為什么新冠病毒的變異 快得連希臘字母都不夠用了

Peter

以希臘字母“奧密克戎”（Omicron）命名的新冠病毒變異株自去年11月在南非被發(fā)現(xiàn)和確定后，很快擴(kuò)散到世界各地，世界衛(wèi)生組織稱其傳播速度之快“前所未見”。一時(shí)間，謠言甚囂塵上，奧密克戎好像充滿智慧，繼承了前幾次變種的大部分“優(yōu)點(diǎn)”，比如2020年5月在南非發(fā)現(xiàn)的貝塔（Beta）變種具有免疫逃逸的特點(diǎn)，2020年10月在印度發(fā)現(xiàn)的德爾塔（Delta）變種具有超強(qiáng)的傳染性，而奧密克戎兩者兼有。好在奧密克戎的癥狀相對(duì)溫和，也算是對(duì)目前焦灼的抗疫形勢(shì)的一絲絲慰藉。

自新冠疫情暴發(fā)至今，病毒變異的速度簡直令人瞠目結(jié)舌，目前的變種多到連24個(gè)希臘字母都快被用完了。而且在變異的過程中，新冠病毒不斷獲得新的“技能”，比如潛伏時(shí)間變得更長，早期更難被檢測(cè)到……它真的那么聰明，讓我們毫無招架之力？其實(shí)并不是。破除我們內(nèi)心恐懼最好的方式，就是了解它的前世今生。

新冠病毒的“家譜”

新冠病毒的全名是SARS-CoV-2，它屬于臭名昭著的Beta冠狀病毒家族（冠狀病毒四大家族之一），是冠狀病毒中第7名可以感染人類的成員。2003年，它的“長兄”SARS病毒引發(fā)了“非典”。2012年，它的“二哥”MERS病毒造成了中東呼吸綜合征。而這一次，新冠病毒令全球500多萬人失去了生命，而且這一數(shù)字還在不斷增長。

新冠病毒是全長約3萬個(gè)堿基的RNA病毒，在病毒中屬于大個(gè)頭了。相比之下，艾滋病毒只有9200個(gè)堿基，乙肝病毒只有3200個(gè)堿基，即使是流感病毒也只有1.2萬個(gè)堿基，不到新冠病毒的一半。一般來說，遺傳物質(zhì)越大，能生成的基因越多，結(jié)構(gòu)也就越復(fù)雜，所以新冠病毒算是病毒界比較“厲害”的存在。當(dāng)然，這是相對(duì)病毒而言，比病毒更大的細(xì)菌，結(jié)構(gòu)就復(fù)雜多了，比如容易造成腹瀉的大腸桿菌有450萬個(gè)堿基，我們平時(shí)喜歡喝的養(yǎng)樂多里的活性乳酸菌也有320萬個(gè)堿基。人類的基因組則有64億個(gè)堿基，與病毒已經(jīng)不是一個(gè)數(shù)量級(jí)的了。

擁有3萬堿基的新冠病毒一共表達(dá)了29種蛋白質(zhì)，其中有一種特別重要，叫作“刺突蛋白”。這種蛋白分布在病毒外表，是病毒與人體黏膜的接觸點(diǎn)，也是病毒進(jìn)入人體的鑰匙。20世紀(jì)60年代，科學(xué)家首次在電子顯微鏡下看到冠狀病毒的刺突蛋白，它的外形很特別，像太陽的日冕，冠狀病毒才因此得名。

變異是復(fù)制中產(chǎn)生的“錯(cuò)誤”

面對(duì)眼花繚亂的變異株，很多人不禁要問，為什么新冠病毒能不斷進(jìn)化，而且越來越強(qiáng)呢？

在這里我們要復(fù)習(xí)一下達(dá)爾文的進(jìn)化論：物競天擇，適者生存。地球上存在各種各樣的生物，自然選擇使得一些生物存活和繁衍下去，剩下的則消失滅絕。但當(dāng)時(shí)達(dá)爾文并不知道基因的存在，因此缺少了很重要的一部分——生物多樣性的基礎(chǔ)是基因，而且基因突變?cè)谟袡C(jī)生命體里是無時(shí)無刻不在發(fā)生的。倘若沒有基因突變，沒有自然選擇，也就沒有今天的人類，地球上可能只有最簡單的單細(xì)胞生物。

