若干年后，如果談起2020年，一定不會忘了這些場景：春運時的火車站和機場，沒有人山人海，只有戴著口罩的**人員;大年初一的街頭，沒有走親訪友的熱鬧，只有稀疏的貨車在朝著同一個方向飛馳;口罩、酒精、消毒液成為熱詞，朋友圈里充斥著求購口罩的聲音。而這一切，都因為一個陌生的醫(yī)學名詞——新型冠狀病毒。

那病毒是什么呢?它們是如何繁殖的?領科教育上海校區(qū)A2-6的雷同學制作的關于病毒知識的視頻或許能給我們低年級的同學帶去一些思考。

領科教育上海校區(qū)學姐給你云補課

病毒的基本結(jié)構(gòu)

首先，引入一個詞叫做acellular也就是非細胞組成的，這就是很多人知道的病毒是沒有生命的，因為病毒沒有辦法自身完成新城代謝也沒有辦法不依靠宿主進行繁殖，所以它不能被我們納入生物的分類當中。但它也不是死的東西因為跟單純的化學物質(zhì)相比，它自身攜帶著遺傳物質(zhì)，所以病毒其實是shady area between life forms and chemiacls，介于生命體和化學物質(zhì)之間的一種東西。

接著，我們來看一下病毒的結(jié)構(gòu)。病毒其實是一個非常簡單的結(jié)構(gòu)，可以理解為形態(tài)各異的蛋白質(zhì)外套*裹著里面重要的遺傳物質(zhì)。遺傳物質(zhì)有DNA或者RNA，而外殼capsid的主要作用呢就是保護里面的遺傳物質(zhì)，capsid是由很多個這樣的小球叫capsomere微粒組成的。以上是所有病毒都具有的結(jié)構(gòu)。左邊這幅圖就是一個typical的結(jié)構(gòu)簡單的二十面體的腺病毒，而spike protein刺突蛋白呢是有特異性能夠與宿主細胞膜上的受體結(jié)合幫助病毒進入宿主細胞的蛋白質(zhì)，簡稱S蛋白，這個呢也是研究新型冠狀病毒結(jié)構(gòu)的關鍵，因為它和SARS病毒一樣，通過spike protein與黏膜上皮細胞的ACE2受體相互作用與細胞融合進入我們體內(nèi)。因為這一點，spike protein也可能會成為進行疫苗和抗體研究的一個比較理想和有效的靶點。

最后，就是略顯復雜一些的結(jié)構(gòu)。很多病毒在capsid外還*裹著一層envelope*膜，在*膜上有g(shù)lycoprotein糖蛋白，其實就是剛剛提到的spike protein。有些人會說，啊好像這個跟細胞膜結(jié)構(gòu)有點像誒，沒錯這層*膜就是病毒在宿主細胞內(nèi)復制完在被送出細胞的時候裹上的一層宿主細胞的phospholipid細胞膜，不過上面的glycoprotein是病毒自己的，后面我們會講到具體這是怎么形成的。有一些病毒體內(nèi)還會有自己的enzyme酶，通常是宿主細胞內(nèi)不存在的酶，一般攜帶RNA的病毒體內(nèi)能找到一些酶比如說RNA polymerase等等，后面在分類里我也會再提到。

病毒的分類

其實病毒會根據(jù)結(jié)構(gòu)、形態(tài)、宿主類型、性質(zhì)等特征進行分類。但這次我要講的是根據(jù)它們的遺傳物質(zhì)來分的類?？赡艽蠹?*反應也跟我一樣，那不就是DNA病毒和RNA病毒嗎。其實并沒有那么簡單。值得一提的是，病毒的遺傳物質(zhì)跟一般生物不一樣。我們印象里DNA是雙鏈RNA是單鏈，但在病毒里，DNA和RNA都分別可以以單鏈或雙鏈的形式存在，是不是很神奇。所以我們用遺傳物質(zhì)的形式把病毒分成了六個大類：double stranded DNA、single stranded DNA、double stranded RNA、single stranded RNA。除了以上四類，在single stranded RNA這一大類中，我們又根據(jù)rna的性質(zhì)分成了三類。也就是視頻中的四五六類。這其實要跟病毒在宿主體內(nèi)的復制有關。病毒借助宿主細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)制造工序來轉(zhuǎn)錄自己攜帶的遺傳物質(zhì)以達到制造它所需要的病毒蛋白。回顧一下正常細胞制造蛋白質(zhì)的過程，一條DNA中有一條鏈作為template，在轉(zhuǎn)錄的過程中生成MRNA，MRNA在ribosome上合成蛋白質(zhì)。來看一下**二三類病毒，它們都可以有一條鏈作為template通過轉(zhuǎn)錄形成mRNA由此形成蛋白質(zhì)。但是singlestranded RNA卻又兩種不同的情況，這條RNA可以作為mRNA直接進入translation，也就是第四類。它也有可能是mRNA的template，攜帶這種RNA的病毒被列為第五類。第五類病毒，它需要用自身攜帶的enzyme根據(jù)自己的RNA合成一條complementary與它互補的RNA鏈作為MRNA然后進入translation。宿主細胞里并沒有這種酶，這就是為什么之前我說一些RNA病毒會自己攜帶viral enzyme了。

