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浅述病毒对人类世界的有利作用

摘要：病毒是地球上目前所发现的最小生命单位，是一种介于生命和非生命间的非细胞生命形态，病毒的传播对人类世界造成过多次严重危害，但不可否认的是，病毒也有对人类世界积极有利的一面。本文就病毒在人类免疫、演化、环境、临床医学、科研等方面的积极作用进行总结概述。

关键词：病毒；病毒载体；噬菌体疗法；病毒诱导的基因沉默

引言

病毒是一种非细胞结构的生命个体，也是目前为止发现的最简单的生命单元，不能独立繁殖与生活，必须借助于细胞生命才能完成自身的生命活动[1]。病毒对人类社会曾造成过多次破坏，从天花病毒、H1N1到SARS、埃博拉病毒和如今的新冠病毒。自古以来，病毒的危害已经深入人心，但随着科学的发展，病毒对人类与环境的有利作用逐渐被发现，病毒也逐渐被利用在人类社会的各个领域。在当今疫情严峻的形势下，大众对病毒的认识仍存在严重的偏向性，本文总结了病毒对人类世界各方面的积极作用，为改变大众的片面性观念，减少其对病毒应用的阻力提供理论基础

1 什么是病毒

病毒是由蛋白质和核酸等少数几种成分组成的无细胞寄生实体，其大小一般在 100 nm 左右。病毒可以感染各种生物，包括但不限于细菌、真菌、植物和动物等。但病毒本身却不能独立进行代谢或生长，只能利用寄主细胞进行自我复制。[2][3] 。目前，国际上对病毒分类的研究主要基于病毒基因组类型、病毒衣壳、宿主范围及致病性等病毒特征的收集和比较进行分类，其中利用成对序列相似性和系统发育关系进行序列比较逐渐成为用于定义和区分病毒分类群的主要特征之一。2020年国际病毒分类委员会（International Committee on Taxonomy of Viruses，ICTV) 公布的ICTV分类法中，将病毒分为6个域（Realm):A型DNA病毒域 (Adnaviria)、双链脱氧核糖核酸病毒域（Duplodnaviria)、单链脱氧核糖核酸病毒域（Monodnaviria)、核糖病毒域（Riboviria）、多变脱氧核糖核酸病毒域（Varidnaviria）。

2 病毒对人类的有利作用

2.1 病毒对人类免疫系统的影响

根据病毒宿主范围分类，病毒可大致分为动物病毒、植物病毒、噬菌体病毒等。其中，动物病毒在危害人体免疫系统的同时，病毒中的噬菌体却构成了人类免疫系统的一部分。近年，陆续的研究表明噬菌体可以通过与人体内细菌构建复杂的噬菌体－细菌感染网络来为人类提供免疫效应，在早期研究中，Jeremy等人发现在人体粘液中的噬菌体可以为人体提供非宿主来源地免疫，提出BAM(Bacteriophage adherence to mucus）模型。[4]此外，一些研究表明噬菌体还可以通过跨黏膜转位进入机体，并随血液迁移至人体其他的组织器官、维持口腔微生态等作用[5][6]。种种证据表明，病毒在人体免疫中具有举足轻重的作用，其参与构筑和维持了人体的免疫防线。

在外源病毒中，也有一些与人类互惠共生的例子,例如：γ－疱疹病毒（Herpesviruses）及庚型肝炎病毒（Hepatitis G Virus，HGV，也称GBV-C）、人巨细胞病毒（humancytomegalo-virus）可以抑制人类艾滋病毒（HIV-1）的感染，甲型肝炎病毒可以抑制丙型肝炎病毒感染等。[7]

2.2病毒对人类演化的影响

   逆转录病毒（Retrovirus）是一类种类繁多、分布广泛的 RNA 病毒，其感染宿主细胞后能够将自身基因组逆转录成 DNA，随后整合到宿主基因组中进行复制。大多数插入宿主基因组的病毒基因会控制宿主的生理活动来产生病毒颗粒，而有些却保留在宿主基因组里。偶尔产生病毒颗粒或一直保持沉默状态。而在人类演化的过程中，逆转录病毒会意外地将其 cDNA转入宿主的生殖细胞，则其基因就会被固定在宿主的基因组中，而宿主后代的基因组中也都将含有前病毒（Provirus）。随后，这种内源性逆转录病毒（Endogenous retrovirus，ERV）将与宿主共进化，在其后代种群中固定下来，并以孟德尔遗传方式遗传下去。[8]

