分子生物学到底怎样防治传染病

　　

尽管医学的飞速发展大大推动了人类的健康水平，尤其是对各种各样病毒的认识愈来愈深入、广泛，但依靠目前对病毒种类的认识，还阻挡不住由未知病毒引起的传染病。分子生物学的发展，则为人类发现新的病毒病原开辟了新途径———

　　尽管生物医学发展到今天，对各种各样病毒的认识愈来愈深入、广泛，可是仍有很大比例的病毒还不能被有效诊断，还没有被列入病因学的研究范围之内。一些未知的病毒可能与肺炎、脑炎、出血热和肝癌等多种临床病症有关，并在一定程度上可能会引发重大传染性疾病的暴发和流行。

　　令人欣慰的是，分子生物学的发展，为人类不断发现新的病毒病原，防治传染病开辟了一个新的途径。不久前，中国医学科学院与法国生物梅里埃公司在京签署了鉴定新发病原体研究项目的合作协议，中法科技人员将利用分子生物学技术，发现危害人类健康的病毒等病原微生物并开展诊断、治疗和预防研究。可是在预防传染病中———

　　分子生物学起到什么作用

　　病毒学专家洪涛院士，搞了一辈子病毒，他告诉记者：“现代医学，从传染病的早期发现、诊断，再到设计药物、治疗、对疫情的判断等等，都需要分子生物学。”

　　洪院士说，这是因为，在检测方面，分子生物学对病毒的诊断是非常灵敏和准确的，像现在的基于基因扩增的聚合酶链反应技术及基于特异性分子杂交的基因芯片技术等都非常有效。

　　另外，在疫苗生产，药物设计方面，分子生物学更起着举足轻重的作用。因为要设计出对病毒有效的药物，首先需要研究清楚病毒在人体细胞内复制的分子事件及其致病机理。比如，病毒为什么会导致人发病，为什么某些病毒只感染人体某一部位，像SARS病毒主要感染肺部；肝炎病毒主要破坏肝脏；艾滋病毒则攻击淋巴细胞？还有，为什么有的人对SARS易感，有的人不易感？有的人对艾滋易感，有的人却不易感？这些内容都与病毒的分子嗜性及分子结合受体相关。研究这些内容，都离不开分子生物学技术的应用。

　　也就是说，防治传染病的分子生物学原理，就是研究不同的病毒到底是怎么进入人体细胞的，是在人体细胞内的什么位置上生存、又是怎么生存、怎么让人产生疾病，用什么方法才能诊断出来，才能治疗、预防甚至消灭这些病毒的。

　　虽然我们现在知道了这些，但是还不够，接下来我们还想知道———

　　科学家是用什么方法研究的

　　我们知道，分子生物学是从分子水平研究生命本质为主要研究内容的一门新兴边缘学科，它以细胞内的核酸和蛋白质等生物大分子的结构，及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快并正在与其他学科广泛交叉、渗透的重要前沿领域。

　　洪院士解释，在分子水平上研究生命的本质，主要是指对遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征，在分子机理上进行阐明，从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。

　　需要说明的是，这里的“分子”指的是生物细胞内那些携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。

　　洪院士说：“这些生物大分子都具有较大的分子量，是由简单的小分子核苷酸或氨基酸排列组合而成的，它们不但蕴藏着各种信息，它们还构成了生物的多样化以及生物个体精确的生长发育和代谢调节控制系统。”

　　尽管自然界的生物物种千千万万，生命现象繁杂纷飞，但是，从最简单的单细胞生物到最高等的人类，它们最基本最重要的组成物质都是蛋白质和核酸，而核酸就是生物体遗传信息的携带者，所有生物体能世代相传，依靠的就是核酸分子可以精确复制的性质。蛋白质则是生命活动的主要承担者，所有的生命活动，呼吸、运动、消化，甚至感知、思维和学习，无一例外都是依靠蛋白质来完成的。

　　洪院士告诉我们，在上世纪50年代，人类提出了“中心法则”，并在后来得到完善。在这个中心法则中，遗传信息的流动是：先从DNA转录成RNA、再以RNA为模板翻译出蛋白质，当然有时也可以从RNA逆转录为DNA，这些都是病毒常用的复制方式。正是这个中心法则的发现，为人类战胜病毒奠定了一个里程碑式的基础。

　　其实，病毒是外表包裹蛋白质的最简单的生命形式，可是———

　　病毒在人体是怎么进行繁殖的

　　病毒是已知最简单的生命形式，主要由核酸和蛋白质组成。病毒本身不能复制，必须侵入特定的宿主细胞并借助于宿主细胞的细胞机器和能量才能完成复制过程。

　　洪教授的助手、副研究员王健伟教授解释说：“病毒的遗传物质，即基因组都是单一的，不是DNA，就是RNA。据基因组的不同，病毒可分为DNA病毒和RNA病毒。比如，我们大家熟知的天花病毒的基因组就是DNA。RNA病毒的情况比较复杂。有些RNA病毒本身携带的RNA可以翻译成蛋白质，如SARS病毒的基因组；而流感病毒，虽然也是RNA病毒，但其本身的RNA不能翻译成蛋白质，需要转录出互补的RNA后，后者作为模板翻译出蛋白质。”这些发现在科学上的意义是非常巨大的，只有知道了病毒的感染机理才能抑制病毒的繁殖。 

