给你的生物网课加点料：世界最大冷冻电镜基地给青少年的7个科普锦囊_风闻
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2020-02-21 15:05
**来源 |**腾讯青少年科学小会
关于新型冠状病毒，同学们还有哪些疑问？清华大学生命科学院院长王宏伟老师在清华「云上课堂」公开课里为大家一一讲解。作为今年小会的主讲嘉宾之一，王老师也把课堂内容开放给了更多青少年同学，以下是课堂图文版。
什么是新型冠状病毒？
冠状病毒在体外可以存活多久？
有哪些杀灭冠状病毒的方法？
冠状病毒尤其是新型冠状病毒，为什么会导致肺炎？
为什么冠状病毒会有这么大的传染性？
新冠病毒的药物研发突破点是什么？
新冠病毒带来哪些科学问题启示？
1
什么是新型冠状病毒？
这次的新型肺炎疫情被确诊为是一种新型的病毒传播导致的。在今年1月9号，这个病毒的病原体和它的基因组被确定出来，发现是一种新型的冠状病毒。PPT左边显示的是一个冠状病毒颗粒的模式图。这个病毒颗粒的特点是它的中间部分是遗传信息，以RNA为主，还有一些蛋白质包裹的RNA遗传信息。
病毒外面是一层由磷脂双分子层膜组成的囊膜。囊膜上面有一种蛋白叫做S蛋白，简称刺突蛋白（即spike蛋白）。它形成了像皇冠一样的形状。在电子显微镜下，PPT右边的照片可以看到有两个冠状病毒，在电镜下的照片可以看到，在囊膜的外侧有一圈这种冠状蛋白所形成的刺突状结构。
最早的冠状病毒是在一九三几年的时候被发现，在1967年的时候，因为在电子显微镜下看到冠状病毒的这种形貌，于是就起名叫冠状病毒。
什么是病毒？病毒其实是一种非细胞的生命形态。
我们目前所知的能够进行自我复制、独立生存的各种生命状态，包括细菌、植物、动物，都是由细胞组成的。病毒没有细胞结构。这页PPT展示的是一些目前知道的不同形态的病毒分子，如下方最左边的艾滋病病毒；它右边这个是侵染细菌的，叫做噬菌体病毒，可以看到它的形状也非常复杂。
噬菌体右边这个是我们大家所熟知的流感病毒；流感病毒的右边是一种腺病毒，这些都是可以侵染动物的。腺病毒右边叫做烟草花叶病毒，它是一种管状的病毒，可以侵染植物。最右边的是非常可怕的一种病毒——埃博拉病毒，这个病毒的形状是一种丝状结构。
所有这些病毒本身都没有细胞结构，它们是怎么在细胞中生存的呢？
主要是靠病毒对细胞的侵染过程。通常讲的病原体，是我们被病菌感染了，这个病菌（也就是细菌）是一种有细胞结构的可以进行自主增殖的一种微小生命体。
病毒没有细胞结构，它不能自主增殖，必须依赖宿主细胞来进行增殖。
我们今天有很多可以杀灭细菌的方法，主要是用抗生素来进行杀灭。现在有一些比较广谱的抗生素可以对不同的病菌进行杀灭，但对病毒不行。同时细菌和病毒的遗传物质也各不一样。细菌的遗传物质主要是DNA，而病毒的遗传物质既可以是DNA，也可以是RNA，取决于不同病毒的特性。
我们在这里讨论的新型冠状病毒，它的遗传物质主要是RNA，在病毒内部是没有DNA的。新型冠状病毒的RNA遗传物质是一种单链RNA。前面讲病毒的复制和生存必须要在细胞环境下，所以如果看冠状病毒的生活史，很重要的是冠状病毒要通过侵染细胞进入到人的细胞内部，经过一系列的生理过程，才能够实现病毒复制和进一步繁殖。
下面PPT的示意图展示的是病毒侵染细胞的大致过程。这个细胞外面是一层细胞膜，而细胞膜上有很多细胞所特有的一些蛋白质分子，有些蛋白质分子就可能成为冠状病毒的受体。
冠状病毒通过刺突蛋白，可以结合到细胞膜上面的受体上面，然后经过细胞本身的内吞过程，把病毒吞入到细胞当中去，之后病毒又通过绿色的内吞泡的融合过程，病毒内部的遗传物质和它遗传相关的物质（对于冠状病毒来说是RNA、与RNA结合的这些蛋白）从病毒当中脱离出来，进入到细胞质中。
