我们是否应该担心新冠病毒变异?专家解读

A cyclist moves cycles past the Christmas lights on Oxford Street amid the coronavirus disease (COVID-19) outbreak in London, Britain, November 19, 2020. REUTERS/Simon Dawson TPX IMAGES OF THE DAY - RC2H6K9IRZS7
It's thought a new strain might be responsible for the current spread in London and England's south east.Image: REUTERS/Simon Dawson
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  • 一种新的冠状病毒毒株可能是伦敦和英格兰东南部病毒传播加快的原因。

  • 病毒发生变异并分化出新毒株的想法足以让大多数人感到恐慌,但没有必要害怕。

  • 与COVID-19一样,改变蛋白质特性的大多数突变更可能削弱病毒,而非增强病毒。

一种新的冠状病毒毒株可能是伦敦和英格兰东南部病毒传播加快的原因,据宣布,。未经证实的报道称,该冠状病毒变异株被称为N501Y。该特定毒株自8月以来的流行频率一直在上升。

病毒发生变异并分化出新毒株的想法足以让大多数人感到恐慌。但这些担忧是否有道理,又是从何而来的?

好莱坞想必对我们对变异的误解负有一定责任。毕竟,这一概念几十年来一直启发着电影制作人,从1965年的《去死吧,怪物!》(Die, Monster, Die!)到《X战警》(X-Men)等大制作系列电影。两者都讲述了DNA变化带来超人能力的故事。

电影特效制作人喜欢以最具戏剧性的方式展现这些DNA变化,通常伴有发光的色彩和爆炸场面,但现实中的基因突变要平静得多。因此,当你听说新冠病毒正在变异时,不必过于担心。新冠病毒正在变异。这是进化的正常组成部分。

D614G突变在短短几个月内便在COVID-19病毒中广泛传播开来。Image: 《自然》(Nature)

不过,要理解突变,我们首先需要绕道进入蛋白质的世界。我看着微波炉午餐包装侧面的“东方风味”(Taste of the East)标签(可惜是在家里、与因封锁而疲惫的孩子们一起吃掉的,而不是包装上图片中的海滩),上面标注着“蛋白质”的单一数值。但这个词可能会引起误解。我车道上的那辆车既是一辆汽车,同时也是一种有别于其他车型的汽车类型。同一个词既指个体,也指其所属的群体。“蛋白质”一词同样如此。

你身体的大约五分之一由蛋白质构成。蛋白质是存在于你的身体(或午餐)中、由氨基酸链组成的分子。“蛋白质”是一个统称,涵盖范围从胃中充当酶的蛋白质分子,到构成皮肤和毛发的结构蛋白质。

地球上所有蛋白质都由仅仅20种氨基酸构建而成。在这20种氨基酸中,许多彼此非常相似,可以根据其特性归入不同的类别。有带正电荷的、带负电荷的、体积大的、体积小的,还有一些差异较为细微。

通过以不同的顺序和不同的数量组合这20种氨基酸,自然界创造出了种类繁多、功能各异的蛋白质,它们在生物体内承担着特定的任务。正如20种乐高积木可以搭建出数量庞大的不同模型一样,这20种氨基酸被用来制造你体内估计约600万种不同类型的蛋白质。

变异的冠状病毒

DNA(若是冠状病毒,则为RNA)是一套遗传指令,它告诉生物体需要哪些“积木”以及按何种顺序排列,以制造其生存所需的蛋白质。

突变会影响这些指令,意味着构成特定蛋白质的氨基酸数量或种类会发生改变。这进而有可能改变该蛋白质的特性。然而,这正是好莱坞的“剧透”所在:大多数突变根本不会使蛋白质特性产生有益的改变。事实上,改变蛋白质特性的突变更可能削弱病毒,而非增强病毒。

只有带来优势(或毫无影响)的突变才会保留在DNA中。谈论病毒通过突变具有“目的”和“意图”,是从人类的视角出发的。类似地,关于“终极病毒”会是一种在你体内潜伏终生而不被察觉的病毒,还是一种能迅速且轻易地在新宿主之间传播的病毒,目前也存在争论。两者都需要大量突变,而这些突变的结果过于随机,无法被规划。

蛋白质会折叠成极其复杂的三维形状,这取决于同一条链中氨基酸之间的相互作用。改变对维持形状至关重要的某个氨基酸,例如将一个带正电荷的氨基酸替换为一个带负电荷的氨基酸,就会改变该形状。

经过数十亿年的分子雕琢,蛋白质才得以具有恰到好处的形状以协同工作,这与突发的突变和截然不同的形状是不相容的。没有额外的能力,也没有超能力——通常情况下,蛋白质只是不再像应有的那样契合。而如果该蛋白质是病毒感染你的关键?好消息是!那个特定的病毒颗粒无法伤害你,而发生突变的病毒版本会自行消亡。

那么,如果大多数突变对生物体有害,那么无论是人类还是病毒,如何能够持续存续下去?一种常见的做法是回过头来修复突变。

在将DNA编码转化为氨基酸链以制造蛋白质的过程中,进化已内置了若干检查变化的步骤。如果你已经花费了数十亿年完善你的蓝图,那么你自然希望保护所有这些先前的艰辛工作。因此,人类和冠状病毒都拥有针对其DNA/RNA模板的纠错机制。

这种进化校对的作用是纠正那些会改变蛋白质并抑制病毒的“错误”。校对还会降低有利突变获得的速度。

并非所有氨基酸对形状都同等重要,改变它们不会改变蛋白质。在冠状病毒刺突蛋白中最常见、且得以留存并稳定下来的突变,属于“对蛋白质无显著改变”的类别:将一个大体积氨基酸替换为另一个大体积氨基酸。这相当于在你的汽车上换上不同的轮胎。尽管这些氨基酸不同,但刺突蛋白的工作方式似乎基本未变,其进入细胞的能力既未增强,也未减弱。

病毒的世代更替速度远快于我们这样的大型生物,而一系列微小变化可以更快地累积成显著差异。然而,就英格兰东南部新发现的变异株而言,我们目前尚无证据表明这一突变会使病毒更具危害性或传播性。

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