美国《连线》月刊发表3月号文章称,人类与新冠病*之间激烈的竞赛已经开始。过去一年里,科学家与病*之间为寻找新药物和疫苗而进行短兵相接的博弈。但这不仅仅是一场激烈交锋,也是一场病*猎杀,是一场向十几个不同方向进行的微妙拉锯战。病*并不完全是活的,但它们仍然遵循与地球上每一个生物相同的规则:适者生存。了解病*如何在人类(即它们的宿主)体内进化,如何改变从一个人传染给另一个人的方式,将决定这场大流行的下一阶段。
美国密歇根大学从事病*进化研究的病*学家亚当·劳林说:“病*的进化方式,进化的基本原理是一样的。不同的是,这是在非常、非常大的范围内进行的。感染者太多了,每个人体内都有大量病*。因此,病*有许多发生变异并尝试新东西的机会。这种事情时不时就会出现一次。这是罕见的现象,但当病*有如此多的机会来进行各种变异尝试时,这种事出现的频率就会越来越高。”换言之,这既是流行病学博弈,也是进化生物学博弈。
文章称,这可能就是所有这些相似的变异似乎同时、迅速冒出来的原因。组成病*的只有作为遗传密码的大分子——在新冠病*中,这种遗传物质是核糖核酸(RNA)——以及外面包裹的蛋白质衣壳。有些病*出现变异的频率高于别的病*。
文章指出,病*之所以会进化,是因为它们会复制(事实上,这差不多是它们全部的才能)。而在此过程中,错误悄悄混入遗传物质。在几代时间里,有时这些偶然或“随机的”错误实际上使病*更善于做它想做的事,有时则使病*不善于做它想做的事。也就是说,病*的生命境况在基因编码发生随机变化的情况下展开。
新冠病*的变异速度似乎与其他RNA病*大致相同。像其他冠状病*一样,新冠病*有一个内置的纠错机制。它需要这个纠错机制,因为相对而言,它的基因组太大了。英国牛津大学大数据研究所进化流行病学家卡特里娜·利思戈说:“如果不进行校对,每一次病*复制都可能产生太多变异,以至于复制无法维持。”这种基因组自杀被称为跨过了“错误灾难的门槛”。
文章称,假设新冠病*在开始杀死人类之前曾寄宿在其他动物体内,那么它肯定已经适应了那个倒霉的动物。进化生物学家设想他们所说的“适应度景观”,即假定用山区地形来表现进化是否成功:谷底充满适应不良、表现不佳的变异体,顶峰留给成功的基因组强者建造昂贵的家园。但问题是,对于处于顶峰的赢家来说,任何变异都可能让它们变得不那么成功;而谷底的失败者基本不会更失败了,几乎任何变异都更有可能带来好处。
当一种病*跳过物种屏障,比如说,当禽流感转跳到雪貂身上,让它在鸟类身上得以住在顶峰、前途无量的适应能力不再存在于雪貂体内的新免疫环境中,它翻落山下。但在谷底,一系列新的随机变异有可能在雪貂免疫系统和生活条件下表现出色。
那么,在新冠病*与我们相遇一年之后,人类发生了什么?劳林说:“我喜欢的理论认为,正在发生的情况是,病*在努力变成更强的病*。这往往意味着能够找到下一个宿主。你能更好地到达那里、复制、拷贝自己吗?我认为这就是现在发生的情况。”
人们担心的新冠病*变异株中的许多变异发生在病*的刺突蛋白中,这是宿主免疫系统经常攻击的地方。但刺突也是病*用来附着并侵入宿主细胞的抓钩和撞击器。劳林说:“由于变异出现在刺突上——也许就是因为刺突使得病*生长或扩散得更好才被选中——而且由于刺突是我们的免疫系统和疫苗所瞄准的主要目标,这也将改变识别病*的方式。”
文章称,病*有很多途径变得更容易传播。随机错误不是病*发生变化的唯一途径。病*存在于各种麻烦中,环境和条件的改变施加了选择压力,促成每一个新变异。每一代新出现的病*都表现出“及时行乐”的新基因技巧,而宿主的免疫系统使其中一些成为“适应度景观”中更好的攀爬者。
由于病*正在从宿主体内动态变化转变为宿主间动态变化,而且更多宿主都已经感染……情况变得严峻起来。美国芝加哥大学流行病学家、进化生物学家莎拉·科比说:“随时间推移所发生的情况是,宿主的环境在发生变化。拥有免疫记忆的人群比例越来越高,这从根本上阻碍了病*的增长。因此,要逃避那种免疫反应的选择压力越来越大。”
文章认为,大流行之所以会发生,是因为一连串不大可能发生的事件——有些是生物事件,有些是社会事件——造成了易感人群,而且造成了对病*来说是幸运的、但对宿主来说则是不幸的环境。
但抗击大流行是一场微妙的战斗,只需要对这一连串事件搞一点破坏。了解病*的进化将帮助科学家弄清新冠疫苗是否像流感疫苗一样必须每年注射,抑或像麻疹疫苗一样终生只接种一次。不管怎样,即使进化使得这种大流行现在看起来更加可怕,只要了解它是如何进化的,就会让人类尽快在“适应度景观”中站得更高。
(来源:参考消息)
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