在细胞质当中，冠状病毒会利用细胞自己的一些相关分子机器对它的RNA进行翻译、转录和复制，产生更多病毒。自身的RNA也产生了新的病毒的蛋白质，这些蛋白质再经过病毒自己的蛋白酶切割，形成不同的成熟蛋白。病毒蛋白再与刚刚经过复制所形成的病毒的RNA的基因组再装配起来形成新的病毒颗粒——RNA和蛋白质的复合物，然后还有很多病毒的RNA会产生病毒组装需要的蛋白质，包括刺突蛋白。
病毒的RNA与蛋白质形成的复合体，以及刺突蛋白等等这样的病毒装配相关的蛋白质，经过装配的过程，形成成熟完整的病毒，再借用细胞本身分泌的一个相关的细胞器，最后再从细胞膜上面释放出来，产生很多新的、成熟的病毒，再去侵染更多的细胞。
在整个病毒侵染的过程当中，由于它在细胞当中大量地复制、繁殖，会对细胞本身的状态产生严重的影响，甚至导致细胞死亡。病毒侵染对细胞产生了破坏作用，释放出更多病毒侵染更多细胞，导致更多细胞受到损害。而且整个损害的过程当中，对我们的组织功能和机体也产生了巨大的破坏。这是病毒在细胞当中的侵染过程。
病毒复制和繁殖的过程有几个必须要满足的条件：
第一，一定要有完整成熟的病毒的颗粒。里面包括病毒的基因组，是RNA和与RNA相互结合的稳定RNA的蛋白质，以及包裹它的基因组的外边的囊膜（刚刚讲的磷脂分子所形成的、与细胞膜的组成很相似的这种双分子层的囊膜的结构）。
第二，在囊膜上要有完整的刺突蛋白，才是完整成熟的病毒颗粒。这样一个完整成熟的病毒，要能够附着到一个细胞的表面，通过前面谈到的这种细胞表面的一些特异性的蛋白质分子（叫做病毒的受体），与细胞表面相互作用，然后要利用细胞内吞机制，顺利进入到细胞内部。
在细胞内部，这个病毒要实现基因的转录、翻译和复制的完整过程。形成成熟病毒新的复制和繁殖所需要的这些蛋白质分子，也就是病毒本身的蛋白质分子，它们要经过加工和成熟的过程，与重新复制出来的病毒基因成功组装成为新的病毒颗粒，然后再从细胞里成功地释放出来，这样才能够产生新的病毒。这是它的复制和繁殖过程。
产生新释放出来的这些病毒颗粒的细胞外，它们要能够进一步侵染，一个前提是它们不被破坏，如果被破坏了，它们就不能够实现进一步侵染细胞，也不能实现进一步复制与繁殖。
可以看到，病毒复制与繁殖的过程其实是一个相当复杂的过程，里面的任何一个环节受到了干扰和破坏，病毒的复制和繁殖都会受到影响。
2
冠状病毒在体外可以存活多久？
这个体外就是在一个成熟的病毒颗粒形成之后，比如说通过咳嗽排出到人体之外，可能存活多久？
这个研究有不少人已经做了相当长的时间，这里包括利用其他动物的冠状病毒，比如有一种感染猪不感染人的冠状病毒，再比如2003年上一次SARS冠状病毒流行时，也有人对SARS病毒体外的存活状态也进行了分析。在科研中科学家们发现，冠状病毒在体外的4摄氏度、相对湿度20%的环境下（就是左边最左上角的图像，下面横坐标是到体外多少天，而纵坐标显示的是病毒颗粒的下降情况），如果曲线向下走，就说明病毒颗粒数在降低。
在这样9个曲线中可以看到，在湿度为4摄氏度，温度为4摄氏度，湿度为20%的时候，其实病毒可以存活很久，甚至高达28天。这个是对猪流感病毒的研究。当湿度升高，病毒的失活就会加快。在温度20度或温度40度的时候，可以看到病毒的失活效率明显加快。在温度20度、湿度50%的时候，病毒的失活效率非常快，5-6天病毒就很少了。当温度更高，在40摄氏度的时候，可以看到病毒失活得更快，而湿度越高失活得也越快。
