本次由于新冠病*(COVID-19)引发的全球性疫情对我们的生活造成了很大的影响,我们经常听说病*、细菌等概念,但它们究竟是什么东西?是什么结构?长的什么样?是怎样生存的?怎样感染我们的身体的?相信经过这次的疫情,很多人有了探究的兴趣,仙竹社做为专业的生物科技公司,对病*和细菌这些微观世界的东西有着深入的了解,为此我们准备了这篇文章,给大家详细分享一下相关的知识。
一、病*是什么?
很早之前人类是不知道有病*这种东西的存在的,那么病*是如何被人类发现的呢?时间追溯到元,有一个俄国科学家叫伊万诺夫斯基,他在观察烟草花叶病的时候,感觉到这种烟草花叶病不一定是由细菌引起的,为了证明自己的判断,他发明了一种过滤装置,这个装置可以过滤掉细菌,然后他从生病的烟草花叶中提取了液体,利用他的过滤装置过滤掉液体中存在的细菌,再用过滤后得到的无菌液体去感染好的烟草花叶,结果发现原来好的烟草花叶仍然生病了,这样他就得出了一个结论,生病的原因不是由细菌引起的,但又是由什么引起的呢,当时他也不知道,他就给这种感染了烟草花叶但不是细菌的东西起了个名字叫做过滤性病*,这是第一次有人判断有病*这个东西存在,限于当时的技术手段,人们无法直观的看到病*这个东西。
因为没有更好的观测手段,所以虽然人们知道有病*这个东西,但因为病*非常小,人们是看不到的,它比细菌小倍到0倍,只有20-纳米左右,所以用当时的光学显微镜是看不到病*的,怎么办?必须依靠电子显微镜;直到在20世纪初人们发明了电子显微镜以后,人们才看到了病*
到了年,有一个美国的科学家名字叫斯坦利,他还是在研究烟草花叶病*,他终于用上了已经发明出来的电子显微镜去研究,最后发现这种感染烟草花叶的病*是由两种物质构成的,一种是蛋白质,一种是RNA。我们知道在细胞核里面有两种遗传物质,一种是DNA,一种是RNA;DNA也叫脱氧核糖核酸,RNA叫核糖核酸,DNA负责存储我们的基因也就是遗传信息,RNA负责转录和翻译,比如细胞分裂时就由RNA负责从DNA中把信息转录拷贝出来,然后通过翻译复制生产出同样一份,这样新的细胞就获得了原来细胞的全部遗传信息。
在此我们打个简单的比喻让大家更容易理解,比如DNA是一个工厂里的厂长,但RNA就是车间主任,DNA有全部的生产数据但不会亲自动手生产,只是下达生产命令,RNA就是负责组织生产的,线粒体是工人,负责具体的生产。如果一个厂里只有车间主任没有厂长可以生产吗?也可以,车间主任直接告诉工人开始生产,RNA类的病*就会骗车间主任不通过厂长的授权直接为它生产它的RNA信息,所以病*中有RNA也是可以遗传的,斯坦利发现了DNA和RNA病*,这种病*的结构是由外层的一个蛋白质膜,外层的蛋白质膜包裹着里面的一段RNA或者DNA的片段,这就是病*的基本结构,同时发现了病*离开体外会形成结晶体,成为没有生命的东西,因为这个发现,斯坦利在元的时候获得了诺贝尔化学奖。
二、病*和细菌有什么区别
病*和细菌相比,最主要的是没有细胞结构,细菌是单细胞生物,但病*不同,一个是非常小,另外一个是没有细胞结构,病*的结构就是一个简单的蛋白质外模包括的一段简单的RNA或者是DNA信息。
什么叫细胞,所有的生命体都是由细胞组成的,细胞有细胞壁(植物有细胞壁但动物细胞没有),细胞膜,细胞质还有细胞核以及线粒体、高尔基体等细胞内物质,细胞会完成生命的代谢还有生命的遗传进化功能,但病*就是一个简单的结构,它是蛋白质外膜包括着RNA或者是DNA的片段,细胞可以单独生存,但病*脱离宿主之后就形成了一个结晶体,和水和灰尘一样,没有任何的生命表现,所以病*又又很难说是生命体,其实病*是介于生命体和非生命体之间的东西,到现在人们还没有定论,病*到底是不是生命体,现在只能叫它生命边缘的东西。反观细菌,细菌是单细胞的生物,虽然它也是一个寄生的东西,但脱离宿主之后它也是能独立存活的,所以病*和细菌是有很大的区别。
三、病*是什么样子的?
