细胞与病毒的战争

细胞——一个神奇的世界人体由120万亿个细胞组成，而每个细胞都隐藏着一个神奇的世界。就像人类世界一样，细胞里也有各种工人，工厂，道路，储藏室......它们有不同的语言，当遭受病毒的攻击时，它们还会发动战争，这是一个多么奇妙的世界。蛋白质就是这个奇妙世界里的工人，复杂的化学物质组成链状结构，再结合，并形成壮观的蛋白质机器。另外还有担任搬运工的马达蛋白，它们利用细胞骨架为公路，将养料，化学物及生命必需物运送到需要的地方。为细胞各种活动供能的就是细胞的“发电厂”，线粒体能够自由漂移，其内部有个每分钟旋转一千多次的涡轮，给数十亿“化学电池”充电，我们做的每件事情，每次心跳，每次思考，都有充上电的“化学电池”提供能量。它们只是维持这个繁忙社区的微型机器的一种。在这个世界里，数十亿微型机器每时每刻都在各司其职，相互协作，维持这个世界的平衡。然而，常常会有不速之客打破这种平衡。它就是细胞的宿敌——病毒和细菌。科学家到现在都无法确定它是否是生物，虽然它的行为有很强的目的性，但严格来说病毒不是活的，它不能自行繁殖，只能靠劫持细胞部件进行自我复制。片中以腺病毒为例，展示了人体细胞是如何与其抗争并取得最终的胜利。腺病毒，设计精良，每个都只包含着一个目标，突破细胞的重重防线，入侵细胞核。但凡有一个病毒进入细胞核，就能控制整个细胞，并在细胞内繁殖不下万次，这可导致各种后果，普通感冒，肺炎，甚至死亡。但我们的机体已经准备好了，抗体和白细胞联手组成了人体免疫系统的第一道防线。一旦识别入侵者，抗体将自己紧锁于病毒的“盔甲”上，将它们连环镣铐，使它们变成专门吞噬外侵者的白细胞的盘中餐。尽管身体迅速做出免疫应答，成千上万的病毒仍然能冲过防线。但在细胞表面，它们遇到了一道阻碍——细胞膜。每个细胞膜都是个动态保护层，饱含掌管物质进出的监控蛋白质。小分子可直接进入细胞膜，大一些的分子如糖，则必须通过专用泵进入细胞，而最大的分子若想进入细胞，则需要一把特制钥匙。在细胞表面不停巡逻的哨兵们会识别这些蛋白质钥匙，这套精密的系统防止有害分子进入细胞内部。但是经过数十亿年的进化，新病毒演变出了自己的钥匙，镶嵌在它们突出的纤维尾部，抗体仍会附着在其中一些纤维上，封锁住大部分伪造的钥匙，但非全部，细胞表面的哨兵被欺骗，细胞大军潜入了细胞内部，在这与细胞的较量中，病毒在第二关胜出。这支入侵病毒大军中的每个成员都携带了足以摧毁细胞的致命武器。它的蛋白质衣壳含藏多重伪装，在其内核携带了一小束DNA——它的终极武器。然而细胞仍然拥有强大的防御系统来阻止它们。细胞接收到的所有物质，都会被送到一个叫核内体的分拣站，核内体对传入物质进行加工，并决定将它们送往细胞的哪个部位。此过程的第一步就是将它们分解，核内体的内部呈酸性。酸将大分子营养物质分解为小分子，便于细胞对其的输送和运用。当酸侵蚀掉病毒的衣壳，病毒开始被分解。这本应是腺病毒的末日，但酸正是病毒逃离计划的一部分。病毒纤维首先被分解开，但它们的瓦解释放出隐藏在在内部的特殊蛋白质，会将自己粘附于分拣站内壁，将壁膜撕开，释放病毒，如今已没有任何防线阻挡这些病毒攻入它们的最终目的地——细胞核。虽然病毒离目标只有5微米，但是距成功还有十万八千里。九成的病毒将无助地在细胞内游荡，它们无自动力，也无法利用线粒体所产生的能量。在每个线粒体中，我们摄入的食物和吸入的空气推动了上千的涡轮，为数十亿个小电池充电。科学家们认为线粒体曾是个单细胞，然后被另一个细胞吞噬，引发了进化史上最伟大的飞跃——复杂生命的出现。想要复杂生命就必须有依据的DNA指令造出的所有蛋白质装置，而想让它们正常工作就需要大量的能量。这个复杂细胞的出现，改变了生物获得能源的途径，没有这能源就进化不出我们现在所看到的多样化生物。每个细胞内都有数以百计的线粒体，为人类这种复杂生物蛋白质网络提供能量。细胞膜之下有大量的马达蛋白，负责运输核内体加工好的营养物质。历时数亿年，病毒已进化出能依附于马达蛋白的精确结构，然后可以利用线粒体产生的能量了。