另一个研究，是对SARS非典病毒的体外存活时间的研究。在这里，横坐标仍然是时间，显示的是小时，后面就是天；纵坐标显示的是被减少的病毒的数目比例，是一个指数对数。这个曲线越往上，说明病毒被消灭得越快，死掉的越多。
在正常的室温与湿度条件下，病毒在空气当中的存活时间大约是24小时。正常的室温所指的就是在二十几摄氏度和通常的45%-50%的湿度条件下。在湿度相同的情况下，升高温度会使病毒的活性降低。也有新的研究表明，病毒在56摄氏度处理30分钟可以基本上杀灭这种病毒，而在70度的条件下，只需处理15分钟就可以完全杀灭。所以高温是杀灭冠状病毒的有效办法，高温值就是在56摄氏度以上的温度。
3
有哪些杀灭冠状病毒的方法？
第一个是高温法。前面讲到冠状病毒内部有很多蛋白质分子，尤其是当病毒侵染到细胞内的时候，在细胞内首先实现的事，就是对病毒的基因组里的RNA进行复制。复制需要的是一种RNA复制酶。很多蛋白酶是催化病毒复制反应的，当温度较高时，会让酶分子的活性丧失，从而使病毒丧失基因的复制能力，所以加热可以使病毒内部的一些蛋白质分子丧失活性，导致病毒被杀灭。
第二个是囊膜破坏法。根据冠状病毒的特点，包括流感病毒，它们外面有一个囊膜——不是所有的病毒都有囊膜，但这类都有。囊膜其实是一个比较脆弱的东西，它是一个磷脂双分子层，用去垢剂或酒精就可以把囊膜破坏掉。没有囊膜，病毒就没有办法再附着到细胞表面，也没有办法被细胞吞噬到内部去，这样病毒的侵染能力也就破坏掉。去垢剂，也就是洗手液、洗衣粉、肥皂，都可以对病毒的囊膜进行破坏。还有75%的酒精，也可以把病毒的囊膜破坏掉，从而让病毒的侵染能力丧失掉，这样病毒自然也就失去了感染细胞和复制的能力。
第三个是药剂破坏法。利用化学药剂直接破坏病毒的分子。最近大家都在使用的消毒液，其实是一种很强的化学氧化剂，可以对病毒——无论是外面的蛋白质分子，还是内部的核酸分子都产生破坏。当然，一旦分子被破坏掉，它的各种生物活性也消失了，这些消毒液对其它生物体（包括细菌）会有破坏作用，对人的皮肤也有破坏，所以使用消毒液还是要注意。
第四个是通过破坏病毒内部的核酸基因序列的方式来杀灭病毒。因为一旦病毒内部的核酸基因序列被破坏掉，这个病毒在复制的过程中，就不能产生正确的核酸和蛋白质分子，病毒整体的装备和复制就会被破坏掉。对核酸基因序列的破坏可以采用比方说像类似伽马射线辐照的方式去进行杀灭。
第五个是对病毒内部的RNA核酸的基因组进行消灭。因为RNA核酸其实是一种不是特别稳定的核酸，它与DNA相比不够稳定。所以在我们周围的环境中，有很多人体包括其他的动物植物分泌的RNA酶，这些RNA酶是可以对RNA进行破坏的。病毒排到体外后，它在环境中待了一段时间，它的RNA就会被水解掉。水解了的RNA自然就不再有复制的能力，也不再有传播和感染的能力。
当然我们是不可能直接生产RNA酶对病毒进行杀灭的，但大家知道其实我们的人体，皮肤的分泌物包括汗液中，在皮肤表面有很多RNA酶。当然不是说把病毒放在手上就很好，我们要经常洗手，但周围的环境中其实有很多这样的RNA酶，所以病毒在体外不会存在很长时间，它最后会被这些RNA酶消灭掉。
第六个是人体的免疫系统对病毒有很强的杀灭的作用。在我们的身体内部，人体的免疫系统本身就是来抵抗外来的病原微生物的，包括细菌、病毒。在生病的时候，无论是感染病原、细菌还是病毒，自身免疫系统都会产生一些正常的反应。包括发烧其实是一种免疫系统的正常反应。发烧和炎症等都是免疫系统对病毒的一种杀灭的过程。当然免疫系统如果对病毒识别足够强的话，还会产生对应的一些抗体，用这些抗体可以识别再侵染进来的新一类的病毒，把它们消灭，这也是为什么我们要积极研发病毒相关的疫苗。
