在新冠疫情初期，全球尚處于對這一新興病毒的認知混亂中，一支澳大利亞研究團隊便著手探究新冠病毒（SARS-CoV-2）在長期演化過程中的變化規(guī)律。他們希望了解：病毒在沒有免疫系統(tǒng)干預(yù)的實驗室環(huán)境中，會如何進化？是否會逐漸變?nèi)酰?/p>

如今，五年過去，該研究成果已發(fā)表于《病毒學(xué)雜志》（Journal of Virology），揭示出SARS-CoV-2具有驚人的適應(yīng)能力，并發(fā)現(xiàn)一些常見突變在不同病毒株中反復(fù)獨立出現(xiàn)。這項目前為止規(guī)模最大的相關(guān)研究，有望為預(yù)測未來病毒變異、制定治療與預(yù)防策略提供重要參考。

“這項研究幫助我們更好地預(yù)測病毒未來可能的進化方向。如果某些突變即使在實驗室中也會反復(fù)出現(xiàn)，那說明它們在真實世界中也可能再次出現(xiàn)，我們就可以提前為其做準備?！薄履贤柺看髮W(xué)（UNSW）生物醫(yī)學(xué)科學(xué)院的首席作者Charles Foster博士表示。

控制環(huán)境中追蹤病毒進化

雖然在疫情期間，全球廣泛采用全基因組測序來進行追蹤與識別變異株，但對病毒在無外部干擾情況下的演化路徑仍了解不多。

此次研究中，研究人員選擇了來自9種不同變異株（包括Alpha、Delta和Omicron）的11個病毒樣本，在實驗室中使用Vero E6細胞（猴腎細胞，廣泛用于病毒研究）進行培養(yǎng)。這些細胞缺乏強烈的免疫反應(yīng)，使研究人員可以更純粹地觀察病毒自身的變化。

通過一種名為“連續(xù)傳代”（serial passaging）的方法，研究人員將病毒在不同細胞之間重復(fù)傳遞33至100次，遠超此前類似研究中常用的15代傳代。該方法常用于疫苗開發(fā)中的減毒研究，可在控制環(huán)境下觀察病毒演化。

Foster博士指出：“現(xiàn)實世界中有太多變量，我們難以真正理解病毒的天然演化過程。而在實驗室中，我們排除了免疫系統(tǒng)和治療手段的影響，能更清晰地看到病毒的自然選擇路徑?！?/p>

病毒在實驗室中的進化結(jié)果

研究人員系統(tǒng)追蹤了每次傳代中病毒基因組的突變情況，包括突變出現(xiàn)的頻率以及是否持續(xù)存在。

研究發(fā)現(xiàn)，即便是在最長期傳代（100次）之后，病毒仍然保持活躍，且持續(xù)產(chǎn)生新突變?！拔覀冊鞠胗^察病毒是否會逐漸減弱，但直到實驗結(jié)束，它們依然‘生龍活虎’，而且還在不斷變異?！盕oster博士說。

更值得注意的是，某些突變在不同變異株中反復(fù)出現(xiàn)，這種現(xiàn)象被稱為“趨同進化”（convergent evolution）。有些突變甚至與現(xiàn)實中疫情傳播中觀察到的突變完全一致。

新南威爾士大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)院的共同作者William Rawlinson教授表示，這表明病毒可能本身就傾向于發(fā)展某些突變，與是否需要逃避免疫系統(tǒng)并無直接關(guān)系。

“有些我們在人類身上觀察到的變化，也同樣在體外實驗中出現(xiàn)了。這說明并不僅僅是免疫逃逸或傳播能力的選擇壓力，病毒結(jié)構(gòu)本身的功能性因素也可能推動突變出現(xiàn)?！彼f。

除了刺突蛋白（spike protein）——病毒進入人體細胞的關(guān)鍵部分——發(fā)生突變外，其他基因區(qū)域也出現(xiàn)了較高頻率的變化。其中一些已知突變會降低某些疫苗的效力。

Rawlinson教授強調(diào)，這項研究并未加速病毒演化，也未提高其傳播性或毒性。相較現(xiàn)實世界中復(fù)雜的免疫選擇壓力，實驗室環(huán)境下的病毒演化風險更低，但卻更容易揭示病毒自然的演化趨勢。

下一步：開放數(shù)據(jù)，共享成果

盡管實驗室研究無法完全模擬現(xiàn)實世界的病毒傳播環(huán)境，但它為預(yù)測病毒如何變異提供了清晰參考，有助于公共衛(wèi)生部門制定前瞻性的應(yīng)對策略。

Foster博士認為，這些在實驗室中觀察到的突變路徑，很可能也會在現(xiàn)實中重復(fù)出現(xiàn)，只是受更多外部選擇壓力影響。

研究團隊已將所有測序數(shù)據(jù)和分析代碼公開，以便全球科研人員進一步挖掘數(shù)據(jù)價值，并與臨床樣本進行比對。

“我們把數(shù)據(jù)完全開放出來，希望更多研究者能基于這些數(shù)據(jù)展開深入研究，幫助我們更全面理解病毒的演化機制?！盕oster博士說。

參考文獻：Charles S. P. Foster et al, Long-term serial passaging of SARS-CoV-2 reveals signatures of convergent evolution,?Journal of Virology?(2025).?DOI: 10.1128/jvi.00363-25

編輯：周敏

排版：李麗