病毒寧可跳去別人身上也不想跟宿主一起演化

病毒迫切地需要劫掠宿主細胞和資源以不停複製,因為如果沒有宿主,病毒就什麼也不是。

 

 

文|Mumu Dylan 

 

  病毒迫切地需要劫掠宿主細胞和資源以不停複製,因為如果沒有宿主,病毒就什麼也不是。有鑑於這種依賴性,某些病毒在宿主演化過程中陷入了困境,每當宿主分支成一個新物種時,它們就得做出細微的調整──這種過程被稱為「共同分歧」(co-divergence)。舉例來說,人類和黑猩猩的B型肝炎病毒型態略有不同,病毒可能在四百多萬年前寄宿於兩者的共同祖先身上,隨後因演化而發生突變。

 

  但病毒還有另一種選擇──「跨物種傳播」,直接跳去完全無關的新宿主身上。這種病毒演化方式與禽流感、愛滋病、伊波拉病毒和SARS等重大傳染疾病密切相關,雖然這類病毒極具破壞性,但過去認為跨物種傳播的現象並不常見。

 

  然而,最近澳洲科學家針對數千種不同病毒的長期演變進行首次研究後,得出了一個驚人結論:跨物種傳播比過去認知的更重要且更加頻繁,在不同物種之間跳躍驅使病毒完成最主要的演變;同時,共同分歧其實不如以往預期的那麼普遍。未參與研究的舊金山州立大學演化生物學家普麗妮‧潘寧斯(Pleuni Pennings)評論說:「這項研究相當具說服力,說明共同分歧是例外,而非常規。」

 

若病毒與宿主共同分歧,兩者演化樹會相當接近;如果病毒在物種間跳躍,兩者的演化樹則會迥然不同。

 

  病毒若無法操控宿主的遺傳物質複製增生,那麼就會走向終結。因此病毒可能需要在數十年或更長的時間內反覆嘗試感染新的宿主,同時積累各種相應的突變,最終才能站穩腳步以複製和傳播自身。

 

  但是當病毒從一個物種成功跳躍到另一個物種時,很多時候也成為自己的犧牲品。特別是跳躍至小型且孤立(通常是剛演化完的新物種)的群體時,高致命性的病毒在迅速耗盡宿主的可用資源後,也把自己燃燒殆盡。因此病毒學家認為,儘管長久以來跨物種跳躍的傳播方式經常發生,但宿主與病毒的共同分歧還是比較穩定的發展方式。不過支持這種說法的數據卻很少,潘寧斯解釋說:「完美的共同分歧就像是教科書上的理論一樣,極為罕見很難找到絕佳的案例。」

 

  雪梨大學生物學教授愛德華‧霍姆斯(Edward Holmes)及其同事決定揭開病毒的神秘面紗。他們使用病毒基因組數據重建出19個主要病毒的家族演化史,這些病毒家族涵蓋23種至142種病毒,分別寄宿在哺乳動物、魚類和植物等不同宿主身上。

 

  研究人員為病毒家族及其宿主物種建立起系統化的演化樹並進行比較。他們認為,如果一種病毒與宿主共同分歧隨之發展,病毒的演化樹應該近似於宿主,最初的病毒應該也感染了宿主祖先。但是,如果病毒在物種之間跳躍,宿主和病毒的演化樹會看起來迥然不同,而差異多寡取決於中間發生過多少次的跨物種傳播。

 

  根據《PLOS Pathogens》期刊發表的報告指出,對於這19個病毒家族而言,跨物種傳播是稀鬆平常的事。霍姆斯教授並不驚訝於每個病毒家族都曾進行過跨物種跳躍,而是對它們發生過的次數感到訝異。他說:「所有的病毒都這樣做,這是非常特別的。」

 

  至於科學家為什麼沒有早點發現跨物種傳播對病毒演化的重要性,霍姆斯教授則解釋說,過去研究的觀點往往過於狹隘,時間跨度短、觀察的宿主與病毒種類也相對較少。霍姆斯說:「如果只觀察十至二十年,不一定會看見病毒的跨物種跳躍。但如果拉長至一百萬年,你就絕對能發現。」

 

霍姆斯教授並不驚訝於每個病毒家族都進行過跨物種跳躍,而是對它們發生過的次數感到訝異。

 

  霍姆斯及研究同事對跨物種傳播發生的方式和原因的一部份見解,源自於他們觀察到RNA病毒似乎比DNA病毒更頻繁地在物種之間跳躍。科羅拉多州立大學比較醫學教授蘇珊‧范德沃德(Susan VandeWoude)說:「這可能是因為它們具有更高的突變率,RNA病毒通常具有較小的基因組和較高的突變率組合,使它們更可能適應新的宿主環境。」

 

  霍姆斯也點出RNA病毒與DNA病毒不同的生存方式。RNA病毒感染通常急性但短暫,在相對較短的時間內便會消逝,例如流感或感冒。這意味著病毒可能錯失與宿主成為新物種的機會。霍姆斯說:「如果你是一種急性病毒,效用大概只存在幾天或幾週的時間,平均而言很難撐到與宿主共同分歧,因為你存活的時間不夠長。」

 

  相比之下,DNA病毒感染通常慢性且持久。當一部分的宿主群體演化為另一種新物種時,也更可能帶著原有的DNA病毒。再加上被感染的群體數量較多,也增加了病毒與新宿主共同分歧的機會。

 

  霍姆斯認為,新發現不完全代表跨物種傳播而出現的新疾病,將對醫學造成更嚴重或迫在眉睫的危機,而是揭示了病毒演化的方式可能比想像中還更複雜,科學家們也不該低估病毒「跳到」新宿主的頻率。

 

 

參考報導:Quanta Magazine

 

圖片credit:gmF-Productions@flickr

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