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奥密克戎背后:新冠演化走向何方?

在孙亚民的笔记本电脑里,保存着不同时期新冠变异株的数据图。曲线大多呈现倒U字形,随着时间推移爬坡、登顶,随即下降、接近消失,每一根线条,都对应着新冠变异株在人类社会登场与隐退的极简史。新冠“迭代”的速度,比电子产品还快。阿尔法刚成为主流流行株不久,德尔塔便来势汹汹;德尔塔还带着“新秀”的气息,奥密克戎已在几日内成为焦点。它变异之大、“升级”之快,所有前辈都不能相比。但奥密克戎也没什么特殊。两年时间中,新冠的变异如同树木不断抽枝散叶,不时有新成员家族壮大,也有老成员式微凋亡。奥密克戎不是第一个,大概率,也不会是最后一个。

奥密克戎背后:新冠演化走向何方?

12月3日,一名男子走过墨西哥首都墨西哥城国际机场的一处新冠病毒检测点。墨西哥卫生部3日发表公告宣布,确认发现该国首例变异新冠病毒奥密克戎毒株感染病例。公告中提到,该病例现年51岁,11月21日自南非抵达墨西哥,现正进行隔离治疗。

“不同寻常”的奥密克戎

11月26日晚,南开大学公共卫生与健康研究院教授孙亚民工作室的电脑开始通宵加班运作,逐一读取总数达500多万份的基因组数据。

ATTAAAGGTTTATACC……这些fasta格式的独立文件,写满了象征四种碱基的字母,每一份,都是一粒曾在人类世界短暂露面的新冠病毒的生命密码。有的完全一样,有的不尽相同,它们来自全球各地的人类实验室,从疫情初始到当下,汇聚成一个庞大的新冠病毒数据池。

再次将触角沉入这个“池子”,是为了探究其中131株变异体。此后世界卫生组织将其命名为奥密克戎(Omicron)——目前所划分的最重要的新冠变异株类型。

在此之前,新冠所演化出的诸多变异株中,被例入VOC的只有四种。阿尔法(Alpha)、贝塔(Beta)、伽马(Gamma)、德尔塔(Delta)。从首份样本上传到世卫组织命名、评级,这个过程一般要经过数月的时间,往往伴随着人类世界明显的疫情流行。奥密克戎是一个例外,从数据上传到命名在半个月左右时间完成,从被世卫组织列入VUM(Variants Under Monitoring 监测中的变异株)到跳过VOI(Variants of Interest 需留意的变异株)“直升”VOC,只用了2天。

不过,对孙亚民来说,新冠变异不是什么新鲜事。在世界流行两年,新冠病毒发生的变异数量,在近3万的核苷酸总数中,只是微不足道的比例。次日,计算机跑完了所有基因组数据,看到报告,孙亚民才真正感到一丝惊讶。

在500多万份历史数据的横向对比中,奥密克戎的确不同寻常:变异位点多,位置关键。根据计算,新冠病毒传播至今,只逐渐积累了约35个可遗传的非同义突变(可导致氨基酸改变,一般认为非同义突变受自然选择作用),而奥密克戎在此基础上,一口气多出了约15个突变;30多处位于最受关注的新冠体表的刺突蛋白上,其中一半位于RBD区,能直接影响病毒的复制与传播;10多个位于ORF1ab区域,可能影响到人体免疫。

奥密克戎还显得身世成谜。

病毒从亲代繁衍到子代,会在基因层面留下痕迹,科学家根据这些痕迹顺藤摸瓜,可以捋清病毒变异的“家谱”。奥密克戎最早发现于南非,在最近三个月,南非分离到的变异株多为德尔塔,孙亚民原本觉得,奥密克戎应当是由德尔塔变异而来,但数据显示,奥密克戎与德尔塔并没有很近的亲缘关系。即便在整个数据池中,奥密克戎突然发生的新变异,也找不到循序渐进的演进历史。

奥密克戎背后:新冠演化走向何方?

12月3日,人们在印度班加罗尔排队等待接种新冠疫苗。印度卫生部2日说,在该国卡纳塔克邦发现两例变异新冠病毒奥密克戎毒株感染病例,这是该国首次报告奥密克戎毒株感染病例。新华社发

当我们讨论变异我们究竟在讨论什么?

当孙亚民尝试描绘整个新冠的变异史,那是一种不断分叉的过程,有点像树木生长——从一个主干逐渐分出越来越多的枝丫。但也不完全是:一部分枝叶迅速茂盛的同时,另一部分生长缓慢,或很快凋零。

“最初的病毒,如果出现几百种变体,其中一些具有优势的变体,在传播一段时间后,会演化出几百种变体。病毒流行的每个时期,都会有优势群体出现,但并非所有变体都会留存下来,它们大部分会被淘汰,曾经的优势株,也可能被后起之秀取代。”孙亚民说。

正如孙亚民所说,新冠的“进化树”已经以这种奇妙的方式生长了近两年。

新冠首次发生关键变异D614G是在2020年1月底2月初。位于刺突蛋白的这个变异位点,让病毒更易附着于人体细胞,增强了变体的传染性。之后,从欧洲到北美洲、大洋洲、南美洲……经过4个月传播,这个变体取代了之前的新冠病毒,成为主要流行的强势变异株。

