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不断变异的新冠病毒,最终会变成什么样子:《纽约客》深度报道

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MED24 2021-09-23 20:28

这个夏天,新冠疫情携Delta变异株卷土重来,改变了不少人的生活。一波未平,一波又起,Delta还没走,名为Lambda的新冠变异株又在南美洲流行开来,已经使得秘鲁新冠病死率飙升至世界第一。 从2020年底席卷英国的Alpha变异株,到在南非发现的Beta变异株,再到最近出现的Lambda变异株,新冠病毒已至少产生了5种主要的变异株。

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Lambda变异株出现前的几类主要变异株,图片来源:SoyEcho

「病毒还会无止境地变异下去吗?」 这个问题,相信困扰着许多人。近日,《纽约客》杂志发表了一篇深度报道,对这一问题进行了探讨。

图片来源:纽约客

Delta和Lambda的变异株,显然不是新冠病毒变异的终极。

新冠病毒的突变有什么特点?

33年前的一场实验,已经回答了这个问题。

1988年,加州大学欧文分校的生物学家理查德·伦斯基做了一项著名的实验。他把常见的大肠杆菌分装到12个不同的烧瓶里。每个烧瓶都保持摄氏37度,并有着同样的培养液。

图片来源:Quanta magazine

理查德每天都从烧瓶里提取一些经过复制的细菌,转移到新的空烧瓶里,并将样品储存在冰箱中。他之所以这么做,是为了搞清楚进化的机制——为了能提高自身的繁殖能力,微生物会如何快速、有效、创造性地并且持续不断地进化?

烧瓶每天产生大约6代大肠杆菌,换言之,如果大肠杆菌早上才刚出生,那么在天黑时,它们已经有重重重孙辈了。这个实验一做就是33年,理查德和他的团队目前已经收获了7万多代不同的大肠杆菌。和最初版本的大肠杆菌相比,最新版本的细菌繁殖速度快了70%。

不同的大肠杆菌群体的进化路径都不尽相同,但历经7万代以后,它们似乎达到了进化的极限,大部分新生的大肠杆菌群体之间,复制速度非常接近,只差几个百分点。

这项研究让理查德声名鹊起,先后获得了“麦克阿瑟天才奖” 和古根海姆奖学金,这项研究也让人们对微生物的突变能力有了一个基本的认知,而其中的3个重要发现,对于生活在新冠病毒阴影下的我们非常具有参考意义。

1、随着时间的不断推移,突变产生的收益会逐渐减少。

那些对提高繁殖能力最有利的突变,早早就发生了。

2、微生物永远不会停下进化的脚步。

理查德表示,即便是历经七万代后,大肠杆菌们仍然在寻找新的改进方法,尽管速度稍慢一些——微生物对自身的修补是永无止境的。

3、微生物的进化,往往是先积累突变再实现飞跃的。

在2003年,理查德有个有趣的发现,实验那时已经经历了大约15年,产生了3万代的大肠杆菌。当时他发现一个本该半透明的烧瓶变得异常浑浊,这表明细菌出现了爆发式的增长。

进一步研究发现,原来那瓶大肠杆菌进化出了把柠檬酸盐当作额外的能量来源的能力,要知道普通的大肠杆菌只能消化葡萄糖。这个发现是非常罕见的,罕见到这33年的研究期间里再没有重复过这种突变。

理查德对于这种罕见突变的解释是,大肠杆菌先需要积累特定的突变,再出现一个罕见而关键的新突变,让整个种群的能力产生飞跃。

回到现实生活中来,可能是在2019年的某个时候,甚至更早,当新冠病毒发展出能感染人类的能力时,它就让整个种群的能力产生飞跃。从那以后,病毒会继续积累突变,比如增强传播力,产生免疫逃逸等等。这样的「故事」,在历史上重复上演了很多次,例如结核病,腺鼠疫,流感都发生过。

每隔几个月,我们就会了解到一个似乎更糟的病毒版本:Alpha变异株、Beta变异株、Gamma变异株...... 而在未来的数月,数年,乃至数十年里,新冠病毒还会不断发生突变。

随着突变的不断积累,我们还要警惕新冠病毒的下一次飞跃,如果那次突变让疫苗完全失效,情况将会变得非常糟。

新冠病毒未来会是什么样?

既然新冠病毒的突变不会停止下来,那它未来又会出现哪些变化呢?

罗伯托·博里奥尼是米兰圣拉斐尔大学维塔-阿泰斯大学的医生和教授,被誉为意大利最著名的病毒学家,他对“终极新冠变种”的未来做出了3个预言——所谓终极变种,是新冠病毒的一个版本,其已经达到最大的可传播性,并在全球占据主导地位,只经历偶尔的小变化。

