病毒进化的试验和错误

病毒迅速发展。对一种大多数轻度流感病毒的遗传构成进行微调可以引发下一次大流行。在不同的环境中对相同的应变进行同样小的改变可以使其变得模糊不清。在正确的时间，正确的特质就是一切。来自弗吉尼亚理工学院Carilion研究所，弗吉尼亚 - 马里兰州兽医学院，国立卫生研究院和耶鲁大学的一组科学家正在研究病毒进化的确切方式，以及这些知识如何有助于预防疾病。

他们今天在Nature Reviews Microbiology上发表了他们的结论。研究人员分析了三个众所周知和不同病毒家族的多项研究，所有病毒家族的基因组都由称为RNA的遗传物质组成。RNA 病毒在自然界中无处不在，感染大多数动物，包括人类，植物和细菌。

病毒具有较大的种群和较快的复制周期，因此它们成为研究进化的理想模型。变化很快就会出现 在几周内，研究人员可以在受控的实验室条件下测试突变或特定的遗传组合是否适合后代病毒。“遗传多样性是选择压力在进化过程中形成的粘土，”弗吉尼亚理工学院Carilion研究所的助理教授，该论文的作者Sarah McDonald说。“我们正在研究病毒如何在分子上调节其遗传多样性，以及各种选择压力如何允许某些菌株的出现超过其他菌株。”

分段RNA病毒可以用单一亲本系复制，但是它们也可以用另一种病毒重新洗涤它们的片段，以在称为重配的过程中产生杂交病毒。“从概念上讲，重组在更复杂的生物体中与有性生殖有一些共同特征，”麦克唐纳说，他也是弗吉尼亚 - 马里兰州兽医学院的助理教授。“两种亲本病毒感染一种宿主细胞并交换遗传物质，导致遗传上不同的后代病毒。”

无论是人类还是病毒，都有一个明显的进化优势，即召集两个独立的基因库：增加遗传多样性。后代有可能包含父母特质的正确组合，以更好地适应当前的环境。然而，也有可能后代将比他们的父母更糟糕。

麦克唐纳说：“后代病毒至少要比其父母更健康，如果不合适的话。” 复制的内在能力，以及病毒抵抗宿主免疫系统的能力只是决定新病毒是否会成为大流行还是仅仅已经消亡的两种压力。

在他们的综述中，研究人员指出，来自不同遗传家族的RNA病毒尚未被观察到重组，即使它们感染相同的宿主细胞。它就像一个室内植物与鱼杂交。存在物理限制，但更重要的是基因不相容。

然而，即使在遗传上相似的病毒中，限制也限制了新菌株的增加。例如，在甲型流感病毒中，编码为特定功能的RNA的重配段被包装在一起。

三个不同的部分都在病毒如何包装其复制的遗传物质中发挥作用，因此如果其中一个片段包含在新病毒中，其他两个片段也包括在内。这限制了可能的遗传选择，因为一个片段不可能加入两个新片段来制作完全原创的组合。

“分段分类和包装水平的分子失败可能是实验室环境中重组频率低于预期的一个主要原因，”麦克唐纳说。“RNA如何相互作用的微妙差异可能导致成功的重配导致杂种后代。”

研究人员将三种病毒家族的趋势联系起来，他们正在努力了解病毒如何增加其遗传多样性以及选择压力如何影响这种多样性，以促进或缓和自然界中新的，可能更致命的病毒变种的出现。

“一些关键的突出问题仍未得到解答，但我们可能会在当前研究范围内找到答案，”麦克唐纳说。“有了这些答案，我们不仅会告知疾病预防和控制策略，而且我们还能够阐明我们对有机体进化的基本认识。”