人造病毒怎么造?它安全吗?

  病毒是一种古老的微小非细胞生物,在世界上还没有人类的时候,病毒就已经存在。病毒在历史上曾对人类造成了无数次重大伤害,人类与病毒的斗争从未停歇。
  
  今天,我们虽然还不能彻底战胜病毒,但已逐渐摸索到了病毒的特性,开始用各种手段阻止病毒的侵害,并且科学家已经初步具备制造人造病毒的能力。
  
  逆向遗传技术合成病毒
  
  人造病毒可以分为合成病毒和重组病毒两类,如果你对这两个词语感到陌生,那将病毒替换成DNA也许你会熟悉一些。近年来,DNA的合成和重组已不是新鲜事,而人造病毒本质上就是制造一些新的病毒DNA(或RNA)。
  
  发生于1918年的“西班牙大流感”,当时席卷了整个世界,在一年半的时间里,造成了数千万人死亡。但这个“死神”在收割了这么多人的生命后就藏了起来,人们并没有看到它的长相,也不知道它到底是谁。
  
  直到1933年,英国科学家才分离出第一个人类流感病毒,并命名为H1N1,从此人们才知道流行性感冒是由流感病毒造成的。
  
  2002年10月,美国国防病理中心与纽约西奈山医学院的微生物学家合作,开始尝试重建病毒。在一个实验中,他们成功制造了一种含有两个“1918病毒”基因的病毒。2005年10月5日,研究人员宣布“1918病毒”的基因序列已经被重组。
  
  病毒是如何被重建的
  
  以流感病毒为例,它由RNA与蛋白质构成,遗传物质是RNA。RNA在逆转录酶(RNA的DNA聚合酶)的作用下转变为互补DNA(cDNA),新合成的cDNA指导蛋白质的合成。研究人员从当年病人的尸体中提取了病毒的cDNA,采用逆向遗传技术,用逆转录酶识别cDNA,并根据它的序列合成了对应的RNA,得到的RNA片段与1933年英国科学家分离出的流感病毒的RNA非常相似。
  
  利用人工合成的RNA,科学家终于重建了“西班牙大流感”的病毒。
  
  通过提取或合成病毒的cDNA来重新合成RNA病毒,是第一种制造人造病毒的方法。许多科学家用这种方法合成了多种病毒,比如脊髓灰质炎病毒。2002年,美国纽约州立大学的生物学家切洛用这种方法合成了一种毒性更低的脊髓灰质炎病毒。这种病毒可以作为疫苗使人体产生抗体,降低了该病的发病率。
  
  基因编辑改造病毒
  
  与合成病毒相比,用基因编辑的方法改造天然病毒,是一种更有针对性也更简单的方法,可以制造出感染对象、感染性和致病性等都不同的新型病毒。
  
  许多常见的病毒都有“孪生兄弟”,它们彼此之间很相似,但是可能仅仅是一段或几段氨基酸的不同就决定了它们的“眼光”不一样。比如疱疹病毒,是一种只“青睐”人类的病毒,不会感染其他动物。这样,科学家就不能用动物实验来寻找治疗药物,但通过改造它的一些蛋白质,可以让它获得感染动物的能力。
  
  葡萄牙医药分子研究所的佩德罗·西马斯博士运用基因编辑方法,将疱疹病毒中与人体细胞结合的蛋白质改造成另一种只能与小鼠细胞结合的蛋白质,改造后的疱疹病毒就只“青睐”小鼠,而不会再感染人类。
  
  科学研究的危险游戏
  
  知道了制造人造病毒的方法,你可能会想,虽然我们最开始制造病毒是为了找到它的原型并寻找对抗它的方法,但是如果制造出的是一种我们从未见过或已经打败的病毒,我们对它没有丝毫的免疫力,这不是太可怕了吗?
  
  1979年,世界卫生组织宣布,通过接种天花疫苗,人类彻底战胜了天花这一疾病,自然界已不存在天花病毒。此后我们也不再接种天花疫苗了,这也意味着人类对天花病毒不再具有免疫力。
  
  可是2017年,加拿大艾伯特大学的一个研究小组宣称,他们合成了一种与天花病毒同源的马痘病毒。虽然这个病毒同样是作为疫苗使用的,它可以让小鼠获得抵抗水痘病毒的免疫力;但是,就连研究小组成员都承认它具有风险。因为当它被使用到人体中时,谁也不知道会不会使人们患上新型天花,再次出现尸殍遍野的K象。
  
  2003年,曾在全球传播的SARS病毒具有多种“孪生兄弟”。2016年,美国北卡罗来纳大学的病理学家维埃特·梅纳雷在小鼠体内找到一种SARS的“孪生兄弟”,它本身不感染人体。但梅纳雷在这种病毒的基因组中加入了编码SARS与人体细胞结合的蛋白质的基因,制造了一种被称为SHC014的重组病毒,使它获得了感染人体的能力,人体细胞对它完全没有免疫力。
  
  人造病毒与P4实验室
  
  可以想见,如果人造病毒从实验室中“跑”出来,将掀起一场多么可怕的灾难。那么,人造病毒会“跑”出来吗?
  
  为了治疗疾病,我们必须研究病毒,但是因为病毒具有传染性和致病性,我们不能在普通的实验室里研究,只能在生物安全等级最高的P4实验室中研究。
  
  生物安全实验室是有等级划分的,按照研究对象的危险程度分为四类:BSL-1、BSL-2、BSL-3、BSL-4。BSL是指BiosafetyLevel,即生物安全等级,等级越高,意味着防护级别越高,就能研究具有更大传染性和危害性的病原体。不同级别的实验室需要不同级别的保护,根据各级实验室的安全设备和个体防护注意事项又分为P1、P2、P3、P4(P代表英文Protection,防卫和防护的意思)。
  
  研究人员进入P4实验室就像进入ICU一样要全副武装,穿上一套像宇航服一样的防护服,身体的各个部位都被封锁在里面,在衣服里充入高压气体防护层,还要在出入时喷洒化学药水消毒。
  
  实验室内部有呼吸管,它们与防护服相连,向科研人员输送洁净的空气,研究人员在防护服内进行呼吸,完全隔绝外界空气。实验室的废气和废液需要经过两级高效过滤器处理才能排放,感染性材料和被污染的器具等固体污染物要经过高压蒸汽灭菌处理,再运到专业医疗废弃物公司做无害化焚烧处理。在这样的严防死守下,病毒基本没有“逃离”的可能性。
  
  人造病毒会成为生物武器吗
  
  排除了无意逃离的可能,会不会有“疯狂科学家”故意释放病毒做人体实验,或者某些国家用人造病毒作为生物武器呢?目前来看,这种可能性也不大。虽然许多国家和科学家都具备制造人造病毒的能力,但是还不具备制造针对某些人种或某一类人的病毒的能力,也就无法控制制造出的病毒的传染性和杀伤力。
  
  其实,在人类种群中,不同人种的基因组仅有不到0。01%的差异,再加上不同人种间常常通婚,使得人种之间的基因差距更小;而且病毒的遗传物质很小也很不稳定,发生突变的速度比人类快得多。在这样的情况下,如何保证设计出的病毒能仅针对某些种族或人群呢?在此情况下,如果仍有人坚持制造“人种灭绝病毒”,他们必将自食恶果。