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文/李祥

受影視作品的影響，說到變異，大家往往會想到生化危機(jī)中變異的病毒給人類所帶來的災(zāi)難。那么，病毒變異對人類來說意味著什么？

RNA病毒變異較快 　

作為自然界中結(jié)構(gòu)最簡單的一類生物，大部分病毒僅僅由蛋白質(zhì)外殼和核酸構(gòu)成，小部分病毒含有脂質(zhì)的膜。病毒結(jié)構(gòu)簡單，卻擁有復(fù)雜的生活史。在與動植物和微生物的交互中，病毒具有復(fù)雜的行為特點。病毒的大量繁殖，會導(dǎo)致許多變異病毒的產(chǎn)生。這一特點使得病毒能夠在復(fù)雜的情況下快速進(jìn)化，從而適應(yīng)環(huán)境。

根據(jù)美國生物學(xué)家戴維·巴爾的摩建立的巴爾的摩病毒分類系統(tǒng)，新型冠狀病毒（以下簡稱新冠病毒）屬于正義單鏈線狀RNA病毒，即這類病毒的基因組僅有一條RNA鏈。與大部分以雙鏈DNA作為遺傳物質(zhì)的生物不同，冠狀病毒大家族中的遺傳物質(zhì)全都是單鏈線狀RNA。

在自然狀態(tài)下，由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，相同的RNA相比DNA更加容易發(fā)生突變，因此RNA病毒的變異速度往往快于DNA病毒。這一特點在2003年的SARS（嚴(yán)重急性呼吸綜合征）期間體現(xiàn)得非常清楚，早期的SARS病毒的傳播能力較弱，隨著病毒的不斷傳播，病毒在快速復(fù)制增殖的過程中產(chǎn)生了許多突變，盡管大部分的突變對病毒而言都是有害的，但仍舊有部分發(fā)生在關(guān)鍵基因上的突變改變了病毒傳播的能力。在疫情暴發(fā)中期，突變后的病毒在人群中大量傳播。

新冠病毒與SARS病毒相似，同屬套式病毒目、冠狀病毒科、冠狀病毒屬，基因組大小為27～32KB。據(jù)中國科研團(tuán)隊在2020年3月4日發(fā)表的論文，到論文發(fā)表為止，根據(jù)已經(jīng)測序的基因組數(shù)據(jù)，新冠病毒已經(jīng)產(chǎn)生了149個突變位點，并分化出L和S兩個類型。盡管病毒已經(jīng)產(chǎn)生了這么多的突變，但科研人員在文章中解釋，病毒并沒有像SARS病毒一樣發(fā)生了適應(yīng)性進(jìn)化，因此無需過于擔(dān)心。

變異是常見的自然現(xiàn)象 　

為什么說新冠病毒發(fā)生了這么多的突變卻沒有產(chǎn)生適應(yīng)性變化？病毒的突變是什么？適應(yīng)性進(jìn)化又是什么？這要從科學(xué)家們?nèi)绾窝芯坎《镜倪M(jìn)化說起。

事實上，從生物學(xué)上來講，生物的變異是一件很常見的事情，以我們自身為例，我們瞳孔的顏色、血型等性狀，在從父母身上遺傳的過程中，由于重組等變異的情況存在，我們與父母之間往往存在有許多的不同，這種不同我們也稱之為變異。

突變也是變異的一種。突變一般指的是基因突變，往往用來描述某個基因上某個核苷酸位點上的含氮堿基發(fā)生改變，從一種含氮堿基變成了另一種含氮堿基。廣義的變異包含有多種遺傳信息改變的方式，但有利變異和有害變異相對較少，因此當(dāng)聽到生物學(xué)家們說到某種生物發(fā)生了變異的時候，不要驚慌，他們只是在闡述一種自然現(xiàn)象。

由于病毒沒有染色體等結(jié)構(gòu)，它們的遺傳物質(zhì)僅有DNA或RNA，缺乏相應(yīng)的保護(hù)蛋白，且由于病毒的復(fù)制發(fā)生在被他們感染的細(xì)胞中，因此病毒的遺傳物質(zhì)更加容易發(fā)生改變。作為一種基因組相對較大的RNA病毒，新冠病毒在整個基因組上發(fā)生突變的概率也相對更大。

RNA病毒突變的三種類型 　

RNA序列由四種基本的核糖核苷酸組成，分別是腺嘌呤核糖核苷酸（A）、鳥嘌呤核糖核苷酸（G）、胞嘧啶核糖核苷酸（C）以及尿嘧啶核糖核苷酸（U）。RNA病毒上所能夠發(fā)生的突變與上述的四種不同類型的核糖核苷酸有關(guān)，主要分為插入、缺失以及點突變?nèi)N類型。

