2020年初这场的疫情让病毒受到了前所未有的关注,但或许你对它的了解还远远不够。
病毒究竟依靠什么突围了人类免疫系统的重重防线?从最初感染到症状出现,这期间你的体内究竟发生了什么?
这个神秘的「黑箱」近几年被科学家们逐渐揭开,并被BBC的拍摄团队制作成了一部纪录片——《细胞的暗战》,可以让你亲眼看到病毒感染细胞的过程。
小编在看完后不禁拍案叫绝,场景之宏大,细胞之精妙,病毒之狡猾,这简直不亚于一部真正的科幻电影!
如果上学的时候早点看这部片子,就不会挂科了。(喂,这不是重点好吗?)
人体奥妙之细胞的暗战 (2012)》图源:豆瓣
每时每刻,你的身体中都在进行一场生死存亡的大战:周围环境中各式各样的病原体(细菌和病毒等)正想方设法地入侵你的细胞来「搞破坏」,而细胞们必须阻止它们,保卫自我。双方的目的都只有一个:活下去。
图源:Our Secret Universe: The Hidden Life of the Cell (2012)》截图
井然有序的核心奥秘
要了解细胞和病毒之间究竟发生了什么事,必须首先了解他们各自的结构。
在细胞之下,是一个比科幻小说更离奇的世界。
蛋白质是这个奇妙世界里的工人:它们组成了各类细胞器,构成支撑细胞的骨架,催化各种生化反应,运送营养物质等等。
「马达蛋白」正拖着一个囊泡,“行走”在微管上,它们的速度可以达到每秒100步,放慢了30倍才能看到
生机勃勃的原因,是细胞高效的发电厂——线粒体在一刻不停地在生产能量。
线粒体内膜上镶嵌着着每分钟旋转一千多次的涡轮,源源不断地产生化学电池(ATP
很多人可能会问:这些微型的机器又没有脑子,怎么知道自己要干什么,如何「懂得」互相协作?
它们虽然没有脑子,但都遵照一个精妙无比的计划行事,就是隐藏在细胞的中心深处细胞核中的DNA。

DNA上有遗传效应的片段就是基因,每个基因都是一条合成特定蛋白质的指令
DNA双螺旋结构上包含着两万多条指令,指示细胞该在什么时候制造什么,怎样组建细胞乃至整个人体。
但这些指令为细胞所理解,还需要经过RNA的「转录」,细胞质内的流动工厂——核糖体中,被加工成几百万种形状不一,功能迥异的蛋白质。
而病毒正是旨在劫持这套系统以为其所用
欺诈高手的猫鼠游戏
严格来说,病毒并不能算活的生命体,无法自食其力地繁殖,它们的延续方式依赖于「传播」和「寄生」。感染宿主,然后用它们的部件来进行自我复制。
人类最常见的宿敌,是一种古老的病毒——腺病毒,它是感冒的元凶之一。在如何感染宿主的问题上,腺病毒颇有一套。它们的蛋白质外壳设计精良,专门用来对付细胞的种种防御工事
腺病毒
说环境中绝大多数的微生物都会被我们的皮肤所阻挡,但这堵看似固若金汤的城墙有着致命的弱点:我们的呼吸道和消化道与外界环境相通
腺病毒被喷嚏散播,随着人们触摸嘴唇,揉眼睛,擦鼻子等动作,轻而易举地进入到宿主体内。
它们只抱有一个目的,那就是让自己的DNA(或RNA)入侵细胞核。但这可没那么容易,我们的机体已经准备好了。
当病毒接近细胞时,会受到细胞的第一重抵抗——抗体和白细胞
Y形抗体在细胞之间来回巡逻,一旦识别外来入侵者,就会将自己牢牢锁在病毒的外盔甲上,把它们链接起来,变成白细胞的「盘中餐」
但大部分病毒能冲破这道防线,到达细胞表面。
在这里,他们又会遇到另一阻碍——细胞膜
大分子物质如果想要进入细胞,必须有特制的「钥匙」与膜上的受体蛋白结合,这是细胞膜防止有害物质进入的方法。
但经过了数十亿年进化,腺病毒演化出了自己的钥匙,可以欺骗这些哨兵。
钥匙位于外壳突出的纤维结构的顶部,那些没有被抗体粘附的,就可以与受体蛋白结合
误将病毒当成营养物质的细胞,把它们吞入体内,无意间造成了自己的衰亡。
但细胞还有第二重防御系统:所有进入的物质都会被送到一个分拣站——核内体。大分子营养物质被分解后,再供细胞利用。
核内体的内壁有一种蛋白质泵,让内部呈酸性,把大分子物质分解为小分子
这本应该是病毒的末日,却成为它逃脱计划的一部分当外壳被分解,其内部的一种特殊白质就会被释放,用来破坏核糖内壁,然后溜之大吉
当然也有一部分被抗体牢牢包裹的病毒无法释放破坏蛋白,就这样被消化了
这时候病毒离细胞核大概只有五微米,但是离成功还有十万八千里。
病毒没有办法自主运动,也不能直接利用线粒体产生的ATP,虽然辛辛苦苦冲破了这么多防线,但大部分病毒会像宇宙中的微粒一样,在细胞质内飘荡
该怎么到达细胞核呢?进化又一次赋予了病毒秘密武器。
它自己不会走,可马达蛋白会啊!病毒外壳上进化出了可以附着马达蛋白的精确结构,就这样,它劫持了细胞自身的运输系统为己所用!
