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        人造病毒怎么造?它安全嗎?

        2020-04-15 03:59:23大科技
        讀者·校園版 2020年8期
        關(guān)鍵詞:天花人造科學(xué)家

        大科技

        病毒是一種古老的微小非細(xì)胞生物,在世界上還沒有人類的時候,病毒就已經(jīng)存在。病毒在歷史上曾對人類造成了無數(shù)次重大傷害,人類與病毒的斗爭從未停歇。

        今天,我們雖然還不能徹底戰(zhàn)勝病毒,但已逐漸摸索到了病毒的特性,開始用各種手段阻止病毒的侵害,并且科學(xué)家已經(jīng)初步具備制造人造病毒的能力。

        逆向遺傳技術(shù)合成病毒

        人造病毒可以分為合成病毒和重組病毒兩類,如果你對這兩個詞語感到陌生,那將病毒替換成DNA也許你會熟悉一些。近年來,DNA的合成和重組已不是新鮮事,而人造病毒本質(zhì)上就是制造一些新的病毒DNA(或RNA)。

        發(fā)生于1918年的“西班牙大流感”,當(dāng)時席卷了整個世界,在一年半的時間里,造成了數(shù)千萬人死亡。但這個“死神”在收割了這么多人的生命后就藏了起來,人們并沒有看到它的長相,也不知道它到底是誰。

        直到1933年,英國科學(xué)家才分離出第一個人類流感病毒,并命名為H1N1,從此人們才知道流行性感冒是由流感病毒造成的。

        2002年10月,美國國防病理中心與紐約西奈山醫(yī)學(xué)院的微生物學(xué)家合作,開始嘗試重建病毒。在一個實(shí)驗(yàn)中,他們成功制造了一種含有兩個“1918病毒”基因的病毒。2005年10月5日,研究人員宣布“1918病毒”的基因序列已經(jīng)被重組。

        病毒是如何被重建的

        以流感病毒為例,它由RNA與蛋白質(zhì)構(gòu)成,遺傳物質(zhì)是RNA。RNA在逆轉(zhuǎn)錄酶(RNA的DNA聚合酶)的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)榛パa(bǔ)DNA(cDNA),新合成的cDNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。研究人員從當(dāng)年病人的尸體中提取了病毒的cDNA,采用逆向遺傳技術(shù),用逆轉(zhuǎn)錄酶識別cDNA,并根據(jù)它的序列合成了對應(yīng)的RNA,得到的RNA片段與1933年英國科學(xué)家分離出的流感病毒的RNA非常相似。

        利用人工合成的RNA,科學(xué)家終于重建了“西班牙大流感”的病毒。

        通過提取或合成病毒的cDNA來重新合成RNA病毒,是第一種制造人造病毒的方法。許多科學(xué)家用這種方法合成了多種病毒,比如脊髓灰質(zhì)炎病毒。2002年,美國紐約州立大學(xué)的生物學(xué)家切洛用這種方法合成了一種毒性更低的脊髓灰質(zhì)炎病毒。這種病毒可以作為疫苗使人體產(chǎn)生抗體,降低了該病的發(fā)病率。

        基因編輯改造病毒

        與合成病毒相比,用基因編輯的方法改造天然病毒,是一種更有針對性也更簡單的方法,可以制造出感染對象、感染性和致病性等都不同的新型病毒。

        許多常見的病毒都有“孿生兄弟”,它們彼此之間很相似,但是可能僅僅是一段或幾段氨基酸的不同就決定了它們的“眼光”不一樣。比如皰疹病毒,是一種只“青睞”人類的病毒,不會感染其他動物。這樣,科學(xué)家就不能用動物實(shí)驗(yàn)來尋找治療藥物,但通過改造它的一些蛋白質(zhì),可以讓它獲得感染動物的能力。

        葡萄牙醫(yī)藥分子研究所的佩德羅·西馬斯博士運(yùn)用基因編輯方法,將皰疹病毒中與人體細(xì)胞結(jié)合的蛋白質(zhì)改造成另一種只能與小鼠細(xì)胞結(jié)合的蛋白質(zhì),改造后的皰疹病毒就只“青睞”小鼠,而不會再感染人類。

        科學(xué)研究的危險游戲

        知道了制造人造病毒的方法,你可能會想,雖然我們最開始制造病毒是為了找到它的原型并尋找對抗它的方法,但是如果制造出的是一種我們從未見過或已經(jīng)打敗的病毒,我們對它沒有絲毫的免疫力,這不是太可怕了嗎?

