為什么新冠病毒的變異快得連希臘字母都不夠用了

文 Peter（新加坡國立大學生物學博士） 圖 視覺中國

以希臘字母“奧密克戎”（Omicron）命名的新冠病毒變異株自去年11月在南非被發現和確定后，很快擴散到世界各地，世界衛生組織稱其傳播速度之快“前所未見”。一時間，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“優點”，比如2020年5月在南非發現的貝塔（Beta）變種具有免疫逃逸的特點，2020年10月在印度發現的德爾塔（Delta）變種具有超強的傳染性，而奧密克戎兩者兼有。好在奧密克戎的癥狀相對溫和，也算是對目前焦灼的抗疫形勢的一絲絲慰藉。

自新冠疫情暴發至今，病毒變異的速度簡直令人瞠目結舌，目前的變種多到連24 個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”，比如潛伏時間變得更長，早期更難被檢測到……它真的那么聰明，讓我們毫無招架之力？其實并不是。破除我們內心恐懼最好的方式，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，而且這一數字還在不斷增長。

新冠病毒是全長約3 萬個堿基的RNA 病毒，在病毒中屬于大個頭了。相比之下，艾滋病毒只有9200 個堿基，乙肝病毒只有3200 個堿基，即使是流感病毒也只有1.2 萬個堿基，不到新冠病毒的一半。一般來說，遺傳物質越大，能生成的基因越多，結構也就越復雜，所以新冠病毒算是病毒界比較“厲害”的存在。當然，這是相對病毒而言，比病毒更大的細菌，結構就復雜多了，比如容易造成腹瀉的大腸桿菌有450 萬個堿基，我們平時喜歡喝的養樂多里的活性乳酸菌也有320萬個堿基。人類的基因組則有64 億個堿基，與病毒已經不是一個數量級的了。

擁有3 萬堿基的新冠病毒一共表達了29 種蛋白質，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，也是病毒進入人體的鑰匙。20世紀60年代，科學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。

變異是復制中產生的“錯誤”

面對眼花繚亂的變異株，很多人不禁要問，為什么新冠病毒能不斷進化，而且越來越強呢？

在這里我們要復習一下達爾文的進化論：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。但當時達爾文并不知道基因的存在，因此缺少了很重要的一部分——生物多樣性的基礎是基因，而且基因突變在有機生命體里是無時無刻不在發生的。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胞生物。

我們在中學生物課上就知道，生物在繁殖的過程中，有一個復制自己的遺傳物質的步驟。絕大部分的遺傳物質是DNA，而新冠病毒的遺傳物質是RNA。在復制拷貝的過程中，“錯誤”一定會發生，雖然大部分生物體都有一個自我審查的過程，但即便審查了，有一些錯誤還是會成為“漏網之魚”。這種“錯誤”絕大部分是無意義的，可能“錯誤”的位置不在基因上，或者錯誤發生在基因上但并不會改變生成蛋白質。舉個例子，我們看氨基酸口訣表就能清楚地知道，三個堿基解碼一個氨基酸，比如GGU、GGC、GGA、GGG 解碼的都是甘氨酸（氨基酸的一種），倘若變異發生在第三個堿基上，對表達的蛋白質來說完全沒有影響。

然而，新冠病毒的總數基數實在太大，它在全球肆虐了2年多，感染了幾億人，平均每個被感染的病人體內，病毒復制的數量最高峰能達到10 億到1000 億（不過總的重量不到0.1 微克，順便一提，權威學術刊物《美國科學院院報》在2021年6月發表過一次演算，預測當時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個月變異了6600 次，平均2 小時一次。

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

奧密克戎被認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。當然，我們在擔憂的同時，也要對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，科學家們終將發明出能阻斷病毒傳播的特效藥物，在不遠的將來，人類能戰勝病毒或者與病毒共處。