病毒向细胞核迈进，它劫持了细胞自身的运输系统被带往细胞核，并准备劫持复制DNA所需要的机器从而控制细胞。马达蛋白有双微小的机动腿，每秒超过一百步，但只能单向移动。当病毒依靠这双腿遇到阻碍时，它会锁定另一个马达蛋白，而这个蛋白专门朝反方向移动。两个马达蛋白齐心协力，几乎可以跨越任何障碍物。但细胞自身也有一套内部免疫系统，有一种特殊的蛋白质，分布在细胞运输系统的各处搜寻携带抗体的物质，一旦发现，它会向蛋白酶体发出信号，蛋白酶体负责回收蛋白质，它被召来将病毒摧毁。但是往往只需一个病毒就能控制整个细胞，感染就会传至全身。当一个病毒逃脱了被粉碎的命运，通向细胞核的道路就畅通无阻。细胞核居于每个细胞的中心，在其表面，蛋白质触角搜寻着分子并将其拉进核孔中。病毒衣壳上仍有伪造的通行证，触角将其锁定，但病毒过大，无法进入。马达蛋白以为遇到了障碍物，将病毒向反方向移动，受到两个相反方向的拉力，病毒被撕裂，病毒内部的DNA穿过核孔，被带入了细胞核。细胞的DNA机器无法区分自身DNA与病毒DNA，它们盲目地将病毒的遗传编码转录为细胞的执行指令，这几乎是自我毁灭。在细胞主体中，指令会被传达给一群流动的蛋白质工厂——核糖体。核糖体遵照指示建造病毒蛋白质，每个核糖体都具有独特的形状，并被赋予特殊的职责，这种大型细胞机对生命来说至关重要，它们可以读取并破译遗传信息，将构成蛋白质的基本单位连在一起，制造出能在细胞中能正常换工作的功能分子。而这些功能分子，正是建造病毒大军所需的材料。当病毒大军即将建完时，病毒控制细胞的DNA停止任何不需要的程序，将细胞完全控制。但是，大军仍然被包裹在核膜内，此外，细胞膜也依然存在。细胞核外的蛋白质工厂在病毒的指示下制造破坏性的蛋白，第一种破坏蛋白被释放到衰败的细胞中，专门攻击细胞骨架，失去骨架的支撑，细胞开始塌陷。第二种破坏蛋白质——腺病毒死亡蛋白，它钻入核膜将其削弱，细胞核再也无法容纳激增的病毒。病毒洪水般地涌入周围的组织，攻击临近的细胞，并将感染扩散到全身。对这个细胞来说，战役已经结束，但真正的战争才开始打响，当病毒进行这一切时，我们的抗体已完成改造，装上了新的受体并重返战场。细胞垂死之际发出的信号，这个信号就是病毒的碎片，告知外界这个细胞已被攻克。这个信号被巨型白细胞发现，于是它们向被侵略的细胞聚集，吞噬逃逸的病毒。一旦病毒被免疫系统发现，白细胞将生产出专门针对这种病毒的抗体，并制造出大量和自己一样的白细胞。它们释放大量抗体，涌入血液和细胞间隙。当病毒从临死的细胞中涌出时，它们会被抗体标记，然后被白细胞消灭。为确保万无一失，白细胞会吞噬附近所有可能被感染的细胞。这时，周围的健康细胞也做出牺牲，毁灭自己以阻止病毒的传播。只有到了这一阶段，我们才会意识到体内进行的这场战争。加速的血流将更多的白细胞送抵战场，导致鼻部组织充血红肿，我们感觉到的鼻塞实际上是猛烈攻击病毒的迹象。一旦被一种病毒感染过，能制造对付该病毒抗体的白细胞，将永远保留在你的骨髓中。如果你再次感染这种病毒，免疫系统会知道如何应付，迅速做出反应，免去你的痛苦。依靠团队合作，人体的免疫系统最终阻止了病毒感染的扩散，而这只是无休止战争中的一场战役。病毒怎么知道如何冲破防线攻击人体细胞呢？其实，攻击我们的病毒正是由人体自身的细胞碎片演变而成，随着细胞的进化，在细胞核形成的初期，病毒也由碎片拼凑而成，它们之所以能攻击细胞核，是因为它们由相同的物质组成。人类和病毒的战争就是进化，但这是协同进化，双方都必须改变。就像是一场军备竞赛，一方得到了更好的武器，另一方也得跟上。虽然一个细胞战败了，但大多数时候，人体仍能取得胜利并恢复健康。病毒和我们一样古老，它和我们一起进化，迫使我们不断改变，否则我们将输掉这场生死之战。这场永不停歇的竞赛促使我们进化，使双方都变得更强大。病毒迫使细胞不断改变，它们帮助细胞适应了不同的环境，正因此塑造了我们，赋予了我们今天的模样。如果没有与宿敌之间的殊死战斗，就不会有令人惊叹的细胞世界，也就不会有如此奇妙的人类世界了。