病毒也会“七十二变”

张田勘

2020年年初，新冠病毒肆虐，完全打乱了我们学习、工作与生活的节奏，交通停运、工厂停工、开学延迟......而今年暑假，我们再一次经历了疫情。但是这一次，我们沉稳与淡定了很多，因为我们积累了一定的抗疫经验：勤洗手、戴口罩、不聚集。科研人员也研制出了对抗新冠病毒的疫苗，并且符合接种条件的人群都积极去接种疫苗。我们有底气相信，只要我们慎终如始、积极备战，定能守住抗疫战果，迎来战“疫”全面胜利的那一天。

我们都知道，这次国内发生的新一轮疫情是由在印度首先发现的新冠病毒的变异毒株德尔塔引发的。看到这儿，可能很多同学会有疑惑：新冠病毒为什么会变异呢？为了让同学们更好地理解这个问题，我们需要在从“病毒的变与不变”这个大的角度去解读这个问题。

你了解病毒吗

病毒是一种个体微小、结构简单、只含一种核酸（DNA或RNA），必须在活细胞内寄生，并以复制方式增殖的非细胞型生物。人类发现的第一种病毒是烟草花叶病毒，由马丁乌斯·贝杰林克于1899年发现并命名。迄今为止，人们已经发现的病毒超过5000种类型。

提及病毒，很多同学都避之唯恐不及。的确，现在发现的约有160种病毒能致人患病，常见的有引发感冒、流感和水痘等一般疾病的病毒，还有导致天花、艾滋病、埃博拉和新冠肺炎等较为严重疾病的病毒。有一些疾病虽然并非由病毒直接引起，但是与它们有关。当然，不是所有的病毒都是致病可怕的，有的病毒也有可爱的一面，甚至可以救命。比如，我们在上上期杂志中的《病毒都是可怕的吗》一文里所列举的海水里能杀死细菌的噬菌体、帮助人类战胜天花病毒的牛痘病毒等。

病毒的种类繁多，形状结构各异。大部分病毒都是球形或者是接近球形的，少数为杆状、丝状、砖块状、蝌蚪状等。很多病毒呈立体对称结构，大致可以分为3种：二十面体立体对称结构、螺旋对称结构和复合对称结构。大多数病毒的直径在10～300纳米，一些丝状病毒的长度可达1400纳米，但其宽度只有约80纳米。

根据病毒的基因（RNA或DNA），病毒可以分为5类：双链DNA、单链DNA、双链RNA、正单链RNA、负单链RNA。病毒没有自己的代谢系统，不能独立生存，往往只能“寄人篱下”，依靠寄主细胞提供的物质与能量完成生命活动，并按照它自己的核酸所包含的遗传信息繁衍下一代。病毒将自己的遗传物质引入感染细胞进行复制，然后损伤宿主细胞功能，对宿主健康造成严重影响，甚至危及生命。冠状病毒就是入侵人体的呼吸系统，造成呼吸障碍，严重者会因呼吸衰竭而死亡。

病毒为什么会变异

总体而言，世界上不存在不变的病毒，只是病毒变异的速度和频率有所差异。如果快速变异和多变，这样的病毒就可能对人造成更多的危害，也比较难以对付。新冠病毒就属于这样多变的病毒。

病毒的变化，与其大小、结构、形态有着密切的关系。病毒一般主要由2种成分组成：一是遗传物质，即核糖核酸（RNA）或脱氧核糖核酸（DNA）;二是由蛋白质形成的衣壳，用来包裹和保护病毒的遗传物质。部分病毒能够形成环绕在外的脂质包膜，从而协助和保护其入侵宿主细胞。

当然，病毒发生变异也是由多种原因引起的。由于病毒需要进入宿主的细胞中进行核酸（RNA或DNA）复制，就有可能在复制过程中发生错误，尤其是只有单链DNA或RNA的病毒，一旦发生复制错误，就难以纠正。而双链DNA或RNA病毒尽管也会因复制而发生错误，但由于还存在另外一条单链，可以及时修复错误的单链，所以单链病毒比双链病毒容易发生变异。

另一方面，病毒有蛋白质形成的“外衣”和脂质包膜环绕在核酸之外，用以包裹和保护遗传物质，并同时让病毒容易入侵宿主细胞。因此，在它们的蛋白质“外衣”和脂质包膜上会有抗原成分的变化，一是抗御生物体的防御机制，如体液免疫（B细胞产生的抗体）和细胞免疫（T细胞）的抗御作用而产生变异;二是通过改变蛋白质“外衣”和脂质包膜，能更容易入侵宿主细胞，也造成了病毒的多变。

此外，新冠病毒容易变异的另一个原因是，它采用病毒聚合酶帮助复制。病毒聚合酶在病毒基因组复制和转录中起核心作用，新冠病毒利用RNA依赖的RNA聚合酶复制和转录其基因组。RNA聚合酶不具有核酸酶（校正）活性，因此新冠病毒基因组在复制过程中核苷酸的错配率比较高，容易发生变异。

病毒变异的方式又有多种，如抗原漂移，即病毒DNA或RNA上单个碱基发生突变，然后积累到一定数量形成较大的变异，新冠病毒变异可能就是如此。此外，另有抗原转变，即基因重组或基因重配，还有一类是基因排序錯误。