病*的样子千奇百怪,长的什么样子的都有。这里我们介绍几个典型的例子,比如烟草花叶病的病*,它就是杆状的,中间是蛋白质的外膜,蛋白质外膜里面包裹着RNA,也就是遗传转录信息。
现在大家关心的冠状病*是近似圆球形的,(COVID-19)冠状病*也是RNA病*,为什么叫冠状病*呢?那是因为它的外面有一层蛋白质薄膜,冠状病*在包膜的外面还有一些凸起,这个凸起我们叫它刺突,这个刺突是非常重要的,因为刺突是冠状病*进入并感染我们的细胞的一个敲门砖,只有进入我们的细胞,病*才能在细胞中繁殖,要进入我们的细胞,它一定要用到这个刺突来打开我们的细胞膜,它是怎样感染我们的细胞的,这个等我们下面再说,由于冠状病*的长相像国王的*,所以叫冠状病*。
还有一种病*是专门吃细菌的病*,这个叫噬菌体,长的更奇怪。为什么叫噬菌体呢,因为它专门吃细菌,所以叫噬菌体,噬菌体首先有一个像脑袋的东西,里面包裹着DNA或者是RNA的遗传信息,脑袋上面的蛋白质的外壳,同时中间还有一个管子,下面还有很多脚,这些脚是用来抓住细菌表面的,当它用爪子抓住细菌后,就通过管子把她的遗传物质送到细菌里面去,然后就在里面繁殖,我们知道细菌的数量比地球上所有生物的之和还要多,而一旦有一个细菌感染了病*,就会很快蔓延,就会诞生出成千上万的噬菌体来,所以在病*家族中噬菌体的数量是最多的,自然界中的病*并不是专门对付人类的,它主要是杀灭细菌的。海洋中每天有40%的细菌都是被噬菌体干掉的。细菌和病*之间的斗争千万来年一直在持续,除了以上三种典型的病*之外,还有很多奇形怪状的病*,我们就不再一一讲述了
四、病*是如何感染我们的细胞的?
不同的病*感染过程差别非常大,所以我们只讲一个典型的例子说明这个感染过程。我们大家最关心的冠状病*的例子。比如有一个冠状病*飘到了我们的皮肤黏膜表面,一般皮肤的表面它很难感染,因为我们的皮肤表面有一层防护,就是角质层,病*侵入不过去我们角质层,我们通过以前的讲课知道我们的动物细胞表面是有一层细胞膜的,这个细胞膜不是永远关闭的,它会为需要的营养成分打开一扇特殊的门,使某些物质能够透过细胞膜进入细胞内部,比如我们经过发酵后的一些营养成分,当细胞需要这些营养成分的时候,它就会开相应的门放这些营养成分进来。水分子和氧气等作为小分子物质是直接透过细胞膜的,但大型的有机物分子比如蛋白质物质就进不去,要想进去怎么办?就要通过特殊的门来进入,细胞会为不同的物质开不同的门,你要想进去,你就需要有相应的门的钥匙,这个钥匙就是受体,受体的作用就是检查你这个物质是不是我们细胞需要的,是我需要的就打开们让你进来,不是我需要的我就不开门,不让你进去。病*的聪明之处就在于它的刺突上的物质会骗受体,它给受体握手,让受体感受到是需要的物质,受体误以为是细胞需要的物质,于是就打开门放病*进来,于是病*就进来了。
病*进来之后,在细胞体内也有一些免疫的物质,叫做蛋白质酶,蛋白质酶的作用就是检查确认进来的是不是我们细胞需要的物质,并分解掉不需要的蛋白质,这些蛋白质酶看到病*以后不认识,那它就估计这玩意是不需要的物质,他就会分解出酸性的酶来溶解病*,本来这样溶解病*,病*就会被消灭了,但病*狡猾就狡猾在这里,之前它有外壳抱着,遗传物质没法释放,但经过蛋白质没得溶解掉外壳,遗传物质反而被释放出来了。