图片来源:blogsicilia

预言一:病毒再怎么进化,也无法让疫苗彻底失效。

这个预言最为乐观,但并非毫无可能,比如麻疹、脊髓灰质炎、天花等病毒,就从未逃离过疫苗的控制。如今来势汹汹的Delta变异株,疫苗也同样对其有作用。

预言二:病毒将部分逃避疫苗产生的免疫防御,同时也将付出代价,变得不那么具有传染性或致命性。

比如Beta和 Gamma变异株,都具有一定程度的免疫逃逸能力,但它们的传播力都不如Alpha或是Delta变异株。

同样的故事也发生在HIV病毒上过,当时一种叫做M184V的突变使其对抗病毒药物拉米夫定(lamivudine)产生了耐受性。从表面上看,这种突变很不妙,然而科学家们很快发现,M184V变种的患者病毒载量较低,这表明这种突变也降低了病毒在体内复制的效率,可谓是「伤敌八百,自损一千」了。

预言三:病毒积累突变,最终突破了免疫屏障,并且不会遭受传播能力或致命性的重大降低。

这个预言是最令人担心的,也是最不容易判断的,如果真的出现这种情况,也意味着新冠病毒还需要再经历一次进化飞跃。

一部分科学家认为这是不太容易出现的。因为和理查德实验中不变的烧瓶环境不同,随着疫苗的接种,新冠病毒所处的大环境也在变化着,这会给病毒带来非常大的选择性压力——比如Beta 和 Gamma 变异株是在感染程度较高的区域进化的,因此突变可增强免疫逃逸性,但不会增强传播。相比之下,Delta变异株出现在疫苗接种水平相对较低的印度,它的目标是尽可能快地传播,所以它的决定性特征是极端的传染性。

因此这部分科学家们认为,想要实现飞跃,同时具备免疫逃逸功能和传染力是非常困难的,新冠病毒会受到生物学上的诸多限制。

但也有部分科学家表示了担忧。 加州斯克里普斯研究所的传染病专家Kristian Andersen博士就表示,虽然有生物学上的限制,但我们根本不了解新冠病毒的限制在哪里,新冠病毒实现飞跃并非不可能的任务。

一项近期的研究也支持了Andersen博士的担忧,研究结果表明新冠病毒的刺突蛋白上,有大把可以耐受的位点,使其有可能出现免疫逃逸的同时,维持对细胞的入侵能力。

对抗新冠病毒的策略是什么?

尽管新冠病毒未来的突变并不乐观,但也不必过分悲观,人类的免疫系统相当可靠,数千年来已经成功抵御过无数微生物的入侵,而免疫系统对于先前遇到的病原体,可以做出极为有效的反应。

2009年,当H1N1流感大流行时,它有一个奇怪的特点:年轻人的症状比老年人更严重,全球80%的H1N1死亡病例发生在65岁以下的人中。要知道,通常70%至90%的流感死亡是发生在老年人身上的。

科学家对此的解释是,许多老年人可能在几十年前接触过这种菌株的亲属,他们的免疫系统记住那场战斗,并为下次战斗做好了准备。

所以不管新冠病毒如何发生突变,它们总还是新冠病毒,免疫系统会做好对变异株作战的准备。 研究发现,无论是感染过新冠还是接种了疫苗,体内的抗体都能对多种冠状病毒产生抵抗力,这无疑给了我们很大的信心。

此外,在疫苗接种后,我们身体产生的是多克隆抗体,这不是一种,而是一大群不同的抗体。当其中一些抗体失效了,总会有另外一些抗体能够发挥功效,新冠病毒想要彻底突破了免疫屏障是几乎不可能的。

还值得一提的是,免疫系统除了有可以快速生成中和抗体的记忆B细胞,还有第二重保险——T细胞。

它可以追踪和清除那些被感染的细胞,即便新冠变种会发生免疫逃逸,感染细胞,这些感染的细胞也很难逃脱T细胞的清理。对病毒来说,逃避T细胞防御几乎是不可能的任务。这也就是为何接种疫苗的人再次感染后出现重症或死亡的概率很低。

更为可贵的是,人体免疫力的持续时间相当持久。研究显示冠状病毒感染后的T细胞记忆至少持续8个月或者更久,甚至20年前感染SARS-CoV-1的人至今仍然拥有识别该病毒的T细胞。

以上这些因素,都使我们有理由相信未来一定可以战胜新冠病毒。

最后回到标题提到的问题:不断变异的新冠病毒,最终会变成什么样子?其实博里奥尼教授的三个预测其实已经给出了答案:

  • 病毒再怎么进化,也无法让疫苗彻底失效;

  • 病毒将部分逃避疫苗产生的免疫防御,同时也将付出代价,变得不那么具有传染性或致命性;

  • 病毒积累突变,最终突破了免疫屏障,并且不会遭受传播能力或致命性的重大降低。

新冠变异株究竟会变成什么样子,很大程度上取决于其所处的时空环境:对于已经广泛接种了疫苗的地区,所需担心的或许是变种的免疫逃逸能力;而对于没有广泛接种了疫苗的地区,更需要担心传染性增强的问题。

这3个预测都有可能是正确的答案,不同地区会有不同的新冠变种,印证着不同的预测。

而我们未来最需要关心的就是新的新冠变种是否让疫苗失效了。不断改进疫苗,维持疫苗的效力,是在对抗新冠疫情重要策略。

我们千百年来战胜过无数传染病,这一次也不会例外!

编译:Ivan

参考资料:

https://www.newyorker.com/science/annals-of-medicine/how-will-the-coronavirus-evolve

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