病毒入侵的故事—BBC細胞的暗戰The Hidden Life of the Cell
寫在前面
本周推薦一部英國BBC的的精彩科普紀錄片《人體奧秘之細胞的暗戰》英文名《Our Secret Universe: The Hidden Life of the Cell》，側重講病毒入侵和免疫應答的故事，與每個人息息相關，全片CG動畫特效堪比《魔獸》，絕對震撼。
簡介
每時每刻，你的身體中正進行著一場大戰。這場起源於幾十億年前的戰鬥現今仍然在我們每個的體內發生。
這是關於病毒入侵的故事——細胞的生死之戰。從細胞的內部世界揭示了人體細胞系統的精細機制：從狂熱的、扮演著針對進出細胞的每個物體的安全防禦系統的細胞膜、貫穿細胞的輸送物質顆粒的細胞架、以及保持整個細胞世界運轉的線粒體，到保存著DNA的細胞核和成千上萬種各自擁有不同的蛋白質的合成。而病毒正是旨在劫持這套系統以為其所用：製造更多的病毒。
自我們呱呱墜地以來，身體就具備了，完善的抵禦、免疫機智。病菌出現一種新的變體，相應的我們免疫系統也會開發出一套新的抵禦機制。
然而，縱觀現今的藥物泛濫，使免疫系統原來越多的依賴藥物，身體越來越少的主動抵禦、主動研製新方式抗毒，反倒病菌在藥物不斷地刺激下 變異、偽裝能力愈來愈強。而我們自身的免疫系統，卻被我們養尊處優起來。不敢想像，假如某一天研製藥物的資源被我們耗盡，那時，我們的機體是否有能力抵抗，這「藥物煉獄」中頑強生長的病毒 。
圖文介紹
在我們人類所居住的這個地球上，目前已經容納的人口總數超過了七十億。我們覺得這是一個了不起的天文數字。
不過，如果把我們的身體比做一個地球的話，那麼，在我們身體里，科學家們發現，它所容納的屬於它那個世界的生命——細胞，竟然達到了120萬億個。
這是一個什麼概念呢？相當於地球每承載一個人，我們身體這個世界就要承載近兩萬個同樣鮮活的生命。
細胞是構成人體的最小單位。然而，每一個細胞表面之下都含藏了一個比科幻小說更為離奇的世界。藉助放大五萬倍的電子顯微鏡，我們可以看到發生在這個神奇世界裡的一切。
在這個世界裡，數十億微型機器每時每刻都在各司其職，相互協作。
有數以億萬計的馬達蛋白，它有強健的肢體和雙腳，能夠將細胞所需要的養分和物質，通過細胞內特殊的軌道運送到細胞的每一處地方。
有被稱為線粒體的微型機器，它們能夠自由漂移，其內部有個每分鐘旋轉一千多次的渦輪，能給細胞的生存帶來能量。
有無數的白細胞，它們有敏銳的嗅覺和快速的行動力，可以隨時出擊，吞噬入侵體內的各種細菌。
細胞有它們自己的交流方式，可以通過激素等信號物質，接觸、胞間連絲等方式進行信息的交流。
在細胞這個世界裡，巨量的蛋白質可組成令人驚嘆的構造，比如支撐細胞的內部骨架。這些宏偉的支架結構，根據受力的改變不斷調整，通過自建與重建，賦予細胞形狀和堅韌度。
當搬運工的馬達蛋白，它們利用細胞骨架為公路將養料、化學物及生命必需物運送到需要的地方。
這世界裡的一切都在按照一個精妙無比的計划行事，而這計劃被珍藏在每個細胞的中心深處。
細胞核就像個儲藏室，用來存放指導生命運作的說明書，即DNA。這種雙螺旋結構的 DNA有兩萬多條指令，指示我們的細胞該在何時製造何物，該怎樣組建細胞乃至整個人體。
人類的每一個細胞都包含一個極為複雜、令人驚嘆的世界，它們聽從其核心，細胞核的指揮，永不停歇地執行著 DNA的指令。
然而我們的細胞也在不斷遭受攻擊，這個細胞將要面對的是位宿敵，引發這種抗衡的起因非常普通，你甚至都不會察覺，我們每天都在遭受這些無形生物的頻頻轟炸——細菌與病毒。
