病毒也會“七十二變”

■ 文 /張?zhí)锟?/p>

2020 年年初，新冠病毒肆虐，完全打亂了我們學(xué)習(xí)、工作與生活的節(jié)奏，交通停運、工廠停工、開學(xué)延遲……而今年暑假，我們再一次經(jīng)歷了疫情。但是這一次，我們沉穩(wěn)與淡定了很多，因為我們積累了一定的抗疫經(jīng)驗：勤洗手、戴口罩、不聚集。科研人員也研制出了對抗新冠病毒的疫苗，并且符合接種條件的人群都積極去接種疫苗。我們有底氣相信，只要我們慎終如始、積極備戰(zhàn)，定能守住抗疫戰(zhàn)果，迎來戰(zhàn)“疫”全面勝利的那一天。

我們都知道，這次國內(nèi)發(fā)生的新一輪疫情是由在印度首先發(fā)現(xiàn)的新冠病毒的變異毒株德爾塔引發(fā)的。看到這兒，可能很多同學(xué)會有疑惑：新冠病毒為什么會變異呢？為了讓同學(xué)們更好地理解這個問題，我們需要在從“病毒的變與不變”這個大的角度去解讀這個問題。

你了解病毒嗎

病毒是一種個體微小、結(jié)構(gòu)簡單、只含一種核酸（DNA 或RNA），必須在活細(xì)胞內(nèi)寄生，并以復(fù)制方式增殖的非細(xì)胞型生物。人類發(fā)現(xiàn)的第一種病毒是煙草花葉病毒，由馬丁烏斯·貝杰林克于1899 年發(fā)現(xiàn)并命名。迄今為止，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的病毒超過5 000 種類型。

提及病毒，很多同學(xué)都避之唯恐不及。的確，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的約有160 種病毒能致人患病，常見的有引發(fā)感冒、流感和水痘等一般疾病的病毒，還有導(dǎo)致天花、艾滋病、埃博拉和新冠肺炎等較為嚴(yán)重疾病的病毒。有一些疾病雖然并非由病毒直接引起，但是與它們有關(guān)。當(dāng)然，不是所有的病毒都是致病可怕的，有的病毒也有可愛的一面，甚至可以救命。比如，我們在上上期雜志中的《病毒都是可怕的嗎》一文里所列舉的海水里能殺死細(xì)菌的噬菌體、幫助人類戰(zhàn)勝天花病毒的牛痘病毒等。

病毒的種類繁多，形狀結(jié)構(gòu)各異。大部分病毒都是球形或者是接近球形的，少數(shù)為桿狀、絲狀、磚塊狀、蝌蚪狀等。很多病毒呈立體對稱結(jié)構(gòu)，大致可以分為3 種：二十面體立體對稱結(jié)構(gòu)、螺旋對稱結(jié)構(gòu)和復(fù)合對稱結(jié)構(gòu)。大多數(shù)病毒的直徑在10～300 納米，一些絲狀病毒的長度可達(dá)1 400 納米，但其寬度只有約80 納米。

根據(jù)病毒的基因（RNA 或DNA），病毒可以分為5 類：雙鏈DNA、單鏈DNA、雙鏈RNA、正單鏈RNA、負(fù)單鏈RNA。病毒沒有自己的代謝系統(tǒng)，不能獨立生存，往往只能“寄人籬下”，依靠寄主細(xì)胞提供的物質(zhì)與能量完成生命活動，并按照它自己的核酸所包含的遺傳信息繁衍下一代。病毒將自己的遺傳物質(zhì)引入感染細(xì)胞進(jìn)行復(fù)制，然后損傷宿主細(xì)胞功能，對宿主健康造成嚴(yán)重影響，甚至危及生命。冠狀病毒就是入侵人體的呼吸系統(tǒng)，造成呼吸障礙，嚴(yán)重者會因呼吸衰竭而死亡。

病毒為什么會變異

總體而言，世界上不存在不變的病毒，只是病毒變異的速度和頻率有所差異。如果快速變異和多變，這樣的病毒就可能對人造成更多的危害，也比較難以對付。新冠病毒就屬于這樣多變的病毒。

病毒的變化，與其大小、結(jié)構(gòu)、形態(tài)有著密切的關(guān)系。病毒一般主要由2 種成分組成：一是遺傳物質(zhì)，即核糖核酸（RNA）或脫氧核糖核酸（DNA）；二是由蛋白質(zhì)形成的衣殼，用來包裹和保護(hù)病毒的遺傳物質(zhì)。部分病毒能夠形成環(huán)繞在外的脂質(zhì)包膜，從而協(xié)助和保護(hù)其入侵宿主細(xì)胞。

