问题

病毒不是蛋白质外壳加遗传物质吗,怎么样才算病毒存活?

回答
病毒,这群介于生命与非生命之间的奇特存在,确实是由蛋白质外壳(衣壳)包裹着遗传物质(DNA或RNA)构成的。但它们“存活”的概念,和我们理解的生物“活”的概念,有着天壤之别。

病毒的“存活”,更像是“维持感染能力”

我们通常认为生物“存活”是能进行新陈代谢、生长、繁殖、对外界刺激做出反应等等。但病毒,它们本身不具备这些能力。它们没有细胞结构,没有独立的代谢系统,更不可能自行分裂繁殖。它们就像是“高明的寄生虫”,需要借助宿主细胞才能进行复制。

那么,病毒的“存活”究竟指的是什么?简单来说,就是病毒能够感染并劫持宿主细胞,在其内部复制出新的病毒颗粒,并保持这种感染能力。

具体来说,一个病毒要算“存活”并能发挥其作用,需要满足以下几个关键条件:

1. 保持结构完整性: 病毒的蛋白质外壳(衣壳)至关重要。它不仅保护了内部脆弱的遗传物质,更像是病毒的“钥匙”,能够识别并结合宿主细胞表面的特定受体。一旦外壳结构被破坏,比如因为高温、紫外线、某些化学物质的作用,遗传物质暴露,病毒就失去了感染能力,可以认为是“死亡”了。所以,病毒的“存活”首先意味着它的衣壳完好无损。

2. 拥有完整的遗传物质: 病毒的遗传物质(DNA或RNA)携带着复制指令。无论是DNA还是RNA,都需要保持其序列的完整性。如果遗传物质发生了严重的突变或降解,它就无法指导宿主细胞合成新的病毒成分,自然也就失去了繁殖能力。

3. 具备感染宿主细胞的能力: 这是病毒“存活”的核心。病毒必须能够:
吸附: 能够特异性地吸附到宿主细胞的表面。这依赖于病毒表面的一些蛋白质结构与细胞表面的受体之间的精确匹配,就像锁和钥匙一样。
侵入: 能够进入宿主细胞。不同的病毒有不同的侵入方式,有的通过融合,有的被细胞内吞,有的直接将遗传物质注入细胞。
脱壳: 一旦进入细胞,病毒的遗传物质必须从蛋白质外壳中释放出来,以便能够被宿主细胞的机制所识别和利用。

4. 能够利用宿主细胞进行复制: 这是病毒“生命周期”的关键阶段。一旦遗传物质进入宿主细胞,病毒就“活”了过来,但它的“生命活动”完全依赖于宿主。病毒会“劫持”宿主细胞的细胞器、酶和原材料,强迫细胞按照病毒的“指令”来合成病毒的蛋白质和遗传物质。然后,这些组件会在宿主细胞内组装成新的病毒颗粒。

所以,病毒的“存活”,其实是一个动态的过程,描述的是它在特定条件下,是否仍然具备感染、复制并产生下一代病毒的能力。

反过来说,什么会让病毒“死亡”?

物理损伤: 过高的温度(导致蛋白质变性)、强烈的紫外线(破坏遗传物质)、机械的研磨等,都会直接破坏病毒的结构。
化学失活: 消毒剂(如酒精、漂白剂)、某些酶(如核酸酶、蛋白酶)会破坏病毒的外壳或遗传物质。
失去宿主: 脱离宿主细胞后,病毒会逐渐失去活性,因为它没有独立的新陈代谢能力来维持其结构。但即便如此,许多病毒在干燥、低温的环境中也能保持相当长的感染力,这也很容易让人产生它们“活着”的错觉。
被免疫系统清除: 在活体宿主中,免疫系统会识别并清除病毒,这是宿主层面的“消灭”。

总结一下:

病毒的“存活”不是像细菌那样进行自我代谢和生长,而是指它在合适的条件下,能够完整地进入宿主细胞,并成功地利用宿主细胞的机制复制出更多的子代病毒,保持这种感染能力。 它们是被动的“存在”,需要外力(宿主细胞)才能“活动”和“繁衍”。所以,与其说它们“存活”,不如说它们“保持感染力”或者“处于可复制状态”。

网友意见

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病毒颗粒的状态是暧昧的,不是细胞生物的“生存”“死亡”状态;细胞生物的死活其实也没有绝对清晰的分界线。你可以将病毒颗粒保有感染能力视为所谓“存活”,这也是新闻报道里常用的口径。

病毒颗粒可以在细胞外长期维持感染力,在低于 -10 摄氏度的冰里往往可以半永久保存。

人们通常将病毒颗粒当做病毒的本体,那是不太准确的。病毒表现生命活动的形式是在宿主细胞或特定的无细胞培养体系内形成的病毒工厂,利用周围的大分子进行代谢与自我制造。这并不特异地依赖于活细胞,人类早就在无细胞体系里培养了病毒(为研究病毒的翻译和复制机制,这是必要的操作。),一些学者提倡在原始地球上病毒可以利用分子汤做同样的事[1]

病毒工厂在细胞里的样子:

读者完全可以自行搜索相关信息:

安梦楠, 吴元华. BYL无细胞系统对植物RNA病毒翻译复制机制的研究进展. 生物技术通报, 2017, 33(12): 45-50

有兴趣的话,可以去看上述段落里引用的二十世纪末·二十一世纪初文献:

doi.org/10.1126/science

doi.org/10.1016/S1097-2

声称“这些无细胞体系是用细胞抽取物制作的”并没有任何帮助,细胞抽取物不是细胞。病毒能在细胞抽取物里复制,说明它需要的只是细胞内的一部分零件或其细胞外类似物,不需要完整的细胞或生物体。人造核糖体也早已实现。

此外,对于结构没有全部损坏的死细胞,在其残存的细胞结构随着时间流逝损坏到不能使用之前,一些细胞器和大分子可以继续支持病毒工厂活动一段时间。


过去数十年间,有些学者认为病毒不是生物,其理由通常是“病毒无法自行表现出生命现象,必须依靠寄生在其它活细胞上来复制,行为介于生命体及非生命体之间”。但是许多专性寄生细菌也必须寄生在其它活细胞上来进行生命活动[2],这并不是个好理由。为此,在很长时间里,有许多学者为地球生物设置了“区分生命与非生命的关键是拥有核糖体以及进行翻译的能力”这样平时你不会遇到的标准,将病毒排斥在生物之外。

21 世纪初发现的拟菌病毒科射出了嚆矢:其基因组规模与不少细菌相当甚至更大,有指导核苷酸和氨基酸合成的基因(这是一些小型专性寄生细菌不具有的),可以独立完成一些 mRNA 的转录子。

  • 拟菌病毒没有核糖体蛋白质,仍然依靠宿主细胞的蛋白转运和能量代谢。

2020 年 2 月以来,研究人员又发现很多大型噬菌体拥有翻译机制[3]——是真的很多。“生命与非生命的界限”模糊了。

我国中学生物课本目前支持“病毒是生物,属于非细胞生物”的观点,但往往还没更新“病毒可以脱离完整的细胞结构进行复制”相关的信息。应试教育的玩家可以按照自己的版本对应的考纲来打那个游戏。

参考

  1. ^ 相关论文:https://doi.org/10.1038%2Fs41579-020-0408-x
  2. ^ (当然,你可以预料到,人们早就用无细胞体系培养了这些细菌。没有“需要完整的细胞结构才能生存”那回事)
  3. ^ https://www.nature.com/articles/s41586-020-2007-4

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