我們有皮膚，作為第一道防線抵擋它們入侵，但我們也有致命的弱點，我們的嘴巴鼻子是通往外界的開放通道，我們會觸碰物體，會摸嘴唇，揉眼睛，擦鼻子，它們得以入侵。一旦進來了，就無法驅逐。
這支「外來大軍」通過噴嚏傳播，被吸入我們體內無數的入侵者一心來搞破壞。
我們最常見的敵人是腺病毒。這種病毒設計精良，每個都只抱著一個目標，突破細胞的重重防線，入侵細胞核。但凡有一個病毒進入細胞核，就能控制整個細胞，並在細胞內繁殖不下萬次。這可導致各種後果，可能是普通感冒，也可能是肺炎，甚至是死亡。
但我們的機體已經準備好了，當病毒接近細胞時，將會受到第一重抵抗，它們便是抗體。
這種 Y形蛋白會識別外來入侵者，它們在細胞之間來回巡邏，監控是否有病毒。一旦識別出入侵者，抗體會將自己緊鎖於病毒的「盔甲」上，將它們連環鐐銬，使它們變成專門吞噬外侵者的白細胞的盤中餐。抗體和白細胞聯手組成了人體免疫系統的第一道防線。
免疫系統著實令人驚嘆，它不斷進化，能識別並消滅入侵的微生物。而那僅僅是你身體防禦的一部分，人體在抵抗病毒各個階段的功能均被編碼為 DNA。
儘管身體迅速做出免疫應答，成千上萬的病毒仍然能衝過防線。但在細胞表面，它們遇到了下一道阻礙——細胞膜，即細胞的皮膚。
細胞表面十分複雜，成百上千的受體蛋白從細胞表面伸出，它們各自擁有獨特的功能，其中一些會將信息從細胞外傳遞到細胞內，其他一些則可將整個貨物運進去。
每個細胞膜都是個動態保護層，包含掌管物質進出的監控。蛋白質小分子如水和氧氣，可以直接穿過細胞膜。大一些的分子例如糖，則必須通過專用泵進入細胞。而最大的分子若想進入細胞，則需要一把特製鑰匙。在細胞表面不停巡邏的哨兵們會識別這些蛋白鑰匙。這套精密的系統防止有害分子進入細胞內部。
但是經過數十億年的進化，腺病毒演變出了自己的鑰匙，就鑲在這些突出的纖維尾部。抗體仍會附著在其中一些纖維上，封鎖住大部分偽造的鑰匙，但並非全部。
逐漸地，細胞表面的哨兵被欺騙，病毒大軍潛入了細胞內部。在這與細胞的較量中，病毒在第二關勝出。
細胞做好了迎接這些致命入侵者的準備，誤將病毒認作重要營養物的細胞，指示特殊的蛋白質匯聚成一個球體。它們從細胞膜上掐出一個囊泡將病毒包裹在內，最終，一個分離蛋白將囊泡釋放將病毒運入細胞內部，無意之中，細胞促成了自己的衰亡。
這支入侵病毒大軍中的每個成員都攜帶了足以摧毀細胞的致命武器，它的蛋白質衣殼含藏多層偽裝，留有多種騙術，在其內核攜帶了一小束 DNA，這是它的終極武器，是進化和設計的傑作。
嚴格來說，病毒並非活著的，它無法自食其力地繁殖，而只能靠劫持細胞部件進行自我複製。
然而細胞仍然擁有強大的防禦系統來阻止這群殺戮機器。
細胞接收到的所有物質都會被送到一個叫核內體的分揀站，核內體對傳入物質進行加工，並決定將它們運往細胞的哪個部位，此過程的第一步就是將它們分解。病毒大軍即將被侵蝕。
分揀站內壁配有專用的蛋白質泵，泵吸入特殊原子，使核內體的內部呈酸性，酸將大分子營養物分解為小分子，從而便於細胞對其的運輸和利用。當酸侵蝕掉病毒的衣殼病毒開始被分解。
這本應是腺病毒的末日，但是，酸正是病毒逃離計劃的一部分。病毒纖維首先被分解開，但它們的瓦解釋放出一種隱藏於內部的特殊蛋白質，會將自己粘附於分揀站內壁，將壁膜撕開，釋放病毒。
但並不是所有病毒都能逃脫，許多病毒依然被抗體緊緊粘附，其最初作用是提醒免疫系統入侵者來襲，而現在卻確保病毒衣殼無法分解，使纖維無法脫離，因此逃離蛋白質也就無法釋放。
