病毒宁可跳去别人身上也不想跟宿主一起演化

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病毒宁可跳去别人身上也不想跟宿主一起演化

  病毒迫切地需要劫掠宿主细胞和资源以不停複製,因为如果没有宿主,病毒就什幺也不是。有鉴于这种依赖性,某些病毒在宿主演化过程中陷入了困境,每当宿主分支成一个新物种时,它们就得做出细微的调整──这种过程被称为「共同分歧」(co-divergence)。举例来说,人类和黑猩猩的B型肝炎病毒型态略有不同,病毒可能在四百多万年前寄宿于两者的共同祖先身上,随后因演化而发生突变。

  但病毒还有另一种选择──「跨物种传播」,直接跳去完全无关的新宿主身上。这种病毒演化方式与禽流感、爱滋病、伊波拉病毒和SARS等重大传染疾病密切相关,虽然这类病毒极具破坏性,但过去认为跨物种传播的现象并不常见。

  然而,最近澳洲科学家针对数千种不同病毒的长期演变进行首次研究后,得出了一个惊人结论:跨物种传播比过去认知的更重要且更加频繁,在不同物种之间跳跃驱使病毒完成最主要的演变;同时,共同分歧其实不如以往预期的那幺普遍。未参与研究的旧金山州立大学演化生物学家普丽妮‧潘宁斯(Pleuni Pennings)评论说:「这项研究相当具说服力,说明共同分歧是例外,而非常规。」

病毒宁可跳去别人身上也不想跟宿主一起演化

  病毒若无法操控宿主的遗传物质複製增生,那幺就会走向终结。因此病毒可能需要在数十年或更长的时间内反覆尝试感染新的宿主,同时积累各种相应的突变,最终才能站稳脚步以複製和传播自身。

  但是当病毒从一个物种成功跳跃到另一个物种时,很多时候也成为自己的牺牲品。特别是跳跃至小型且孤立(通常是刚演化完的新物种)的群体时,高致命性的病毒在迅速耗尽宿主的可用资源后,也把自己燃烧殆尽。因此病毒学家认为,儘管长久以来跨物种跳跃的传播方式经常发生,但宿主与病毒的共同分歧还是比较稳定的发展方式。不过支持这种说法的数据却很少,潘宁斯解释说:「完美的共同分歧就像是教科书上的理论一样,极为罕见很难找到绝佳的案例。」

  雪梨大学生物学教授爱德华‧霍姆斯(Edward Holmes)及其同事决定揭开病毒的神秘面纱。他们使用病毒基因组数据重建出19个主要病毒的家族演化史,这些病毒家族涵盖23种至142种病毒,分别寄宿在哺乳动物、鱼类和植物等不同宿主身上。

  研究人员为病毒家族及其宿主物种建立起系统化的演化树并进行比较。他们认为,如果一种病毒与宿主共同分歧随之发展,病毒的演化树应该近似于宿主,最初的病毒应该也感染了宿主祖先。但是,如果病毒在物种之间跳跃,宿主和病毒的演化树会看起来迥然不同,而差异多寡取决于中间发生过多少次的跨物种传播。

  根据《PLOS Pathogens》期刊发表的报告指出,对于这19个病毒家族而言,跨物种传播是稀鬆平常的事。霍姆斯教授并不惊讶于每个病毒家族都曾进行过跨物种跳跃,而是对它们发生过的次数感到讶异。他说:「所有的病毒都这样做,这是非常特别的。」

  至于科学家为什幺没有早点发现跨物种传播对病毒演化的重要性,霍姆斯教授则解释说,过去研究的观点往往过于狭隘,时间跨度短、观察的宿主与病毒种类也相对较少。霍姆斯说:「如果只观察十至二十年,不一定会看见病毒的跨物种跳跃。但如果拉长至一百万年,你就绝对能发现。」

病毒宁可跳去别人身上也不想跟宿主一起演化

  霍姆斯及研究同事对跨物种传播发生的方式和原因的一部份见解,源自于他们观察到RNA病毒似乎比DNA病毒更频繁地在物种之间跳跃。科罗拉多州立大学比较医学教授苏珊‧范德沃德(Susan VandeWoude)说:「这可能是因为它们具有更高的突变率,RNA病毒通常具有较小的基因组和较高的突变率组合,使它们更可能适应新的宿主环境。」

  霍姆斯也点出RNA病毒与DNA病毒不同的生存方式。RNA病毒感染通常急性但短暂,在相对较短的时间内便会消逝,例如流感或感冒。这意味着病毒可能错失与宿主成为新物种的机会。霍姆斯说:「如果你是一种急性病毒,效用大概只存在几天或几週的时间,平均而言很难撑到与宿主共同分歧,因为你存活的时间不够长。」

  相比之下,DNA病毒感染通常慢性且持久。当一部分的宿主群体演化为另一种新物种时,也更可能带着原有的DNA病毒。再加上被感染的群体数量较多,也增加了病毒与新宿主共同分歧的机会。

  霍姆斯认为,新发现不完全代表跨物种传播而出现的新疾病,将对医学造成更严重或迫在眉睫的危机,而是揭示了病毒演化的方式可能比想像中还更複杂,科学家们也不该低估病毒「跳到」新宿主的频率。

参考报导:Quanta Magazine