2012年1月2日 星期一

流感病毒的生存之道

20120102
打不倒敵人的時候,試著與他們共處吧!

流行性感冒近來受到許多關注,甚至驚動美國政府要求科學家修改其即將發表的論文中有關人造H5N1病毒(即禽流感病毒)的相關細節,理由是害怕此研究結果遭有心人士的惡意使用。在我看來這些憂慮根本是多餘的,因為它一定會發生;恐怖分子想用它來製造恐慌藉以顛覆他們所謂的腐敗政權,邪惡的科學家(醫師)則是利用人們對疾病的恐懼情緒來賺錢!至於大自然嘛,她有的是時間,總有一天也能隨機組合出這種病毒來。那麼,我們這些黎民百姓難道只能任憑宰割?

是;也不是。

小老百姓是無法與集團式的不肖分子對抗,但我們的身體卻有它與生俱來的因應之道。打從十八世紀末人類便學會了製造並接種疫苗來預防傳染病的蔓延,疫苗成功的原因是我們體內有一支千錘百鍊且訓練有素的軍團,這支軍團可以藉由辨識敵我的差異然後選擇性地摧毀入侵的敵人(請參閱任何免疫學相關書籍),它的戰無不勝就表現在你還活得好好的這個事實上;別忘了,你的體內與外在環境中有數不清的微小生物們等著享用你的身體的這份大餐。不過,我們還是會生病,但通常能在 一兩 個星期內康復,憑藉的還是這支適應能力超強的部隊。在那些會讓我們一再感染的傳染病中,流感的發生率絕對名列前茅。為什麼人類在研發疫苗有效控制天花、B型肝炎、小兒麻痺等病毒性傳染病的成功經驗無法複製到流行性感冒?(所以我根本不相信流感疫苗)流感病毒的生存之道究竟是什麼?

答案是:流感病毒能在複製的過程中產生巨大的遺傳變異,更讓人氣惱的是,我們自己的細胞還是個不明就裡的幫兇。病毒基本上只是一段訊息編碼,本身啥事也辦不了,病毒之所以能夠侵門踏戶堂而皇之地接管細胞的一切,靠的是生命世界的最底層基礎只用一套相同的訊息處理系統。只要能夠掌控這項訊息流程,寄主細胞將成為不折不扣的殭屍 --- 完全臣服於主人的命令,而病毒確實玩得還滿得心應手的。但如果病毒使用的細胞操控術都一樣,也就不會有前述疫苗效力的差異出現。造成這項致命差異的,恐怕要怪我們自己細胞的便宜行事。(有興趣的人請好好研讀病毒分子生物學,精彩極了。)

病毒的基本構造如下:



遺傳物質:DNA或是RNA沒有發現共存的病毒。酵素:只在寄主細胞內才有活性。蛋白質外殼:病毒選擇寄主的構造,使病毒具有寄主專一性。有些病毒外圍還有一層脂質套膜,這是從寄主細胞膜偷來的,但膜上結合蛋白則是病毒遺傳物質轉譯出來後再附著於膜上的 

由於病毒結構實在太小(以奈米為度量單位的分子級生物)、太簡單,沒有足夠空間配備完整酵素系統用以執行物質、能量與訊息轉換的代謝作用,所以病毒的一切生存所需都由寄主細胞代勞;包括令人頭疼的流感病毒遺傳變異性的產生,這樣的結局對寄主的生存絕對有害。對個體而言,病毒的存在無疑是一大威脅,但演化的結果卻是在幾乎所有生物體內都可見到這些極具變異性(即高度存活優勢)的不同病毒群,顯然病毒對整體生命的延續必定有其重要性。至於意義何在,大家不妨想想,也許可以讓人更理解生命是怎麼一回事。

因為病毒遺傳物質的類別不同,導致它們在寄主細胞內的複製方式也不一樣。像天花與B型肝炎病毒的遺傳物質是DNA,所以他們使用的是寄主細胞內的DNA聚合酶來複製,而DNA聚合酶的特性是複製時的高度精確性;據說此酶若發現複製後的雙股DNA配對有誤時(若不是A=TG=C),會將錯誤點前後的一些DNA序列分解掉再重新複製一次(神奇吧)。這樣的機制確保了遺傳物質的穩定性;你一定不會期望你的孩子長得非常不像自己,是吧,這也讓病毒的特徵比較容易被掌握,於是有效的疫苗出現了。(其實孩子越不像自己越好,這在生物學上稱為雜種優勢。這裡提到的有效疫苗所能控制的微生物,就是孩子太像自己的下場。)

