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今书网 -> 其他类型 -> 猫头鹰的万花筒 第二十四夜 病菌（一）
- “高原地区的母亲，将死于库鲁病的人的脑髓挖出来，放在一旁等待下锅，而身边的孩子将这未煮过的脑髓用手摆弄后舔了舔手指。”——这一幕在人类对病菌还不了解的年代经常发生，但这个再普通不过的行为最终断送了孩子年轻的生命。
在哥伦布登上北美洲时，一心想要消灭印第安人的美国白人，只要将因天花丧命的人用过的毯子送给他们就行，因为天花病毒的传播会代替他们完成任务，而不必“脏”了他们的手。
站在病菌的角度看，即使不同病菌的传播方式和途径相差迥异，但它们最终目的是一样的：传染更多的宿主，获得更多的资源，更好地生存繁殖。
比如流感病毒集中在呼吸道，口腔和鼻腔，可使人类免疫系统排毒时（咳嗽、喷嚏）最大程度传播自己。霍乱菌可使人大量腹泻，用以将菌体传播到其他人饮用的水源中或食物中。狂犬病毒能让平时温和的狗出现嗜咬，并将自身大量储备到病犬的口腔内，这样当病犬咬其他动物时就会将自身传播。
如果是为了更好的生存繁殖，我们又怎么理解病菌最终杀死宿主的演化策略呢？
与人类演化一样，是自然选择的结果。假设一种病菌不采用这些极端的形式（腹泻、喷嚏、咳嗽、瘙痒等），那它们就会与宿主共生，选择这条路的细菌很多，人类肠道中就有大量益生菌，细胞中的线粒体也是人类进化早期共生的产物。
那为什么有细菌和病毒不选择共生呢？
资源有限。一个宿主提供的生存繁殖资源是有限的，也就是说在个体内同时生存的菌群是有限的，当食用相同资源（比如糖类）的不同细菌存在，就会产生战争。经过长期选择，胜率大的菌群采取了共生，而无法共生的选择了掠夺，好比草原上的游牧民族，四处征战。
所以，环境决定了存在不顾宿主生死而一味传播的病菌存在，这种策略只有在环境发生变化才会改变，例如宿主数量稀少难以传播，但以目前全球人类75亿的基数来看，这一策略还会延续很长时间。
只有我们痛恨病菌吗？不，它们彼此就是敌人，病菌间的竞争异常残酷。
世界上的大部分细菌几乎每时每刻都在忍饥挨饿，有限的生存资源使细菌之间展开了激烈的争夺。为了消除竞争对手对食物的染指，它们采取了种种策略：
“菌海”战术。繁殖速度非常快，在较短的时间内，“人口”就压倒了那些繁殖速度慢的细菌。
“化学战”，最常见的是抗生素，例如放出氰化氢这样的毒气令对手命赴黄泉。其次是泡菜坛中的乳酸菌，它们在生长过程中分泌出大量乳酸，杂菌毫无生长的机会……
为了更好理解人类与病菌的抗争，我们有必要了解下抗生素的发展过程。
抗生素的最初应用是在1867年，来自于英国外科医生约瑟夫·李斯特。
李斯特注意到，他的许多患者在接受手术之后都不得不截肢，或者很快死去。许多人将此归结于“瘴气”或氧气对开放伤口的影响。李斯特当时已经知道矿物杂酚油（从煤焦油或其他矿物油中蒸馏而成的液体）在防止铁道枕木腐烂上的应用，他决定尝试用一种煤焦油的馏分：“碳酸”来治疗患者的伤口。结果令人震惊：此前普遍需要截肢的复合骨折患者，现在竟然可以在肢体完好无损的情况下康复。
李斯特发现的其实是世界上第一种医用消毒药水，而非抗生素。碳酸对人体具有毒性，因此只能谨慎地用于处理伤口。
随后德国法本公司拜耳实验室的埃尔利希发现，某些染料分子会使一些细胞着色，对其他细胞却没有效果，就像传说中会寻找目标的神奇魔弹一样。埃尔利希意识到，这些染料分子或许能帮助他实现选择性抗生素的梦想。
