當冠狀病毒 SARS-CoV-2 去年冬天突然爆發時，科學家們知道情況很糟糕。但他們也認為它很穩定。冠狀病毒的突變不像引起流感、肝炎或艾滋病等病毒那樣容易，這部分歸功於 SARS-CoV-2 及其同類在複製時用於防止破壞性基因錯誤的分子“校對”系統。
研究人員只是部分正確。這種病毒確實很糟糕，但畢竟不是那麼穩定。自從 SARS-CoV-2 從動物傳播到人類以來，一直在獲得微小的隨機突變。這些突變可以採取病毒基因程式碼中單個字母的錯別字或較長片段的缺失或插入的形式。當它們發生時，大多數突變要麼殺死病毒，要麼不會引起其結構或行為的改變。
但在最近幾個月，人們發現了幾種原始病毒（也稱為野生型）的新變種，這些變種似乎引起了病原體行為方式的重大變化，包括其傳染性的改變。這些病毒版本似乎在不同的地理區域（如英國、南非和巴西）迅速湧現，並且在某些情況下已經超過了現有變種。儘管改進的監測和測序工作可能部分解釋了為什麼這些變種現在出現，但它們模式中的一些重複表明突變並非隨機。
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密歇根大學病毒學家亞當·勞林說：“我們看到的是在多個地方出現類似的突變。” “這非常具有暗示性，表明這些突變正在發揮作用。”
具體而言，它們似乎有助於病毒更容易傳播並逃避免疫系統。本月，研究人員首次報告，來自 COVID 患者的抗體並未完全中和首先在南非發現的變種。一些從疾病中康復的人似乎也再次感染了突變病毒。
到目前為止，Moderna 和輝瑞公司生產的疫苗似乎對新變種有效，儘管 Moderna 已開始開發針對新變種的加強針。專家表示，由於這兩種疫苗的有效率都超過 90%，因此有效率略有下降仍然值得使用。
勞林說：“我對這不會損害[COVID 疫苗]感到樂觀，但顯然，這是我們必須密切關注的事情。” 他補充說，未來幾年，公司可能需要改造這些疫苗並管理更新的版本，就像每年修訂流感疫苗一樣。大多數疫苗引起的免疫反應都比病毒的自然感染強得多。在疫苗的臨床試驗中，Moderna 發現，疫苗接種後產生的抗體可能比 SARS-CoV-2 感染後自然產生的抗體持續時間更長。
以下是五種最突出的變種，按研究人員首次發現它們的順序排列。此列表標識了每個變種首次出現的位置，並給出了科學家用於識別它的技術名稱或名稱。（變種的命名引起了一些混亂，因為不同的研究團隊使用不同的系統。此列表使用一個基於每個變種的祖先譜系的系統，但某些變種仍然有多個名稱）。這些條目還突出顯示了每個變種中的重要突變——用字母和數字表示，這些字母和數字表示它們在病毒基因組序列中的位置——並描述了科學家對這些變化的作用的瞭解或懷疑。
西班牙
名稱：20A.EU1、B.1.177 顯著突變：A222V
在西班牙首次發現的 20A.EU1 變種包含病毒刺突蛋白上的突變，稱為 A222V。刺突蛋白是 SARS-CoV-2 的一個組成部分，它與人類細胞上稱為 ACE2 的受體結合，這種附著有助於病毒進入這些細胞並感染它們。刺突蛋白也是病原體的一部分，當人類抗體反擊感染時，會成為人類抗體的靶標。在實驗室測試中，人類抗體在 中和具有 A222V 突變的病毒方面效果稍差。在幾個月的時間裡，20A.EU1 變種成為歐洲的主要變種。然而，流行病學家從未看到任何證據表明它比原始變種更具傳播性。研究人員認為，當歐洲去年夏天開始取消旅行限制時，在西班牙占主導地位的變種在整個歐洲大陸傳播開來。
英國
名稱：20I/501Y.V1、VOC 202012/01、B.1.1.7 顯著突變：N501Y
英國的科學家一直在關注 B.1.1.7 變種一段時間，然後在 12 月宣佈它可能比原始形式的傳播性至少高 50%。該公告是基於流行病學資料，資料顯示該病毒在全國範圍內迅速傳播。這導致了國際旅行禁令和英國更嚴格的封鎖措施。
B.1.1.7 變種包含 17 個突變，包括刺突蛋白中的幾個突變。其中之一 N501Y 已被發現有助於病毒更緊密地結合到 ACE2 細胞受體。然而，尚不清楚該變種增強的傳染性是僅來自 N501Y 還是也涉及其他刺突蛋白突變的某種組合。
