上集我们说到,1997 年 7 月的某一天,陶本伯格翻开一封信,当场愣在原地,惊呼一声。他看到的这封信不是别人,正是那位去阿拉斯加挖尸体找病毒的赫尔廷寄来的。
本文内容来自读库文库本系列《人类与病》
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病毒基因
赫尔廷告诉陶本伯格,阿拉斯加葬坑里的尸体或许没有活的病毒,但很可能有病毒的基因,这些基因没经过福尔马林的浸泡,而且是病人刚刚去世就进入冷冻状态。既然现在的技术能从福尔马林浸泡的标本里找到病毒残片,就很有可能从那些冷冻尸体里找到完整的基因。
赫尔廷说,如果陶本伯格觉得这个计划可行,他可以再去一次阿拉斯加。他知道群葬坑在哪里,而且跟村民关系很好。虽然住在那里的已经是下一代人,他认为可以说服村民同意他再次挖掘,为陶本伯格采集样本。
阿拉斯加布雷维克教区的一个集体墓地
陶本伯格兴奋得心跳加速,他立即跟赫尔廷通电话,讨论了一些细节,表示非常有兴趣分析这些标本。然后问赫尔廷什么时候可以启动这个计划。
赫尔廷说:“这星期不行,我下个星期动身吧。”
陶本伯格几乎不敢相信自己的耳朵。他从一开始工作就待在国立机构里,天天跟那些有官方或是半官方背景的人打交道,这几十年里,不管什么人,不管做什么项目,准备时间至少几个月。他知道一位叫邓肯(KirstyDuncan)的加拿大地质学家也有一个类似的计划,打算到挪威北部一个岛上寻找多年冻土下埋葬的死者。邓肯的项目已经准备了四年,到现在还没开始动手挖掘。
赫尔廷知道陶本伯格为什么惊讶,但他不想多解释,按他自己的心情,恨不得第二天就动身。1951 年的阿拉斯加探险失败,老师们并不觉得是能力问题,所以那件事没有影响他完成学业。毕业之后他在旧金山定居,成为病理学权威,白天工作,晚上整理自己收集的美洲早期土著艺术品,休假期间就跟太太去旅游,足迹几乎踏遍地球上所有国家,还曾经到中国的慕士塔格峰滑雪。如果“成功”可以用金钱来衡量,他非常成功,唯独阿拉斯加的失败尝试一直让他耿耿于怀,觉得是人生缺憾。这几十年里,他一直关注流感研究的进展,所有进展都很激动人心,但他只是坐着读完那些论文。
直到 1997 年,他看见陶本伯格团队发表在《科学》杂志的论文,上面说,他们从福尔马林保存的样本里分离出一部分 1918 年流感病毒的基因。
这次他从椅子里站了起来。
他是医学圈内人,很容易就查到了陶本伯格所在的机构,知道他是美国武装部队病理研究所的人,也就是美国陆军部体系里的人。
当初,陆军部暗中下手,试图抢先找到阿拉斯加冻土里的病毒,这让赫尔廷很愤怒。四十多年过去,在他心里,尘世的恩怨早已淡去,寻找 1918 年流感病毒真相的冲动却从没消减。查到陶本伯格的地址之后,他立即提笔写了那封信。
大概就因为当年探险无果,眼前这件事,他比陶本伯格更希望能完成。跟陶本伯格通完电话,他立即订好机票,迅速了结手头的事情,返回在旧金山的家,收拾了一些换洗衣服、一台相机、一个睡袋、两袋工具,包括他从太太那里借来的一个花园修枝剪。
寻找 1918 年病毒样本
1997 年 8 月,七十二岁的赫尔廷独自一人乘飞机飞到了阿拉斯加的诺姆,然后花钱请荒野飞行员把他送到布瑞维格。
跟上次一样,他还是先去找驻扎当地的传教士了解情况。传教士克罗克特(Brian Crockett)带他去看群葬坑。从他上次离开之后,墓坑一直没别人开挖过。唯一的变化是,墓坑两头的木制十字架不见了,应该是因为年代久远,风化坍塌,被人清理走了。
克罗克特把赫尔廷介绍给村里的族长欧拉娜(RitaOlanna),能不能说服村民同意挖掘,族长是关键人物。赫尔廷给欧拉娜看他 1951 年来挖掘时拍的照片,又给他看当年的传教士写的介绍信。欧拉娜发现信里面提到自己的姑妈和叔父,很高兴,说会尽力帮忙。赫尔廷请她召开全体村民大会,再次讲述寻找 1918 年病毒样本的意义。村民很快就听明白了,一致同意他挖掘,一位长老甚至主动问他是不是需要人手帮忙。这让赫尔廷很意外,上次村民们一直看着他自己一个人艰难挖掘,没人上前帮忙,看来时代还是进步了。他立即表示确实需要帮忙,于是族长安排了四个小伙子给他做助手。
