2022年03月29日 10:24
新浪科技
新浪科技訊 北京時間3月29日消息，據國外媒體報道，病毒的突變是通過各種生物過程實現的，如複制錯誤、病毒與宿主的相互作用以及外部誘變劑（如紫外線）的作用等。
從阿爾法到德爾塔，再到奧密克戎，在過去兩年中，新冠病毒變異毒株每隔幾個月就會換一個名字，出現在媒體報道中。之所以出現這種情況，是因為冠狀病毒一直在不斷進化或改變。事實上，不僅僅是冠狀病毒會發生改變，所有的病毒都是如此，包括常見的流感病毒。這也是疾病控制中心建議每6個月注射一次流感疫苗的原因。
這些病毒的變化來自突變。這是一種十分正常的現象，無法避免，但我們可以了解它們是如何發生的，進而找到最佳的應對方案。
突變是什麼？
如果你寫過計算機代碼，你就會知道，代碼中即使出現最微小的變化，也會使整個程序發生改變。同樣地，DNA（脫氧核糖核酸）的突變就是生物密碼的改變。
基因是能夠遺傳且具有功能性的一段DNA或RNA（核糖核酸）片段，而突變就是基因發生的改變。我們的基因藍圖DNA由4種含氮堿基組成，分別是腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鳥嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。RNA中沒有胸腺嘧啶，而是尿嘧啶（U）。
4種堿基以特定的序列組合成DNA或RNA，序列中的任何變化都是突變。如果藍圖不同，最終的產品也會不同。保存信息的DNA序列（基因）的改變會影響表現型，即生物體所表現出來的特征。例如，眼睛顏色基因的改變可能會導致眼睛呈藍色而不是棕色。遺傳性疾病，比如鐮狀細胞貧血（一種由形狀不正確的紅細胞引起的血液病），是由於單一堿基的改變而導致的。
不過，並非所有的突變都對我們不利。非常罕見的突變可能是致命的，但也可能是有益的，但大多數突變既沒有不良影響也沒有有利影響。有些突變甚至不會引起任何變化，即所謂的「沉默突變」。
任何含有DNA/RNA的生物體都可能發生基因突變，病毒也不例外。
病毒是如何變異的？
β-球蛋白基因的突變會導致鐮刀型紅血球疾病
許多自然發生的方式會改變病毒的遺傳物質，包括：
複制錯誤
病毒的基因組包含其所有以堿基對形式擁有的遺傳物質。本質上，基因組是保存生物體所有基因及其指令的「圖書館」。
與人類細胞（擁有32億個堿基對）相比，病毒的基因組簡直不值一提，但仍然可以擁有上千對堿基。構成病毒基因組的物質，無論是DNA還是RNA，其複制和合成都是由複制酶（主要是病毒聚合酶）完成的。
病毒缺少一些工具來複制它們的遺傳物質。它們的方法是感染宿主細胞，劫持宿主細胞的複制機制，然後利用這些機制來複制自己的基因組。每次病毒感染細胞並完成複制時，就是一個複制周期。因此，病毒每一次感染細胞，並複制出更多的病毒時，所複制的遺傳物質都是相等的。
在複制過程中，沒有什麼能夠一直保持准確無誤。在病毒一次又一次複制其遺傳密碼時，出錯的幾率就會增大。這類似於複印文件。當你將一份文件複制成三份時，獲得完美無缺的副本可能性就很低；而如果你複印成千上萬份文件，你就會發現有些頁面會因為複印機發熱而缺行或變淡。
同樣，複制酶也會在DNA/RNA序列中添加錯誤的堿基對。隨著複制周期的增多，出錯的機會也在增加。病毒會不斷感染細胞，產生數以千計的基因拷貝，因此突變率會變得很高。突變率也因遺傳物質的不同而不同。
一些DNA病毒會攜帶修複DNA的蛋白質，而RNA病毒通常更小，沒有這樣的修複工具。另一個方面，與DNA病毒相比，RNA病毒的聚合酶更容易出錯。一些基因組非常大的RNA病毒具有「校對」能力，進行校對的酶可以交叉檢查RNA序列，看看是否添加了錯誤的堿基對。這相當於在文本中檢查錯別字。然而，這些校對酶在修正錯誤時也可能出錯。
由於這些特性，RNA病毒比DNA病毒更容易發生突變。
不同的DNA突變
與宿主的相互作用
當病毒感染宿主時，宿主的免疫系統會反擊以保護自己。其中一種方法是產生活性氧類（ROS）。活性氧類是生物有氧代謝過程中的副產品，包括氧離子、過氧化物和含氧自由基等。它們是具有高度活性的分子，能夠破壞病毒遺傳物質並引起突變。
有些宿主，比如人類，具有一類特殊的酶——脫氨酶。這些酶維持著含氮堿基（A、T/U、G和C）的儲備，從而減少堿基的可用性。因此，當病毒感染這些宿主時，就會缺乏複制基因組所需的原材料。
以病毒感染人類細胞為例。人類細胞具有胞苷脫氨酶，維持著DNA堿基T和C的儲備。如果病毒在嘗試複制新拷貝時需要在其基因序列中加入T或C，就會出現短缺的情況。聚合酶將別無選擇，只能添加一個不同的堿基對。這會導致錯誤的核苷酸添加到基因組序列中，出現突變。打個比方，這就像一台沒有彩色墨水的打印機：它依然可以打印，但顏色就不是你想要的顏色了。
有時，如果宿主非常倒黴，會被兩種甚至更多的病毒感染。當這些病毒嘗試複制更多的DNA/RNA時，它們之間可能結合並共享遺傳信息，進而導致突變。
紫外線
環境中的病毒會暴露在太陽的紫外線下。眾所周知，紫外線會破壞遺傳物質。由於病毒暴露在紫外線下，會導致其突變率增加。
不過，紫外線對病毒突變的影響並不都是一樣的，這取決於它們的遺傳物質（DNA或RNA）和周圍的保護蛋白。
病毒會停止突變嗎？
不，病毒不會停止突變。不僅僅是病毒，所有生命都不會停止突變。突變是生命進化的一種方式。
突變就像是基因組的抽簽系統。你不知道這種突變是否有益。如果一種突變是有害的，有機體可能就會死亡，它的遺傳物質也就無法繼續遺傳下去，從而減少這種突變遺傳給下一代的機會。如果一種突變是有益的，那麼有機體可能在它所處的環境中表現得更好。病毒的主要目標是生存，它們通過感染宿主和增殖來實現這一點。更強、更高效的病毒更擅長感染宿主，也更不容易被宿主的防禦機制消滅。
如果一種病毒可以感染不同的宿主物種，那它的生存機會無疑會增加許多。冠狀病毒的突變就是這樣的例子，這些突變使它們不僅能夠感染蝙蝠，也能夠感染人類。
我們也不需要過於害怕。病毒的突變每天都在發生，但也不全是壞事。有證據顯示，新冠病毒奧密克戎毒株已經是一種不那麼嚴重的冠狀病毒變異株。
結論
基因突變產生了新的物種。所有的生物都會不時地發生突變。人類DNA也會突變，但更加精良的DNA複制機制將我們與病毒區分開來。與此同時，人類擁有更好的DNA修複機制，來糾正破壞性的突變。
通過研究病毒的突變，我們可以追蹤它們的譜系，更好地了解它們的感染模式。我們可以追蹤病毒的起源，以及它們如何在全球範圍內傳播。正因為如此，世界各地的眾多實驗室都在致力於對新型冠狀病毒進行測序，以追蹤其傳播途徑和演變。（任天）