  人基因组中充斥着大量的人内源性逆转录病毒（Human endogenous retrovirus，HERV）序列，约占人类基因组的 8%[9]，而其与人体其他逆转录元素统共占了人体基因组的一半[10]。部分内源性逆转录病毒具有重要的生物学意义，其参与了人类胎盘的形成，调控并组成了人体抑癌、免疫基因的表达。还有研究表明，一些内源性逆转录病毒的异常表达与某些疾病或肿瘤的发生具有相关性[8] 。

2.3 病毒对人类生存环境的影响

病毒不仅是生态系统中重要的组成部分，对其他组分也有影响。（1）细菌：噬菌体与细菌之间的侵染和反侵染的机制是细菌演化的关键，推动了微生物群落的演变，[8]噬菌体还可以影响宿主菌的代谢，如蓝藻噬菌体可以增强宿主的光合作用和复制速率。[12] 此外，噬菌体也协助细菌入侵宿主细胞。（2）植物：一些植物和真菌病毒可以增强宿主抗旱性和抗寒性等抗逆能力，某些内源性逆转录病毒同样也增强了植物的免疫能力（3）真菌：有研究表明，酵母病毒可以帮助宿主压制竞争对手，同时，一些共生菌体内的病毒可以提高共生菌和植物宿主的热耐受性。（4）动物：多核糖核酸病毒（Polydnaviruses）是寄生蜂蜂卵在其昆虫寄主体内生存的必要条件，与寄生蜂呈共生关系。[7]

病毒还是生物地球化学循环的推动者，在海洋环境中，病毒介导的细胞裂解所释放的碳源和其他营养元素推测是全球范围碳循环的主要驱动因子，据估计，流经病毒的碳量占海洋初级生产力的25%。[13] 而在土壤中的病毒群体会在环境改变时，产生相应的改变，因此推测其在土壤中也发挥着为重要的作用。[3]

2.4 病毒对人类临床医学的影响

2.4.1噬菌体疗法

20世纪初，噬菌体治疗细菌感染性疾病的潜能曾经引起了科学界的广泛关注。然而，由于噬菌体疗法的早期疗法的简易导致其疗效具有不稳定性，而在抗生素流行以后，噬菌体疗法几乎被遗忘。进入20世纪70至80年代，致病性细菌多重耐药性突变体（Multi-drug resistant bacteria，MDR）的快速出现重新激发起科学界对噬菌体疗法的兴趣[14] 。

噬菌体疗法除了可以防治耐药菌的侵袭外，还可以治疗口腔黏膜病、牙周炎、呼吸道感染、人体细菌性疾病感染乃至中枢神经系统感染[15]等疾病的治疗，具有广泛的适用性，而含噬菌体的制剂也可以应用于口腔疾病等的预防。[6][16] 相比于其他抗菌疗法，噬菌体疗法的优势在于其（1）具有高度的专一性，（2）低剂量性（3）抗生素和噬菌体之间不存在交叉感染性（4）低成本（5）能显著调节免疫反应（6）无明显副作用等优势，非常具有发展和应用前景。[15][6]

但噬菌体疗法仍具有一些局限性，首先是在其实际应用时需先快速确定引发疾病的病原菌，整个过程复杂耗时，在应对急性感染的治疗以及在规格较低的卫生机构操作极为困难。为此人们提出了鸡尾酒疗法，但因为噬菌体的敏感性和噬菌体－宿主相互作用的不确定性等因素导致其制剂困难，目前仍然没有明确的官方认可程序。其二则是噬菌体基因组的转导、突变及噬菌体的溶原性转变等都会导致细菌产生抗性，使疗效下降。[15]

