冠状病毒如何变异和传播

冠状病毒是一层充满遗传指令的油膜，可以自我复制数百万份。指令被编码成3万个“字母”的RNA-a、c、g和u-被感染的细胞读取并翻译成多种病毒蛋白。

去年12月，中国武汉的一个海鲜市场周围出现了一系列神秘的肺炎病例。1月初，研究人员对一种新的冠状病毒的第一个基因组进行了测序，他们从一名在市场工作的男子身上分离出了这种病毒。第一个基因组成为科学家追踪SARS-CoV-2病毒在世界各地传播的基线。

被冠状病毒感染的细胞会释放数百万种新病毒，所有病毒都带有原始基因组的副本。当细胞复制该基因组时，它有时会出错，通常只是一个错误的字母。这些错别字被称为突变。当冠状病毒在人与人之间传播时，它们会随机积累更多的变异。

下面的基因组来自武汉的另一名早期患者，除一处突变外，与第一例完全相同。RNA的第186个字母是u而不是c。

当研究人员对武汉病例群中的几个基因组进行比较时，他们只发现了几个新的突变，这表明不同的基因组来自最近的共同祖先。病毒以大致规则的速度积累新的突变，因此科学家们能够估计疫情的源头是在2019年11月左右的某个时候。

在武汉郊外，仅在另一个样本中发现了第186个RNA字母中的相同突变，该样本是在七周后在中国广州以南600英里的地方收集的。广州样本可能是第一个武汉样本的直系后裔。或者他们可能是病毒表亲，有着共同的祖先。

在这七周里，广州血统从一个人跳到另一个人，经历了几代新病毒。在这个过程中，它产生了两个新的突变：又有两个字母的RNA变成了u。

蛋白质是折叠成不同形状的氨基酸的长链。每个氨基酸由三个基因字母编码，但在许多情况下，三个字母中第三个字母的突变仍将编码相同的氨基酸。这些所谓的“沉默突变”不会改变产生的蛋白质。

“非沉默”突变确实会改变蛋白质的序列，广州的冠状病毒样本获得了两个非沉默突变。

但是蛋白质可以由成百上千种氨基酸组成。改变一种氨基酸通常不会对它们的形状或作用方式产生明显的影响。

几个月过去了，冠状病毒基因组的一部分获得了许多变异。其他人几乎没有收获，或者根本没有收获。这种惊人的变异可能掌握着冠状病毒生物学的重要线索。

基因组中积累了许多突变的部分更加灵活。它们可以容忍基因序列的改变，而不会对病毒造成伤害。突变较少的部分更易碎。这些部分的突变可能会导致冠状病毒的蛋白质发生灾难性的变化，从而摧毁冠状病毒。这些关键区域可能是用抗病毒药物攻击病毒的特别好的目标。

12月至4月在4400个冠状病毒基因组中发现的氨基酸替换总数。

随着冠状病毒基因组中变异的积累，科学家可以追踪冠状病毒在世界各地的传播情况。

1月15日，一名男子在武汉探亲后飞回西雅图地区的家中。在几天的轻微症状之后，他的冠状病毒检测呈阳性。他成为美国首例确诊的冠状病毒病例。

他的病毒基因组包含三个在中国病毒中也发现的单字母突变。他们允许科学家追踪这名男子的感染源头。

基因组WA1，1月19日从西雅图地区一名访问武汉的男子那里收集。

基因组WA1，1月19日从西雅图地区一名访问武汉的男子那里收集。

基因组WA1，1月19日从西雅图地区一名访问武汉的男子那里收集。

基因组WA1，1月19日从西雅图地区一名访问武汉的男子那里收集。

五周后，华盛顿州斯诺霍米什县的一名高中生出现流感样症状。鼻拭子显示他感染了冠状病毒。科学家们对他的冠状病毒样本的基因组进行了测序，发现它与华盛顿第一个病例中发现的相同的独特突变，但还带有另外三个突变。

这种新旧突变的结合表明，这名学生并不是从最近从另一个国家来的人那里感染了冠状病毒。相反，自1月中旬以来，冠状病毒可能在西雅图地区传播了大约五周而没有被检测到。

从那时起，与华盛顿集群有基因联系的病毒现在已经出现在世界上至少14个州和几个国家，以及大P上的9个病例。