然而,流感病毒的遺傳物質是由許多單股RNA組成(據說有八條以上),所以複製時用了另一種酵素:RNA聚合酶,它的訊息複製正確性較差。如果說DNA聚合酶像德國人一般嚴謹確實,那麼RNA聚合酶可能就是散漫的南歐族裔了。但這不是RNA聚合酶的錯,畢竟RNA不像DNA必須被永久保存,RNA基本上是用完就丟的,這些RNA主要是用來指導細胞質內核醣體合成蛋白質;這裡出現了細胞必須面臨的小小算術問題:RNA上的密碼子有64種可能的組合,但細胞只需要20種胺基酸,所以一種胺基酸理論上可以由多種不同RNA密碼子來決定(事實上也是),於是就算RNA複製時出點小錯,只要配對的胺基酸是正確的,這條胺基酸鏈再經過細胞適當的折疊還是能成為發揮正常功能的蛋白質,換言之,RNA複製時的小搖擺」,細胞是可以忍受的。(對真核細胞來講,精確複製RNA的非必要性還有一個原因,從DNA轉錄成RNA之後,這段RNA必須再經過修剪才會離開細胞核成為正式的蛋白質藍圖;這就像你不會認真地在草稿紙上寫工整的字一樣。)細胞對這項疏忽的容忍等於給特殊RNA型病毒見縫插針的機會,付出的代價可是很慘重的。

流感病毒增殖的過程如下圖:



病毒RNA進入寄主後不直接作為mRNA,而是先以病毒RNA做為模板由RNA聚合酶轉錄出與病毒RNA互補的RNA,再以這個互補RNA作為mRNA轉譯出蛋白質。

看出來了嗎,在這個病毒增殖過程中出現兩次變異的機會:複製與轉錄。另外,如果一個細胞被不同流感病毒感染,這些病毒之間的RNA還會彼此互換或是重新組合,這就是病毒的「有性生殖」;前些年出現的H1N1就是病毒有性生殖的產物,它由豬、鳥、人共組而成。可想而知,病毒經有性生殖後將能製造出更多遺傳變異,只要子代病毒的結構蛋白遺傳密碼發生改變,那麼原先研發出來的疫苗就會失效。

人類打得贏流感病毒嗎?也許不該這麼問,我們必須思考的是,人類需要研發流感疫苗對抗流感病毒嗎?病毒是絕對寄生的生物(或者東西),寄主死了,對它們也沒有好處(意思是不利病毒自身的演化)。如果人類強加選汰壓力在這類族群上,只怕會加速病毒的演化,後果誰也無法預測。

就我個人的經驗,每年都會出現兩三次感冒症狀:頭痛、喉嚨不舒服、咳嗽、流鼻水,然後不管症狀多麼嚴重,在沒打疫苗更沒就醫的狀況下,一個星期之後就能復原,然後體內又再一次創造出一支新的戰力。一個星期的不舒服,成就了更強化的免疫系統,很划算。

下次會怎樣?天曉得你可說這叫做樂天知命,但我卻認為這是對科學的絕對信任與對生命的理解。

最後摘一段演化生物學家Paul Ewald的話做結:

我們應該控制那些病原的演化,讓演化偏向溫和的品系,藉此本質上馴化病原體。一旦受到溫和病原的感染,多數人甚至不會察覺到受感染的事實,彷彿是接種了一劑免費的活疫苗。()

