生物導彈
病毒,看到它的名字就覺得挺嚇人,既是“病”又是“毒”的,肯定是一心一意製造疾病的家夥。
的確,隻要有生命的地方,病毒就會進行侵略,它在活細胞中就像一個奪權篡位的“假君主”,將宿主的基因趕到一邊,隨心所欲地掌管了細胞甚至整個宿主有機體的生死大權。
入侵到動物細胞內的叫做動物病毒,它進入細胞是利用細胞的吞噬作用,隨後它會潛伏一段時間,待到周圍的警戒解除以後,便開始增殖。被病毒侵染的細胞一般不進行再分裂,它們持續地釋放出病毒顆粒。動物病毒能引起人和動物的許多疾病,狂犬病就是其中的一種,人被瘋狗咬了以後,病毒就會隨著瘋狗的唾液由傷口侵入人體,它危害人的神經係統,使人患上狂犬病,得病者的死亡率幾乎是百分之百。
植物病毒引起植物的病害,例如前麵我們曾提到的煙草花葉病毒,它嚴重影響煙草的產量,煙農對它恨之入骨。然而,花農卻對植物病毒感激涕零。荷蘭的鬱金香是一種美麗的鮮花,但它有一個缺陷:它的花瓣是純色的,這無疑是絢麗的自然界的缺憾。一天,一位有心的花農發現一朵鬱金香的花瓣上竟然出現了彩色的斑紋,如果把這朵花的漿汁塗在另一朵上,那朵花也必然形成雜色花。這一發現使那位花農成為當時唯一一位能種植雜色鬱金香的人。但是,不久以後,這一秘密很快被人們發現。以後的研究表明,使純色鬱金香變為爭妍鬥豔的雜色鬱金香的不是別的,正是植物病毒。
所謂“山外青山樓外樓”,細菌是入侵他物的行家裏手,卻不知螳螂捕蟬,黃雀在後,細菌的背後,立著它的天敵——噬菌體。
噬菌體是1915年被發現的。它們像其他的病毒一樣能通過細菌濾器。它們的外形像個蝌蚪,頭部為圓形或多角形,後麵是管狀的尾部,末梢還有6根尾絲。在侵染細菌細胞時,尾絲先抓住細菌的細胞壁,分泌一種酶,把細菌的細胞壁溶解,形成一個洞,然後,尾鞘穿到細胞中,像注射器一樣把頭部的核酸注入菌體。這些核酸進人細菌的細胞後,儼然變成了細胞中的“國王”。它命令細胞停止原來的物質合成,轉而製造噬菌體後代所需要的物質。最後,它還導致細菌的細胞壁破裂,釋放出新的噬菌體。從開始人侵到最後宿主細胞“國破家亡”,噬菌體帶著“菌子”“菌孫”們開辟新的殖民地,一般隻需要20分鍾的時間。在一個菌體的細胞內就能複製出約150個噬菌體。通常把這種噬菌體叫做烈性噬菌體,被烈性噬菌體破壞、溶解的微生物叫做敏感菌。
不僅細菌害怕病毒,放線菌、黴菌與其他微生物也是談“病毒”色變,望“病毒”而逃。
有一些噬菌體性情比較溫和,侵入菌體以後,並不馬上進行繁殖,它隻和細胞的遺傳物質緊密結合,並隨著菌體的繁殖帶到新一代的細胞中去。這類性情溫和的噬菌體就叫做溫和噬菌體。
病毒給我們帶來了很多危害,單是侵染皮膚而引起的疾病就有水痘、天花、麻疹等;引起神經組織的疾病有狂犬病、腦膜炎和小兒麻痹症;還有最常見的流行性感冒、病毒性肝炎這類引起內部器官病變的疾病;它還能引起農副產品的減產,帶來嚴重的經濟損失。
也不是所有的病毒都能引起疾病,對於不造成疾病的病毒又有孤兒病毒之稱。有的兩種病毒形影不離,常常寄生於一個細胞之中,我們稱之為衛星病毒。
同時,病毒的存在也給人類帶來了很多益處。在醫治燒傷病人的時候,最擔心的是燒傷麵被綠膿杆菌感染,給治療造成困難。如果用綠膿杆菌的噬菌體來預防(因為它們能溶解殺死綠膿杆菌),就可以防患於未然。在農田管理中,農民最害怕的是害蟲,為了殺滅它們,農民使用了大量的農藥,但是大量的農藥在殺死害蟲的同時,還殺死了大量的益蟲,而且農藥的性質穩定,不易分解,它們在土壤、水、生物體內積累貯存,並相互轉移,形成環境汙染。
隨著科學技術的發展,近幾年來,農藥被“生物導彈”所逐漸取代,這些生物導彈就是入侵害蟲的細菌、病毒等等。奇妙的“指北針”
有一種微生物,在北半球它總是朝向地磁南極方向移動,而在南半球它又朝著地磁北極移動,這仿佛是“指北針”的東西到底是什麼呢?
