新冠病毒为什么会进化?为何总是快人一步?

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【加拿大都市网】只要存在易感人群,病毒就会进化。

2021年1月首现南非的新冠病毒C.1谱系当时看起来与其他变种相似,也并未传播太广泛,其基因组没有什么奇特之处。然而病毒进化得异常之快,快过地球上其他任何生物。科学家近期分析了新冠病毒的突变率,结果发现新冠的突变数量与人类从250万年前首次直立行走到今天所经历的突变数量一样。

C.1谱系出现仅仅4个月后,南非遭遇由高度传播的德尔塔变体引起的第三波新冠疫情,而一支追踪该毒株的团队检测到新版本的C.1基因组发生了大量变化。他们很快发现,新版本为C.1.2变体,产生了比其他变异毒株更多的突变——阿尔法、贝塔、伽马和德尔塔变体所拥有的关键突变,以及一部分与免疫逃避相关的突变,都在它身上出现了。

新变体的传播能力已经比阿尔法高了40%~60%,而阿尔法的传染性本就比原始毒株高出50%,演变成了一些流行病学家口中的“我们一生所见的最具传染性的疾病”。引起麻疹和水痘的病毒比德尔塔变体更易传播,但后者的传播速度极快,能在4天内完成从宿主A到宿主B的传播,而其他病毒至少需要10~14天时间。

只要存在易感人群 病毒就会传播、复制和变异

生命在自然选择下进化是生物学定律,正如万有引力是物理学定律一样。新冠病毒的持续传播将导致进一步变异,产生新的变种,导致更多的死亡和持续的大流行。

人类至今也未能控制住新冠病毒。SARS-Co V-2可以说是生命在自然选择下进化的一个典范,令低估自然力量的我们处于危险之中——正如我们过去曾经和未来仍将无数次经历的那样。

SARS-Co V-2基因组由3万个碱基组成,碱基存储蛋白质指令,蛋白质负责劫持我们的细胞并产生数十亿个新病毒。

当一个人吸入SARS-Co V-2时,病毒表面的刺突蛋白会识别并附着于人体细胞的蛋白质上。虽然感染过程始于喉咙和肺部,但SARS-Co V-2最终会攻击全身的系统,包括心脏、血管、肠道和肾脏等。

附着于宿主细胞后,病毒会将其基因组——一条由3万个RNA碱基组成的单链——注入细胞内部。在那里,病毒蛋白开始重塑细胞结构以适应其大规模增殖。SARS-Co V-2的基因组就像一座工厂的建筑师兼总经理,引领协调各方工作,以制造更多病毒。

病毒每次感染新宿主,产生新副本,都可获得或好或坏的新突变。人类每次感染SARS-Co V-2,身体都会产生10亿~1 000亿份病毒。每次感染期间,病毒基因组内可能会发生0.1~1次突变——如果我们保守地将新增突变数定为0.1,那么全球每天新增的425 000个病例就会带来42 500个突变,这意味着SARS-Co V-2基因组3万个碱基里的每一个每天都有可能发生突变。

值得庆幸的是,这些突变中能站稳脚跟的还是少数,因为存在传播的瓶颈,在一次感染期间发生突变很少会传染给另一个宿主。根据最近的两项研究,传播给他人的少量病毒通常与开始感染的毒株相同。

而不幸的是,有一个例外存在。如果病毒在某个体(例如免疫系统较弱、无法清除病毒的个体)内停留较长时间,它将与人体免疫系统发生广泛的相互作用并获得有用的突变来对抗免疫。举个例子,在过去的一年间,科学家观察到SARS-Co V-2变种获得了足以改变刺突蛋白形态的突变,从而使得保护性抗体难以再针对它。(抗体如钥匙开锁一般结合刺突蛋白,中和病毒。)

如何应对病毒的进化

也有一些好消息。在过去的20几个月里,科学家发现了病毒进化的蛛丝马迹。自然选择推动着病毒朝增强传播能力和获得免疫逃逸的方向前进,但未必会给人类带来更严重的病症。

减缓病毒进化并防止伴随突变和新变种出现的唯一方法是延阻病毒传播,每次感染都是病毒进一步进化的机会。

人类减缓新冠传播最有力的武器是疫苗接种。不同疫苗以不同方式保护身体免受入侵者伤害,而其共通的模式是,疫苗将灭活病毒或病毒片段(不具备传染性)摆到接种者的免疫系统面前,模拟病毒入侵场景,训练机体的防御能力。

接种疫苗的好处不只在于预防。接种者如果感染病毒,其体内产生的病毒量往往更少,也通常能比未接种感染者更快清除病原体,减少病毒变异的时间。

感染继续,进化也将继续。坚持佩戴口罩、做好消毒工作、保持社交距离以及接种疫苗,是我们保护自己和减缓新冠病毒进化的通用而高效的方法。(科普中国 CNKI智慧科普聚合平台,图片来源星岛资料图)

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