1909年，埃尔利希的想法最终获得了成功，他和日本助手秦佐八郎发明了砷凡纳明。这是一种有机砷染料，能够在不杀死病人的情况下杀死梅毒细菌。不过，砷凡纳明只对梅毒有效。
1929年，亚历山大·弗莱明发现，培养葡萄球菌的营养琼脂平皿受到了点青霉菌的污染，青霉菌菌落能将葡萄球菌溶解，并抑制周边葡萄球菌的生长。他意识到青霉菌能分泌出有效杀灭葡萄球菌的成分并称之为青霉素。
1943年，美国将开发青霉素列为仅次于核计划的顶级项目，实现了药品大规模工业化生产。至1945年6月，青霉素年产量达到了近6500亿个单位，挽救了成千上万名伤病员的生命。
第二次世界大战后期，青霉素开始大量用于盟军部队，对控制伤口感染非常有效，大大提高了伤病员的生存率和部队士气，被视之为神药。
消毒药水是非常可怕的杀菌剂，但它只能外用，因为在破坏病菌基本结构的同时也会破坏人体细胞的结构，而抗生素不会，到底是什么让抗生素拥有如此神奇的功能呢？
有些细菌结构并不会存在于人体细胞中，即使存在，也非常不同。这就是抗生素功能的关键：利用细菌与人类细胞相似而不相同的事实。
从第一种抗生素被发现以来的将近一个世纪时间里，我们已经发现了一个可以利用的细菌特异性特征库。例如，抗生素磺胺针对的是人类身上不存在的一部分细菌生命过程。叶酸和维生素B9一样，在所有生物体中都是DNA合成的必需物质。人类通过食用水果和蔬菜获得叶酸，但细菌必须通过与人体细胞完全不同的过程从头开始合成。
亚历山大·弗莱明在1929年偶然发现的青霉素针对的也是人类细胞不具有的部分细菌结构：细胞壁。细菌细胞就像是装得太满、用麻线包扎起来的烤肉，麻线就相当于细胞壁，一旦去掉，细菌细胞就会“爆炸”。细菌构建细胞壁的过程很像人们建造篱笆。先放置一些栅栏柱，然后用钉枪将水平支撑木条和木板钉上去。青霉素的作用就是堵住细菌的“钉枪”，使其细胞壁中的“栅栏柱”无法连接起来。
病菌就这么轻易被我们打败了吗？通过观察医院依然人满为患的事实，我想你已经有答案了。
与人类一样，病菌也在不断变异演化，速度却要快的多。
人类正处在与病菌耐药性抗争的最前沿，为了生存，所有生物都在不断演化。
病菌的一种简单防御方法是在抗生素造成伤害之前将其清除，就像用水泵不断从地下室抽水，防止被水淹没一样。病菌的外排泵会不断清除抗生素，阻止它们进行工作。一个外排泵可以通过识别和去除几种不同类型的抗生素来提供多重耐药性，从而成为难以对付的耐药机制。
病菌还可以合成新的蛋白质，在抗生素发挥作用之前断开并解除其功能结构。这个策略最著名的例子是某些病菌产生的β-内酰胺酶，又称为盘尼西林酶。这种新的酶唯一的功能便是打开具有弹性加载的β-内酰胺四元环核心，使其无法作用于病菌的细胞壁。
病菌拥有的另一种防御策略是制造能与抗生素结合的蛋白质酶，作为分子“约束衣”，阻止它们抓住目标并使其成为无助的旁观者。这些酶的工作机制是利用磷酰基、乙酰基、核苷酸基、糖基或羟基等化学基团与抗生素的关键部分结合，阻止它们与病菌的目标部位结合。
对病菌来说，或许最明显和最有效的耐药方法是改变抗生素的目标，使抗生素无法识别出自己。这种耐药方法非常普遍，而且有许多实现的途径。例如，只需将细胞壁“栅栏柱”末端的氨基酸由D-丙氨酸变为D-乳酸，一个非常小的调整，就可以使万古霉素等氨基糖苷类抗生素完全失效。