2.4.2 基因治疗

基因治疗（gene therapy）是指通过分子生物学方法，将正常或有治疗作用的基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，从而达到治疗或者改善某种疾病的效果 [17] 。在其临床试验中，大部分的基因药物载体为病毒载体，其中最常用的包括逆转录病毒（ Retrovirus，RV)、慢病毒（Lentivirus，LV））、腺病毒（Adenovirus，AV）和腺相关病毒（Adeno-associated virus，AAV）等 [18] 。相比于无机载体，病毒载体的优势在于其具有高转染效率和组织靶向性，这都是基因药物研发的关键因素。[19][20]

2.5 病毒对人类科研的影响

2.5.1 噬菌体裂解酶

噬菌体裂解酶（ bacteriophage lysin）又称内溶素（Endolysin），是一类由双链 DNA 噬菌体（dsDNA 噬菌体）编码的细菌细胞壁水解酶，在噬菌体感染宿主的后期表达产生，其主要功能为裂解宿主细胞壁并释放子代噬菌体[21]。随着多重耐药性菌株出现频率加快及抗菌素药物效果下降，研制新型抗菌药物刻不容缓。而噬菌体裂解酶因其高效的杀菌能力、高度的宿主专一性、稳定性、高安全性、易改造性等优势成为新一代抗菌制剂的潜力巨大。但其依旧存在半衰期短、给药困难等临床应用问题，运用分子生物学的相关技术方法，对噬菌体裂解酶进行基因水平方面的改造是目前该领域正在开展的工作。[22]

2.5.2 噬菌体展示技术

噬菌体展示技术 (Phage display technology) 是指利用基因工程手段将外源基因片段插入噬菌体特定蛋白基因， 通过噬菌体表达外源基因编码的蛋白或多肽， 保持重组融合蛋白的相对空间结构和生物学活性并呈现于噬菌体表面的一种技术。[23]噬菌体展示技术在单克隆抗体研发、肿瘤特异性多肽筛选及对抗病原微生物疫苗等方面都有重要作用和应用前景。[24]

2.5.3 病毒纳米颗粒

病毒纳米颗粒（Viral Nanoparticle）是基于病毒本身具有的纳米级别的大小和形状、高度对称的三维蛋白结构、极好的生物相容性、优良的水溶性和可修饰性（基因修饰和化学修饰）等特征制作的纳米生物材料。化学和基因方法的修饰可以为病毒纳米颗粒提供各种各样的功能，例如成为药物／基因输送载体、高级疫苗载体以及各种具有特殊功能的无机、有机纳米材料等。病毒纳米颗粒可以应用于生物成像、药物输送细胞靶向和生物标记等领域，具有广阔的应用和发展前景，也为未来医学领域的发展提供了一种新材料。[25]

2.5.4 病毒诱导的基因沉默

病毒诱导的基因沉默（Virus-indcued gene silencing, VIGS）技术是指带一段包基因序列的重组病毒侵染植物，引起植物同源基因沉默与表型变异，进而通过表型变异进行基因功能分析的方法。[26]是近年发展起来的植物基因功能研究的新技术，VIGS 技术相比于传统鉴定基因的方法，具有试验周期短、方法操作简单、成本低、效率高、获得表型快以及高通量等优点。目前已广泛应用于植物抗逆分子生物学、发育生物学的研究以及代谢调控等相关基因的功能解析，且在各大经济与药用作物，如豆科、茄科等植物的实际生产上。[27]

3 结语与展望

在人类历史中，人类一直与病毒处于抗争关系。但随着科学的发展，我们也渐渐对病毒有了客观的认识，病毒在危害人体健康和社会稳定的同时，却也是人类本身和人类生存环境的重要组成部分。而病毒也在医疗、科研等领域具有巨大的作用和值得深挖的潜在应用前景。病毒的有利作用逐渐被科学界所认识，但在当今新冠疫情席卷全球的情况下，大众对病毒的认知还停留在百害无一利的意识层面上，这无疑会对病毒应用于生产实际和临床治疗等方面的工作起到阻碍作用。所以，改变大众对病毒的偏向性认知刻不容缓。

 

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