無數病毒在逃離前被酸侵蝕，但仍有足夠病毒被釋放，如今已沒有任何防線阻擋這些病毒攻入它們的最終目的地——細胞核。
細胞膜之下，大量的馬達蛋白即分子搬運工，正等著運輸核內體加工好的營養物。病毒已進化出能依附於馬達蛋白的精確結構，現在它可以利用線粒體產生的能量了，病毒向細胞核邁進。
它劫持了細胞自身的運輸系統，被帶往細胞核，以及它的終極目標，劫持複製DNA所需的機械從而控制細胞。
這雙微小的機動腿是自然界的奇蹟，將其正常速度放慢三十倍，它們的運動就會清晰可見。但若以每秒超過一百步的實速播放，它們只會是模糊一閃。
腺病毒襲擊細胞，入侵細胞核只需花幾個小時，病毒需要利用人體細胞的機制來達到它自私的目的。
但細胞自身也有一套內部免疫系統。細胞內部有一整套消滅病毒的機制。
有一種特殊的蛋白質，分布在細胞運輸系統各處，搜尋攜帶抗體的物質。這種蛋白的絕妙之處在於它運用了細胞原有的系統，一旦附著於抗體它就會向名叫蛋白酶體的細胞機發出信號。蛋白酶體在細胞中起到回收蛋白的作用，它被招來將病毒摧毀，分解成非常小的碎塊。
一旦依附，防禦蛋白就會啟動連鎖反應，吸引特殊的標記蛋白，它們一起將病毒標上摧毀記號。接下來只是時間問題了，等待回收機的到來，它們把病毒絞成碎片。
在防禦蛋白和回收機的共同努力下，幾小時內就能殲滅病毒大軍。
然而往往只需一個病毒，便能控制整個細胞，感染就會傳播到全身。個別沒有抗體粘附的病毒逃脫了被粉碎的命運，通向細胞核的道路暢通無阻，病毒進入了細胞的控制中心。
腺病毒已經證明了自己是個欺詐高手，不斷利用細胞的機制來達到自己的終極目標。
細胞的 DNA機械無法區分自身 DNA與病毒 DNA，它們開始盲目地將病毒的遺傳編碼，轉錄為給細胞的執行指令，繪出了自我毀滅的藍圖。
病毒佔領細胞僅一天之後，就已取得了全面控制權。隨著正常給養的停止，細胞開始衰敗。僅有的活動就是在細胞核內製造新的病毒大軍。
新軍隊可以自動組裝，病毒怎麼知道如何入侵人體細胞，如何衝破防禦並進入細胞核。
我們知道病毒與細胞協同進化了很長時間，但還不止於此，它們之間還有著驚人的密切關係。原來，攻擊我們的病毒正是由人體自身的細胞碎片演變而成。
病毒進入人體兩天以後，曾是細胞控制中心的細胞核成為了上萬病毒大軍的避風港，細胞核外的蛋白質工廠在病毒指示下，開始製造破壞性蛋白。
第一種破壞蛋白被釋放到衰敗的細胞中，專門攻擊細胞骨架。這次攻擊是災難性的，失去骨架的支撐，細胞開始塌陷。
此時，病毒又將注意力轉向核膜，並釋放出第二種破壞蛋白質，名叫腺病毒死亡蛋白。它鑽入核膜，並將其削弱，細胞核再也無法容納激增的病毒，細胞核之外已是一片廢墟。僅僅48小時前的那個和諧歡樂的社區現已面目全非。
至此，細胞已無回天之力，病毒像洪水般地湧向周圍的組織攻擊臨近的細胞，並將感染擴散到全身。
對這個細胞來說，戰役已結束。但人體真正的戰爭才剛剛打響，我們身體內免疫系統將以強大的戰力和快速反應，調動全身心的力量，來迎擊病毒所帶來的災禍。
當病毒還在細胞內部忙碌時，受攻擊的細胞在垂死之際發出了信號，身體里大量的巨型白細胞向被侵略的細胞聚集，吞噬逃逸的病毒。它們也在學習如何擊敗這些入侵者，一旦病毒被免疫系統發現，你體內的安全系統便會提升級別，其益處就是，負責生產抗體的細胞將生產出專門針對這種病毒的抗體，並複製出大量和自身一樣的白細胞。
它們以每秒生產五千個的速度釋放大量抗體，湧入血液和細胞間隙，拓展防線。當病毒從臨死的細胞中湧出時，它們會被抗體標記，然後被白細胞消滅。
