毫无疑问，您已经听说过世界各地正在演变的新型冠状病毒变种。现在似乎有十几个版本的 SARS-CoV-2，它们的关注程度各不相同，因为有些与传染性和致死率的增加有关，而另一些则没有。这种多样性很容易让人不知所措，并担心我们永远无法实现群体免疫。然而，越来越多的证据表明，这些变种具有相似的突变组合。这可能不是许多人所担心的多线作战，拥有无限数量的新病毒版本。
我是一名进化微生物学家，研究细菌和病毒如何适应新的环境或宿主。像许多微生物学家一样，我和我的同事们已经把注意力转向了解 SARS-CoV-2 如何进化出在人类中繁殖和传播的适应性。我们最喜欢的实验室方法是实验进化，在实验中，我们从相同的菌株开始，在相同的条件下培养多个微生物种群，持续数周或数月。我们研究诸如抗生素耐药性如何进化和感染如何变成慢性等问题。这种方法的强大之处在于，使用多个种群可以让我们“重播生命之带”，并研究进化可能具有多大的可重复性和最终的可预测性。
我们看到的一种模式被称为趋同进化，即相同的性状随着时间的推移在不同的独立谱系中出现，通常是它们适应相似环境时。一些趋同进化的最佳例子包括各种沙漠动物的沙色；鲸鱼、海象和海牛（实际上关系很远）的叶状游泳鳍；甚至人类在成年后消化乳糖的能力，这种能力在地理上隔离的人群中出现了几次。
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就 SARS-CoV-2 而言，来自数千名患者的病毒的完整基因组序列使我们能够寻找趋同模式。虽然大多数突变都是一次性的，最终会灭绝，但有些突变建立了新的谱系，随着病毒成功复制和感染许多人，这些谱系的频率会越来越高。如果病毒的同一部分在世界各地的不同样本中反复突变并且变得更加频繁，这种突变很可能编码了一种适应性，可以帮助病毒繁殖和传播。
随着冠状病毒基因组监测的加强，最近的一些研究已经发现了趋同进化的迹象。在美国，我们的实验室发现了至少七个在基因上独立的谱系，它们在病毒臭名昭著的刺突蛋白（病毒用来附着在人体细胞上的蛋白）的特定位置获得了一个突变。刺突蛋白具有一个由氨基酸链接而成的序列，该突变发生在第 677 个位置。在原始的 SARS-CoV-2 中，这是氨基酸谷氨酰胺，缩写为 Q。
在六个谱系中，这个 Q 突变为另一个氨基酸，组氨酸 (H)，被称为 677H。在第七个谱系中，Q 突变为另一个氨基酸，脯氨酸 (P)。每个谱系还具有一个称为 S:614G 的突变，这是几个月前被识别出的病毒的第一个显著变化，并且传播范围如此之广，以至于现在在所有感染病例中占 90%。我们以常见的鸟类命名这七个美国谱系，例如“知更鸟”和“鹈鹕”，以帮助我们区分和追踪它们，并避免因以它们首次被检测到的区域命名而产生偏见。
美国境外的谱系也获得了 677H，包括在埃及、丹麦、印度和马其顿的一个大型集群中。一种名为 B.1.525 的新变异也具有 677H，从 B.1.1.7（最早发现的令人担忧的版本之一）演变而来的几个谱系也是如此。S:677 突变的巧合的全球出现及其流行率的五倍增加有力地证明了这些变化必须在某种程度上提高病毒的适应性。我们还不知道具体原因，但值得注意的是，S:677 与刺突蛋白的一个区域相邻，该区域有助于病毒进入并感染人体细胞。
这远不是 SARS-CoV-2 中趋同的唯一例子。刺突蛋白中至少八个不同位置的突变同时在世界各地兴起，出现在 B.1.1.7 和其他主要关注的变种中，这些变种被称为 B.1.351、P.1 和 P.3。这些变种在 18、69-70、417、452、501、681 位置共享突变组合，以及一种特别令人担忧的 E484K 突变，它可以逃避中和抗体。出于这个原因，追踪变种的两个领先科学网站（http://covariants.org/ 和 http://outbreak.info）现在报告了这些共享的、定义性的突变，以简化和巩固我们的注意力。美国疾病控制中心和媒体在理解这些关键突变的重要性方面进展缓慢，但这种情况正在改变，因为正是这些变化可能会改变病毒的功能，例如传染性或逃避疫苗的能力。
设想这种类型的趋同进化的一种方式是将其视为俄罗斯方块游戏，其中有限数量的构建块可以以不同的方式、不同的组合进行组装，以实现相同的获胜结构。例如，现在已知 B.1.1.7 中的突变组合使其具有特别强的传染性，并且 B.1.351 谱系由于 E484K 可以逃避抗体。
由于许多新发现的变种似乎正在重新采样在其他已建立的变种中发现的突变，我们可以推测病毒开始耗尽新的主要适应性。但这并不意味着当我们开始接近群体免疫并放松限制时，进化的力量就会停止。历史告诉我们，病毒可以迅速进化以逃避传播障碍，尤其是在感染仍然很多的时候。我们必须记住，感染越多，发生突变的机会就越大，那些最能帮助病毒生存的突变就会增殖。这就是为什么阻止新的感染是关键。这些病毒适应性已经在重写我们关于趋同进化的生物学教科书；让我们努力限制新材料的出现。
同样至关重要的是，我们必须大力投资建立一个预警系统，以检测新的 SARS-CoV-2 变种以及许多其他新出现的病原体，无论是已知的还是尚未发现的。病毒基因组监测和测序是关键。在英国检测到许多变种的原因是因为研究人员和公共卫生官员在这些技术方面的远见卓识的投资。
在美国，来自新的联邦刺激计划的大量资金已经增加了研究人员可以对病毒样本进行测序和分析的频率。必须通过建立公共卫生专业知识和研究基础设施来解码病毒的基因变化，并预测未来疫苗修改的需求，以此来维持这种增长。正是基础科学通过新的疫苗技术为这次大流行提供了希望；并且在新的支持下，它也将成为我们抵御未来威胁的守护者。