所謂插入突變，指的是在原先的核苷酸序列中憑空插入了一個或數(shù)個核苷酸，例如，序列“AUG GAG AGC”在第三個核苷酸G的后面加入了一個C，由于核糖體是以三個核苷酸為一個密碼子進(jìn)行閱讀的，當(dāng)序列變?yōu)椤癆UG CGA GAG C”后，原先的三個密碼子“AUG”“GAG”“AGC”變化成了“AUG”“CGA”“GAG”。由此可見，由于單個C的插入導(dǎo)致RNA鏈上整個基因后續(xù)的讀碼發(fā)生偏移。通常情況下，發(fā)生單個核苷酸的突變會導(dǎo)致不能產(chǎn)生正常的蛋白質(zhì)，因此一旦病毒發(fā)生插入突變，對病毒而言并不是好事，病毒的復(fù)制往往會出現(xiàn)問題，因此這種突變不足畏懼。

缺失突變與插入突變類似，不同的是，缺失突變是由于病毒基因組上核苷酸的缺失導(dǎo)致的，以序列“AUG GAG AGC U”為例，如果第四位的G發(fā)生缺失，原先的三個密碼子“AUG”“GAG”“AGC”將會變成“AUG”“AGA”“GCU”，同樣發(fā)生了移碼突變，在這種情況下病毒也不能夠生存。因此對于插入和缺失突變，我們無需擔(dān)心。

點突變意味著核苷酸鏈上單個核苷酸發(fā)生了改變，改變的方式多種多樣，一種核苷酸可能會突變成其他三種核苷酸中的任意一種，我們?nèi)耘f以RNA序列“AUG GAG AGC”為例進(jìn)行解釋。如果這段序列第四位的G突變成為A，那么這段序列就會從原來的“AUG GAG AGC”變?yōu)椤癆UG AAG AGC”此時僅有一個密碼子發(fā)生了改變，而其他的序列并沒有發(fā)生改變。我們將這種類型的變異成為點突變。點突變是否會對病毒產(chǎn)生影響呢？答案是可能會對病毒產(chǎn)生影響，但對病毒是有利還是有害卻是不一定的。

在病毒的基因組中，除了基因區(qū)域外，還含有一部分與基因無關(guān)的區(qū)域，發(fā)生在這些位置上的突變通常情況下并不會影響到病毒的生存。由于密碼子的簡并性、氨基酸的相似性等一系列因素，發(fā)生在基因區(qū)域的突變也并不一定會影響到病毒的復(fù)制和繁殖。

流感病毒突變的啟示 　

我們可以這樣理解，在大部分情況下，病毒發(fā)生的突變對病毒的改變微乎其微，且很多突變對于病毒而言是有害的。那么是不是所有的突變都是這樣的呢？答案是否定的。盡管病毒突變的概率相對較低（仍舊比含有染色體的生物突變率高），且中性突變和有害突變的概率要高于有利突變，但我們?nèi)圆荒軐Σ《镜粢暂p心。

病毒的復(fù)制速度驚人，在進(jìn)入宿主細(xì)胞后，病毒會在短時間內(nèi)接管細(xì)胞的控制權(quán)，利用細(xì)胞內(nèi)儲存的物質(zhì)和能量在短時間內(nèi)大量的復(fù)制自身，在細(xì)胞破裂時，釋放出成千上萬的病毒粒子。在這種情況下，突變的概率即使再低也會產(chǎn)生大量變異的病毒，倘若發(fā)生的突變是對病毒有利的，發(fā)生突變的病毒往往會更容易存活，進(jìn)而產(chǎn)生更多的后代，使得越來越多的后代帶有這種變異，病毒也就慢慢發(fā)生了進(jìn)化。

對于上述過程，人們感受最為明顯的應(yīng)當(dāng)是流感疫苗的變化。在秋冬季節(jié)，我們往往需要接種流感疫苗，并且流感疫苗每年都需要進(jìn)行接種，并不能像其他疫苗一樣一次接種就能終身免疫。究其原因，仍舊是流感病毒的進(jìn)化速度相對較快。

人體的免疫系統(tǒng)能夠識別流感病毒靠的是免疫細(xì)胞對流感病毒上的血凝素（H蛋白）和神經(jīng)氨酸酶（N蛋白）的辨別，但由于流感病毒的快速傳播，大量的流感病毒在復(fù)制過程中極有可能發(fā)生突變。若突變發(fā)生在這兩種蛋白上，哪怕是很小的改變都會導(dǎo)致識別失敗，因此流感病毒的疫苗也會隨著流感病毒的變異而失效。

中國科研團(tuán)隊近期所發(fā)現(xiàn)的新冠病毒上的149個突變位點，大部分都是無義突變，即這種突變并不會改變病毒的結(jié)構(gòu)，少量的有義突變在大部分情況下也不會對病毒產(chǎn)生顯著的影響，而所謂的S型和L型僅僅是描述了一個功能無關(guān)緊要的基因上某一個位點的變化情況，對新冠病毒在進(jìn)化學(xué)上進(jìn)行了區(qū)別，病毒本身并沒有產(chǎn)生太大的變異，我們也無需對此過于恐慌。

總而言之，病毒的變異并沒有我們想象中的那么可怕，但仍需警惕發(fā)生在特定位點、特定基因上的突變。當(dāng)然，這種工作需要交給病毒學(xué)家來進(jìn)行。作為普通人的我們需要做的是保護(hù)好自己，戴好口罩，勤洗手，少參加聚會，多進(jìn)行鍛煉。

本文刊發(fā)于《科學(xué)畫報·新知版》2020年第4期。

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