他们先把地表的草皮切割出一个个方块,小心起出来放在旁边,这样最后可以还原地貌。八月天日照充足,表面半米的泥土已经解冻,加上有四个壮劳力帮忙,进度比上次加快,第三天就看到了一具尸体。但这具尸体只有骨骼,所有软组织,包括关键的肺脏,都不复存在。赫尔廷认出这是上次采样的五具尸体之一,所以没太担心。上次让尸体暴露于空气,自然会加速软组织腐败。群葬坑里一共有七十二具尸体,或许下面有其他尸体能保存得更好一些。
跟上次一样,他没采取任何生物防范措施。他认为不需要,四十六年前都找不到一颗活病毒,现在更不可能遇到任何还有感染能力的病毒。
赫尔廷和他的同伴正在进行挖掘工作
第四天下午,坑的深度已经超过两米,拨开一层浮土之后,赫尔廷看到几具尸体并排躺着,其中一个明显跟其他的不一样。这是一个大约三十岁女性的尸体,两旁的尸体都严重分解,几乎只剩下骨骼,这具女尸却只是表面轻度腐败,肺脏简直完好无损。赫尔廷把尸体周围的土再多挖开一些之后,明白为什么会这样了。这是一名特别胖的女性,皮下和内部器官周围都有很厚的脂肪层。这些脂肪层是良好的保温组织,于是进一步留住了低温,让她死后能更好地抵御细菌的吞噬。
这么一具几乎完好无损的尸体,让赫尔廷想起考古学家约翰逊(Donald Johanson)的经历。1974 年,约翰逊在埃塞俄比亚探索,挖掘出一具相当完整的古人类骨骼化石,他把那具骨骼叫作“露西”。赫尔廷觉得眼前的发现差不多同样令人振奋,就给这位女性起了个名字,也叫“露西”。
他拿出工具袋里的解剖刀和修枝剪,小心剖开露西的胸廓,取出两侧肺叶。肺叶依然处于冰冻状态,很容易就可以切成小块。他把这些组织块放进广口瓶里,再用陶本伯格提供的硫氰酸胍防腐剂灌满瓶子。这种防腐剂可以防止病毒里面的基因物质分解。
其他尸体状态都不太好,希望不大,但为避免留下任何遗憾,他也从这些尸体的肺脏里提取了一些标本,用防腐剂保护好。
第五天,他跟助手们填平墓地,把那些预留的草皮重新覆盖好。该做的似乎都做了,但他想起那两座消逝的十字架。他是科学家,并不相信有魂魄,但惊扰这些死去的人,即便是为了科学研究,还是让他觉得对死者欠着一份人情。布瑞维格有所小学,学校里有个木工车间,他征得校长同意之后,自己动手做了两个十字架,请那四位小伙子帮忙,把十字架立在了墓地两端。
然后他带着采集的样本,返回旧金山。整个工程里,他的设备都是从家里找到的现成工具,额外的开销是机票和住宿,加上付给四个小伙子的九百美元工资,一共是三千二百美元。陶本伯格也有一份贡献:他提供的硫氰酸胍防腐液,耗费了五美元。
华盛顿那边,陶本伯格的碉堡式实验室,桌面上摆着一叠传真,这是布瑞维格跟外界最快速的通讯渠道。赫尔廷每天给陶本伯格发一份传真,报告情况:已经抵达,睡在学校厨房里一个充气床垫上;可以自己开伙,烧了一条鲑鱼,两美元从当地人手里买的;已经获得开挖许可;开始挖掘;第一具尸体曾经暴露,高度分解,只剩下骨骼;今天发现露西……
陶本伯格又想起邓肯小组。他们单单为寻找“最有经验的”掘墓公司就花费六个月,赫尔廷从启程到发现露西,只用了六天。
这些标本太珍贵,容不得闪失。为了保险,赫尔廷把所有标本分作四份,用四家不同的邮递公司寄给陶本伯格。还好,所有包裹都安全抵达目的地。
包裹寄出之后,赫尔廷又做了一件事。在布瑞维格的时候,传教士告诉他,当地官方记录的那七十二名流感死者的名字,很多都有拼写错误。赫尔廷想纠正这些错误,他后来返回诺姆,自己掏钱租下一间办公室,安排了一位秘书。秘书的工作是走访家属和族长,确认所有死者姓名的准确拼写,订正官方记录。然后赫尔廷定制了两块铜匾,刻上这七十二人的名字。铜匾做好之后,装在了墓坑两头的那两座十字架上。
陶本伯格把收到的标本交给瑞德。瑞德立即开始工作,不到一个星期,结果出来了:其他标本里没有找到病毒痕迹,但露西的肺脏标本,有大量1918年流感病毒基因片段。
