新冠病毒將再次令我們驚訝 | 大西洋月刊_風聞

【編者按】

《大西洋月刊》特約撰稿人莎拉·張（Sarah Zhang）撰文分析了為什麼新冠病毒的進化看起來與其他病毒如此不同，並認為“瞭解創造Omicron的進化力量可以幫助我們瞭解可能的領域——即使它不能確切地告訴我們下一個變種會是什麼樣子。”

要瞭解新冠病毒是如何不斷演變成帶有新突變的變種，可能先需要有一些背景知識：這種病毒的基因組有3萬個字母長，這意味着可能的突變組合的數量大得驚人。正如弗雷德·哈欽森癌症研究中心（Fred Hutchinson Cancer Research Center）的病毒學家傑西·布魯姆（Jesse Bloom）告訴我的那樣，這個數字遠遠超過了已知宇宙中原子的數量。

科學家們試圖用一個“適應度地形”（fitness landscape）的概念幫助人們理解這些可能性。適應度地形是一個由高峯和低谷組成的超維空間。新冠病毒製造的峯值越高，它就越“適應”，也就是越善於傳染。病毒複製得越多，它嘗試的突變就越多，探索的領域越多，它可能製造的峯值也就越多。

要預測新冠病毒接下來會發生什麼，我們只需要瞭解整個適應度地形的情況——但我們並不知道。“我們實際上不知道那裏的高峯是什麼。我們不知道Omicron算不算高峯，”不列顛哥倫比亞大學的進化生物學家薩拉·奧托（Sarah Otto）説。“我們真的猜不出還有什麼可能。”

我們可以確定的是，絕大多數的突變會使病毒不適應（山谷）或完全沒有影響（山脊），但在非常少的情況下會是山峯。我們不知道這些峯值有多高，也不知道它們出現的頻率。當Delta佔領世界的時候，它似乎大有把所有其他亞型都趕走的架勢。埃默裏大學的生物學家卡蒂亞·科伊勒（Katia Koelle）説：“我肯定會認為下一個變種將來自Delta。”然後Omicron突然在一個沒人想到的方向上異軍突起。

下一種變種可能會再次讓我們震驚。它可能會偶然變得更加致命。它可能會變得更具傳染性。它肯定會找到新的方法來逃避我們已經建立的抗體。病毒會不斷髮現這些適應度地形。

隨着我們的免疫組合通過接種疫苗和感染新的變異發生變化，適應度地形正在不斷地被重塑。這實際上改變了病毒適應的意義。有些山會下沉；有些山會隆起。不過話又説回來了，**不管這種病毒再怎麼變異，程度可能都不足以將我們對嚴重感染的免疫力重置為零。**隨着世界上越來越多的人通過疫苗或感染獲得初步免疫，這將減輕最嚴重的後果。未來的變異是否仍然會導致大量的感染，將取決於病毒持續進化的速度，以及在多次暴露後，我們的免疫力維持得有多好。與其他長期以來一直在人類的適應度地形中縱橫交錯的病原體不同的是，這種新冠病毒才剛剛開始。

新冠病毒的變異一直讓我們感到驚訝，因為它的進化跳躍看起來與我們以前見過的任何東西都不一樣。Omicron積累了50多個突變，其中僅刺突蛋白就有30多個。在導致普通感冒的四種季節性冠狀病毒中，有兩種每年在其刺突蛋白中積累的適應性突變僅為0.3或0.5。第三種似乎不怎麼變異。第四個冠狀病毒是個謎——我們沒有足夠的長期數據。流感能夠通過一種叫做重組的過程進行大的跳躍，這可能導致大流行（就像2009年的H1N1那樣），但科伊勒告訴我，季節性流感的關鍵蛋白平均每年只有一到兩次變化。

對於為什麼新冠病毒的進化看起來與其他病毒如此不同，有三種可能的解釋，它們並不相互排斥。**首先，我們還沒有認真研究其他呼吸道病毒。**超過750萬個新冠病毒基因組已被測序；而對四種季節性冠狀病毒，每種都只對幾百或幾十個基因組進行了測序。當科學家試圖在進化樹中重建這些已測序病毒之間的關係時，“這些樹是如此稀疏，”芝加哥大學的生物學家莎拉·科貝（Sarah Cobey）説。一套完整的其他病毒也會引起普通感冒：鼻病毒、腺病毒、副流感病毒、呼吸道合胞病毒、偏肺病毒等等。對這些病毒測序也很糟糕。僅感染人類的鼻病毒就有100多種，但我們對這種多樣性是如何形成或進化，還沒有很好地瞭解。

第二，新冠病毒確實可能是一個異常值，在探索其適應度地形方面，它天生就比其他病毒更好。“它是一種RNA病毒，能比DNA病毒更快地獲得突變，而且它能非常快的移動，這也會帶來不同，”科貝告訴我。麻疹從一個人感染到另一個人感染平均需要11或12天；新冠病毒只需要1.5到3天。它能感染的人越多，它能探索的適應度地形就越多。

