病毒可能在”監視”你–有些微生物一直在等待，直到它們的宿主無意中給它們發出信號，然後開始繁殖並殺死它們。特別是在經過兩年多的COVID-19大流行之後，許多人把病毒想象成一個討厭的、無意識的殺戮機器，它進入一個細胞並劫持其機器，在爆發之前創造出無數個自己的副本。對於許多病毒來說，包括導致COVID-19的冠狀病毒，”無腦殺手”的稱號基本上是真實的。然而，病毒的生物學特性並不像人們看到的那樣。
一個合適的例子是HIV，即導致艾滋病的病毒。艾滋病病毒是一種逆轉錄病毒，當它進入一個細胞時並不立即進行殺戮。相反，它將自己整合到人體的的染色體中，並進行冷處理，等待適當的機會，命令細胞對其進行複製，並迸發出來感染其他免疫細胞，最終導致艾滋病發作。
噬菌體，或簡稱噬菌體，是天然存在的病毒，它攻擊和殺死細菌但不能感染人體細胞。噬菌體極為多樣，在環境中到處存在，包括我們的身體。事實上，人類含有的噬菌體比人體細胞還要多。
噬菌體有三個主要部分：一個頭、一個鞘和一個尾。噬菌體利用其尾巴附着在細菌細胞上。它們利用細菌來複制自己。在找到一個”匹配的”細菌細胞后，噬菌體注入其遺傳物質，劫持了通常用於細菌繁殖的系統。相反，該系統將製造成千上萬的噬菌體，最終將細菌細胞炸裂，將其釋放到環境中。
究竟HIV在等待什麼時刻還不清楚，因為這仍然是一個積極研究的領域。然而，對其他病毒的研究早已表明，這些病原體在殺戮方面可以相當”有想法”。當然，病毒不可能像你和我那樣思考。但是，事實證明，進化已經賦予了它們一些相當精細的決策機制。例如，一些病毒會選擇離開它們一直居住的細胞，如果它們檢測到DNA損傷。看來，即使是病毒，也不喜歡呆在一艘沉沒的船上。
二十多年來，研究人員一直在研究噬菌體的分子生物學，最近的研究結論認為噬菌體可以傾聽關鍵的細胞信號，以幫助它們做出決策，它們甚至可以利用細胞自身的”耳朵”來為它們進行傾聽。
逃避DNA損傷
如果你的敵人的敵人是你的朋友，那麼噬菌體肯定是你的朋友。噬菌體在自然界中控制着細菌種群，臨床醫生正越來越多地使用它們來治療對抗生素沒有反應的細菌感染。
研究得最好的噬菌體λ，其作用有點像HIV。進入細菌細胞后，lambda決定是像大多數病毒那樣複製並徹底殺死細胞，還是像HIV那樣將自己整合到細胞的染色體上。如果是後者，每次細菌分裂時，λ都會無害地與其宿主一起複制。
這段視頻顯示了一個感染大腸桿菌的λ噬菌體
然而，像HIV一樣，lambda並不只是閑着。它使用一種叫做CI的特殊蛋白質，像聽診器一樣傾聽細菌細胞內DNA損傷的跡象。如果細菌的DNA受到損害，這對嵌套在其中的λ噬菌體來說是個壞消息。受損的DNA直接通向進化的垃圾場，因為它對需要它來繁殖的噬菌體來說是無用的。因此，λ開啟它的複製基因，複製自己，並衝出細胞，尋找其他未受損的細胞進行感染。
挖掘細胞的通信系統
一些噬菌體沒有用自己的蛋白質收集情報，而是利用被感染細胞自身的DNA損傷傳感器。像CI和LexA這樣的蛋白質是轉錄因子，通過與DNA指令書（即染色體）中的特定遺傳模式結合來開啟和關閉基因。一些噬菌體如Coliphage 186已經發現，如果它們的染色體上有一個短的DNA序列，細菌LexA可以與之結合，那麼它們就不需要自己的病毒CI蛋白。在檢測到DNA損傷時，LexA將激活噬菌體的複製和殺傷基因，本質上是讓細胞自殺的同時讓噬菌體逃脫的雙重交叉。
研究人員在20世紀80年代首次報道了CI在噬菌體決策中的作用，並在20世紀90年代末報道了Coliphage 186的反情報技巧。從那時起，還有一些關於噬菌體攻克細菌通訊系統的報告。一個例子是噬菌體phi29，它利用其宿主的轉錄因子來檢測細菌何時準備生成孢子，或一種能夠在極端環境中生存的細菌卵。Phi29指示細胞將其DNA包裝到孢子中，一旦孢子發芽就會殺死萌芽的細菌。
視頻展示了轉錄因子開啟和關閉的基因
在最近發表的研究中發現，幾組噬菌體已經獨立地進化出利用另一個細菌通訊系統的能力：CtrA蛋白。CtrA整合了多種內部和外部信號以啟動細菌的不同發育過程。其中的關鍵是生產稱為鞭毛和纖毛的細菌附屬物。事實證明，這些噬菌體將自己附着在細菌的纖毛和鞭毛上，以便感染它們。
主要假設是，噬菌體利用CtrA來猜測何時附近會有足夠多的運動纖毛和鞭毛的細菌，它們可以輕易地感染。對於一個”無意識的殺手”來說，這是一個相當聰明的技巧。
這些並不是唯一做出精心決定的噬菌體–所有這些都不需要有大腦。一些感染芽孢桿菌的噬菌體每次感染一個細胞時都會產生一個小分子。噬菌體可以感知這種分子，並利用它來計算它們周圍發生的噬菌體感染的數量。就像外星入侵者一樣，這種計數有助於決定它們何時應該開啟它們的複製和殺戮基因，只在宿主相對較多時才殺戮。這樣，噬菌體就能確保它們永遠不會沒有宿主可以感染，並保證它們自己的長期生存。
反擊病毒的反間諜行為
一個很好的問題是，為什麼你應該關心細菌病毒所進行的反情報行動。雖然細菌與人有很大不同，但感染細菌的病毒與感染人類的病毒並沒有什麼不同。噬菌體玩的幾乎每一個把戲後來都被證明可以被感染人類的病毒使用。如果噬菌體可以竊取細菌的通信線路，為什麼人類病毒不能竊取你的呢？
到目前為止，科學家們還不知道人類病毒如果劫持這些線路會監聽什麼，但有很多可想而知的選擇。相信像噬菌體一樣，人類病毒有可能能夠計算它們的數量來制定戰略，檢測細胞生長和組織形成，甚至監測免疫反應。目前，這些可能性只是猜測，但科學研究正在進行調查。
讓病毒監聽你的細胞的私人談話並不是最美好的畫面，但它並非沒有一線生機。世界各地的情報機構都很清楚，反情報工作只有在隱蔽的情況下才能發揮作用。一旦被發現，該系統可以非常容易地被利用，向你的敵人提供錯誤信息。同樣，我相信未來的抗病毒療法可能能夠將傳統的治療措施，如阻止病毒複製的抗病毒藥物，與信息戰的詭計相結合，如使病毒相信它所在的細胞屬於不同的組織。