03 感染性微生物的生命

你的数量多得惊人。据估计，地球上的细菌数量约为500万杼，即数字5后面跟着30个零。这个数字超过了宇宙中已知的恒星数量。据估计，病毒的数量甚至更多，约为10的31次方个。将这些数字与一个成人体内的细胞数量相比较，成人体内细胞约有50万亿个，即数字50后接12个零。

你的存在非常普遍。细菌遍布地球，从海洋最深处到地球大气层高约64千米处。极端微生物是指一种在极端条件下仍能茁壮成长的细菌，可存在于温度高达121℃的地热喷口、温度为-25℃的南极冰层下、压力和酸度极高的地方。病毒可感染所有的生命形式，包括动植物和细菌。

你有着难以置信的复杂和美丽。例如，许多病毒表现出具有许多对称性的二十面体形状，包括其“脸上”的三重对称性和角顶上的五重旋转对称性。然而，由于它们太小，无法被可见光看到，因此缺少颜色这一属性。微生物的美丽甚至让人感到“奇怪”，因为有些病毒会对它们感染的有机体造成可怕的伤害。

你忙得不可开交。你与其他生物之间至少有两个共同的功能，即生存和繁殖。为此，你需要按顺序执行一些活动。你可能会认为这些活动是一个由六个环节组成的链条，其中每一个环节都是整个链条保持完整所必需的。但医生和科学家们在预防和治疗传染病时试图去打破的，也正是这六个环节（之一）。

1　一种病毒（棕色）正在攻击细菌（红色）。

2　与季节性流感有关的甲型H3N2流感病毒。

3　一个病毒登陆细菌的示意图。

挑战

你的第一个任务是进入宿主。在人类疾病中，病原菌最常见的入口是呼吸系统，特别是鼻子和喉咙，其他常见的入口还有胃肠道和泌尿道。许多感染性微生物的表面都有黏着素，可使它们能够附着在宿主的细胞上。然而，它们最初附着的细胞并不总是最终导致疾病的细胞。

你的第二个任务是在一个特定的位置上“立足”。许多病原体含有或产生侵袭素，如能够使它们进入宿主组织和细胞的酶。进入细胞是至关重要的一步，因为如果病原体留在细胞外，则通常无法获得细胞所含的营养物质。例如，沙门氏菌和志贺氏菌通过进入肠道黏膜的细胞从而引起腹泻病的发生。

你的第三个任务是避开宿主的防御。这是病原体进入细胞的另一个原因，因为一旦进入细胞，它们通常就会受到宿主细胞的保护，以免被宿主的防御系统（如在血液中循环的抗体）攻击。但感染性微生物在细胞外时也会避开宿主的防御。例如，一些病原体可产生使它们避开吞噬作用的包囊。吞噬作用是指一些白细胞吞噬和破坏细菌的过程。

你的第四个任务是繁殖。一种神奇的微生物繁殖策略涉及铁的使用，铁在病原体和宿主细胞的能量代谢中均起着重要作用。一些细菌和真菌可产生称为铁载体的分子（来自“持铁者”），与宿主细胞相比，这种分子与铁结合的能力更强。事实上，这种病原体已经采用了一种从宿主身上“偷”铁的方法，从而为其提供生存和繁殖所必需的关键营养素。

1　病毒利用宿主的遗传物质进行自我复制。

2　病毒经常通过气溶胶传染和传播。

你的第五个任务是制造毒素。毕竟，如果你对宿主没有产生某种毒性或伤害的话，你就不是病原体了。一些病原体会产生外毒素，指除病原体之外的对宿主细胞造成损伤的分子。比如霍乱弧菌，它的外毒素可导致宿主出现严重的腹泻。相比之下，内毒素存在于感染性微生物的表面。内毒素导致疾病的一种方式是通过引起严重的免疫反应，从而损害宿主细胞。

当然，作为一种病原体，你要小心自己的毒性。如果你对你的宿主造成了太严重的伤害，就相当于你把自己的家摧毁了，而你也许还没来得及进行繁殖。或者，如果你的宿主没有能力进行繁殖，那么你的后代就没有家了，这也是问题。因此，许多病原体已经发展出能够调节毒素产生的机制，即宿主虽然会生病，但不会太严重。

你的最终任务是长期生存。这可能意味着在宿主体内永久“居住”或将你的后代传给其他宿主。引起水痘的病毒就是一个例子，这种病毒会引起水痘，而水痘通常是一种主要发生在儿童身上且相对无害的急性传染病。急性感染期之后，病毒会在脊髓附近的神经细胞中存活下来。但几十年后，它可能会重新被激活，导致另一种疾病的出现——被称为带状疱疹的疼痛性皮疹。

你还有一种更为人熟知的策略，就是向新宿主传递病毒。许多呼吸道病毒，如普通感冒、流感和冠状病毒，都通过呼吸道飞沫进行传播，如病人打喷嚏或咳嗽。其他疾病，如霍乱，是通过粪口途径传播的，严重的腹泻会使其传染性更强。还有一些病毒，如引起艾滋病的逆转录病毒，可以通过性接触或共用针头传播。

3　病毒粒子入侵和摧毁细菌的详细显微照片。