當(dāng)然，病毒發(fā)生變異也是由多種原因引起的。由于病毒需要進(jìn)入宿主的細(xì)胞中進(jìn)行核酸（RNA 或DNA）復(fù)制，就有可能在復(fù)制過程中發(fā)生錯誤，尤其是只有單鏈DNA或RNA的病毒，一旦發(fā)生復(fù)制錯誤，就難以糾正。而雙鏈DNA 或RNA病毒盡管也會因復(fù)制而發(fā)生錯誤，但由于還存在另外一條單鏈，可以及時修復(fù)錯誤的單鏈，所以單鏈病毒比雙鏈病毒容易發(fā)生變異。

另一方面，病毒有蛋白質(zhì)形成的“外衣”和脂質(zhì)包膜環(huán)繞在核酸之外，用以包裹和保護(hù)遺傳物質(zhì)，并同時讓病毒容易入侵宿主細(xì)胞。因此，在它們的蛋白質(zhì)“外衣”和脂質(zhì)包膜上會有抗原成分的變化，一是抗御生物體的防御機制，如體液免疫（B 細(xì)胞產(chǎn)生的抗體）和細(xì)胞免疫（T 細(xì)胞）的抗御作用而產(chǎn)生變異；二是通過改變蛋白質(zhì)“外衣”和脂質(zhì)包膜，能更容易入侵宿主細(xì)胞，也造成了病毒的多變。

此外，新冠病毒容易變異的另一個原因是，它采用病毒聚合酶幫助復(fù)制。病毒聚合酶在病毒基因組復(fù)制和轉(zhuǎn)錄中起核心作用，新冠病毒利用RNA 依賴的RNA 聚合酶復(fù)制和轉(zhuǎn)錄其基因組。RNA 聚合酶不具有核酸酶（校正）活性，因此新冠病毒基因組在復(fù)制過程中核苷酸的錯配率比較高，容易發(fā)生變異。

病毒變異的方式又有多種，如抗原漂移，即病毒DNA 或RNA上單個堿基發(fā)生突變，然后積累到一定數(shù)量形成較大的變異，新冠病毒變異可能就是如此。此外，另有抗原轉(zhuǎn)變，即基因重組或基因重配，還有一類是基因排序錯誤。

知識鏈接部分新冠病毒變異株

隨著病毒的散播，病毒內(nèi)的基因會發(fā)生微小的刪除或突變，從而變得更具威脅性

病毒“變身”多

1.新冠病毒

就新冠病毒而言，現(xiàn)在研究人員已經(jīng)比較了解的變異毒株有10 多種，其中有在英國首先出現(xiàn)的變體阿爾法、在南非首次發(fā)現(xiàn)的變體貝塔、在巴西首先發(fā)現(xiàn)的變體伽馬、在印度首先發(fā)現(xiàn)的變體德爾塔，這4 種都是世界衛(wèi)生組織公認(rèn)的需要關(guān)注的變體。現(xiàn)在又新增了拉姆達(dá)變體，是2020 年8 月首先在秘魯首都利馬發(fā)現(xiàn)的。

這些新冠病毒變異毒株的共同特征都是在刺突蛋白位置有了變化。刺突蛋白是病毒用來解鎖進(jìn)入人體細(xì)胞的重要組成部分。新冠病毒是冠狀病毒科中的一種，它的結(jié)構(gòu)也擁有蛋白質(zhì)組成的衣殼，還有由脂質(zhì)和糖蛋白組成的包膜。

新冠病毒直徑為60～220 納米，其最外層具有包膜結(jié)構(gòu)，在包膜結(jié)構(gòu)上又有3 種蛋白（抗原）：刺突蛋白（S）、小包膜蛋白（E）和膜蛋白（M）。另外，少數(shù)其他種類的冠狀病毒包膜結(jié)構(gòu)上還有血凝素蛋白（HE）。

新冠病毒的S 蛋白能夠識別并結(jié)合宿主細(xì)胞表面受體，并介導(dǎo)病毒包膜與細(xì)胞膜融合；M 蛋白則參與了病毒包膜的形成與出芽過程；E 蛋白和HE 蛋白可能與新冠病毒早期吸附有關(guān)。現(xiàn)在的新冠變異病毒關(guān)鍵變異點大多位于S 蛋白上。