更更奇妙的是,如果运输路上碰到了障碍物,病毒还会「绕着走」。
病毒可以同时锁定两种向正反方向运动的马达蛋白,一前一后的配合下,可以跨越任何障碍(所以可怕不是有腿,而是有两双)
此时,长了腿的病毒看似已势不可挡,但近几年科学家才发现,细胞还有一手。
在运输系统周围,分布着一种名叫TRIM21的特殊蛋白,它们会搜寻携带抗体的物质,一旦发现了被抗体标记过的病毒,就会附上去启动一系列连锁反应,召集大型粉碎机——蛋白酶体聚集,将病毒裂解掉。
促进免疫系统制造更多的TRIM21可能是未来对抗病毒的新途径
是,如果只有一个运气爆棚的幸运儿之前没有被抗体粘附,它就能逃离被粉碎的命运,控制整个细胞
全村的希望
一旦到达细胞核附近,病毒又一次显示了它的“狡猾”。
细胞核内外物质交换的通道是核孔,其周围有一圈蛋白触手,会捕捉病毒将其拉入。
然而病毒太大了,无法通过,这时候马达蛋白以为遇到了阻碍,就会朝反方向用力,一来一去,结果就是病毒被撕裂了!
你以为它game over了?too young too simple!
这恰恰是它的绝招,病毒的DNA暴露出来,穿过核孔,进入细胞的核心。
细胞的DNA机制无法区分自身DNA与病毒DNA,它们开始盲目地转录病毒的遗传密码,绘制出自我毁灭的蓝图,这才是病毒最巧妙的诡计!
这时候病毒完完全全控制了细胞,把它变成了没有感情的生产机器,只会做一件事:在细胞核里组建病毒大军。
只有衣壳和DNA都装上,大军才会"苏醒"
等到军队到了一定规,就可以向外扩张了
这时候腺病毒就会下达指令,开始生产一种破坏蛋白,攻击细胞骨架,失去骨架的支撑的细胞开始塌陷。然后又释放一种腺病毒死亡蛋白,让大军挣脱核膜,像洪水般涌入周围的组织。
细胞的末日来临
至此,细胞已无力回天。
绝地反击,是生存还是毁灭?
虽然细胞的战斗失败了,但真正的战争才刚刚打响。
在细胞垂死之际,它会利用最后的时间向外界发布一个「我已被攻克」求救信号
一个包含了病毒的碎片的囊泡会被送到细胞膜外
这个信号如果巡逻的白细胞发现,它们会将被感染的细胞连同其内部的病毒大军一起消灭。但如果没被发现,病毒将会扩散,感染周围其他细
一旦病毒被免疫系统发现,体内的安全级别就会提升,白细胞大量复制,并且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。
为确保万无一失,白细胞还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,感觉到的鼻塞,实正是体内在猛烈攻击病毒的迹象
而且一旦被一种病毒感染过,人体就能制造对付该病毒的白细胞,并永远保留在你的骨髓中。如果再次感染该病毒,免疫系统就能迅速做出反应,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感染的扩散。
后记:永不停歇的战争
人类和病毒之间的战争便是进化,但是协同进化,双方都必须改变。就像一场军备竞赛,一方有了更好的武器,另一方也得跟上。正是与宿敌之间的殊死搏斗,才塑造了今天的我们。
免疫系统做了这么多,是不是应该要好好爱护自己的身体?它才是你对抗疾病的终极武器。
值得一提的是,这部片子的配乐和音效也堪称一绝,赶紧去看。
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编辑 | 书怡
终审 | L10
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