        1979年,世界衛(wèi)生組織宣布,通過接種天花疫苗,人類徹底戰(zhàn)勝了天花這一疾病,自然界已不存在天花病毒。此后我們也不再接種天花疫苗了,這也意味著人類對天花病毒不再具有免疫力。

        可是2017年,加拿大艾伯特大學(xué)的一個研究小組宣稱,他們合成了一種與天花病毒同源的馬痘病毒。雖然這個病毒同樣是作為疫苗使用的,它可以讓小鼠獲得抵抗水痘病毒的免疫力;但是,就連研究小組成員都承認(rèn)它具有風(fēng)險。因?yàn)楫?dāng)它被使用到人體中時,誰也不知道會不會使人們患上新型天花,再次出現(xiàn)尸殍遍野的慘象。

        2003年,曾在全球傳播的SARS病毒具有多種“孿生兄弟”。2016年,美國北卡羅來納大學(xué)的病理學(xué)家維埃特·梅納雷在小鼠體內(nèi)找到一種SARS的“孿生兄弟”,它本身不感染人體。但梅納雷在這種病毒的基因組中加入了編碼SARS與人體細(xì)胞結(jié)合的蛋白質(zhì)的基因,制造了一種被稱為SHC014的重組病毒,使它獲得了感染人體的能力,人體細(xì)胞對它完全沒有免疫力。

        人造病毒與P4實(shí)驗(yàn)室

        可以想見,如果人造病毒從實(shí)驗(yàn)室中“跑”出來,將掀起一場多么可怕的災(zāi)難。那么,人造病毒會“跑”出來嗎?

        為了治療疾病,我們必須研究病毒,但是因?yàn)椴《揪哂袀魅拘院椭虏⌒?,我們不能在普通的?shí)驗(yàn)室里研究,只能在生物安全等級最高的P4實(shí)驗(yàn)室中研究。

        生物安全實(shí)驗(yàn)室是有等級劃分的,按照研究對象的危險程度分為四類:BSL-1、BSL-2、BSL-3、BSL-4。BSL是指Biosafety Level,即生物安全等級,等級越高,意味著防護(hù)級別越高,就能研究具有更大傳染性和危害性的病原體。不同級別的實(shí)驗(yàn)室需要不同級別的保護(hù),根據(jù)各級實(shí)驗(yàn)室的安全設(shè)備和個體防護(hù)注意事項(xiàng)又分為P1、P2、P3、P4(P代表英文Protection,防衛(wèi)和防護(hù)的意思)。

        研究人員進(jìn)入P4實(shí)驗(yàn)室就像進(jìn)入ICU一樣要全副武裝,穿上一套像宇航服一樣的防護(hù)服,身體的各個部位都被封鎖在里面,在衣服里充入高壓氣體防護(hù)層,還要在出入時噴灑化學(xué)藥水消毒。

        實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部有呼吸管,它們與防護(hù)服相連,向科研人員輸送潔凈的空氣,研究人員在防護(hù)服內(nèi)進(jìn)行呼吸,完全隔絕外界空氣。實(shí)驗(yàn)室的廢氣和廢液需要經(jīng)過兩級高效過濾器處理才能排放,感染性材料和被污染的器具等固體污染物要經(jīng)過高壓蒸汽滅菌處理,再運(yùn)到專業(yè)醫(yī)療廢棄物公司做無害化焚燒處理。在這樣的嚴(yán)防死守下,病毒基本沒有“逃離”的可能性。

        人造病毒會成為生物武器嗎

        排除了無意逃離的可能,會不會有“瘋狂科學(xué)家”故意釋放病毒做人體實(shí)驗(yàn),或者某些國家用人造病毒作為生物武器呢?目前來看,這種可能性也不大。雖然許多國家和科學(xué)家都具備制造人造病毒的能力,但是還不具備制造針對某些人種或某一類人的病毒的能力,也就無法控制制造出的病毒的傳染性和殺傷力。

        其實(shí),在人類種群中,不同人種的基因組僅有不到0.01%的差異,再加上不同人種間常常通婚,使得人種之間的基因差距更小;而且病毒的遺傳物質(zhì)很小也很不穩(wěn)定,發(fā)生突變的速度比人類快得多。在這樣的情況下,如何保證設(shè)計(jì)出的病毒能僅針對某些種族或人群呢?在此情況下,如果仍有人堅(jiān)持制造“人種滅絕病毒”,他們必將自食惡果。

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