在新冠疫情初期，全球尚处于对这一新兴病毒的认知混乱中，一支澳大利亚研究团队便着手探究新冠病毒（SARS-CoV-2）在长期演化过程中的变化规律。他们希望了解：病毒在没有免疫系统干预的实验室环境中，会如何进化？是否会逐渐变弱？
如今，五年过去，该研究成果已发表于《病毒学杂志》（Journal of Virology），揭示出SARS-CoV-2具有惊人的适应能力，并发现一些常见突变在不同病毒株中反复独立出现。这项目前为止规模最大的相关研究，有望为预测未来病毒变异、制定治疗与预防策略提供重要参考。
“这项研究帮助我们更好地预测病毒未来可能的进化方向。如果某些突变即使在实验室中也会反复出现，那说明它们在真实世界中也可能再次出现，我们就可以提前为其做准备。”——新南威尔士大学（UNSW）生物医学科学院的首席作者Charles Foster博士表示。
控制环境中追踪病毒进化
虽然在疫情期间，全球广泛采用全基因组测序来进行追踪与识别变异株，但对病毒在无外部干扰情况下的演化路径仍了解不多。
此次研究中，研究人员选择了来自9种不同变异株（包括Alpha、Delta和Omicron）的11个病毒样本，在实验室中使用Vero E6细胞（猴肾细胞，广泛用于病毒研究）进行培养。这些细胞缺乏强烈的免疫反应，使研究人员可以更纯粹地观察病毒自身的变化。
通过一种名为“连续传代”（serial passaging）的方法，研究人员将病毒在不同细胞之间重复传递33至100次，远超此前类似研究中常用的15代传代。该方法常用于疫苗开发中的减毒研究，可在控制环境下观察病毒演化。
Foster博士指出：“现实世界中有太多变量，我们难以真正理解病毒的天然演化过程。而在实验室中，我们排除了免疫系统和治疗手段的影响，能更清晰地看到病毒的自然选择路径。”
病毒在实验室中的进化结果
研究人员系统追踪了每次传代中病毒基因组的突变情况，包括突变出现的频率以及是否持续存在。
研究发现，即便是在最长期传代（100次）之后，病毒仍然保持活跃，且持续产生新突变。“我们原本想观察病毒是否会逐渐减弱，但直到实验结束，它们依然‘生龙活虎’，而且还在不断变异。”Foster博士说。
更值得注意的是，某些突变在不同变异株中反复出现，这种现象被称为“趋同进化”（convergent evolution）。有些突变甚至与现实中疫情传播中观察到的突变完全一致。
新南威尔士大学生物医学科学院的共同作者William Rawlinson教授表示，这表明病毒可能本身就倾向于发展某些突变，与是否需要逃避免疫系统并无直接关系。
“有些我们在人类身上观察到的变化，也同样在体外实验中出现了。这说明并不仅仅是免疫逃逸或传播能力的选择压力，病毒结构本身的功能性因素也可能推动突变出现。”他说。
除了刺突蛋白（spike protein）——病毒进入人体细胞的关键部分——发生突变外，其他基因区域也出现了较高频率的变化。其中一些已知突变会降低某些疫苗的效力。
Rawlinson教授强调，这项研究并未加速病毒演化，也未提高其传播性或毒性。相较现实世界中复杂的免疫选择压力，实验室环境下的病毒演化风险更低，但却更容易揭示病毒自然的演化趋势。
下一步：开放数据，共享成果
尽管实验室研究无法完全模拟现实世界的病毒传播环境，但它为预测病毒如何变异提供了清晰参考，有助于公共卫生部门制定前瞻性的应对策略。
Foster博士认为，这些在实验室中观察到的突变路径，很可能也会在现实中重复出现，只是受更多外部选择压力影响。
研究团队已将所有测序数据和分析代码公开，以便全球科研人员进一步挖掘数据价值，并与临床样本进行比对。
“我们把数据完全开放出来，希望更多研究者能基于这些数据展开深入研究，帮助我们更全面理解病毒的演化机制。”Foster博士说。
参考文献：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
编辑：周敏
排版：李丽
评论 (0)