劍橋大學微生物學家莎倫·皮科克說，儘管最初存在擔憂，但沒有真正的證據表明該變種比原始變種對兒童更具傳染性。皮科克是 COVID-19 基因組學英國 (COG-UK) 聯盟的執行董事，該聯盟是一個分析病毒基因變化的組織。輝瑞和 Moderna 都認為他們的 COVID-19 疫苗仍然對 B.1.1.7 有效。來自英國的資料暗示該變種可能比原始變種更致命，但分析是初步的。
B.1.1.7 的確很突出，因為它積累了如此多的突變，顯然是一次性完成的。勞林和其他人懷疑，這些突變可能出現在一名免疫功能低下的患者體內，該患者由於無法抵抗病毒而長期感染。德克薩斯大學醫學分部加爾維斯頓分校的微生物學家斯科特·韋弗說，可能只有其中一些變化賦予了該變種進化優勢，並使其迅速在英國各地傳播。其他變化只是順便發生。
南非
名稱：20H/501Y.V2、B.1.351 顯著突變：E484K、N501Y、K417N
B.1.351 變種與 B.1.1.7 大約在同一時間出現，並在南非迅速傳播，成為該國的主要變種。與其歐洲對應物一樣，B.1.351 包含 N501Y 突變，儘管證據似乎表明這兩個變種是獨立產生的。但科學家們更關心南非版本中出現的另一個突變，稱為 E484K。基因變化可能有助於病毒逃避免疫系統和疫苗。
西雅圖弗雷德·哈欽森癌症研究中心的進化和計算生物學家傑西·布盧姆和他的實驗室使用酵母細胞建立了一系列刺突蛋白，其中幾乎包含了所有超過 3,800 種可能的蛋白質組分變化，這些變化可能是由基因突變驅動的。然後，科學家們測試了人類抗體與每種改變後的刺突蛋白的結合程度。他們發現，E484K 以及蛋白質中特定位置的類似突變，使某些人的抗體與刺突蛋白結合的難度增加了 10 倍。布盧姆的實驗室還發現，某些抗體混合物，例如藥品和生物技術公司 Regeneron 和 Eli Lilly 目前正在測試的一種混合物，可能對 B.1.351 變種中存在的突變效果較差。
本月晚些時候，南非的研究人員釋出了一項預印本研究（尚未經過同行評審的研究），表明來自 COVID 患者的含抗體血清在中和這種變種方面的效果明顯降低。在 1 月 26 日釋出的另一篇初步預印本中，科學家報告說，他們將 B.1.351 放入從接種過輝瑞或 Moderna 疫苗的人身上提取的血清中。他們發現該血清中的抗體對突變體的中和活性降低，而對抗原始病毒的活性則較高。
然而，試管中的抗體與真人體內的疫苗不同。這兩種疫苗都會產生如此多的抗體，以至於活性的下降仍然可能留下足夠的抗體來中和病毒。疫苗還會刺激免疫系統的其他保護性成分。儘管如此，Moderna 已開始致力於針對新變種的加強針。
巴西
名稱：B.1.1.28、VOC202101/02、20J/501Y.V3、P.1 顯著突變：E484K、K417N/T、N501Y
名稱：VUI202101/01、P.2 顯著突變：E484K
1 月份，研究人員報告說，他們在巴西檢測到兩種新變種，它們都是一種較舊的共同祖先變種的後代。儘管它們與其他新發現的版本共享突變，但它們似乎是獨立於這些變種產生的。
在這兩種變種中，研究人員目前更關注 P.1。該變種比 P.2 包含更多的突變（儘管兩者都具有 E484K），並且已經在日本和其他國家/地區發現。瑞士伯爾尼大學的遺傳學研究員艾瑪·霍德克羅夫特說，雖然 P.1 可能是在免疫功能低下的個體中積累了突變，但可能更難確定該變種首次出現的時間和地點，因為巴西對病毒樣本的測序數量遠不及英國。
霍德克羅夫特指出，巴西和南非在 2020 年都爆發了大規模的 COVID 疫情。由於如此多的感染者產生了對抗病毒的抗體，因此能夠逃避免疫系統並再次感染康復者的版本可能具有強大的優勢，然後會在人群中更廣泛地傳播。
病毒傳播和變化
儘管幾種刺突蛋白變種的看似突然出現令人擔憂，但研究人員表示，沒有證據表明病毒發生了根本性的變化，使其能夠更快地突變。勞林說，最有可能的是，全球 COVID 病例的龐大數量正在為病毒提供無數次稍微改變的機會。基本上，每個感染者都是 SARS-CoV-2 重塑自身的機會。“其中一部分是進化，但很大一部分是流行病學，”勞林說。總的來說，“病毒越來越擅長成為病毒。”