為保萬無一失，白細胞會吞噬附近所有可能被感染的細胞。與此同時，周圍的健康細胞也做出最偉大的犧牲，毀滅自己，以阻止病毒的傳播。
只有到了這個階段，我們才會意識到發生在自己體內的戰役。加速的血流將更多白細胞送抵戰場，導致鼻部組織充血紅腫，我們感覺到的鼻塞，實際上正是猛烈攻擊病毒的跡象。
一旦被一種病毒感染過，能製造對付該病毒抗體的白細胞將永遠保留在你的骨髓中。
如果你再次感染同種病毒，免疫系統會知道如何應對，知道應製造哪種抗體，並可迅速做出反應。免去你病痛之苦。
依靠團隊合作，人體的免疫系統終於阻止了病毒感染的擴散。但這只是永無休止戰爭中的一場戰役。
在經歷了這樣一場令人驚心動魄的病毒與我們人類的大戰之後，你是否會聯想到以下這樣一個問題？
病毒不管沉睡千年萬年，它卻自始自終帶著它生命中唯一的一個使命，就是要進入我們人的身體，盜取我們生命里最機密的密碼——DNA，複製它醜陋的生命。
更為可怕的是，病毒居然還會帶有我們人類身體里的密鑰？這究竟是怎麼一回事？這一切是偶然的嗎？
附錄：相關精彩動圖
細胞是神奇的，每個細胞內時刻都發生著這樣壯觀的場景！不由得驚嘆生命之美！
1.細胞是生物體基本的結構和功能單位，如同一個小宇宙。
2.細胞分裂：細胞分離後，每個細胞又是一樣的，又各自發展,這樣就出現了無數的平行空間。細胞的遺傳性和複製性就如同穿越時空的過去和未來。
4.線粒體，看上去像細菌，是細胞內微小的細胞器，它是活細胞里微小的發電機，以ATP的形式生產我們幾乎所有的能量，它就如同星際探險的飛船一般。
5.RNA聚合酶：催化以DNA為模板、三磷酸核糖核苷為底物、通過磷酸二酯鍵而聚合的合成RNA的酶。其行為奇怪，在產生RNA轉錄本時停停頓頓，經常休息。
6.核苷酸各就各位，排列聚合。
7.驅動蛋白：展現「行走」的力量。它能利用ATP水解所釋放的能量驅動自身及所攜帶的貨物分子沿微管運動的一類馬達蛋白，與細胞內物質運輸有關。
8.RNA複製就是以DNA為模板合成RNA。如果說DNA對蛋白質來說是一張圖紙，那麼RNA就是能夠下達指令的建築商。
9.白細胞: 當病菌侵入人體體內時，白細胞能通過變形而穿過毛細血管壁，集中到病菌入侵部位。這就像在穿越時空隧道。
本圖來自哈佛大學biovision團隊，接下來會找一周專門為大家推薦biovision團隊的cell of the life系統科普短片，同樣非常大震撼。
Reference
每天1h記錄片 http://www.onehourlife.com/the-hidden-life-of-the-cell/
六維 http://bt.neu6.edu.cn/thread-1449285-1-1.html
騰訊45min版 https://v.qq.com/x/page/g03514fj153.html
騰訊60min版 https://v.qq.com/x/page/t0351n03joc.html
圖文上 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1556227625796040&wfr=spider&for=pc
圖文下 http://www.sohu.com/a/119639822_533155
http://mp.weixin.qq.com/s/cjHNXKEN5jxT-hvx6yRKOw
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