4
冠状病毒尤其是新型冠状病毒，为什么会导致肺炎？
对SARS病毒的研究发现，SARS病毒之所以导致肺炎一个很重要的原因，前面讲到病毒要侵染细胞，感染到细胞里的第一个环节是要能够黏附到细胞的表面上。这样的一个黏附过程，其实是需要通过特异的蛋白质受体，对细胞表面特异的蛋白质受体与病毒的S蛋白即刺突蛋白发生特异的相互作用，使得病毒吸附到了细胞的表面，进一步再通过细胞的内吞作用，最后病毒就感染到细胞里面去了。
过去的这些年，尤其是对于SARS病毒的研究，大家发现SARS病毒在感染人体细胞的时候，主要使用的是一个受体蛋白叫做ACE2，一个在细胞外表面的膜蛋白。它其实是新发现的一种金属蛋白酶，在调节人体的心肾功能和控制血压当中发挥关键的作用。
新型冠状病毒现在也基本上确定它的受体主要就是在肺泡Ⅱ型上皮细胞当中的ACE2蛋白，使病毒粘附于细胞的表面。现在大家还在研究，除了ACE2，可能还有一些其他的细胞表面的蛋白受体，帮助冠状病毒进入细胞内发生了感染。
上图中的左下是根据SARS的刺突蛋白和ACE2蛋白所形成的一个蛋白质复合体模型，以及模拟的新型冠状病毒的刺突蛋白和ACE2蛋白的复合体的相互作用模型。在结构生物学进行分析之后，可看到这样的一个复合体的状态。这是一个原子模型，在这里可以看到上面的ACE2蛋白是如何与下边的刺突蛋白的结合区域相互作用的方式。最近科学家也利用新型冠状病毒的刺突蛋白的序列，模拟了这种新型冠状病毒的刺突蛋白与ACE2蛋白所形成的复合体可能的相互作用方式。
免疫系统对冠状病毒侵染的细胞会产生严重反应，因为我前面讲到冠状病毒侵染细胞会对这个细胞产生破坏，这个过程会被免疫系统发现，它就会把这些被冠状病毒侵染的细胞清除掉。清除其实是一个正常的炎症反应过程，炎症反应过程中会释放出大量的炎症细胞因子，这些炎症细胞因子会导致更多的炎症反应。如果细胞因子释放太多，产生过度炎症反应，就会导致急性肺损伤，这也是为什么冠状病毒会导致非常严重的肺炎，以至于当肺炎非常严重的时候，会导致病人整个肺的功能受到损伤，进而全身机体缺氧。如果不能够加以正确且及时的治疗，最后病人全身衰竭而死亡。
病毒在个体之间是如何实现传播的？我们知道其实有很多种病毒在周围的空气当中，只是人用肉眼看不见。人体其实对很多种病毒产生了自身免疫，可以很快抵抗这些病毒。左图展示的是不同病毒传染的渠道，它们可以通过呼吸系统、消化系统、黏膜系统，甚至血液系统等，会有不同的传染方式。
右图展示的是与呼吸系统相关的病毒的传染方式，包括流感病毒，主要通过上呼吸道发生传染。还有普通的感冒会有鼻病毒，通过鼻腔黏膜侵染。当人体产生感染，像流感或鼻病毒这样的普通感冒，它产生的症状相对现在的新型冠状病毒更轻微，不过不同人体的表现也各不一样。
像今天这里所讲到的新型冠状病毒以及SARS病毒，还有中东的MERS，都是一种冠状病毒，它们导致肺炎主要的侵染方式均是通过肺部直接侵染的，所以它们产生的感染往往也是在肺部，症状都是以肺炎为主。最新的一些报道发现，新型冠状病毒好像会对消化道黏膜产生侵染，但类似的案例相对肺部的感染还是少很多。
5
为什么冠状病毒会有这么大的传染性？
呼吸道疾病的这些病毒包括流感病毒，是一种呼吸道传播方式。上图是2016年发表在 Nature 上 MIT 的一个研究，对正在打喷嚏的人打出喷嚏的状态，用高速相机进行拍摄。图中我们可以看到有一些比较大的液滴，最远可以传到8米远，而咳嗽产生的飞沫可以达到6米远，液滴在空气当中最多可能悬浮10分钟。
