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文｜觀察未來科技
我們生活的世界中充滿了病毒，病毒造就了地球今天這樣的環境，只要有宿主物種存在的地方就有病毒，就有病毒存在，海洋、冰川、沙漠、火山，當然還包括在我們的身體里。病毒會在我們的身體內外不停地穿梭。每一天中，你體內的病毒數量是你體內細菌數量的10倍以上。
病毒可以感染所有的物種并生活在其中，從細菌到藍鯨到紅木。地球上病毒最多的地方就是海洋里，在一升的海水里，有1000億的病毒顆粒。這些病毒在基因交換的過程中，就造與促成了海洋生物的演化?？梢哉f病毒維持著生態的平衡，并且默默地改造著地球的環境。
正是基于病毒對于生物演化獨特的作用，在科學家們不斷認識病毒的同時，科學家們也在嘗試不斷改造病毒，并為人類所用。正如病毒與人類共存的上萬年里，病毒并不是全然有害的，而有益或者能為人類所用的病毒，還將幫助人類朝著目標的方向行進，并對進化產生積極的作用。
病毒推動人類文明的演化
大多數人真正感受到病毒的存在，或許還是因為新冠疫情。但實際上，一直以來，病毒和人類的關系都遠比我們想得要更密切。人類身體上的病毒組有幾萬億個，都生活在我們的細胞內外，此外還有更多的病毒待在我們體內的細菌當中。
更重要的是，病毒深刻影響著人類的進化。近些年來的人類基因組研究揭示，我們的基因組里有成千上萬病毒基因的痕跡，而這些病毒基因的頻繁變異以及新病毒基因的侵入，無時無刻不在發生著。美國著名科普作家齊默的《病毒星球》一書中就指出，地球上生命的基因多樣性，很大一部分即蘊藏在病毒之中；我們呼吸的氧氣，其中很大一部分是在病毒幫助下產生的。
連地球的溫度都與病毒活動息息相關。我們人類基因組一部分就來自感染了人類遠古祖先的上千種病毒。齊默在《病毒星球》一書的末尾還寫道，人類作為哺乳動物的一員，已經跟病毒組成了難以分割的混合體。清除了體內的病毒基因，我們可能無法活著從子宮里生出來。
雖然病毒和人類進化關系密切，但至今，人類對于病毒組還所知甚少——病毒就好像“自然界和人類身體內的暗物質”。我們知道它在那兒，卻很難描述它，也不知道它在做什么。
人類病毒組可以說是我們的第四個基因組。它直接或間接地與我們的其他三個基因組相互作用著。就像我們的基因組、表觀基因組和微生物組一樣，每個人的病毒組也是十分獨特的。病毒生活在我們的腸道、口腔、肺部、皮膚，甚至血液中。當然，大部分人存在人體內的病毒組一定是良性的，我們與病毒相互依存、共同生活了幾千年，病毒組一定給了我們一定的意義。
具體來看，作為人類快速進化的重要組成部分，病毒攜帶、交換和修改著DNA，從一個細胞到另一個細胞，從一個物種到另一個物種。它們在各個層次上都在驅動著進化，包括細菌、植物、動物和人。最簡單的一個例子，就是細菌抗藥性基因從一個細菌傳播到它的所有同類，再傳播到所有類型的細菌，傳播到其他所有地方。一旦一個微生物身上出現一次有益突變，病毒就會協助其把這個變異迅速傳播到整個微生物群落，甚至更廣的范圍。
有時候，病毒DNA還會把自身嵌入人的DNA里，在人類DNA里潛伏下來，或者在我們最不需要的時候活躍起來，導致口唇皰疹不停復發，或是早已痊愈的水痘處泛起皰疹，甚至是誘發癌癥，特別是在我們的免疫系統變得虛弱的時候。在有些情況下，病毒還能嵌入精子和卵子的DNA里，然后傳遞給下一代。
病毒入侵有機體后，假以時日，可能會發生三種情況。第一，病毒殺死有機體——畢竟，從過去到現在，病毒導致的傳染病殺死了數百萬的人、動物、昆蟲、植物和細菌，最后的結果是病毒可以繼續感染的宿主越來越少，最后病毒也逐漸消亡了。第二，身體殺死病毒，病毒停止傳播。第三，病毒和宿主物種協同進化，比如人類。隨著病毒的毒性減弱，宿主的免疫系統也就不再去攻擊人體內的病毒。
讓病毒為人所用
除了病毒消滅了人體，以及人體消滅了病毒外，人們之所以很長時間以來沒能了解病毒與人類的共生，是因為科學家們一般會把精力放在那些傳染性極強的有害病毒上，而要研究其他病毒則很難拿到研究資金。
然而，正是人類與病毒共生的情況部分地解決了人類快速進化的難題。全新的基因或者基因變異體總是來自入侵人類基因組的病毒。病毒另一個人們都已經知道的特點，就是變異快。2013年，一項關于人類腸道病毒組的研究跟蹤檢測了一個人體內病毒的種類、數量和變異情況，結果發現，其中有478種相對普遍的病毒，而絕大多數以前都沒有識別出來。大部分病毒都是噬菌體，就是可以感染細菌的那類病毒。
