为什么新冠病毒的变异快得连希腊字母都不够用了

文 Peter（新加坡国立大学生物学博士） 图 视觉中国

以希腊字母“奥密克戎”（Omicron）命名的新冠病毒变异株自去年11月在南非被发现和确定后，很快扩散到世界各地，世界卫生组织称其传播速度之快“前所未见”。一时间，谣言甚嚣尘上，奥密克戎好像充满智慧，继承了前几次变种的大部分“优点”，比如2020年5月在南非发现的贝塔（Beta）变种具有免疫逃逸的特点，2020年10月在印度发现的德尔塔（Delta）变种具有超强的传染性，而奥密克戎两者兼有。好在奥密克戎的症状相对温和，也算是对目前焦灼的抗疫形势的一丝丝慰藉。

自新冠疫情暴发至今，病毒变异的速度简直令人瞠目结舌，目前的变种多到连24 个希腊字母都快被用完了。而且在变异的过程中，新冠病毒不断获得新的“技能”，比如潜伏时间变得更长，早期更难被检测到……它真的那么聪明，让我们毫无招架之力？其实并不是。破除我们内心恐惧最好的方式，就是了解它的前世今生。

新冠病毒的“家谱”

新冠病毒的全名是SARS-CoV-2，它属于臭名昭著的Beta 冠状病毒家族（冠状病毒四大家族之一），是冠状病毒中第7 名可以感染人类的成员。2003年，它的“长兄”SARS 病毒引发了“非典”。2012年，它的“二哥”MERS 病毒造成了中东呼吸综合征。而这一次，新冠病毒令全球500多万人失去了生命，而且这一数字还在不断增长。

新冠病毒是全长约3 万个碱基的RNA 病毒，在病毒中属于大个头了。相比之下，艾滋病毒只有9200 个碱基，乙肝病毒只有3200 个碱基，即使是流感病毒也只有1.2 万个碱基，不到新冠病毒的一半。一般来说，遗传物质越大，能生成的基因越多，结构也就越复杂，所以新冠病毒算是病毒界比较“厉害”的存在。当然，这是相对病毒而言，比病毒更大的细菌，结构就复杂多了，比如容易造成腹泻的大肠杆菌有450 万个碱基，我们平时喜欢喝的养乐多里的活性乳酸菌也有320万个碱基。人类的基因组则有64 亿个碱基，与病毒已经不是一个数量级的了。

拥有3 万碱基的新冠病毒一共表达了29 种蛋白质，其中有一种特别重要，叫作“刺突蛋白”。这种蛋白分布在病毒外表，是病毒与人体黏膜的接触点，也是病毒进入人体的钥匙。20世纪60年代，科学家首次在电子显微镜下看到冠状病毒的刺突蛋白，它的外形很特别，像太阳的日冕，冠状病毒才因此得名。

变异是复制中产生的“错误”

面对眼花缭乱的变异株，很多人不禁要问，为什么新冠病毒能不断进化，而且越来越强呢？

在这里我们要复习一下达尔文的进化论：物竞天择，适者生存。地球上存在各种各样的生物，自然选择使得一些生物存活和繁衍下去，剩下的则消失灭绝。但当时达尔文并不知道基因的存在，因此缺少了很重要的一部分——生物多样性的基础是基因，而且基因突变在有机生命体里是无时无刻不在发生的。倘若没有基因突变，没有自然选择，也就没有今天的人类，地球上可能只有最简单的单细胞生物。

我们在中学生物课上就知道，生物在繁殖的过程中，有一个复制自己的遗传物质的步骤。绝大部分的遗传物质是DNA，而新冠病毒的遗传物质是RNA。在复制拷贝的过程中，“错误”一定会发生，虽然大部分生物体都有一个自我审查的过程，但即便审查了，有一些错误还是会成为“漏网之鱼”。这种“错误”绝大部分是无意义的，可能“错误”的位置不在基因上，或者错误发生在基因上但并不会改变生成蛋白质。举个例子，我们看氨基酸口诀表就能清楚地知道，三个碱基解码一个氨基酸，比如GGU、GGC、GGA、GGG 解码的都是甘氨酸（氨基酸的一种），倘若变异发生在第三个碱基上，对表达的蛋白质来说完全没有影响。

然而，新冠病毒的总数基数实在太大，它在全球肆虐了2年多，感染了几亿人，平均每个被感染的病人体内，病毒复制的数量最高峰能达到10 亿到1000 亿（不过总的重量不到0.1 微克，顺便一提，权威学术刊物《美国科学院院报》在2021年6月发表过一次演算，预测当时全球所有的新冠病毒加起来不足10 千克），因此大量的变异一直不断地产生。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个月变异了6600 次，平均2 小时一次。

既然变异了这么多次，希腊字母岂不是早就不够用了？实际上，绝大部分的变异缺乏竞争力，甚至在人体内就被清除掉了。对病毒来说，人体的免疫系统就是它的“自然选择”。当初新冠病毒的产生，可能只是一个再普通不过的冠状病毒复制自己的RNA 时发生了一次决定性的“错误”，让它能轻松地绕过人体的免疫防线，在人体内快速地复制自己，并迅速地传播开去。起初，它的这种能力并不强，但在小范围的传播过程中，病毒经历了无数次变异，产生了很多个新的“错误”。有些“错误”对病毒传播有利，比如更好地逃逸人体免疫系统的能力，或者能在体外存活更久，这类“高质量”的新冠病毒存活了下来并传播给了更多的人。这时，病毒的复制总量成指数增长，变异也是。“更高质量”的病毒不仅拥有了“父母”的高质量属性，自己也通过变异获得了新的“技能”。对病毒有利的“技能”，在不断复制中得到了保留，而新“技能”又通过变异不断产生。病毒不停优化自己，从而成为更加完美的生物。

奥密克戎被认为是迄今为止突变最多、变异程度最深的新冠变异毒株，且与原始新冠病毒和之前流行的主要变异株差别非常大。这意味着针对已知病毒和变异株研制的疫苗、药物的效果可能受到影响。当然，我们在担忧的同时，也要对国家的防疫工作给予无条件的支持。相信随着新冠病毒科研工作的深入，科学家们终将发明出能阻断病毒传播的特效药物，在不远的将来，人类能战胜病毒或者与病毒共处。