病毒“变身”多

1.新冠病毒

就新冠病毒而言，现在研究人员已经比较了解的变异毒株有10多种，其中有在英国首先出现的变体阿尔法、在南非首次发现的变体贝塔、在巴西首先发现的变体伽马、在印度首先发现的变体德尔塔，这4种都是世界卫生组织公认的需要关注的变体。现在又新增了拉姆达变体，是2020年8月首先在秘鲁首都利马发现的。这些新冠病毒变异毒株的共同特征都是在刺突蛋白位置有了变化。刺突蛋白是病毒用来解锁进入人体细胞的重要组成部分。新冠病毒是冠状病毒科中的一种，它的结构也拥有蛋白质组成的衣壳，还有由脂质和糖蛋白组成的包膜。

新冠病毒直径为60～220纳

米，其最外层具有包膜结构，在包膜结构上又有3种蛋白（抗原）：刺突蛋白（S）、小包膜蛋白（E）和膜蛋白（M）。另外，少数其他种类的冠状病毒包膜结构上还有血凝素蛋白（HE）。

新冠病毒的S蛋白能够识别并结合宿主细胞表面受体，并介导病毒包膜与细胞膜融合;M蛋白则参与了病毒包膜的形成与出芽过程;E蛋白和HE蛋白可能与新冠病毒早期吸附有关。现在的新冠变异病毒关键变异点大多位于S蛋白上。

例如，德尔塔变异毒株发生了15处突变，有6处发生在S蛋白上，其中又有3处比较关键。被称为L452R和E484Q的基因突变发生在S蛋白与人体细胞血管紧张素转换酶2受体结合的区域，L452R能增强病毒侵入细胞的能力，E484Q能帮助病毒避免受到人体免疫系统的攻击。同时，德尔塔变异毒株的第三个基因突变P681R也能使病毒更有效地进入人体细胞。所有这些突变结合起来，就使得德尔塔变异毒株能部分避开人体内的一些中和抗体，并容易入侵人体细胞，因而传染性更强。

对新出现的拉姆达变异毒株，研究人员通过对全球共享流感数据倡议组织病毒库中1908个拉姆达变异株进行测序，发现了两类高度保守的突变，拉姆达的S蛋白上有6个单氨基酸突变。而且，阿尔法等4个变异株和拉姆达变异株都在S蛋白上的L452R位点上有突变，这就形成了它们变异的共性。而这一点也助于研究新的药物和疫苗。

2.流感病毒

与新冠病毒相似的多变病毒还有流感病毒，包括既能感染人又能感染禽类的禽流感病毒。流感病毒是单链RNA病毒，内部的核心由单链核糖核酸及核蛋白组成。根据核蛋白的抗原性不同，流感病毒可分为甲（A）、乙（B）、丙（C）三型，每型又可区分为不同亚型。当抗原发生较大的变异时，与前次流行株完全不同，是抗原的质变，称为抗原株变，此时可产生新的亚型。由于人们对新的亚型缺乏抗体，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样的。甲型变异较快，每2～3年可发生一次，能引起世界性大流行;乙型变异较慢，常引起局部流行，迄今未发现引起世界性大流行;丙型主要以散在形式出现，一般侵袭婴幼儿，不太容易引起流行。

流感病毒的变异同样也可以由病毒表面包膜上的糖蛋白抗原引起，主要有两种：一种是红细胞凝集素（H），另一种为神经氨酸酶（N），流感病毒包膜上的抗原有14种特异性的H和9种特异性的N。由编码H或N蛋白的基因发生突变，一种宿主细胞感染两种不同的流感病毒时，基因组片段易发生重组;来自不同宿主，如禽类、猪等的流感病毒容易发生基因交替。这些不同的H和N以不同的组合方式产生极为多样的毒株，形成了各种亚型病毒，有的毒力较强，有的毒力较弱，从无症状感染到几乎100%死亡不等。

3.埃博拉病毒

埃博拉病毒尽管也是单链RNA病毒，但变异相对而言较少。埃博拉病毒属丝状病毒科，形状宛如中国古代的“如意”，长度约为970纳米，外面也有包膜。

埃博拉病毒主要包括扎伊尔埃博拉病毒、苏丹埃博拉病毒、塔伊森林埃博拉病毒、雷斯顿埃博拉病毒，以及变异的新型埃博拉病毒5种类型。埃博拉平均病死率为50%，在以往疫情中出現的病死率从25%到90%不等。其中，扎伊尔埃博拉病毒是迄今为止造成埃博拉出血热疫情最主要的病原体，对人类的威胁也最大，导致的感染病死率为70%～90%，在1977年的疫情中病死率甚至高达100%。

现在，研究人员发现埃博拉病毒也在变化，对塞拉利昂最早一些埃博拉病例的基因研究显示，该病毒在人际传播过程中出现了超过300个基因变化。

病毒变异是一种常态，而且也会造成对人的进一步伤害和对抗疫情的困难。不过，各国都在加紧研发新的疫苗来阻止变异病毒的感染。现在，中国、美国和英国等国家已经启动了针对新冠变异病毒的2.0疫苗的研发和生产计划，主要针对阿尔法、贝塔和德尔塔变体。

抗击新冠肺炎疫情的道路虽然曲折，但相信我们最终会取得胜利。