     利用分子生物学防治传染病，加快了传染病的诊断及新药的设计和生产，为人类战胜传染病提供了技术上的有力支撑。然而———

　　分子生物学原理怎样设计药物

　　中国疾病预防控制中心副研究员王健伟告诉我们，如果要开发一种抗病毒的药物，首先我们得知道病毒是怎样侵害人体的，在人体细胞内是怎样复制的，只有把这些关键环节找到，才有可能设计出一种新药物。

　　不同病毒的复制速度和特点不同，一个病毒一般几十分钟到几小时就可以复制一次。病毒的生活周期是这样的：首先它穿过细胞膜进入人体细胞，然后开始“脱”衣服，把自己的基因组释放出来，在细胞内复制自己的基因组，并翻译出蛋白，最后用新产生的蛋白对复制出的基因组进行包装，产生新的病毒，新诞生的病毒会通过一定形式离开细胞，再去感染别的细胞。

　　王健伟说，这个过程中的每一步都有可能成为设计药物的靶子，只要阻断其中某一环节，就有可能抑制病毒的生长。

　　比如，艾滋病病毒要进入细胞，必须要经过受体介导，王教授把受体比喻成门上的柄，人只有抓住把柄才能容易地把门打开。病毒也是一样，只有通过受体才能容易地进入细胞内———当然，病毒与“把柄”存在特异性的识别和作用过程。如果设计一种药物，使病毒与“把柄”不能结合，就能抑制艾滋病病毒对细胞的伤害。

　　利用分子生物学原理，阻断病毒在人体细胞内的“自由活动”，就可以设计药物了，但是———

　　分子生物技术怎样生产药物

　　用分子生物学原理设计药物，必须知道病毒是怎样侵害人体，是怎样在人体细胞复制的，而用分子生物学技术生产药物也是这个道理，必须知道DNA在细菌等细胞中是怎样表达的。

　　病毒学专家洪涛院士说，科学家在研究中发现DNA也是可以切割的，即通过特定的酶，把DNA从某些特定位点切断，而这些被切成断片的DNA还可以用特定的酶再连接上，这样，就可以把不同的DNA重组在一块，产生新的DNA，让这些新DNA在细胞中表达，就可以产生大量的有用蛋白质，如各种疫苗等。

　　不过，重组后的DNA并不能直接放到细胞内，还需要借助一个有效载体来转导，质粒就是起着这个作用的载体之一。

　　质粒是一种环状DNA，存在在细菌里边，并能够独立复制，它就像一艘宇宙飞船，载着东西在细胞内外穿梭。

　　科研人员把质粒从细菌体内提取出后，会用一种特殊的酶把它从一个特定的部位切开，把有用的基因插入其中，让它转化细菌，这样就把基因导入到细菌中去了，比如大肠杆菌。大肠杆菌的分裂速度非常块，繁殖能力特别强，质粒所带的有用基因可以在细菌内大量复制，表达大量的蛋白质，经过复杂的分离、提取和纯化过程就可以得到所需要的蛋白质。像干扰素等药物就是这样生产的。

　　目前，用基因工程方法生产疫苗最成功的例子就是乙肝疫苗的制取。它是通过把能诱导机体产生抵抗肝炎病毒的抗体的基因放到酵母或者其它细胞，比如中国仓鼠卵巢细胞中，让其表达，生产出大量免疫蛋白，最后制成疫苗。

　　防治传染病有了药物还不能完全解决问题，最主要的还是以预防为主，但要想有效预防，就必须事先知道疾病是由什么病毒引起的，怎样才能尽快诊断出来。可是———

　　分子生物学怎样诊断病毒

　　洪院士介绍，检测细菌相对容易，把它直接在培养基中进行培养就行。现在，有些病毒可以用细胞来培养、扩增，通过观察病毒侵染细胞时的各种病理反应就能够鉴别出，所以检测、鉴定也相对容易。可现在还有很多的病毒无法通过细胞进行培养，传统的细胞培养技术难以奏效。于是，目前大量的检测试剂诊断病毒，依靠的都是分子生物学技术。

　　洪院士说，现在用于检测病毒的分子生物学技术有很多。比如，通过测定基因序列就可以辨别病毒。虽然有些病毒看起来都一样，比如冠状病毒，它们的外形很相似，但是通过比较它们的基因，却能知道它们之间的细微差别。例如，SARS病毒和引起普通感冒的冠状病毒在形态上是很相像的，但是通过分析它的基因组序列，却发现SARS病毒是一种新的病毒，与以往发现的冠状病毒有很多不同。

　　尽管分子生物学技术已经成为今天人类防治传染病的一种最锐利的武器，但是，到目前为止，用分子生物学防治传染病依然还有许多待解决的难题。

　　不过，王健伟说，随着对分子生物学研究的不断深入，人们对病毒发病机理将会有更深刻的认识，分子生物学在阻断和治疗传染病方面也将起着越来越巨大的作用。