05月30 專家詳說細(xì)菌和病毒

當(dāng)前，新型冠狀病毒流行，做好防護(hù)的同時(shí)我們也聽到“目前沒有特效藥物”的消息，有人會(huì)問：為什么不能用抗生素治療呢？因?yàn)檫@次的病原體是病毒，不是細(xì)菌。那么，病毒和細(xì)菌到底有什么異同？為啥不能用抗生素殺病毒？

入侵人體，細(xì)菌和病毒有不同的途徑

細(xì)菌中有許多“好人”，其中腐生細(xì)菌是生態(tài)系統(tǒng)中重要的分解者，使碳循環(huán)能順利進(jìn)行；部分細(xì)菌會(huì)進(jìn)行固氮作用，使氮元素得以轉(zhuǎn)換為生物能利用的形式。乳酪及酸奶和酒釀的制作、部分抗生素的制造、廢水的處理等，都與細(xì)菌有關(guān)。在生物科技領(lǐng)域中，細(xì)菌也有著廣泛的運(yùn)用。當(dāng)然，細(xì)菌中的“壞人”就是許多的病原菌了，包括肺結(jié)核、炭疽病、鼠疫等疾病都是由細(xì)菌所引發(fā)。

細(xì)菌和人體主要為寄生關(guān)系，咱們主要說說致病菌，由于大多數(shù)細(xì)菌有自己的代謝系統(tǒng)，細(xì)菌入侵人體后是可以寄生在人體正常細(xì)胞之間的。細(xì)菌奪取了機(jī)體所必須的營養(yǎng)物質(zhì)；細(xì)菌的生長產(chǎn)生各種各樣的代謝產(chǎn)物打亂了機(jī)體的生理平衡；甚至細(xì)菌的體積也成為致病的因素，干擾和破壞細(xì)胞的功能，因此，在一些疾病中，僅細(xì)菌的增殖就造成致命的后果。

病毒入侵人體可能是來源于一次打噴嚏，或者一次身體接觸。病毒需要寄生在活的宿主細(xì)胞之內(nèi)，依賴于宿主細(xì)胞提供病毒復(fù)制過程中所需要的原料體系、能量和場所。當(dāng)一個(gè)病毒準(zhǔn)備感染宿主細(xì)胞時(shí)，其需要以下六個(gè)步驟完成其增殖活動(dòng)，分別是吸附、侵入、脫殼、生物合成、組裝和釋放。

吸附：病毒通過識(shí)別宿主細(xì)胞膜表面特有的受體蛋白分子來“盯上”目標(biāo)細(xì)胞（比如新型冠狀病毒識(shí)別的是人呼吸道和肺部細(xì)胞表面的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2-ACE2）；侵入：然后病毒要么通過某種方式進(jìn)入宿主細(xì)胞（如膜融合），要么直接將遺傳物質(zhì)注入宿主細(xì)胞之內(nèi)；脫殼：緊接著病毒感染性核酸從衣殼內(nèi)被釋放出來；生物合成：“馬不停蹄”地進(jìn)行生物合成——根據(jù)基因指令，并借助宿主細(xì)胞提供的原料、能量和場所來合成病毒的核酸和蛋白質(zhì)；組裝：新合成的病毒核酸和蛋白質(zhì)會(huì)組裝成子代病毒；釋放：子代病毒釋放到宿主細(xì)胞外。

細(xì)菌和病毒同是微小生物，二者大小相差約1000倍

細(xì)菌和病毒都是微生物。微生物作為地球上最小的生命形式，人們總是忽略它們的存在，可就是這微小的生物時(shí)時(shí)刻刻刷著“存在感”，人類一不留神就會(huì)被它們感染。

細(xì)菌是細(xì)胞，有細(xì)胞壁，有DNA，有細(xì)胞器，可以自行生產(chǎn)合成需要的酶并且代謝，可以自行分裂繁殖。而病毒比細(xì)菌小很多了，主要結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)衣殼和內(nèi)部的遺傳物質(zhì)（DNA或者RNA），而且病毒不能自我復(fù)制。病毒需要通過感染宿主細(xì)胞來復(fù)制自身的遺傳物質(zhì)，然后釋放出更多的子代病毒去感染其他的宿主細(xì)胞。

細(xì)菌可以是無害甚至有益于人體健康的，是可以獨(dú)立生存的。而病毒存在的目的就是復(fù)制自己，所以它不感染宿主就沒有存在的意義，可謂是最純粹的“自私的基因”。

廣義的細(xì)菌即為原核生物，雖為細(xì)胞結(jié)構(gòu)，但和人的細(xì)胞結(jié)構(gòu)還是有很大差異的，它們結(jié)構(gòu)更加簡單，沒有細(xì)胞核，只有DNA的聚集區(qū)——擬核。細(xì)菌一般為球狀、桿狀、螺旋狀等等，人們給它命名的時(shí)候也不忘加上形狀的描述，比如大腸桿菌、乳酸桿菌、金黃色葡萄球菌等等。

目前已知最小的細(xì)菌只有0.2微米長，因此只能在顯微鏡下看到它們；而世界上最大的細(xì)菌可以用肉眼直接看見，有0.2-0.6毫米大，是一種叫納米比亞嗜硫珠菌的細(xì)菌。

