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科学随笔:抄错的遗传密码字母和病毒变!变!变! 精选

已有 3042 次阅读 2020-6-25 22:28 |个人分类:科普文章|系统分类:科普集锦| 新冠病毒, D614D突变

从看不见的病毒等微生物,到智慧的人类,地球上的生命千差万别,但却共用一套遗传密码。DNA大分子包含的4种碱基(A,G,C,T,对于RNA,为U代替了T)三三组合,形成64种密码子(三联体密码),就构成了生物界的“通用语言”。这些密码子可翻译成相应的氨基酸,而他们,正是构成生命重要有机大分子——蛋白质的组成单位。

构成人类蛋白质的氨基酸有20种,所以,三个碱基字母构成的密码子与氨基酸并不是一一对应的关系,有的氨基酸拥有好几套密码子,比如,丙氨酸就拥有4套密码子:GCU,GCC,GCA,GCG。很多密码子排列在一起,连成一个句子,组成一个段落,一篇文章,甚至一本书。一本生命的“天书”。

DNA作为遗传基因的载体,在复制过程中,难免出现抄写错误,有的错误可能无关大局,不影响句子的意思(DNA长链上看似存在许多无意义的“句子”,并不直接指导蛋白质的合成,但可能参与其他一些与蛋白质合成有关的工作)。有的“一字之差”就可能铸成大错。

“一字之差铸大错”,与人类疾病相关的实例,莫过于镰刀型细胞贫血病,只因把GUG, 抄成了GAG, 导致正常血红蛋白的谷氨酸变成缬氨酸,血红蛋白发生镰刀型形变,造成疾病的严重后果。

相比于人类庞大的基因组,病毒的基因组要小得多。比如SARS-CoV-2这种RNA病毒,大约只包含3万多个碱基,在基因测序技术已经很先进的今天,已经很容易就测出了它全部的碱基序列。通过碱基序列的变化,还可以追踪它的进化谱系,进行病毒分子溯源。

在SARS-CoV-2病毒中,S蛋白(表面棘突蛋白)是最重要的表面蛋白,可与宿主细胞表面受体结合,决定病毒的传染能力和宿主发病机制等。因此,决定S蛋白这个靶点发生改变的碱基突变,成了科学家关注的重点。

相比于DNA病毒,RNA病毒更不稳定,遗传物质复制抄写错误更容易发生,有些无关大局,不会造成致病蛋白的重要改变。但变异积累到一定程度,难保不会影响到关键的蛋白的合成和性质的改变。

SARS-CoV-2病毒S蛋白的改变,会造成传播能能力等的变化。这也是科学家面临的棘手问题。因为如果抗原蛋白发生了关键的改变,不但会影响防控和治疗的策略,也会影响疫苗的开发。

遗憾的是,病毒的变异一定程度上并不以人的意志为转移,也不是人类能控制得了的。在病毒与人的相互作用中,病毒接触的宿主越多,传播的面越广,时间越长,变异的机会也会越多。

SARS-CoV-2在全球的广泛传播,无疑给病毒演变的多样性提供了更多的机会。现在,SARS-CoV-2传播过程中,已经演化出了多个亚型,似乎在不同人群中的传播率和死亡率也也表现出了一定差异,当然,这方面并不容易获得准确的信息,因为,干预手段不同。

前两天看到一则“坏”消息,心中不免一沉,说北京新冠病例核酸测序出现D614G突变株,这一字之差,或使感染力增强数倍。

D614G是啥意思?简单来说,就是新冠病毒基因序列23403位点从A(腺嘌呤)突变成了G(鸟嘌呤),导致相应的棘状蛋白的第614个氨基酸从D(天冬氨酸)变成了G(甘氨酸)。相关研究表明,D614G突变导致病毒的棘状蛋白增加4-5倍,并使这些蛋白更稳定、进而使病毒更容易侵入人体细胞,传播力增强。

但据介绍,相关的研究结果是在实验室条件下取得的,在现实环境下D614G突变对新冠病毒感染力的影响有待于进一步研究。但报道称这种突变株,的确几个月前,就开始在欧洲和北美广泛传播,是不是能说明一定问题?(病毒发生了适合不同人群的突变)

不同人种同一基因位点对应的蛋白质也存在多态性(点内突变),所以与病毒蛋白的结合力会不会存在差异?所以同种病毒不同人群中传播力不能一概而论。对于新冠病毒,它与人类机体的作用方式,还有太多的未知。适合欧美人的毒株,并不一定适合国人。所以,上述消息并不一定是坏消息。

人类的生存史总是伴随与病源微生物的抗争史。病毒的基因变异是随机的吗?它的变异是否适合“适者生存”的自然法测?它是向着有利于自己生存的方向变异,还是适合宿主的方向变异?但这似乎又不算个问题,因为在自然界中病毒并不能独立存活,它一定是需要宿主的帮助才能生存下去,所以,它的进化方向取决于双方的互动关系,很多情况下,是试图寻找一种平衡,大多数情况下,大多数病毒的策略并不希望造成宿主的毁灭性灾难,而是以保持继续繁衍为目的。

看来,SARS-CoV-2还要闹腾较长一段时间,人类能够适应新常态,与病毒长期共存吗? 17年前的那个夏天,我生活的这个城市,SARS突然离我们远去,17年后的这个夏天,似乎正在离我们远去的SARS-CoV-2,说回来就回来了。很多事情令人困惑,但无疑,我们必须继续努力,阻止它的扩散,不给它更多变坏的机会。




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