这也是为什么我们在打喷嚏和咳嗽的时候，要挡住自己的口腔和鼻腔。一个很重要的目的就是为了防止打喷嚏的时候，呼吸道里的一些液体传播到很远的地方，既是对环境的保护，也是对他人的保护。如果每一个人在平时打喷嚏或者咳嗽都很注意阻挡，其实会大大减低病毒从一个人体到另外一个人的传播过程。这也是为什么这次在防治新型冠状病毒的过程中，口罩成为非常重要的阻挡传播工具。
关于病毒传播，我想大家最近也看到不少关于基本传染数的概念，叫R0。R0是基本传染数，是流行病学的概念，指的是在没有外力介入的时候，如没有任何人工的干扰或介入，在所有人都没有免疫力的情况下，一个感染者会把疾病传染给多少人的平均值。
如果R0小于1，如果我生病把这个病传播给周围人的可能性，不会传播超于一个人，传染病在这个群体当中会逐渐地自动消失。
如果R0等于1，我基本上会把病传播给另外一个人，它会成为一个类似的链式传播，如果不去治疗不去干扰的话，它就会成为人口当中的一个地方性的流行病。
如果R0大于1，比如是2，那么我一个人可以把这个病传染给两个人，这两个人他们一旦得了这个病后，他们再传染的话，每个人又可以传染给另外的两个人。可以想象这个传染病就会以指数的方式扩散。R0越大，它可以传播的效率越高，会成为一种非常严重的传染病。
表中列的是一些著名的传染病，可以看到R0最大的是麻疹，它通过空气传播。今天对麻疹、白喉、天花、风疹、百日喉等这些疾病，都有通过疫苗接种的方法，大大地减少了它们的扩散。如果没有这些干扰，它们的传播传染能力是非常强的，它们的R0值非常大。SARS的R0值是2-5之间，埃博拉病毒的R0值是1.5-2.5，新型冠状病毒最近有一系列的论文发表，通过对病人流行病学的调查和研究，发现R0值大约在2.2-3.8之间。
当然不同的数据和不同的研究模型，他们给出的值是不一样的，但还是跟SARS有相比性，所以它的传播能力还是很强，而且也是通过空中飞沫的方式来进行传播。最新一个研究也发现，新型冠状病毒潜伏期的中位数，有的说是3天，有的说是4.8天，就是3-5天，它是新型冠状病毒从感染一个个体到个体发病的时间，这也是为什么我们现在对于隔离期的要求，一般居家隔离或者隔离期一般是要求14天，这样从统计学的意义上能尽量减少被感染病人的传染性。
绝大多数的病例，被新型冠状病毒感染的病人基本上应该3-5天就有症状开始发病。如果14天后，没症状没发病的话，基本上认为新型冠状病毒在人体内感染扩增的可能性就已经很低了，不是说完全没有，但已经很低。新型冠状病毒在目前确诊的病例当中，中位年龄分布是47岁左右，有相当多的病人是40岁到60岁这个范围内被感染。
任何传染病在流行过程当中，一定要有三个条件，缺少任何一个都不会形成传染病。要有传染源，病原微生物要通过传染源释放出来，通过各种各样的传播途径，包括空气、飞沫、饮水、食物、生物、媒介、土壤接触等等，不同的传染病会有不同的传播途径传播给易感人群。至少目前对新型冠状病毒来说，现在看起来所有人都可能被感染，我们都是易感人群。
切断这三个环节当中的任何一环，都对控制传染病进一步扩散有非常重要的意义。所以我们在控制疫情中，主要的途径就是三条。第一是控制传染源。这也是为什么在新型冠状病毒的研究过程中，大家非常关注它最早来自于什么。现在的研究基本上表明，新型冠状病毒最初的宿主是蝙蝠，通过一个中间宿主（可能是某种野生动物）最后传播到人体，然后再实现了人传人。把传染源控制住，包括现在的很多病患本身已经成为了传染源，现在在湖北省和武汉市对病人的隔离措施实际上是为了控制传染源和更好地治疗这些病人。
