受影視作品的影響，說到變異，大家往往會想到生化危機中變異的病毒給人類所帶來的災難。那麼，病毒變異對人類來說意味著什麼？
RNA病毒變異較快
作為自然界中結構最簡單的一類生物，大部分病毒僅僅由蛋白質外殼和核酸構成，小部分病毒含有脂質的膜。病毒結構簡單，卻擁有複雜的生活史。在與動植物和微生物的交互中，病毒具有複雜的行為特點。病毒的大量繁殖，會導致許多變異病毒的產生。這一特點使得病毒能夠在複雜的情況下快速進化，從而適應環境。
根據美國生物學家戴維·巴爾的摩建立的巴爾的摩病毒分類系統，新型冠狀病毒（以下簡稱新冠病毒）屬於正義單鏈線狀RNA病毒，即這類病毒的基因組僅有一條RNA鏈。與大部分以雙鏈DNA作為遺傳物質的生物不同，冠狀病毒大家族中的遺傳物質全都是單鏈線狀RNA。
在自然狀態下，由於化學結構的不同，相同的RNA相比DNA更加容易發生突變，因此RNA病毒的變異速度往往快於DNA病毒。這一特點在2003年的SARS（嚴重急性呼吸綜合徵）期間體現得非常清楚，早期的SARS病毒的傳播能力較弱，隨著病毒的不斷傳播，病毒在快速複製增殖的過程中產生了許多突變，儘管大部分的突變對病毒而言都是有害的，但仍舊有部分發生在關鍵基因上的突變改變了病毒傳播的能力。在疫情暴發中期，突變後的病毒在人群中大量傳播。
新冠病毒與SARS病毒相似，同屬套式病毒目、冠狀病毒科、冠狀病毒屬，基因組大小為27～32KB。據中國科研團隊在2020年3月4日發表的論文，到論文發表為止，根據已經測序的基因組數據，新冠病毒已經產生了149個突變位點，並分化出L和S兩個類型。儘管病毒已經產生了這麼多的突變，但科研人員在文章中解釋，病毒並沒有像SARS病毒一樣發生了適應性進化，因此無需過於擔心。
變異是常見的自然現象
為什麼說新冠病毒發生了這麼多的突變卻沒有產生適應性變化？病毒的突變是什麼？適應性進化又是什麼？這要從科學家們如何研究病毒的進化說起。
事實上，從生物學上來講，生物的變異是一件很常見的事情，以我們自身為例，我們瞳孔的顏色、血型等性狀，在從父母身上遺傳的過程中，由於重組等變異的情況存在，我們與父母之間往往存在有許多的不同，這種不同我們也稱之為變異。
突變也是變異的一種。突變一般指的是基因突變，往往用來描述某個基因上某個核苷酸位點上的含氮鹼基發生改變，從一種含氮鹼基變成了另一種含氮鹼基。廣義的變異包含有多種遺傳信息改變的方式，但有利變異和有害變異相對較少，因此當聽到生物學家們說到某種生物發生了變異的時候，不要驚慌，他們只是在闡述一種自然現象。
由於病毒沒有染色體等結構，它們的遺傳物質僅有DNA或RNA，缺乏相應的保護蛋白，且由於病毒的複製發生在被他們感染的細胞中，因此病毒的遺傳物質更加容易發生改變。作為一種基因組相對較大的RNA病毒，新冠病毒在整個基因組上發生突變的概率也相對更大。
RNA病毒突變的三種類型
RNA序列由四種基本的核糖核苷酸組成，分別是腺嘌呤核糖核苷酸（A）、鳥嘌呤核糖核苷酸（G）、胞嘧啶核糖核苷酸（C）以及尿嘧啶核糖核苷酸（U）。RNA病毒上所能夠發生的突變與上述的四種不同類型的核糖核苷酸有關，主要分為插入、缺失以及點突變三種類型。
所謂插入突變，指的是在原先的核苷酸序列中憑空插入了一個或數個核苷酸，例如，序列“AUG GAG AGC”在第三個核苷酸G的後面加入了一個C，由於核糖體是以三個核苷酸為一個密碼子進行閱讀的，當序列變為“AUG CGA GAG C”後，原先的三個密碼子“AUG”“GAG”“AGC”變化成了“AUG”“CGA”“GAG”。由此可見，由於單個C的插入導致RNA鏈上整個基因後續的讀碼發生偏移。通常情況下，發生單個核苷酸的突變會導致不能產生正常的蛋白質，因此一旦病毒發生插入突變，對病毒而言並不是好事，病毒的複製往往會出現問題，因此這種突變不足畏懼。