病毒（virus）是由一個(gè)核酸分子（DNA或RNA）與蛋白質(zhì)構(gòu)成的非細(xì)胞形態(tài)，靠寄生生活的介于生命體及非生命體之間的有機(jī)物種，它進(jìn)入細(xì)胞后表現(xiàn)的DNA的復(fù)制等新陳代謝確實(shí)是生命體的特征，而離開細(xì)胞后它只是一個(gè)沒有生命的結(jié)晶體。大多數(shù)病毒的直徑在10-300納米（nm）一些絲狀病毒的長度可達(dá)1400nm，但其寬度卻只有約80nm。大多數(shù)的病毒無法在光學(xué)顯微鏡下觀察到，而掃描或透射電子顯微鏡是觀察病毒顆粒形態(tài)的主要工具。病毒和細(xì)菌相比，二者的大小相差約1000倍。

積極調(diào)動(dòng)人體自身免疫力對(duì)抗病毒

不論細(xì)菌還是病毒都要突破人體的重重防線才能夠完成入侵，但人體終將發(fā)現(xiàn)它們的存在，人類的免疫系統(tǒng)有著自己的防護(hù)措施和預(yù)警機(jī)制。

第一道防線：皮膚和黏膜。人類保護(hù)自己的方式首先是防御，通過皮膚和黏膜使人體形成了一個(gè)相對(duì)密閉的系統(tǒng)，當(dāng)有害物質(zhì)將要侵入人體時(shí)，皮膚和黏膜將外界致病因素阻擋在體外。

第二道防線：殺菌物質(zhì)和吞噬細(xì)胞。黏膜表面和人體內(nèi)部總是有著殺菌物質(zhì)和吞噬細(xì)胞在“巡邏”，防范病原體的入侵。以溶菌酶來舉例，它能夠破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，導(dǎo)致細(xì)胞壁破裂內(nèi)容物逸出而使細(xì)菌溶解，還可與帶負(fù)電荷的病毒蛋白直接結(jié)合，與DNA、RNA、脫輔基蛋白形成復(fù)鹽，使病毒失活。因此，該酶具有抗菌、消炎、抗病毒等作用。

第三道防線：特異性免疫。當(dāng)強(qiáng)大的病原體突破了前兩道防線后，人體的反攻才剛剛開始。通過吞噬細(xì)胞的吞噬和特殊的免疫細(xì)胞（T細(xì)胞）的分析，人體生產(chǎn)出了可以特異性識(shí)別入侵物的抗體，抗體可以讓病原體粘連在一起不再具有入侵性，最終暴露在細(xì)胞間的病原菌會(huì)被殺滅。但入侵了細(xì)胞的病毒是否安全了呢？非也！人體可以精妙地識(shí)別哪個(gè)細(xì)胞被病毒感染了，進(jìn)而派出“殺手”殺死被感染的細(xì)胞，釋放細(xì)胞內(nèi)部的病毒，供抗原消滅。

但，人體的反擊是需要時(shí)間準(zhǔn)備的，病原體就會(huì)通過這樣的時(shí)間間隙大肆入侵，占領(lǐng)人體。細(xì)菌感染一度成為人類最大的敵人。比如當(dāng)年鼠疫在歐洲叫做“黑死病”，曾經(jīng)3年間就使歐洲人口減少三分之一；我國現(xiàn)在還將鼠疫和霍亂列為甲類傳染病。直到抗生素的發(fā)現(xiàn)和推廣，人類才控制了細(xì)菌感染的爆發(fā)。抗生素主要對(duì)細(xì)菌有殺滅作用，通過破壞細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、改變內(nèi)部代謝、阻礙核酸和蛋白質(zhì)合成等，進(jìn)而達(dá)到殺滅細(xì)菌的目的。但是，抗生素對(duì)病毒是無效的！因?yàn)榧?xì)菌和病毒的結(jié)構(gòu)完全不同！

由于細(xì)菌擁有細(xì)胞壁，還有自己的核酸復(fù)制機(jī)器和核糖體，所以抗生素只要針對(duì)這些靶點(diǎn)設(shè)計(jì)，就能保證殺傷細(xì)菌而對(duì)人類副作用很小。但是，病毒沒有細(xì)胞壁，沒有自己的核酸酶，也沒有核糖體，它所有的功能都依靠宿主細(xì)胞來完成。所以抗生素并不能殺死病毒（我們總不能制造一種殺滅宿主細(xì)胞的“抗生素”）。

理想的抗病毒藥物是既能作用于病毒增值周期的某個(gè)或幾個(gè)環(huán)節(jié)，予以干擾或阻斷，又不影響宿主細(xì)胞的正常代謝。如常見的藥物病毒唑，提供了大量核苷酸類似物，偷梁換柱取代了正常的核苷酸，使病毒失去了復(fù)制能力，起到了抑制病毒擴(kuò)增的作用（但對(duì)人體也有很大副作用哦）。另外，抗流感藥物奧司他韋是通過阻斷子代病毒的釋放從而起效的。

針對(duì)這次的肺炎疫情，中國科學(xué)院武漢病毒所和軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院的科研人員也在細(xì)胞水平上初步篩選出了對(duì)新型冠狀病毒（2019-nCoV）有較好抑制作用的藥物。但面對(duì)病毒的治療，人類始終沒有找到像抗生素一樣普適性特效藥，積極的治療都是調(diào)動(dòng)人體自身的免疫能力去對(duì)抗病毒，因?yàn)橹挥猩锉旧聿耪嬲萌绾螌?duì)抗生物。（作者：鐘柯 單位：中國科學(xué)院微生物所）