最后，還有一類single stranded RNA病毒，也就是第六類，著名的HIV就是這種病毒，它攜帶的enzyme能夠把RNA逆轉(zhuǎn)錄成DNA嵌入宿主細胞的DNA中，讓它跟隨宿主細胞的DNA轉(zhuǎn)錄幫助自己生成蛋白質(zhì)。

病毒的復制周期

關于病毒的復制周期，其實要講的是病毒進入宿主細胞體內(nèi)后如何利用細胞內(nèi)的機制制造更多新的病毒。先來看一個結(jié)構(gòu)最簡單只有capsid和dna的病毒。當病毒通過capsid上的蛋白質(zhì)進入到宿主細胞后，它就會解體，釋放capsid protein和DNA。DNA上攜帶了編碼capsid protein的基因，因此它通過宿主細胞酶的作用生成MRNA進入蛋白質(zhì)制造的工序，生成更多capsid protein，而DNA自身也在酶的作用下復制出更多條相同的DNA。最后，capsid protein和DNA重組，形成新的病毒，它們移除體外尋找下一個宿主細胞進行下一次的復制。

再看一個例子，有envelope的RNA病毒。這里的RNA是作為mRNA的template。前面的過程一樣通過envelope上的glycoprotein與細胞膜的receptor結(jié)合進入宿主細胞體內(nèi)，RNA作為template生成MRNA，這次除了capsid protein，還會生成glycoprotein。我們知道在蛋白質(zhì)上加糖鏈的過程是在ER內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和Golgi Apparatus上進行的，最后會以vesicle的形式運出細胞體外，這些glycoprotein會被運到宿主細胞膜上，等到capsid protein和新復制的rna結(jié)合完成運出細胞時，細胞膜連同上面的glycoprotein會同*裹在外面，這樣完整的病毒就生成了。

接下來，我想講一下HIV這個非常特別的replicative cycle。HIV的宿主細胞通常是免疫系統(tǒng)的helper T cell。首先，HIV envelope上的GP120和GP41protein與細胞膜上的CD4 receptor和CCR5 coreceptor作用進入T細胞中。然后，HIV里的幾個非常厲害的酶就會發(fā)揮作用。reverse transcriptase逆轉(zhuǎn)錄酶會將HIV的RNA逆轉(zhuǎn)錄成DNA。Reverse transcriptase有兩個active site：polymerase和ribonucleaseH，polymerase將rna轉(zhuǎn)錄為一條RNA和一條DNA合成的雙鏈，而ribonucleaseH把它們分開，單鏈DNA再次進入polymerase合成雙鏈的DNA。intergrase整合酶將DNA的3’和5’切斷一部分形成sticky end，這樣DNA就能夠順利插入宿主細胞自己的DNA中，并且參與細胞自身的蛋白質(zhì)合成。最后的步驟就跟之前的例子一致了。我們說這是一個非常聰明的辦法是因為HIV利用逆轉(zhuǎn)錄的方法將自己的基因永久插入宿主細胞的DNA中，隨宿主基因組一同復制，進入潛伏期，在某些條件下激發(fā)進入lytic cycle便會生成新的病毒，宿主細胞被破壞新病毒會尋找下一個宿主細胞去感染。

在這次的疫情面前，與其頻繁地刷著最新的新聞感到憤憤不平，不如多學習一些關于疾病本身的知識，更理性的去做出判斷和應對措施。在神秘的事物前，比較好的方法就是去了解它，這樣我們才能更自信地去面對。

—— 雷同學

回望過去，威脅人類的各種病毒并不少見。甚至可以說，人類的歷史，就是與病毒抗戰(zhàn)的歷史。從開始的大范圍恐慌茫然、到醫(yī)療人員的暗中摸索、再到實驗室的分工合作。歷史的進步是血與淚換來的。所以，在這個特殊的“宅家學”中，同學們不妨跟著雷蘭昕學姐學習了解病毒，找尋擊敗病毒的答案。

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