科学家们能否预测冠状病毒进化的所有方式?

去年年底,三个不同的在英国、南非和巴西发现了快速传播的冠状病毒变种。最近，印度的变种，美国和其他地方导致警报。这些变体的出现是否会与大流行发生持久的战斗，或者病毒很快就会耗尽进化室来操纵，并定居为更良性，地方病病理？

关于人类进化过程的预测病毒特别是毒性的变化，总是充满着不确定性。RNA的随机突变，传播和扩张的混乱模式，以及部分理解的自然选择的力量，即使是最具洞察力的进化预言家也面临挑战。然而，已建立的进化概念，结合来自病毒本身的大量数据，至少可以提供一些指导。

导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒从一种未知的动物宿主进入人类，并由此进入了一个充满障碍、威胁、死胡同和非常偶然的机会的新的进化空间。这个空间很难想象和测量。令人烦恼的是，它是多维的，它的边界和地形可以从许多深奥的优势来看。

一个简单的切入点是考虑到的上限基因组序列多样性，或者说突变空间的边界。假设SARS-CoV-2基因组有30,000个位点长，每个位点可以被四个碱基(腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和尿嘧啶)中的一个占据。由此得出的结论是，可能存在的基因组序列超过1 × 10的10次方(4的30次方)，大致相当于银河系的宽度(以米为单位)。

DNA和RNA都只包含四个碱基

但是这个数学极限没有考虑生物学，因此是完全没有帮助的。这些假设的基因组几乎没有一个能编码出能够感染和复制的病毒。维持病毒机制在最高工作状态的这一基本要求是个好消息。维持病毒功能的进化限制将限制病毒适应的速度和程度。

还有更多的好消息。很多关于威胁的专家评论来自突变在SARS-CoV-2基因组中相对乐观，这反映了一个事实，即基因组中的绝大多数突变很少或没有功能后果。虽然理论上病毒可以探索广阔的突变空间，但几乎所有这些空间都是功能性病毒的禁区。而剩下的大部分将与病毒的行为无关。

但是，虽然突变大多是无害的，但在深层突变空间中仍隐藏着一些东西，比如微观点上的微观点，非常罕见的基因组变化让病毒得以创新。

SARS-CoV-2的进化速度有多快?

全基因组测序为我们提供了一种通过突变空间细致观察SARS-CoV-2探索的方法。我们知道，基因组平均每个月发生一到两次突变，考虑到基因组大小，这个速度比流感病毒慢四倍。这也被广泛解读为好消息。这里的逻辑是，一个更稳定的基因组为病毒提供更少的机会，以逃脱疫苗或实施其他一些遗传技巧。

“英国变体”（AKA“肯特变体，”B117或20i / 501Y.v1）的出现显着且清醒。基因组序列数据显示它具有发现了23个突变（一整年的价值）看似一切都是去。这些突变中的大多数具有很少的进化相关性，但其他突变对该变体的扩散率增加负责。

为什么和这种情况如何发生？在人体宿主内复制期间病毒突变。这些突变可以改变病毒与人细胞相互作用的方式，包括免疫系统。在单一免疫受损患者的长期感染过程中可能出现了英国变体。多周后，恢复期血浆治疗这可能会导致自然选择挑出这种变异。

已经观察到其他类似的进化爆发。最近出现的“兴趣变种”在坦桑尼亚出现了34个单独的突变。在重组的例子中，不同的SARS-CoV-2基因组结合形成一个杂交体，也被观察到了。虽然这些事件可能是罕见的，但它们潜在的进化意义不应被低估。相对较慢的平均突变率并不自动对应较慢的进化率。

许多人被召唤，但很少被选中

英国变种出现的导火线可能是保护病毒免受治疗性抗体(恢复期血浆)的进化压力。最明显的结果是增加了宿主之间传播的倾向。这表明，相同的突变可以同时为病毒提供多种优势，这种现象被称为“多效性”。

虽然我们可能不能完全理解生物机制，但我们可以很容易地从基因组序列数据中识别候选突变，因为它们确实有一次又一次出现在大流行期间。虽然突变本身是一个盲目的过程，但自然选择一再选择这些相同的突变。这就是所谓的“进化趋同”。

这些已经有了各种组合的这些突变是所有变体的定义特征。所有改变尖峰蛋白 - 与人细胞结合的病毒的一部分。尽管这些突变导致的案质和死亡增加，但我们可以从这种突变的总数中至少接触冷舒适似乎是有限的？

也许。但病毒的特性可能不是由单个突变单独决定的，而是由多个突变如何相互作用决定的。这种组合的视角突然为病毒打开了可能富有成果的突变空间的新区域。

欣赏单一稀有事件可以改变整个大流行的轨迹如何让我们对不受控制的传播的危险。正如赢得彩票增加的机会随着买得更多的门票，所以导致新变种的罕见进化事件的可能性会随着更多的人被感染而增加。

新的变种是国家边界的一致，无论它可能是如何难以预测进化变化，有一件事明确：从进化的角度来看，必须使全球案件数量保持尽可能低。

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