缺失突變與插入突變類似，不同的是，缺失突變是由於病毒基因組上核苷酸的缺失導致的，以序列“AUG GAG AGC U”為例，如果第四位的G發生缺失，原先的三個密碼子“AUG”“GAG”“AGC”將會變成“AUG”“AGA”“GCU”，同樣發生了移碼突變，在這種情況下病毒也不能夠生存。因此對於插入和缺失突變，我們無需擔心。
點突變意味著核苷酸鏈上單個核苷酸發生了改變，改變的方式多種多樣，一種核苷酸可能會突變成其他三種核苷酸中的任意一種，我們仍舊以RNA序列“AUG GAG AGC”為例進行解釋。如果這段序列第四位的G突變成為A，那麼這段序列就會從原來的“AUG GAG AGC”變為“AUG AAG AGC”此時僅有一個密碼子發生了改變，而其他的序列並沒有發生改變。我們將這種類型的變異成為點突變。點突變是否會對病毒產生影響呢？答案是可能會對病毒產生影響，但對病毒是有利還是有害卻是不一定的。
在病毒的基因組中，除了基因區域外，還含有一部分與基因無關的區域，發生在這些位置上的突變通常情況下並不會影響到病毒的生存。由於密碼子的簡併性、氨基酸的相似性等一系列因素，發生在基因區域的突變也並不一定會影響到病毒的複製和繁殖。
流感病毒突變的啟示
我們可以這樣理解，在大部分情況下，病毒發生的突變對病毒的改變微乎其微，且很多突變對於病毒而言是有害的。那麼是不是所有的突變都是這樣的呢？答案是否定的。儘管病毒突變的概率相對較低（仍舊比含有染色體的生物突變率高），且中性突變和有害突變的概率要高於有利突變，但我們仍不能對病毒掉以輕心。
病毒的複製速度驚人，在進入宿主細胞後，病毒會在短時間內接管細胞的控制權，利用細胞內儲存的物質和能量在短時間內大量的複製自身，在細胞破裂時，釋放出成千上萬的病毒粒子。在這種情況下，突變的概率即使再低也會產生大量變異的病毒，倘若發生的突變是對病毒有利的，發生突變的病毒往往會更容易存活，進而產生更多的後代，使得越來越多的後代帶有這種變異，病毒也就慢慢發生了進化。
對於上述過程，人們感受最為明顯的應當是流感疫苗的變化。在秋冬季節，我們往往需要接種流感疫苗，並且流感疫苗每年都需要進行接種，並不能像其他疫苗一樣一次接種就能終身免疫。究其原因，仍舊是流感病毒的進化速度相對較快。
人體的免疫系統能夠識別流感病毒靠的是免疫細胞對流感病毒上的血凝素（H蛋白）和神經氨酸酶（N蛋白）的辨別，但由於流感病毒的快速傳播，大量的流感病毒在複製過程中極有可能發生突變。若突變發生在這兩種蛋白上，哪怕是很小的改變都會導致識別失敗，因此流感病毒的疫苗也會隨著流感病毒的變異而失效。
中國科研團隊近期所發現的新冠病毒上的149個突變位點，大部分都是無義突變，即這種突變並不會改變病毒的結構，少量的有義突變在大部分情況下也不會對病毒產生顯著的影響，而所謂的S型和L型僅僅是描述了一個功能無關緊要的基因上某一個位點的變化情況，對新冠病毒在進化學上進行了區別，病毒本身並沒有產生太大的變異，我們也無需對此過於恐慌。
總而言之，病毒的變異並沒有我們想象中的那麼可怕，但仍需警惕發生在特定位點、特定基因上的突變。當然，這種工作需要交給病毒學家來進行。作為普通人的我們需要做的是保護好自己，戴好口罩，勤洗手，少參加聚會，多進行鍛鍊。
本文刊發於《科學畫報·新知版》2020年第4期。若需瞭解更多抗疫知識和觀點，請郵購或訂閱《科學畫報·新知版》雜誌。
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