群,发现有14.7%的猫的血清是新冠阳性的,也就是被病毒感染过。但是感染的猫里面,血清滴度最高的是病人家的猫。也就是说,病人跟这只猫可能接触比较多,这只猫被感染的病毒数量也比较高。所以,它的抗体的滴度也会更高一些。在流浪猫中,虽然也发现了一些阳性的动物,但是抗体比较低。

  总之,更像是人传给了猫,猫是人类灾难的一个受害者。至于病毒能不能在猫和猫之间传播,猫能不能传给人,还需要更多的流行病学的调查,但就现在来看,猫应该是个受害者。

  通过上面的解析,大家是不是觉得以后如果再看到一些报道,把通关历程给它套进去,就没有那么恐慌了。

  实际上,新发传染病出现的概率还是很低的,要好多年才有一次。给大家推荐一部美国在90年代拍的叫《恐怖地带》的电影,影片就是关于一个新出现的传染病。

来源:格致论道讲坛