例如，德爾塔變異毒株發(fā)生了15處突變，有6處發(fā)生在S蛋白上，其中又有3 處比較關(guān)鍵。被稱為L452R 和E484Q 的基因突變發(fā)生在S 蛋白與人體細(xì)胞血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2 受體結(jié)合的區(qū)域，L452R 能增強病毒侵入細(xì)胞的能力，E484Q能幫助病毒避免受到人體免疫系統(tǒng)的攻擊。同時，德爾塔變異毒株的第三個基因突變P681R 也能使病毒更有效地進(jìn)入人體細(xì)胞。所有這些突變結(jié)合起來，就使得德爾塔變異毒株能部分避開人體內(nèi)的一些中和抗體，并容易入侵人體細(xì)胞，因而傳染性更強。

對新出現(xiàn)的拉姆達(dá)變異毒株，研究人員通過對全球共享流感數(shù)據(jù)倡議組織病毒庫中1 908 個拉姆達(dá)變異株進(jìn)行測序，發(fā)現(xiàn)了兩類高度保守的突變，拉姆達(dá)的S 蛋白上有6 個單氨基酸突變。而且，阿爾法等4 個變異株和拉姆達(dá)變異株都在S 蛋白上的L452R 位點上有突變，這就形成了它們變異的共性。而這一點也助于研究新的藥物和疫苗。

2.流感病毒

與新冠病毒相似的多變病毒還有流感病毒，包括既能感染人又能感染禽類的禽流感病毒。流感病毒是單鏈RNA 病毒，內(nèi)部的核心由單鏈核糖核酸及核蛋白組成。根據(jù)核蛋白的抗原性不同，流感病毒可分為甲（A）、乙（B）、丙（C）三型，每型又可區(qū)分為不同亞型。當(dāng)抗原發(fā)生較大的變異時，與前次流行株完全不同，是抗原的質(zhì)變，稱為抗原株變，此時可產(chǎn)生新的亞型。由于人們對新的亞型缺乏抗體，因此流感病毒?？梢鸫蟮牧餍小?/p>

不同型流感病毒所引起的流行程度是不一樣的。甲型變異較快，每2～3 年可發(fā)生一次，能引起世界性大流行；乙型變異較慢，常引起局部流行，迄今未發(fā)現(xiàn)引起世界性大流行；丙型主要以散在形式出現(xiàn)，一般侵襲嬰幼兒，不太容易引起流行。

流感病毒的變異同樣也可以由病毒表面包膜上的糖蛋白抗原引起，主要有兩種：一種是紅細(xì)胞凝集素（H），另一種為神經(jīng)氨酸酶（N），流感病毒包膜上的抗原有14 種特異性的H 和9 種特異性的N。由編碼H 或N 蛋白的基因發(fā)生突變，一種宿主細(xì)胞感染兩種不同的流感病毒時，基因組片段易發(fā)生重組；來自不同宿主，如禽類、豬等的流感病毒容易發(fā)生基因交替。這些不同的H和N 以不同的組合方式產(chǎn)生極為多樣的毒株，形成了各種亞型病毒，有的毒力較強，有的毒力較弱，從無癥狀感染到幾乎100%死亡不等。

3. 埃博拉病毒

埃博拉病毒盡管也是單鏈RNA 病毒，但變異相對而言較少。埃博拉病毒屬絲狀病毒科，形狀宛如中國古代的“如意”，長度約為970 納米，外面也有包膜。

埃博拉病毒主要包括扎伊爾埃博拉病毒、蘇丹埃博拉病毒、塔伊森林埃博拉病毒、雷斯頓埃博拉病毒，以及變異的新型埃博拉病毒5 種類型。埃博拉平均病死率為50%，在以往疫情中出現(xiàn)的病死率從25%到90%不等。其中，扎伊爾埃博拉病毒是迄今為止造成埃博拉出血熱疫情最主要的病原體，對人類的威脅也最大，導(dǎo)致的感染病死率為70%～90%，在1977 年的疫情中病死率甚至高達(dá)100%。

現(xiàn)在，研究人員發(fā)現(xiàn)埃博拉病毒也在變化，對塞拉利昂最早一些埃博拉病例的基因研究顯示，該病毒在人際傳播過程中出現(xiàn)了超過300 個基因變化。病毒變異是一種常態(tài)，而且也會造成對人的進(jìn)一步傷害和對抗疫情的困難。不過，各國都在加緊研發(fā)新的疫苗來阻止變異病毒的感染?，F(xiàn)在，中國、美國和英國等國家已經(jīng)啟動了針對新冠變異病毒的2.0 疫苗的研發(fā)和生產(chǎn)計劃，主要針對阿爾法、貝塔和德爾塔變體。

抗擊新冠肺炎疫情的道路雖然曲折，但相信我們最終會取得勝利。