同沃恩和唐斯身上样本的那些发现加起来,瑞德团队手里已经有了这个毒株的完整基因信息。
他们用聚合酶链反应技术,给这些基因做了大量的副本。别的实验室如果打算研究,他们就提供样本。
有这样的素材,整个医学界都兴奋起来。各个实验室都启动了下一个最重要的任务:分析 1918 年流感毒株的特点,弄清楚为什么它有那么暴烈的毒性。
可没人能找到答案。
说起来也不算奇怪,基因本身是不会告诉我们毒性高低的。用一个比方,如果我们拿到一张外星人的武器设计蓝图,从蓝图本身我们不会知道这个武器有多大的杀伤力。我们能做的是,先看看这个蓝图能做出什么样的部件,然后看看我们现有的武器有没有类似的部件,如果有,这些部件有什么样的杀伤力。根据这些信息,或多或少可以推测外星人武器的杀伤力。
病毒学家们走的是类似的道路。他们整理当时已经知道的各种流感毒株的特性,找出其中毒性最强的,再找出跟这种毒性相关的基因片段,然后在 1918 年流感病毒的基因组里寻找类似的片段。但是,他们找不到任何嫌疑片段。
如果工程师们通过外星人武器蓝图没法判断这个武器的杀伤力,接下来他们必定会想做一件事:按照这个蓝图做出这种武器,然后看看它能干啥。
陶本伯格他们也想做类似的事:复活 1918 年毒株,然后用动物实验观察它能干啥。
他们已经有这个毒株的完整基因信息,根据对其他季节性流感毒株研究所了解的知识,完全可以让这些片段恢复原来的结构,只需要再加上蛋白外壳就能复活 1918 年毒株。
可是,这不是一个平常的毒株,它至少造成了五千万人死亡。复活这样的东西,会有极大的风险。
学术界权衡了利弊,最后的结论是值得尝试。我们没法保证这种毒株不会卷土重来,如果它真的重现人间,该如何防范?不能真正了解它,就无从防范。基因分析没法判断这个毒株如此暴烈的根源,倘若能复活这个病毒,动物实验肯定会提供有用的线索,更重要的是,我们能做出针对这个毒株的疫苗。
于是美国疾控中心组织了一个团队,启动复活工程。
复活 1918 病毒
项目在三级生物安全实验室里进行,这样的实验室,建筑是密封的,室内一直处于负压,这可以防止空气里漂浮的微生物泄露到外面。做实验的人戴着有氧气管的面罩,一切操作都在一个特制的玻璃柜里进行。为避免交叉污染,疾控中心专门设立了一个新的实验室,里面只允许做这个复活实验,任何其他病毒或是细菌都不能带进这个实验室。
同样,为防止意外传播,整个工程只有一个实验人员,经验丰富的微生物学家图姆佩(Terrence Tumpey)
2005 年 8 月,图姆佩启动了工程。整个工程期间,他必须独自一人在实验室干活,而且只能在其他人都下班离开实验室大楼之后,他才能开始自己的操作。那个专用实验室的电子门锁,必须用他的指纹才能打开。实验室冰箱也有电子锁,只有扫描他的虹膜可以开锁。慎重起见,他每天预防性地吃一颗奥司他韦(Oseltamivir,即达菲,Tamiflu)。项目启动之前,他跟疾控中心签署了一个法律文件,里面有一条:倘若他真的被感染,不能离开实验室求助,必须原地隔离,等待外界决定救援方式。
病毒复制的方式是入侵宿主细胞,释放出自己的基因,再利用细胞里的“设备”复制该基因,打印蛋白外壳。图姆佩手里只有 1918 年病毒的基因,没有外壳。缺少外壳上的血凝素刺突,病毒没法骗开宿主细胞大门,也就没法主动入侵。图姆佩需要用其他方式把这些基因送进宿主细胞内部。
他用的是质粒。
质粒是一种很小的颗粒,可以钻进细胞内部,而它的肚子里有一段碱基链,也就是基因的载体。借助基因工程,团队里的质粒专家把 1918 年流感病毒的基因植入质粒内部。图姆佩把这些质粒放进孵化十天的鸡蛋里,质粒就会把基因带进鸡胚细胞内部。这就相当于让 1918 年病毒感染了鸡胚细胞。
不过,流感病毒有个奇怪的特点:它们的基因不是完整的一条,而是分成八条,所以团队里的质粒专家必须做八种不同的质粒,让它们同时钻入宿主细胞,等待某个细胞里所有八条基因都能凑齐——必须八段基因聚集一堂,病毒复制流水线工程才会激活。凑齐八段基因需要运气,图姆佩反复尝试了好几个星期。这期间同事们不能跟他见面,只能等着看他每天发布的电子邮件。