它就是1975年美國新罕布什爾大學的生物學家布萊克莫爾首次發現的磁性細菌。磁性細菌是一種厭氧菌,為了盡可能到達地下缺氧的環境中,它采取了沿著磁力線移動的方式。原來,地球的磁力線隻是在赤道地區才與地麵平行。隨著緯度的升高;磁力線的傾斜度也增大,因而,在地球兩極的磁力線便與地麵垂直。這也就是說,在高緯度的南北半球上,沿磁力線運動就意味著從上向下的移動。由此可見,這種趨磁性正是磁性細菌生存所需要的。
磁性細菌為什麼能感知地磁呢?研究表明,磁性細菌之所以有如此特異功能並能沿著磁力線移動,是因為在菌體內含有10~20個自己合成的磁性超微粒。這種微粒的大小為500埃~1000埃(1埃=10-8厘米)。每個顆粒都有相同的結晶構造。迄今為止,無論采用哪種高技術都不能製造出這樣的結晶體。如果用人工方法合成500埃~1000埃的磁性微粒,需要采取一係列的複雜工程,例如在真空狀況下熔煉金屬,再進行蒸發等等。不僅如此,人工製作的磁性超微粒的形狀和大小是不均一的,而磁性細菌隻需要在常溫、常壓下就能簡單地合成。為此,磁性細菌因生產簡便和利用價值高,正受到國際科學和工業界極大的矚目。
根據磁性細菌會沿著磁力線方向移動的性質,日本東京農工大學的鬆永是助教授製作了磁性細菌捕獲器,這種裝置含有采用磁鐵的特殊過濾器,把它放人水中就能捕捉到磁性細菌。將捕獲後的磁性細菌進行培養和繁殖後進行了一係列研究。隻解決擺在人們眼前的問題,首當其衝的問題是,磁性微粒到底是什麼?其次是我們該如何利用磁性細菌?
科學家們通過各種實驗一一解答了這些問題。他們將培養後的磁性細菌的菌體破壞,利用菌體和磁性超微粒之間存在著的比重差,通過離心器進行分離,抽取出磁性超微粒。用X射線對這種微粒進行解析後證明:它們確實是四氧化三鐵,其大小約為500埃~1000埃。
最初利用磁性細菌進行的試驗是把葡萄糖氧化酶固定於磁性微粒上。結果表明,1微克(10-6克)的磁性超微粒可以固定200微克的葡萄糖氧化酶。而同量的人造鋅—鐵氧體磁性超微粒(5000埃),隻能固定1微克的葡萄糖氧化酶,兩者相差200倍,並且固定於天然磁性超微粒的酶的活性也提高了40倍。此外,抗大腸杆菌抗體固定於磁性微粒的試驗也獲得了成功。令人欣喜的是,試驗還證實,使用過的微粒能夠被再次利用。
隨後,鬆永是助等人把磁性細菌的超微粒導入了綿羊的紅血球內。結果人們看到,磁性超微粒融合得好像是被紅血球“吸收進去”似的。當研究者在這種紅血球上轉動磁鐵時,血球也隨之一起運動。與此同時,人工方法製造的磁性微粒不均勻,要把它們導入血球內很困難,而且即使把人造微粒送入細胞內,人們也會擔心細胞被毒化。而磁性細菌的超微粒恰恰不會有毒害。為此,科學家們對於在醫學方麵應用生物合成的磁性微粒寄予了很大的期望。科學家認為,如果把酶抗體和抗癌藥物等固定於這種超微粒上,再使其導入白血球和免疫細胞內,隨後從體外進行磁性誘導,那麼這將在製伏癌症和其他疾病中發揮出巨大的作用。