病*释放出来之后它要接着往前走到我们的细胞核那里去,但它自己无法走,自己没有腿。我们知道在我们细胞中还有一些马达蛋白,马达蛋白可以拖着我们需要的物质在细胞纤维中走来走去,病*很狡猾,它会欺骗马达蛋白说它是细胞核需要的营养,赶紧带我去细胞核,我们这个马达蛋白有点傻,它以为病*真是细胞核需要的营养,于是它就拖着病*往前走。我们知道,我们的遗传物质都是在细胞核里面的,病*走到了细胞核外面其实它还是进不去,但是我们刚才说有马达蛋白一起过来的,马达蛋白走到细胞核外面就被卡主了,马达蛋白拖着病*使劲走,走着走着就把包括细胞核膜给撕裂了,于是带着病*进入了细胞核,病*DNA终于进入了细胞核里面去,进入到我们细胞核以后,它会把它自己的DNA接续到我们细胞自己的DNA上面去,以便以后我们的DNA进行复制时也把它们也复制了,这样病*就完成了感染我们细胞的过程。
通过上面的过程,我们可以看到病*从我们细胞外进入到细胞核里面去,看看狡猾的病*骗过了我们细胞几次?总共欺骗了我们细胞4次:
第一次:通过刺突骗我们的细胞膜打开门,
第二次:通过我们细胞内的蛋白质酶帮助它脱掉病*外壳包膜
第三次:欺骗马达蛋白拖着它走到细胞核内
第四次:进到细胞核里面,把自己的DNA接到我们自己细胞的DNA上面,以便复制
病*完成了这个过程之后,从此之后我们的细胞每次分裂,都会带着病*的DNA一起分裂,都会复制。
通过这个不断的欺骗,病*就达到了自己的目的,它的目的是什么呢,就是不断的繁殖复制,这就像一个敌方的一个间谍侵入到了我们司令部里面,之后我们的司令部下达的生产复制命令不仅仅是我们正常的细胞复制命令了,其中还包含了把病*的信息也复制的内容,在这里要讲一下,不同的病*感染方式是不一样的,比如RNA病*,它不需走到细胞核内进入细胞它就直接欺骗车间主任,让车间主任在车间里生产就直接把病*的复制的事情给带上了。
五、病*把DNA接到宿主的DNA上面之后它要干什么,
有两种做法,第一种做法是潜伏起来,潜伏起来不断复制,尽可能的复制很多,随着宿主细胞的分裂,它也越来越多,最典型的是HIV的艾滋病*,最多可以潜伏10年,是活得非常成功的一种病*。
第二种做法就是潜伏到一定时间,病*就开始爆发,我们的司令部下达受到病*干扰的命令,从DNA指导RNA开始生产,同时生产病*的蛋白质外壳和RNA,我们的车间主任根据命令把病*的蛋白质外壳和RNA组装起来形成完整的病*,制造很多很多,这样细胞撑不住了之后就开始破碎,被病*破坏了,我们就发病了,病*颗粒同时也就抛出来了,进行下一步感染更多的细胞。
这里面有意思的是,有的病*潜伏在我们细胞中很长时间,可能都忘了自己当初进来的使命了,它可能忘记了自己是病*了。就像一个间谍打入到了我们内部,但因为日子过的太长太舒服了,这个间谍的忘了自己是间谍了,就这样在我们内部安静生活下去了,所以科学研究发现我们人类的DNA中其实有8%的DNA不知道是干什么的,据估计是忘了自己使命的病*DNA片段。
六、这次武汉的病*(COVID-19)就是一种单链RNA病*,单链的没有互相纠错机制,所以更容易变异,有人怀疑就是从以前的SARS病*变异过来的,因为SARS病*也是RNA单链病*。目前人类目前已经发现了7种冠状病*,其中有4种是没有很大攻击力的就不说了,还有三种是哪些呢?