80%的病毒在兩年半的觀察時間中都存活著，但它們都變異了，變異的速度各不相同。有些病毒變異得非常之快，以至于后來它們都被認定為新的物種。
人類整個基因組中至少有8%的序列的源頭是病毒。10多萬個逆轉錄病毒DNA片段嵌在我們的核心基因組里，在那里它們已經復制傳播了幾千年。
也是基于病毒對于人類演化獨特的作用，在科學家們不斷認識病毒的同時，科學家們也在嘗試不斷改造病毒，并為人類所用。一方面，一些病毒促成了生命科學中很多重要規律的發現，歷年諾貝爾獎中至少有14項頒給了與病毒有關的研究。由于病毒的組成和結構相對簡單、容易操作，科學家們常常先從病毒學的研究中受到啟發，進而管窺到自然界的奧秘。
比如，霍華德·特明、戴維·巴爾的摩從病毒中發現反轉錄現象，完善了生命的“中心法則”。又比如，彼特·杜赫提、羅夫·辛格納吉在研究體內免疫細胞對病毒的識別時，發現了決定器官移植時是否排斥的主要組織相容性復合體，為免疫遺傳學奠定了基礎。
另一方面，病毒之毒也給了人們以毒攻毒的機會。比如，脊髓灰質炎病毒是引起小兒麻痹癥的元兇，為了預防這種病毒，要給幼兒吃一種糖丸，而這種糖丸就是一類安全有效的減毒活疫苗——其有效成分就是基因組變異后毒力減弱的病毒株。糖丸疫苗自20世紀60年代由美國科學家阿爾伯特·沙濱發明后得到廣泛應用，有效降低了全球小兒麻痹癥的發病率。
還有一種被稱為病毒載體疫苗的技術，會讓“從良”的病毒形成免疫記憶。通過在體外改造病毒，在細胞內大量擴增、純化后制備的病毒載體疫苗，是把病毒進行了“移花接木”的改造，使其“從良”，然后在健康人體內形成免疫記憶。
項目負責人、中國工程院院士、軍事醫學研究院研究員陳薇說得形象：在“學習”病毒的前提下，對病毒進行“手術”，用移花接木的方法，改造出一個我們需要的載體病毒，并注入人體產生免疫。
利用和改造病毒
改造病毒，才是對病毒最高級的應用。病毒基因組上有許多功能強大的遺傳元件，利用這些遺傳元件，科學家們設計了各式各樣的載體，成為實驗室里不可或缺的分子生物學工具。我們將病毒基因組中的致病成分刪除、替換上外源基因，病毒就變成了運載基因的“小汽車”。今天，這些“小汽車”已經開始應用于臨床，治療某些遺傳性疾病和腫瘤。
比如，在基因治療中，使用病毒載體向活體生物的基因組里插入基因。病毒之所以適合做載體，是因為其自身的特異性。畢竟，病毒演化出了極為有效的方式，可以滲透進一切類型的細胞。無論是哪個種類的生物，包括細菌、植物、動物等都必須對抗寄生性病毒，因為病毒的唯一目的就是劫持細胞，把它們的DNA插入宿主，并借助宿主細胞完成自身的復制。
在億萬年的演化過程中，病毒幾乎“摸清了”細胞防御系統的每一個弱點，它們向宿主中安插基因的策略近乎完美。因此，作為工具，病毒載體極為可靠，研究人員使用病毒載體向目的細胞中投遞基因的成功率接近100%。
病毒不僅知道如何把自己的DNA導入宿主細胞，而且知道如何把它們融入宿主的基因組。二十世紀二三十年代，科學家開始利用細菌進行遺傳學研究。然而，令科學家感到困惑的是，細菌的病毒（噬菌體）看起來好像是憑空出現，引起了感染。后續研究表明，這些病毒實際上把它們的基因組打碎成幾個片段，插入基因組，并潛伏在那里，直到條件合適才引起感染。
逆轉錄病毒，比如艾滋病毒在人體里也會做同樣的事情，它們把自身的遺傳信息打碎，安插進細胞的基因組里。由于這個特點，逆轉錄病毒很難被根除，結果，它們在我們的基因組里留下了不可磨滅的印記。人類基因組里有8%——超過2.5億個DNA堿基——是古老的逆轉錄病毒感染人類祖先所留下的“遺跡”。
基于病毒載體的應用，基因治療得以飛速發展。并且，通過新的生物技術和新的生物化學方法，科學家在20世紀70年代開始開辟新的途徑，剪切DNA片段，復制DNA片段，讓其進入基因組，或者分離出特定的基因序列。他們開始把治療性基因引入病毒，同時移除有害的基因，使病毒不會破壞受感染的細胞。
在這個過程中，這些病毒被改造成了無害的“運載火箭”，把特定的遺傳物質運輸到指定位點。到了20世紀80年代末，研究人員已經可以利用改造的逆轉錄病毒成功在實驗室小鼠里引入重組DNA。
病毒在不斷進化，但人類認識、改造病毒的探索也不會止步。在未來，人類對病毒性疾病的防控會越來越得力，改造病毒的能力也會越來越強，這也將為人類帶來更多福祉。