我们在自然界中发现了许多显而易见的抗生素，但随着时间推移，这样的抗生素已经越来越难以找到。目前我们所使用的广谱抗生素中，除了头孢洛林一种之外，其他都是在10年前发现的，几乎一半发现于1950年到1960年的“黄金时代”。
我们不能小看病菌的抗争，它们一直与我们的免疫系统作斗争，因为病菌变异的速度太快了，它们不断改变自身特性，以便让人体中已经产生的抗体失去辨识能力，从而在下次侵入让原来的抗体失效，病菌利用这种看似盲目的变异，达到了目的。
将这一点做到极致的是HIV病毒，它能够在同一宿主体内完成快速变异，让免疫系统无法有效识别，往往免疫系统刚识别了病毒特征，还没实现联动，它又变异了。
2015年3月4日，多国科学家研究发现，艾滋病毒已知的4种病株，均来自喀麦隆的黑猩猩及大猩猩，是人类首次完全确定艾滋病毒毒株的所有源。
HIV病毒主要攻击人体的辅助T淋巴细胞系统，一旦侵入机体细胞，病毒将会和细胞整合在一起终生难以消除，广泛存在于感染者的血液、**、**分泌物、乳汁、脑脊液、有神经症状的脑组织液中，其中以血液、**、**分泌物中浓度最高。
艾滋病病毒的基因组比已知任何一种病毒基因都复杂。
艾滋病毒会附着在CD4细胞上，再进入CD4细胞并感染它。当一个人被艾滋病毒感染时，病毒便在感染者体内免疫系统内制造更多的病毒细胞，把它变成制造病毒的工厂。艾滋病毒会不断复制，CD4细胞则被破坏殆尽，免疫系统会再制造新的免疫细胞替代死亡的免疫细胞，但是新制造出的免疫细胞仍免除不了被艾滋病毒感染。
人体免疫系统具有压制早期艾滋病病毒的能力。最近的研究表明，大多数新感染患者都会发展出中和抗体。这些抗体是附着在病毒之上的水滴状血液蛋白，如果它们仅面对一个目标，它们就能允许患者作出自我防御。但问题是，艾滋病病毒具有变异的能力，其掩饰自身的本领足以使其逃避抗体的压力，艾滋病病毒最终会瓦解免疫系统，使其耗竭。
综观目前依旧猖狂的病菌，他们都有一个共同的特点：传播有效。那些没有传播机制的病菌，早已灭亡，传播就是生存。
在现代医药出现前，流行病是人类的头号杀手，远超人类的战争死亡人数，一战结束后的一场流行性感冒就让2100万人丧命，黑死病在1346-1352年杀死欧洲四分之一人，在一些严重城市甚至高达70%。
流行病完全符合前面说的不顾宿主死活，只为疯狂传播的病菌特征。一是传播高效（短时间内就能爆发），二是病程短（在很短时间内要么死亡要么康复），三是成为了人类进化的筛选机制（最终幸存下来的基本都是对这种病菌有抗体的人，经过漫长的反复淘汰形成筛选机制），四是与禽流感一样，这些病菌只在人类中高效传播，不会存在其他环境，例如土壤等。
这些特点决定了，流行病都有明显的间断性，有的以1年为周期，有的则以10年甚至更长时间为周期。当一波流感结束，存活下来的人都有了抗体，死去的人都已经下葬（病菌脱离存活条件），短时间内病菌不具备快速爆发的可能，但过了一年后，变异的病菌感染了一个个体，当这个个体周围有足够数量不具备免疫抗体的人时，连锁感染就发生了。
如果人类没有发明抗生素，流行病是最佳的人口自然控制器，当人口数量达到一定规模，它就会在人群中爆发，短时间将人口减少到爆发临界以下，只要人口密度在临界以下，流行病造成的损害就会很小，因为传播条件缺失，传播范围有限。
但是，人类利用自己的智慧，向自然法则发起了挑战，大量抗生素的发明和使用在短期内让人类占了上峰，人类自认为无所不能，肆意践踏自然法则，人口数量也在短短的几百年间上升到75亿。