第一是SARS,年的非典病*在中国爆发,在全球范围内造成多人感染,多人死亡,死亡率非常高,达到了10%;我们说鼠疫很厉害,但死亡率只有5%,但SARS死亡率要高的多。
还有一种MERS病*,就是中东呼吸综合症,在韩国和中东地区爆发的,感染人数没有SARS这样多,多人,但死亡多人,死亡率超过40%,死亡率比非典还厉害。但这两种病*其实并不符合病*的进化规律,病*的目的并不是杀死宿主,它的目的是繁衍,如果它这样快杀死宿主了,它反而难以发展繁殖了,聪明的病*应该像HIV(艾滋病*)那样,潜伏达到10年之久,这样会更有利于病*的复制感染。
但像SARS和MERS以及本次的新冠病*(COVID-19)这样厉害的病*为什么就出现了呢?我说主要是人们的活动破坏了某些自然规律;比如现在我们证实蝙蝠是病*的宿主,其实蝙蝠长得很凶恶的脸庞就是提示我们我有很多病*,不要惹我,但我们人类有点飘了,无知无畏,还去吃他,结果我们就被感染了。这里我们说我们要敬畏自然。
在未来人类最大的敌人很可能不是战争也不是外星人,而是我们这个星球上最微小的东西—病*。
七、病*也是会进化的,年底至年初的这场新冠肺炎,其实就是一个典型的病*进化结果,它的特点是潜伏期长,没有症状的时候也能感染别人进行传播,这样有利于病*的复制繁殖,同时还有死亡率低,符合病*的诉求。
八、那么怎样应对这次的新冠病*呢?最主要的抵抗力量还是我们自身的免疫系统,我们的免疫系统起到了最大的作用。我们现在了解了冠状病*的感染过程,它的表现其实就是一种新型的肺炎,病*出现了感染细胞,破坏了细胞,我们的细胞自己发现被感染了之后,它就会尽力把病*送到细胞膜外面并发出警示信号,告诉我们身体其它的细胞我被感染了,赶紧叫免疫细胞来把我灭了,免疫细胞就会尽快赶过来,这就是免疫反应,微弱的免疫反应对我们来说是没有什么感觉的;但如果我们出现了严重的免疫反应,病灶部位就会红肿,为什么会红呢,是因为血管扩张,血液流速加快,为的是我们的身体要通过血液来调运更多的免疫细胞运送到病灶,会什么会肿呢?是因为我们身体要在病灶部位集结更多的体液,以便冲淡病*的浓度。大量的免疫细胞被运到病灶处后,就开始把病*颗粒杀死,我们的病就好了。
九、关于炎症风暴:在免疫细胞和病*战斗的过程中,我们的身体有时候会过度反应,身体会聚集过多的白细胞,而且身体会在病灶处分泌过多的体液,这样有可能引起剧烈的炎症风暴,各种免疫细胞过多而且全部被动员起来也会发生无差别攻击的情况,免疫细胞见谁打谁,连正常细胞都会受损,体液堆积在肺部就会造成无法呼吸,就有可能引起窒息死亡,血液扩张太大也有可能引起内出血导致死亡,这种身体被引发过度反应的情况就叫炎症风暴。怎样应对炎症风暴呢,第一就是想办法维持生命,使用吸氧和人工呼吸的手段,帮助病人解决窒息的问题,度过炎症风暴的危险期;第二个方法就是使用一些药品,抑制过度的免疫反应,让我们身体的免疫细胞慢慢来、一步一步杀灭病*,比如使用抗生素抑制,但抗生素副作用比较大,一般尽量少使用。
九、人类和病*的斗争:从过去到现在,人类和病*一直在斗争,并且一直还要持续下去,人类在对病*的斗争中取得了一次典型的胜利就是全面消灭了天花病*。
天花由同名病*——天花病*(Variolavirus)引起。之所以在历史上造成如此之大的伤害与天花的特性密切相关。天花病*繁殖速度快,而且是通过空气传播,传播速度惊人。带病*者在感染后1周内最具传染性,因其唾液中含有最大量的天花病*。但是直到病人结疤剥离后,天花还是可能通过病人传染给他人。
被史学家甚至称为“人类史上最大的种族屠杀”事件不是靠枪炮实现的,而是天花。在人类历史上,天花和黑死病、霍乱等瘟疫都留下了惊人的死亡数字。
最早有纪录的天花发作是在古埃及。公元前年去世的埃及法老拉美西斯五世的木乃伊上就有被疑为是天花皮疹的迹象。
15世纪末,欧洲人踏上美洲大陆时,这里居住着-万原住民,约年后,原住民人口剩下不到万人。欧洲殖民者把天花患者用过的毯子送给了印第安人。随后,瘟疫肆虐,由欧洲传来的腮腺炎、麻疹、霍乱、淋病和*热病等病也接踵而至。
年代,英国医生爱德华·詹纳发现了牛痘,发明了预防天花病的牛痘疫苗,天花病患者的死亡率仍高达三分之一,后来,发达国家逐步控制了这种疾病,但非洲农村仍有流行。
年开始,进行最后一次大规模消灭天花的活动。现在,天花病的病*只保留在以下两个实验室中,即美国亚特兰大的疾病控制和预防中心(CDC),以及俄罗斯新西伯利亚的国家病*学与生物技术研究中心(VECTOR),以供研究之用。
好了,关于病*的种种知识我们就分享到这里,小伙伴们有收获吗?如果有收获的话,请