能否人工病毒猫狗会成为新传染源中科院研究员回答你的一切疑问

新冠疫情期间，我们了解了很多关于病毒的常识，明白了怎样预防和削弱病毒。殊不知在这样的一个过程中，病毒也会自己“通关”，在与受体的相互作用下不断寻找新的传染源，并慢慢变强……

出品："格致论道讲坛"公众号（ID：SELFtalks）

以下内容为中国科学院动物研究所郑爱华演讲实录：

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。

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？病毒的结构格外的简单。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，病毒是格外的简单的核酸、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？我们大家可以看看这张图，这是另外一个冠状病毒——SARS病毒。这个病毒绝大多数都是圆形的，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，主要是因为变异太快了。

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。这就是怎么回事病毒和受体之间的相互作用是很重要的。

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——新冠病毒也能够最终靠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？其实不需要过多的担心，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。

感染一个群体其实就是不够的。大多数传染病其实就是地方流行病，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，你们可以看到，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。

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。

用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。

在里面我们能够正常的看到，病毒的传播、致病，以及治疗，还可以看到各种不同等级的生物安全实验室的运作方式。演员有达斯廷·霍夫曼和摩根·弗里曼。这部电影拍得还是很不错的，虽然里面有一点点夸张的成分，但是整体来讲还是比较忠于事实的。

“格致论道”讲坛，原称“SELF格致论道”讲坛，是中国科学院全力推出的科学文化讲坛，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办，中国科普博览承办。致力于非凡思想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展。

本文出品自“SELF格致论道讲坛”公众号（SELFtalks），转载请注明公众号出处，未经授权不得转载。