**第三，新冠病毒是一種新型病原體。**無論它具有何種內在的傳播能力，當它第一次到達人類羣體時，它都不受免疫的阻礙。這意味着新冠病毒能夠在兩年內感染世界上驚人比例的人羣——遠遠超過了通常能夠感染的舊病毒。每次它感染某人，它就會自我複製數十億次。在每一種感染中產生的一些副本會帶有隨機突變；有些突變甚至會對病毒有益。

但在典型的新冠感染的短期過程中，這些突變可能很難成為主導。密歇根大學的病毒學家亞當·勞林（Adam Lauring）説，在被感染者體內，“通常需要一段時間才能讓病毒從零突變到5%到10%”。然後這個人只會將少量的病毒微粒傳播給下一個人，所以大部分的多樣性就會消失。在數以百萬計的感染中，其中一些突變被傳遞，並逐漸累積成一個病毒譜系。Delta似乎是這樣進化的。新冠病毒的無處不在也可能同時引發了數量不尋常的慢性感染，專家認為這是病毒進化的另一個重要驅動因素。在慢性感染中，在數週或數月的時間裏，那些有益的病毒突變有時間成為主導，然後傳播。這可能就是Alpha變種的起源。

Omicron的起源仍然未知。它可能像Delta一樣以零碎的方式進化，但一些專家認為，如果是這樣，應該可以通過測序發現它的祖先。另外還有兩種可能：一種是免疫功能低下的人的慢性感染，另一種是動物宿主再次擴散到人類體內。在這兩種情況下，一個免疫缺陷患者或動物羣體的選擇壓力與在人類之間傳播的病毒的選擇壓力略有不同。這可能是讓病毒跨越適應度鴻溝並在Omicron建立一個新高峯的原因。瞭解創造Omicron的進化力量可以幫助我們瞭解可能的領域——即使它不能確切地告訴我們下一個變種會是什麼樣子。

天普大學的進化生物學家謝爾蓋·龐德（Sergei Pond）説：**“有了Omicron，我認為我們很幸運。”**這組突變使得變異既能感染甚至已接種過疫苗的人，同時也恰好使它的固有毒性降低了一點。沒有理由會一直這樣。新冠病毒的毒性是另外兩個因素在更直接的進化壓力下的副產品：它的固有傳染性和它逃避以前免疫的能力。它有多致命並不重要，因為新冠病毒通常在感染早期傳播，遠在它殺死宿主之前。

在廣闊的適應度地形，新冠病毒有許多不同的途徑，可以提高傳播性或免疫逃逸。奧托説，以傳播性為例，一種病毒可以複製得非常非常快，因此患者會釋放出大量的病毒；Delta病毒似乎能做到這一點，而且它的毒性更強。或者，病毒可以轉而主要在鼻子和喉嚨中複製，而不是在肺部深處傳播；Omicron似乎能做到這一點，而且毒性較小。下一種變種可能走向任何一個方向——或者它可能繪製一個全新的路線。在英國和丹麥，一款名為BA.2的Omicron版本正在與經典的Omicron版本競爭，但它可能有什麼優勢尚不清楚

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Omicron不僅有很多突變；而且有些突變非常不尋常。其中13個突變聚集在科學家們以前從未見過的地方。在Omicron中，這一過程改造了刺突蛋白的關鍵部分，使其既不容易被現有的抗體識別，又找到了一種不同的進入細胞的策略。新冠病毒通常有兩種感染細胞的方式，要麼直接與細胞融合，要麼通過氣泡進入細胞。為了繞過免疫系統，病毒最終改變了它最基本的功能之一。

其他突變是否以未知的方式相互作用來改變病毒的關鍵功能？幾乎可以肯定這一點。我們只是還不知道它們是什麼。在未來的幾十年裏，我們將不得不等待和觀察新冠病毒。病毒學家布魯姆説：“如果你觀察人類流感或季節性新冠病毒，它們在人類中進化了很長時間，而且沒有停止進化。”

這種病毒的固有傳播能力是有限的。麻疹是已知最具傳染性的病毒，其R0值在12到18之間，而Delta變種病毒的R0值為5。Omicron的R0還不清楚，因為它相對於Delta的很多優勢似乎來自於逃避現有的抗體，而不是固有的傳播性。然而，隨着新冠病毒感染的非免疫人羣越來越少，免疫逃避將成為其進化的越來越重要的制約因素。病毒永遠不會用盡新的策略，因為最優的策略總是在變化。例如，這種Omicron疫情在人羣中傳播時產生了大量的Omicron免疫，這實際上使Omicron比剛出現時更不適應環境。牛津大學病毒學家Aris Katzourakis説：“下一個變種更有可能不是Omicron，或者在抗原上與Omicron儘可能不同的東西。”

《紐約時間》出品

來源：大西洋月刊

翻譯：胡安