我們?cè)谥袑W(xué)生物課上就知道，生物在繁殖的過程中，有一個(gè)復(fù)制自己的遺傳物質(zhì)的步驟。絕大部分的遺傳物質(zhì)是DNA，而新冠病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。在復(fù)制拷貝的過程中，“錯(cuò)誤”一定會(huì)發(fā)生，雖然大部分生物體都有一個(gè)自我審查的過程，但即便審查了，有一些錯(cuò)誤還是會(huì)成為“漏網(wǎng)之魚”。這種“錯(cuò)誤”絕大部分是無意義的，可能“錯(cuò)誤”的位置不在基因上，或者錯(cuò)誤發(fā)生在基因上但并不會(huì)改變生成蛋白質(zhì)。舉個(gè)例子，我們看氨基酸口訣表就能清楚地知道，三個(gè)堿基解碼一個(gè)氨基酸，比如GGU、GGC、GGA、GGG解碼的都是甘氨酸（氨基酸的一種），倘若變異發(fā)生在第三個(gè)堿基上，對(duì)表達(dá)的蛋白質(zhì)來說完全沒有影響。

然而，新冠病毒的總數(shù)基數(shù)實(shí)在太大，它在全球肆虐了2年多，感染了幾億人，平均每個(gè)被感染的病人體內(nèi)，病毒復(fù)制的數(shù)量最高峰能達(dá)到10億到1000億（不過總的重量不到0.1微克，順便一提，權(quán)威學(xué)術(shù)刊物《美國科學(xué)院院報(bào)》在2021年6月發(fā)表過一次演算，預(yù)測(cè)當(dāng)時(shí)全球所有的新冠病毒加起來不足10千克），因此大量的變異一直不斷地產(chǎn)生。新加坡科技研究局的一位科研工作者在2021年5月估算，新冠病毒在17個(gè)月變異了6600次，平均2小時(shí)一次。

既然變異了這么多次，希臘字母豈不是早就不夠用了？實(shí)際上，絕大部分的變異缺乏競爭力，甚至在人體內(nèi)就被清除掉了。對(duì)病毒來說，人體的免疫系統(tǒng)就是它的“自然選擇”。當(dāng)初新冠病毒的產(chǎn)生，可能只是一個(gè)再普通不過的冠狀病毒復(fù)制自己的RNA時(shí)發(fā)生了一次決定性的“錯(cuò)誤”，讓它能輕松地繞過人體的免疫防線，在人體內(nèi)快速地復(fù)制自己，并迅速地傳播開去。起初，它的這種能力并不強(qiáng)，但在小范圍的傳播過程中，病毒經(jīng)歷了無數(shù)次變異，產(chǎn)生了很多個(gè)新的“錯(cuò)誤”。有些“錯(cuò)誤”對(duì)病毒傳播有利，比如更好地逃逸人體免疫系統(tǒng)的能力，或者能在體外存活更久，這類“高質(zhì)量”的新冠病毒存活了下來并傳播給了更多的人。這時(shí)，病毒的復(fù)制總量成指數(shù)增長，變異也是?！案哔|(zhì)量”的病毒不僅擁有了“父母”的高質(zhì)量屬性，自己也通過變異獲得了新的“技能”。對(duì)病毒有利的“技能”，在不斷復(fù)制中得到了保留，而新“技能”又通過變異不斷產(chǎn)生。病毒不停優(yōu)化自己，從而成為更加完美的生物。

奧密克戎被認(rèn)為是迄今為止突變最多、變異程度最深的新冠變異毒株，且與原始新冠病毒和之前流行的主要變異株差別非常大。這意味著針對(duì)已知病毒和變異株研制的疫苗、藥物的效果可能受到影響。當(dāng)然，我們?cè)趽?dān)憂的同時(shí)，也要對(duì)國家的防疫工作給予無條件的支持。相信隨著新冠病毒科研工作的深入，科學(xué)家們終將發(fā)明出能阻斷病毒傳播的特效藥物，在不遠(yuǎn)的將來，人類能戰(zhàn)勝病毒或者與病毒共處。