还有一个是切断传播途径，让传染病没办法从一个人向另一个人进行传播。所以国家采取了很多隔离措施，包括减少公共交通，在春节延长假期，其实都是切断传播途径，包括每一个人外出的时候戴口罩，不参加聚餐，人跟人面对面交流的减少。目前这些措施都是短期内的，尽快先切断传播途径。
还有很重要的是保障对已经生病的人进行有效的治疗。尽快对他们进行医疗救护，让他们从疾病当中康复过来，这样他们体内的病毒就没有了，就不再是传染源。这也是一种切断传染源的方式。
另一种就是保护易感人群，让每个健康的人尽量居家或者外出戴上口罩，本身也是对易感人群的保护。这是一种比较被动的保护。更重要的保护，其实是让易感人群都接种疫苗。所以每年尤其是婴幼儿都会接种很多疫苗，就是把前面讲到的这些人类历史上存在过的严重传染病，让它们对易感人群没法传染。
6
新冠病毒的药物研发突破点
对新型冠状病毒目前还没有有效的疫苗，但这也是大家正研究的方向。如何去抑制冠状病毒对人体的侵害，去杀灭人体当中的冠状病毒，这是对病人的治疗。如何防止冠状病毒侵染人体健康的细胞，涉及到疫苗研发。在上图中可以看到打红叉的几个环节，是现在科学家正积极开展的相关研究，或有一些临床药物正进行实验。
第一个环节是图左在病毒进入细胞的过程中，如果我们能够研发出相应的疫苗，或者是可与病毒表面的刺突蛋白进行结合的抗体，就能把病毒表面当作一个抗体，把这个病毒表面蛋白堵住，它就不能与人的细胞表面受体发生相互作用，利用抗体直接把病毒中和掉。最近正使用一些已康复病人的血浆，就是因为这些康复的病人的体内已产生了对该病毒的有效抗体。每个人体内产生的抗体可能不一样，但如果能利用这些抗体，可以对一个正患病或已被感染的患者体内的病毒进行中和，会大大减少患者体内病毒数目，这样就会减少病毒进一步侵染病人的细胞数量，是一种可能的治疗手段。
如果能开发出病毒对应的疫苗，比方说它表面的S蛋白，在人体中产生抗体，就可以实现疫苗免疫。疫苗本身不是病毒，没有侵染和繁殖能力，但疫苗进入到人体，会让我们免疫系统识别疫苗产生抗体。每个人会对这种病毒产生较长期的抗体，在这个过程中我们不再害怕病毒，因为它一旦侵犯到我们人体中，很快就会被抗体识别，被免疫系统消灭，没机会侵染到正常的组织细胞，也不会产生疾病。这是针对病毒本身，在第一个关口让它不被侵染，把它驱之于细胞的大门外，防止细胞受到感染。
一旦病毒进入到细胞中去，也有一系列手段。前面讲到病毒在繁殖和复制的过程中需要很多条件，任何一个环节受到干扰和影响，病毒都不能实现进一步的复制、繁殖和扩张。所以可通过一些手段，对里面的任何一个途径进行相应的靶向性治疗。
大家可能也知道最近有几种药正进行临床使用，一种是蛋白酶抑制剂，是一种对病毒重要的蛋白质成熟加工发挥重要作用的蛋白酶。抗HIV的蛋白酶抑制剂的一种药物克力芝，也可能是通过干扰病毒的蛋白成熟过程抑制病毒的繁殖和复制。还有现在正临床测试的瑞德西韦，美国公司研发抗埃博拉病毒，这个药物分子是通过抑制病毒的RNA复制和转录过程，这种抑制作用的目的是为了抑制病毒基因组的复制和扩张，也就是抑制病毒的生成。这些相关研究也都正进行中。
这次新型冠状病毒的爆发时期，和17年前非典的爆发时相比，生物医药技术和生物技术有了巨大的进步。从科学的角度看，这次对于新型冠状病毒的发现与确认，以及相关治疗途径等方面的研发，确确实实明显体现出各方面的技术响应是非常快的。比如和03年比，今天的基因测序非常成熟，发展迅速。
这也是为什么病毒的基因组在从发现疾病到确定病毒是什么，也就用了十几天的时间，非常精准地确定出是新型冠状病毒。正是因为基因测序技术，现在对病毒的检测，我们也是用最新的核酸技术，包括基因测序技术、RNA扩增的技术等。现在也有一些研究方法，正用最新的基因编辑技术，希望能更精准且快速地对新型冠状病毒的基因进行检测，测试它是否含有活性，它的基因组在哪，其实也是一种非常重要的检测手段。