到了2020年9月,一种新的新冠变异株在英国出现,两个月后,科学家们开始在新增感染者身上反复分离出这一变体。12月18日,世卫组织将其命名为阿尔法。此后,又接连出现了贝塔(Beta)、伽马(Gamma)、德尔塔(Delta)以及奥密克戎(Omicron)。

我们固然能用单个的毒株来讲述新冠病毒的变异故事。这些在人类世界掀起风浪的小小颗粒,总是显得面目不清、行踪诡异又来势汹汹,让人神经绷紧。但在自然界,病毒变异就如人类的呼吸、进食一般,是极其普通的自然现象。

“你可以想象一下,你要用最快速度不断手抄30000个不同的字母,这时你就会发现,誊抄的过程中会出现许多的错误。不断地重写,也就会不断地出错,这就是新冠病毒变异的原理。”英国布里斯托尔大学病毒学教授大卫·马修斯说。

作为最大最复杂的RNA病毒,冠状病毒可拥有长达32000个核苷酸组成的基因组,新冠的核苷酸将近30000个。世卫组织对新冠的评估分类中,将评估对象定义为“变异株”(Variant),事实上,只要一个核苷酸发生变异,就形成一个新的变异株(Variant)。

北京地坛医院传染病专家蒋荣猛解释,新冠病毒是极其简单的生物体,外层的蛋白包括着内部的遗传物质,依靠宿主细胞进行复制繁殖。相比DNA病毒具有复杂、紧密、稳定结构的双螺旋结构基因组,新冠的基因组为单链RNA,非常简单,在复制过程中也更容易出错。除了先天特点导致的自发变异,外部环境带来的压力,如温度气候的变化、宿主的免疫、药物的攻击等等,也会让病毒不得不通过变异来适应环境。病毒变异永远处于进行时态,即便在同一名患者体内,不同时间段分离出的病毒样本,也可能有着不同的基因组。

新冠如此,其他的病毒亦然,甚至会有更加成熟和庞大的“家谱”。

蒋荣猛以流感病毒举例:根据核蛋白的差异,流感病毒可分为甲乙丙丁四个基因型(genotype),其中较常在人类社会流行的是甲流与乙流,研究也多聚焦于此;基因型之下,甲流依据病毒表面的血凝素HA和神经氨酸酶NA两种蛋白的不同,还可分出不同的亚型(subtype),这就是经常被提及的H1N1、H3N2等叫法的由来;乙流不做亚型分型,但可分为不同的谱系(Lineage),如Yamagata、Victoria等等。流感变异的速度远甚新冠,每年流行的变异株也不尽相同,每年秋冬季,疾控部门呼吁市民接种的流感疫苗,其中的成分也都要根据专家的最新预判进行调整。

若和流感相比,新冠的变异程度,似乎远不及前者。

“如果按照常规基因型分类,即便是(在刺突蛋白上)拥有30多个突变位点的奥密克戎,和现有变异株仍属于同一个基因型、或者说亚型,没有分化为独立基因型。”德国杜伊斯堡-埃森大学病毒研究所教授陆蒙吉说。马修斯也表示,虽然对奥密克戎还有待了解,但他并不认为新冠病毒现阶段已经发生了重大突变。

即便在基因组层面,病毒还可以发生更大程度的变异,变异仍是一门“玄学”。

孙亚民介绍,大部分变异并没有意义。基因虽然变了,但不一定影响氨基酸、不能带来更高层面的病毒结构改变,而结构变化是病毒“能力”变化的基础,这也是为何新冠刺突蛋白RBD区域的变异最受重视的原因——它的形状能直接影响病毒的“钥匙”与人体受体这个“锁眼”的吻合度。

剩下一部分有意义的变异,则向着两个方向分化,有的让病毒获得更多的生存优势,有的让病毒更易“早夭”。权威医学期刊《柳叶刀》曾发表一篇来自新加坡研究团队的文章,其中介绍了疫情早期出现的一类缺失382个核苷酸的新冠变异株,这种变异株很快消失了。

当我们讨论病毒变异,实际上只是在追问后者:变异发生了,然后呢,人类将受到多大伤害?遗憾的是,即便科学家们能在实验室里读取变异株最核心的遗传密码、破解病毒的形状结构、分析变异位点的影响、开展一系列科学实验……实验室仍与真实社会相差太远,实验室里得出的结果,并不一定会发生在现实世界。

或许正因如此,即便奥密克戎已被我们从基因层面看了个底朝天,多位专家在谈论它时仍表示,目前还不够了解,有待进一步监测观察。

如果微观结果难以预测,那么从宏观展望,新冠的演化会不会走向既定的方向?

奥密克戎背后:新冠演化走向何方?

12月2日,人们在美国纽约证券交易所外拍照。包括纽约州在内的美国多个州2日宣布出现更多变异新冠病毒奥密克戎毒株感染病例。

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