現在新冠病毒出現了ABC三種類型,其基因突變的速度是否正常?

2020-11-29 優美生態環境保衛者

據英國科學家研究的結果和公開的信息顯示,新冠病毒過去的幾個月內,在全球傳播的過程中,已經變化成3種不同但關係非常密切的毒株,主要研究過程,是在2019年12月24日到2020年3月4日期間,從全球若干確診患者體內獲取相應的病毒株體,對其分別進行基因測序,根據測序結果提出這個結論。

新冠病毒變異的有關情況

英國科學家根據基因測序結果,將其劃分為3種不同的病毒毒株:A、B和C。其中A型與最早發現的蝙蝠身上攜帶的病毒類型一致,被認為是原始感染病毒基因組,也是其它變異病毒類型的來源。而B型則是從A型中衍變而來,通過兩個基因突變點將之與A型分隔開來,然後在B型的基礎上又衍變為C型。

在對病毒基因測序的同時,研究者還通過病毒感染者的發病時間和地域進行關聯性分析,在一定程度上證明了以下幾個病毒的發展途徑:

雖然A型病毒毒株在武漢發現,但在美國、澳大利亞的相關樣本中所佔比例更高。在武漢居住的美國人樣本中發現了A型病毒毒株。武漢病毒樣本中,A型病毒毒株所佔比例並不高,而是以A型的衍變種類B型毒株為主。東亞地區病毒樣本也以B型為主。歐洲各國的病毒樣本以C型為主,而武漢樣本中並未發現C型毒株,但在東亞地區的新加坡、韓國和中國香港有所發現。根據以上的分析結論,進一步證明了鍾南山院士很早就提出來的「新冠病毒雖然首先在武漢爆發,但可能並非是發源地」的論斷。至於新冠病毒的來源問題,雖然現在還很難最終給予明確的結論,但是越來越多的研究結果,已經有了比較明顯的指向,相信大家也都能看得出來。

病毒為何會發生變異

基因突變是世界上所有生物都會面臨的問題,承載著遺傳性狀的載體是DNA或者RNA,它們都是由相應基因片斷所構成,通過這些基因片斷的正確匹配,才能將遺傳性狀傳遞到子代。以DNA為遺傳物質的基因組,需要以鹼基對的形式進行匹配;以RNA為遺傳物質的基因組,需要首先合成負鏈RNA,然後再進行匹配。在匹配的過程中,由於基因的組成結構複雜,需要匹配的環節和數量非常龐大,就會不可避免地出現匹配錯誤的情況,從而造成匹配之後的基因組與上一代基因存在局部差異,這就是基因突變的由來。

而作為以RNA為遺傳核酸物質的新冠病毒,它的基因複製不同於以DNA為模板的生物和其它病毒,而是依靠侵入細胞中的物質和能量,在合成酶的作用下,以本身所具有的正鏈RNA為模板,合成負鏈RNA,繼而匹配形成新的RNA結構,最後與蛋白質物質完成組裝,形成新的子代病毒個體。而在此過程中,合成新的RNA結構,不需要像DNA複製那樣需要鹼基對的一一匹配,因此更容易出現匹配混亂和錯誤的情況。

而且,病毒在細胞內的複製,其增殖數量在代與代之間也是非常巨大的,從而增加了基因突變的速率。不過,由於基因的突變是沒有方向性的,病毒的大多數基因突變,對於環境的適應能力是呈現減弱趨勢的,只有很少數的病毒子代能夠存活下來,因此有較低的概率演化為傳染力更強或者毒性更強的子代病毒,決定著突變成功與否的標誌,將是適應環境變化的耐受性更強,當然這個適應環境,既包括自然環境,也包括宿主環境。

影響病毒變異的主要因素

在正常情況下,病毒在複製過程中,其基因組發生自然突變的機率為10^(-3)到10^(-9)之間,也就是說病毒需要至少增殖1000次甚至10億次之後才能有突變點的發生,雖然從這個比率來看,病毒發生變異的速率並不高,但是由於病毒結構以及傳播途徑的特殊性,其核酸遺傳物質,比較容易受到細胞內部環境的影響而發生改變,一些物理、化學等方面的作用,可以從根本上改變病毒所寄生和傳播的環境,從而誘導其發生基因突變。同時,自然環境的變化、宿主免疫系統對病毒的抵抗作用,都會影響著病毒的變異進程。對於不同類型的病毒、受到機體免疫系統抵抗的不同程度、自然環境的誘導等,都會造成變異速度的差異。

從病毒本身來看,含有基因組越多的病毒,其在複製過程中需要匹配的環節就越多,相對於物質組成較簡單的病毒,其變異機率要大。另外,以RNA為遺傳物質的病毒,其變異速率也要明顯高於以DNA為遺傳物質的病毒。

從宿主抵抗能力來看,當病毒的入侵,激活機體免疫系統之後,免疫系統與病毒之間就會展開激烈的對抗,對抗性越強,病毒的免疫逃逸能力就越高,從而最大程度地避免宿主環境對其自身的攻擊,在這種情況下病毒獲取的較強免疫逃逸能力,都是通過基因變異獲得的。

從藥物的幹擾作用來看,一般針對病毒的藥物,無非是通過提高機體免疫能力、作用於病毒的特殊部位來幹擾或者阻止病毒的複製來實現的,提高機體免疫能力可以參考上一條因素,而作用於病毒的特殊部位,可以有很大的機率使病毒核酸物質發生一定改變,從而對藥物不敏感,出現耐藥性變異,這種情況,特別容易發生在那些抑制病毒能力較弱的藥物施用上。

從自然環境的變化來看,當外界環境不利於病毒的生存和傳播,且不能夠在短時間內使病毒死亡的條件下,病毒就有加快變異的傾向,使之儘快通過變異後的複製,獲得能夠適應環境改變的更多病毒新個體,比如溫度的提升、濃度不夠的消殺劑作用等等。

總結一下

從病毒的複製周期來看,通常只需要30分鐘左右就可以完成一次複製過程,那麼從新冠疫情出現到現在,已經過去了近半年的時間,那麼如何從最初的母代病毒算起,其複製次數也應該在1萬次左右。而科學家們通過基因組測序作出的目前已經演化為3種不同的毒株,說明其發生變異的複製周期應該在3000次左右,符合關於病毒增殖1000次-10億次之間發生突變的規律。而推動病毒變異的主要因素,主要來源於以RNA為遺傳載體、人體免疫系統抵抗作用以及傳播過程中的自然環境的變化等等。雖然病毒的變異程度處於正常範圍,但對於疫苗的研發和實驗、防控措施的壓力以及個體防護等方面,都會產生一定的影響。

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