前面讲现在如果能尽快开发出针对新型冠状病毒的抗体，或是能研发出更加有效的疫苗，这样也会很快阻止病毒进一步传播。抗体技术和疫苗技术在过去的十几年中得到了非常大的发展，在我们国家很多研究团队正非常积极地开发新的抗体和新的疫苗。希望不远的将来，能有特效抗体和专门给健康人免疫所使用的新型冠状病毒疫苗出现，这样就让病毒没办法再进一步传播。
新药研发现在也有更高的效率，利用了很多新手段。比方说基于结构生物学可以对病毒这些重要的蛋白质分子的精细结构进行分析，也可以使我们开展针对性的分析，比如蛋白酶，RNA复制的酶，包括蛋白与蛋白病毒表面病毒的刺突蛋白与细胞表面受体相互作用的这些界面的结构进行更加精细的分析。根据这些我们就有可能去开发更好的药物，提高治疗病人的效率。
当然在新药研发和新方案治疗过程中，一定要注意科学性，中药西药或任何一种新的治疗方案，能不能用于临床大规模使用，这里很重要的是随机双盲大样本实验。这是一个金标准，涉及到在大数据分析中重要的统计学问题。
在图中左上角，两个钟楼离得很近，当一个钟楼每天到3:00的时候，另外一个钟楼就会敲响。是不是说钟敲响的原因是因为前面钟楼的钟指针到了3这个位置？即使有多次观察，这两件事始终关联，但也不能表明说是因为前面的钟楼是后面钟响的原因。这两件事有相关性，但不等于因果性。
还有比如公鸡早上起来打鸣太阳会升起来，虽然相关性很大，但不能说因为公鸡打鸣，所以把太阳叫起来。在我们很多新药研制中，其实也存在这样的问题。我们看到相关性不等于说它们之间一定有因果关系，所以在我们真正做实验的时候要有对照实验。比方说公鸡不打鸣的时候，太阳是不是还升起来？这就是一个负对照。如果发现太阳还升起，那就排除公鸡打鸣是太阳升起来的原因。
其实在新药研发和治疗过程中，尤其是在医生给病人用药时，要采用双盲实验的方式。医生也不知道给病人的到底是药物还是安慰剂，病人吃的时候他也不知道吃的到底是药物还是安慰剂，这样减少人与人之间主观的影响。通过这样的实验后，且要有足够大的样本，才可能对一个药物的有效性进行足够的分析。
另外一个是大样本。比方说如果有48例病患，我们给他们使用了一个药，最后发现有31个有效，17个好像是没效的。我们能不能说药物有效？通过统计学分析，这种可能性如果完全随机发生的概率也就是3%左右。所以根据数据，如果你说药物有效，可能有3%的几率是错的，这是假阳性；如果你说药物无效，可能有97%的几率是错的，这是假阴性。当样本越大的时候，这种假阳性和假阴性的几率都会减少。所以应当用随机、双盲、大样本的实验来对新药和治疗进行研究。不管别人说一种疗法或一种医药有没有效，如果没有经过这种金标准的临床实验，很难说明它的科学性。
还有一个是防治疾病中的概率问题。我知道最近很多人也非常担心自己会不会感染这个病，得了病之后是不是会死掉？其实在抗疫过程当中，一方面我们要积极抗病，另一方面要有良好的心态，了解科学和概率分析是非常重要的。
我看到一个很有意思的图，美国的一个研究专门分析了一年中不同情况下死亡的概率。最左边是很长的一条线，最底下是被天空中降落的陨石砸中死掉的概率，基本是1/7000万，就是7000万个人当中可能有一个人，这是非常低的几率。把左图右上角这部分放大，可以看到被闪电击中的概率是1/1000万。一年中死亡概率最高的其实是心脏、心血管疾病，基本上1/467，而各种事故死掉的概率是一千多分之一，甚至走路被撞死的概率是5万多分之一。
