病毒也會“七十二變”

張田勘

2020年年初，新冠病毒肆虐，完全打亂了我們學習、工作與生活的節奏，交通停運、工廠停工、開學延遲......而今年暑假，我們再一次經歷了疫情。但是這一次，我們沉穩與淡定了很多，因為我們積累了一定的抗疫經驗：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，定能守住抗疫戰果，迎來戰“疫”全面勝利的那一天。

我們都知道，這次國內發生的新一輪疫情是由在印度首先發現的新冠病毒的變異毒株德爾塔引發的。看到這兒，可能很多同學會有疑惑：新冠病毒為什么會變異呢？為了讓同學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、結構簡單、只含一種核酸（DNA或RNA），必須在活細胞內寄生，并以復制方式增殖的非細胞型生物。人類發現的第一種病毒是煙草花葉病毒，由馬丁烏斯·貝杰林克于1899年發現并命名。迄今為止，人們已經發現的病毒超過5000種類型。

提及病毒，很多同學都避之唯恐不及。的確，現在發現的約有160種病毒能致人患病，常見的有引發感冒、流感和水痘等一般疾病的病毒，還有導致天花、艾滋病、埃博拉和新冠肺炎等較為嚴重疾病的病毒。有一些疾病雖然并非由病毒直接引起，但是與它們有關。當然，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菌的噬菌體、幫助人類戰勝天花病毒的牛痘病毒等。

病毒的種類繁多，形狀結構各異。大部分病毒都是球形或者是接近球形的，少數為桿狀、絲狀、磚塊狀、蝌蚪狀等。很多病毒呈立體對稱結構，大致可以分為3種：二十面體立體對稱結構、螺旋對稱結構和復合對稱結構。大多數病毒的直徑在10～300納米，一些絲狀病毒的長度可達1400納米，但其寬度只有約80納米。

根據病毒的基因（RNA或DNA），病毒可以分為5類：雙鏈DNA、單鏈DNA、雙鏈RNA、正單鏈RNA、負單鏈RNA。病毒沒有自己的代謝系統，不能獨立生存，往往只能“寄人籬下”，依靠寄主細胞提供的物質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引入感染細胞進行復制，然后損傷宿主細胞功能，對宿主健康造成嚴重影響，甚至危及生命。冠狀病毒就是入侵人體的呼吸系統，造成呼吸障礙，嚴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、結構、形態有著密切的關系。病毒一般主要由2種成分組成：一是遺傳物質，即核糖核酸（RNA）或脫氧核糖核酸（DNA）;二是由蛋白質形成的衣殼，用來包裹和保護病毒的遺傳物質。部分病毒能夠形成環繞在外的脂質包膜，從而協助和保護其入侵宿主細胞。

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

另一方面，病毒有蛋白質形成的“外衣”和脂質包膜環繞在核酸之外，用以包裹和保護遺傳物質，并同時讓病毒容易入侵宿主細胞。因此，在它們的蛋白質“外衣”和脂質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細胞產生的抗體）和細胞免疫（T細胞）的抗御作用而產生變異;二是通過改變蛋白質“外衣”和脂質包膜，能更容易入侵宿主細胞，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制。病毒聚合酶在病毒基因組復制和轉錄中起核心作用，新冠病毒利用RNA依賴的RNA聚合酶復制和轉錄其基因組。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制過程中核苷酸的錯配率比較高，容易發生變異。

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

病毒“變身”多

1.新冠病毒

就新冠病毒而言，現在研究人員已經比較了解的變異毒株有10多種，其中有在英國首先出現的變體阿爾法、在南非首次發現的變體貝塔、在巴西首先發現的變體伽馬、在印度首先發現的變體德爾塔，這4種都是世界衛生組織公認的需要關注的變體。現在又新增了拉姆達變體，是2020年8月首先在秘魯首都利馬發現的。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入人體細胞的重要組成部分。新冠病毒是冠狀病毒科中的一種，它的結構也擁有蛋白質組成的衣殼，還有由脂質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構，在包膜結構上又有3種蛋白（抗原）：刺突蛋白（S）、小包膜蛋白（E）和膜蛋白（M）。另外，少數其他種類的冠狀病毒包膜結構上還有血凝素蛋白（HE）。

新冠病毒的S蛋白能夠識別并結合宿主細胞表面受體，并介導病毒包膜與細胞膜融合;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。現在的新冠變異病毒關鍵變異點大多位于S蛋白上。

例如，德爾塔變異毒株發生了15處突變，有6處發生在S蛋白上，其中又有3處比較關鍵。被稱為L452R和E484Q的基因突變發生在S蛋白與人體細胞血管緊張素轉換酶2受體結合的區域，L452R能增強病毒侵入細胞的能力，E484Q能幫助病毒避免受到人體免疫系統的攻擊。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入人體細胞。所有這些突變結合起來，就使得德爾塔變異毒株能部分避開人體內的一些中和抗體，并容易入侵人體細胞，因而傳染性更強。

對新出現的拉姆達變異毒株，研究人員通過對全球共享流感數據倡議組織病毒庫中1908個拉姆達變異株進行測序，發現了兩類高度保守的突變，拉姆達的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，內部的核心由單鏈核糖核酸及核蛋白組成。根據核蛋白的抗原性不同，流感病毒可分為甲（A）、乙（B）、丙（C）三型，每型又可區分為不同亞型。當抗原發生較大的變異時，與前次流行株完全不同，是抗原的質變，稱為抗原株變，此時可產生新的亞型。由于人們對新的亞型缺乏抗體，因此流感病毒常可引起大的流行。

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，迄今未發現引起世界性大流行;丙型主要以散在形式出現，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：一種是紅細胞凝集素（H），另一種為神經氨酸酶（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蛋白的基因發生突變，一種宿主細胞感染兩種不同的流感病毒時，基因組片段易發生重組;來自不同宿主，如禽類、豬等的流感病毒容易發生基因交替。這些不同的H和N以不同的組合方式產生極為多樣的毒株，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，導致的感染病死率為70%～90%，在1977年的疫情中病死率甚至高達100%。

現在，研究人員發現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了超過300個基因變化。

病毒變異是一種常態，而且也會造成對人的進一步傷害和對抗疫情的困難。不過，各國都在加緊研發新的疫苗來阻止變異病毒的感染。現在，中國、美國和英國等國家已經啟動了針對新冠變異病毒的2.0疫苗的研發和生產計劃，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。