病毒不僅會進化，而且它們的進化速度也比其宿主（例如人類）快。這使病毒進化成為一個重要的話題，不僅對於研究病毒的生物學家，而且對於醫生、護士和公共衛生工作者，以及任何可能接觸病毒的人，都至關重要。

上圖：病毒的組裝。病毒並不是跟細胞一樣分裂繁殖。而是在細胞裡面生成病毒的不同部件，然後通過一個組裝過程來完成病毒的繁殖。

• 重組：病毒交換大量遺傳物質（DNA或RNA）。
• 隨機突變：病毒的DNA或RNA序列發生變化。

如果我們知道從何以及如何對比病毒的遺傳物質，就可以觀察到病毒的變異和進化，例如，在每年出現的新流感病毒株中。在目前流行的新冠病毒中，由於研究者們的關注，大量的毒株的基因被測序，我們也能看到非常清晰的病毒進化。

上圖：流感病毒的進化歷程。

當兩種病毒同時感染同一細胞時，通常會發生重組。由於兩種病毒都利用同一個細胞來產生更多的病毒顆粒，因此許多病毒的部件——包括新近形成的基因組會漂浮在細胞中。

在這種情況下，重組可以兩種不同的方式發生。

• 首先，病毒基因組的相似區域可以配對並交換片段，DNA或RNA發生物理斷裂然後重新連接。
  

• 其次，具有不同區段（如微染色體的區段）的病毒可以交換其中一些區段，這一過程稱為重新分配。
  

流感病毒是重排大師。它們具有八個RNA片段，每個片段帶有一個或幾個基因。

這種交換對於自然界中的流感病毒是很常見的。例如，還記得在2009年引起大流行的H1N1流感病毒株（“豬流感”）嗎？H1N1具有人類、鳥類病毒以及北美和亞洲豬病毒的RNA片段。該組合反映了經過多年的逐步重組才產生了這種H1N1毒株。

病毒突變

為什麼會這樣呢？關鍵區別在於複製的機制。大多數DNA病毒使用來自宿主細胞的酶（稱為DNA聚合酶）複製其遺傳物質，該酶可以進行某種“校對”工作（不斷髮現並修復錯誤）；而RNA病毒使用稱為RNA聚合酶的酶進行復制和校對，RNA聚合酶的準確性較低，因此產生許多更多的錯誤。

長期服用這種藥物，具有這種抗性突變的病毒仍會為了適應藥物存在的環境而被選擇，那些能夠繁殖的病毒倖存下來了，並且可以世代相傳地重新恢復給藥前的病毒水平。不僅如此，整個病毒種群都將對該藥產生抗藥性，因為它們都是那些少數的抗藥毒株的“後代”。

如果HIV可以圍繞某種藥品來進化出抗藥性，那如何才能阻止病毒的這種能力呢？似乎最好的方法是聯合使用方法，同時服用三種或三種以上藥物。這種治療方法被稱為

雞尾酒療法之所以有效，是因為人群中的任何一種HIV病毒都不太可能同時具有對三種藥物同時產生抗藥性的三個突變。儘管病毒最終會產生多種藥物的耐藥性，但多藥組合會大大減慢耐藥性的發展。

為什麼病毒進化如此之快？

種群越大，擁有一種具有特定隨機突變（例如，耐藥性或高傳染性的突變）的病毒的幾率就越高，自然選擇可以對其發揮高數量並行的選擇作用（就像一個CPU處理篩選程序，和多個CPU處理篩選程序的差別）。

而且，病毒繁殖迅速，因此其種群的進化時間要短於其宿主。例如，艾滋病病毒的生命週期僅僅為52小時，這大致可以對應二十年的人類生命週期。

上圖：新冠病毒COVID-19的進化。紫色的是發生在中國的病例。

總結

要應對病毒的進化，採取措施預防傳播，確定可以對抗新病毒的新藥以及開發和使用疫苗都是非常重要和有效的策略。眼下新冠病毒流行，我們要做的和能做的也是這些。