新型冠状病毒武汉目前的确诊人数大约5万人，可能还会再进一步提高。武汉现在的人口是900万，如果我们看感染的比例，肯定显然是小于1%的。武汉的病死率目前低于5%。5%已经算比较高了，但随着治疗方案越来越多，今后会进一步降低。如果把这两个乘一块的话，假设我现在身在武汉，可能被感染，还可能死掉的几率是1%×5%（1/2000），几率其实比得了心脏病还要低。所以我们更应该注意的是锻炼身体。
我这里讲的虽然是概率，但我们要时刻牢记死亡数字后面所代表的是一个个曾经活生生的人。我们的努力就是要尽量减小死亡率，每减少一个数字就意味着减少了一个甚至几个家庭的痛苦。
7
新冠病毒的科学问题启示
新型冠状病毒整个疫情，带来了很多有意思的科学问题，也是很严肃的科学问题，值得科学家非常深入地分析。
第一个问题是病毒的起源是什么？很多研究最近已经表明这个新型冠状病毒很可能来源于蝙蝠。当然也有网络上的各种各样其他的说法，包括一些认为是人为的这种说法，我认为推理都是不够科学的。
我们应该用科学的精神认真去研究里面的科学含义。其实生物进化的能力，比我们通常能够想到的能力要大得多。生物进化产生了很多重要的生物现象和生物物种，很多让我们叹为观止。病毒一直在长期的进化过程中。当然这一次从野生动物突然间传播到人体来，是发生了一个突变（尤其是新型冠状病毒这种单链RNA病毒突变率相对比较高），实现了从野生动物向人传播的一个跨越。
与此相关的第二个问题：我们要如何对待野生动物？有些人说，既然蝙蝠有这么多病毒又传播SARS、MERS，现在有这种新型冠状病毒，是不是能把蝙蝠全部消灭掉？这是从一个极端走到另一个极端。我们应该做的不是把蝙蝠消灭，而是应该远离野生动物。这涉及到生态保护相关的问题。生态的多样性是非常重要的。只有让地球上的生态能保持多样性，我们才能让整体的地球和整个生命圈、生物圈对抗极端变化和外来威胁的能力变得更大。这里涉及到一些很有意思的生物进化论的问题，我建议大家可以去多了解生态平衡、生态保护与生物进化的相关知识。
第三个问题与病毒学相关。新型冠状病毒和SARS现在看来都是一种冠状病毒，而它们对人体的感染都是肺部细胞，但两个病现在病情发展、感染能力看起来又有显著差别。为什么它们在感染和致病的机理上有差异，同时又有这么大的相似性？有很多值得病毒学去进行深入研究的问题。
还有为什么像新型冠状病毒、SARS这样烈性的冠状病毒，一个很重要的结果是导致肺部衰竭，其中的分子和细胞机理是什么？有一些免疫学家也正进行非常深入的研究，我们人体的免疫系统对这些被侵染之后的细胞的严重反应，不同的人严重反应也不同，为什么会这样？这里涉及到很重要的免疫学研究。
如何能更好地研发广谱的抗冠状病毒的特效药物，无论SARS、MERS还是这次的新型冠状病毒都可以进行有效抵抗的特效药物，这又涉及到药学相关内容。
最重要的一个，对整个中国的公共卫生系统来说，我们如何能更加有效地发现和防治未知的传染病？这一次是新型冠状病毒，下一次会是什么？这种疾病它既可能来自病毒，也可能来自其他病原微生物、病原的动物或植物等，值得公共卫生人员更加认真地研究。
最后我希望在武汉、在湖北、在各个地方的医生和患者们，还有所有的同学、老师、亲戚朋友们，大家一起努力战胜疫情。同时也从这过程中深入思考我们的人生，对未来的工作、学习和生活建立更大的信心。谢谢大家！
本文经授权转载自微信公众号“腾讯青少年科学小会”。
特 别 提 示
1. 进入『返朴』微信公众号底部菜单“精品专栏“，可查阅不同主题系列科普文章。
2. 『返朴』提供按月检索文章功能。关注公众号，回复四位数组成的年份+月份，如“1903”，可获取2019年3月的文章索引，以此类推。
相关阅读