《病毒圈》:驚人重組潛力加上極高傳染性,讓COVID-19有成為「超級病毒」的潛力

《病毒圈》:驚人重組潛力加上極高傳染性,讓COVID-19有成為「超級病毒」的潛力
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流感病毒的基因組或遺傳資訊很小、相對簡單,但冠狀病毒的基因組,是所有以RNA為基礎的病毒中最大、最複雜的,意思就是冠狀病毒的生物、遺傳機制也更加複雜。

文:法蘭克・萊恩(Frank Ryan)

流感病毒屬於正黏液病毒。正黏液病毒科包括七個以RNA為基礎的病毒屬,有四個已知會引起流感的不同病毒屬,為便利起見,分別標記為A、B、C、D。前三個會導致脊椎動物得流感,包括鳥類、人類、豬、狗、海豹,D型流感僅限於豬和牛。人類主要會受A型和B型流感病毒感染。單一病毒顆粒的直徑在一百到兩百奈米之間,大致呈球形。病毒的表面是以脂質為基礎的包膜構成,上面覆蓋著數百個突起的突棘。這些突棘的蛋白質變化,是流感一再捲土重來的根本原因。

突棘由兩種不同的蛋白質組成:紅血球凝集素(haemagglutinin),或稱H蛋白;以及神經胺糖酸苷酶(neuraminidase),或稱N蛋白。病毒利用這兩種蛋白附著在宿主的目標細胞上。人體免疫系統會將H和N蛋白識別為外來抗原,並產生抗體來消滅它們。例如,A型流感病毒有眾多亞型或病毒株,都具有H蛋白和N蛋白。在這裡說明一下術語:被稱為H2N28的病毒株,意思就是突棘上攜帶的是H2和N28抗原蛋白亞型。

這些亞型是在病毒複製過程中由病毒基因編碼構成,因此病毒基因的突變會使它們產生變化。如果突變導致病毒的傳染性增加,表示能更成功地傳播、複製,天擇會積極選擇這種演化上的成功。新亞型或新病毒株在天擇的影響下,從演化過程中出現,導致新的流感爆發。

例如,新型H1N1病毒株的出現,引發一九一八年所謂的「西班牙流感」;新型H2N2病毒株引發一九五七年的「亞洲流感」,新型H3N2病毒株引發一九六八年的「香港流感」,新型H7N9病毒株引發二○一三年的「禽流感」。這就是為什麼即使以前得過流感,或者已經接種過流感疫苗因應先前的病毒株,都無法保護我們不被下一個冬天出現的新病毒株感染。某位頂尖的專家是這麼說的:「流感病毒的遺傳特性使牠們成為神出鬼沒、棘手的全球公衛之敵。」

流感大流行是更大的問題。幸好發生頻率比季節性流感少得多,但一旦發生,整體的威脅更大。同樣地,了解這種危險的疫情再起背後的演化機制會很有幫助。引發流感大流行的,不是H或N突棘的突變,而是更強大的演化機制。兩種不同的流感病毒同時存在於某個單一宿主身上,例如一頭豬,牠們可以互換整個基因組,產生新的混合病毒。這種強大的演化機制叫做「重組」。會在人類身上釀成大流行的流感僅限於A型病毒。而且,由於重組會產生全新的病毒,與季節性病毒相比,人類免疫系統的備戰能力顯得更為不足。在這種情況中,極高的傳染性加上全新的新興病毒,催生出極為強大的病毒株、某種「超級病毒」。

我們能不能藉由專門的疫苗接種計畫,根除流感大流行的威脅,就像根除天花那樣?儘管疫苗可能證實愈來愈具有預防作用,新的抗病毒藥物也可能改善流感的療法,但恐怕我們不太可能澈底根除流感。天花能被根除,是因為人類是天花病毒唯一的傳染窩——但人類並不是流感病毒唯一的天然傳染窩。全世界的水鳥都是流感的天然傳染窩。野鴨、其他水禽,已經窩藏了約十四種不同的H抗原。恐怕這就代表這個天然基因庫已經有潛力產生新的流感大流行病毒株。這些不同的流感病毒都會在野禽的消化道中複製,然後再被這些鳥類排泄到牠們棲息的水生生態系統中。

例如,當科學家在冬季從加拿大廣大的湖泊中採樣時,發現不同種群流感病毒的廣泛汙染。然後呢,沒錯,這裡再度出現如同發生在其他病毒與天然宿主關係中的情形:當科學家檢視被流感病毒當成天然宿主的鳥類時,發現流感病毒並未引起明顯的疾病。

幾年前,我拜會了亞特蘭大CDC當時的流感部門主任南希.考克斯,討論未來流感大流行的風險。考克斯的說法是:「在人口缺乏免疫力、毒性強大的流行病毒株蠢蠢欲動的情況下,我們觀察到的發展情形相當戲劇性。」考克斯博士辦公室的牆上貼著世界地圖,上面裝飾著四散的輪廓線和各種彩色圖釘。她就像全球其他流感專家一樣,試圖預測何時、何地可能會出現新的流感大流行。她相信過去的行為可能會有蛛絲馬跡,讓她知道未來會發生什麼。因應大流行流感病毒株的專家,多數時間都會像這樣檢視病毒株的行為,追蹤病毒的演化。

她的牆壁下半部是一張中國地圖,有六個不同的地點被圈了起來。這些地點都有觀察員密切注意,希望在新病毒株一出現就發現牠們。但中國並不是唯一可能出現病毒的地方,觀察員也在密切注意全球其他地點的情況。二○一七年,H7N9禽流感捲土重來,創下自二○一三年首度出現以來最致命的紀錄,在中國造成七百一十四人重病,死亡率據報超過三分之一。

一有新的流感大流行病毒株出現,就是一場戲劇性競賽的開端,目標是盡快將新病毒的適當抗原納入預防性疫苗中。這種大流行病毒株一問世,我們就只有幾個月的時間,能搶在病毒以噴射客機的速度橫掃全球之前,準備、分配足夠的新疫苗。速度和預測的準確性將成為攸關全球人命的關鍵。

二○○二年,一種名為「嚴重急性呼吸道症候群」(severe acute respiratory syndrome)、簡稱為SARS的全新病毒威脅在中國廣東省出現。SARS不是由流感病毒引起的,而是由一種名為嚴重急性呼吸道症候群冠狀病毒(SARS-CoV)的冠狀病毒引起的。在SARS流行之前,世人已知冠狀病毒會感染動物和鳥類,導致類似感冒的疾病。


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