註:《最衰者生存》 第五章 病原比我們高明嗎

20210719
後記:
輪到我可以接種疫苗時,我會去打嗎?給我黃金抽獎券也不會,理由同上(而且從小到大抽獎從沒中過;除非通通有獎);新冠病毒與流感病毒同屬RNA型冠狀病毒,差別在於前者僅有一條RNA,後者多達八條,所以變異發生率較低,但由於新冠病毒的傳播能力顯然高於流感,因此在複製率高於流感病毒的條件下,新冠病毒的整體變異度恐怕不會低於流感病毒,甚至更高。證據是,在不到兩年的流行期間已出現多種新型變異株而且傳播力越來越強,更重要的是剛剛研發出來的疫苗顯然就要失效了(註1)。整個抗疫過程中最引人矚目的是新型疫苗策略的誕生,即mRNA型疫苗;據說它的效期最長、效果最好,這現象很怪也很有趣。效果好,是說疫苗刺激免疫系統產生較高濃度的抗體,效期長,指得是前述效果維持了比較久(據說幾個月吧)然而,這結果是人類的身體想要的嗎?免疫系統禁得起這樣長時間的無端壓力嗎?何況這些多餘的抗體一直是在對抗虛無的稻草人啊。這是所謂的疫苗保護力嗎?
免疫學告訴我們,疫苗的功能不在治療而是預防,換言之,它只是預告免疫系統即將來襲的敵人的樣子,記住就好(註2),無須大軍壓陣、對決,否則就是在浪費個體的物質與能量;體液免疫與細胞免疫是很耗能量的,真敵人來時才需要上陣(一直懷疑那些有慢性病史並在接種疫苗後猝死的個體是體內原本物質與能量就處在緊張平衡狀態下受到額外刺激導致失衡而致命的)。為什麼施打mRNA型疫苗後,抗體量會維持較長時間的高水平?只有一種可能,mRNA持續在細胞內發出指令做出病毒的抗原蛋白,因此才能持續刺激免疫系統合成新抗體。問題是,mRNA的壽命是短暫的,為何能持續發出指令?
令疫苗懷疑論者不安的理由是mRNA的信息其實已被寫入人體的DNA (註3);別急著說不可能,要知道人類對DNA功能的瞭解還不超過百年,對RNA的知識恐怕更薄弱,而RNA據稱是生命體系最早的訊息複製分子,她能在最最嚴苛的初始世界裡存活下來並且製造出DNA,由此可見RNA因地制宜、就地取材的能力有多強,我等後生晚輩的人類怎能不對RNA心存敬畏。
然而如果從生命演化的角度來看,這沒啥大了不起,病毒在生命體系中的角色本來就是 DNA \ RNA 的傳播者、攪動器,藉以促進生命體系的多樣性與適應性;你可以說這是上帝的旨意。但是,人並不那麼信任上帝,當然這也能被理解,畢竟上帝一言不合就用水淹、用瘟疫、用烈火把人給滅了,所以,有些人們擔心這樣的疫苗沒問題嗎?嗯,就讓上帝與多疑的人類去角力吧。最後,如果真的擔心染疫以及它可怕的後遺症,就去打疫苗吧,雖然不保證完全免於感染的風險,但肯定可以降低住院治療的機率。

註1:美國CDC表示,新冠變異毒株Delta傳播快,基本傳染數R0值(每名染疫者傳染的人數)高達八至九人,且更易引發重症。新冠原始病毒株的R0值為2,相當於一般感冒,但Delta變異株幾乎像是另一個全新病毒,即使已接種疫苗的人也有可能感染,且感染後體內病毒量也與未接種疫苗的感染者相近,這表示他們像未接種疫苗的人一樣容易傳染給他人。
註3:麻省理工學院:病毒反轉錄嵌入人體DNA  https://geneonline.news/rna_virus_reverse-transcriptase/ 

20211125
再後記:
基於接種疫苗的通行證功能,我終於還是當了白老鼠打了兩劑BNT;唉,上次打疫苗已經是三十年前的記憶了啊。

20240109
經歷了近四年的新冠疫情,對自己而言最神奇的是,這四年來竟然完全沒有出現類似感冒的症狀;至於新冠,這期間為了探病做過一次核酸PCR檢測、四次快篩檢查,全部都是陰性。也許是心態放鬆了,這兩天終於出現了久違的喉嚨搔癢、吞嚥不適、鼻塞、流鼻水... 等典型感冒症狀,於是拿出還有剩餘的快篩劑試一下...
嗯,依然是陰性

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