9月的一天中午,他们收到图姆佩的一封邮件,只有一句话:“这是个人的一小步,人类的一大步。”
这句话是阿姆斯特朗在月球上踏出第一步的时候,通过实时卫星对地球上的总部说的话。同事们看到这句话,知道图姆佩成功了。
消失八十七年之后,1918 年流感病毒,再次出现在人类的实验室里。
做研究的一个重要战略是分而治之,就是把复杂的研究对象尽量拆解成一个个亚单位,分别观察亚单位的功能。对 1918 年流感毒株的研究也用到这个战略,就是制作“部分复活”的毒株。流感病毒的基因分作八段,这给拆分战略提供了便利。图姆佩用 1991 年美国得克萨斯州流行的一个流感病毒毒株做母本,将 1918 年毒株里的基因段按不同组合替换进去,就产生一个个 1918 年毒株的部分复活毒株,各自有不同的亚单位,这就可以分别观察各个基因段的功能。
复活毒株有了,病毒学家立刻开始下一步,用这些毒株分别感染动物,观察病理变化。
他们马上就注意到,完整版 1918 年毒株的繁殖速度高得恐怖,跟 1991 年得克萨斯州原版毒株对比,1918 年流感毒株的繁殖速度高出三万九千倍。即便没有其他特性,单单这一点就足以构成巨大的杀伤力。进一步的实验很快证明了这一点,跟得克萨斯州毒株相比,完整版 1918 年毒株造成的小鼠病死率高出一百倍。
不过,这个毒株的杀伤力显然不仅仅是靠繁殖量大。解剖病死的小鼠,发现肺脏有非常严重的渗出,肺泡完全被渗出液填塞,以至于不可能再吸收氧气。1918 年大流行期间,世界各地的医生,只要给死去的病人做尸体解剖,都会提到一个现象:患者肺脏充满渗出液,病人实质上是被自己的体液“淹死”的。这是细胞因子风暴的典型后果,小鼠实验用复活的 1918 年毒株重现了这种症状。
用分段复活的 1918 年病毒做研究也有所发现。首先是它的血凝素。血凝素是流感病毒用来骗开宿主细胞膜大门的钥匙,顺便还能把人的红细胞钩住,让一堆红细胞缠结在一起,这就是赫斯特观察到的凝血反应。正因为这个特性,这段蛋白才被命名为血凝素。分段组合研究看到,如果把 1918 年毒株里的血凝素基因去掉,保留其他七段基因,这种半复活毒株对小鼠的杀伤力就明显减低,虽然会导致流感症状,但几乎不会导致死亡。
另外一个分段复活的版本是聚合酶 1(PB1),流感病毒用这种酶来复制它的 RNA。把 1918 年毒株的聚合酶 1 基因植入一个普通的季节性流感毒株之后,毒株在猴肾细胞培养基里的繁殖速度明显增加,只不过没有完整复活的毒株增加那么多,大约是增加了五十倍。

第三个发现是一种特别的非结构性病毒蛋白。病毒结构简单,中心是基因物质(DNA 或者 RNA),外面包一层蛋白壳。但更深入的研究发现,许多病毒会生产一些蛋白碎片,这些碎片并不参加外壳的建设,就那么懒洋洋地躺着,不知道为什么病毒会费事生产这些蛋白碎片。因为不清楚它们的功能,只是知道它们不参与外壳或是其他支撑结构(比如基质蛋白)的建设,所以就把这些蛋白碎片叫作非结构性蛋白。流感病毒也有一粒非结构性蛋白,叫做 NS1。这是所有版本的流感病毒共有的一个成分,但 1918 年版毒株的这个成分出现变异,让它的外形稍微有一点改变,而这个改变对病毒来说很有利,因为它能蒙蔽宿主细胞,让细胞不产生干扰素。所谓干扰素,干扰的不是宿主,而是病毒,干扰素的生产被抑制了,病毒就大行其道。1918 年版的毒株繁殖如此疯狂,这是原因之一。
综合起来,这些研究的结论是,1918 年流感毒株的任何一个基因都不能独立造成当年那么可怕的杀伤力,但这八段基因组合在一起之后,相互作用产生了一种乘法效应,让它的毒力出现了爆炸性的增长。
以上这些就是科学家们通过复活 1918 流感病毒后得到的第一批研究成果,研究当然不会到此结束,这些认识还都停留在浅层,我们还需要对病毒有更多更深层次的认识。且听我下集再说。
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