從基因演化看SARS病毒走向

SARS 已經在全球引起大家的密切重視,在缺乏有效治療方法、疫苗的狀況下,引起 SARS 的冠狀病毒究竟會往哪個方向發展,關係到民眾對於未來的信心,當然,也衝擊到整個社會的人際關係網絡。

適逢看到中山醫院董事長寫的社論,其中提到「站在生物有尋求生命延續的基本法則,我們可以相信SARS病毒並無殺死其宿主的本意」,也因此,可以合理的推論 SARS 在經過一段時間的演化之後,毒性勢必會大大的降低,朝向不殺死宿主的方向來發展。

只是這樣的假設建立在突變率、複製頻率以及環境選擇三個前題下。我們可以從基因演算法的經驗來推論這三個變因,各自扮演什麼樣的角色,以及人類的對策會造成什麼樣的影響。

首先是突變率。突變在基因演化之中是一個無特定偏好的改變,它並不代表會朝向某個表現型改變,而只是基因型的變化。舉例來說,假如基因型原本是「1000」,而突變時會將其中任何一個 bit 由 0 變 1 或是由 1 變 0,那在這四個 bits 上面發生突變的機會是一模一樣的。至於突變之後的個體是否更適合生存,則要由環境來決定。突變率越高,個體越有機會快速找到更適合生存的組合;但過高的突變率也會造成已經穩定的個體再陷入不穩定或不適合生存的基因組合。

複製頻率則關係到新一代的個體會多快產生,理論上複製頻率越高,就越有機會產生突變,因為每一次複製的過程中都有同樣的突變機率;當然,若是對於有交配行為的個體,因為交配產生的基因互換也會更為頻繁。因此,複製頻率越高,就可以減少達到平衡所需要的時間。這也是用電腦來進行基因演算法最重要的想法。

而環境選擇決定個體的走向;究竟新一代的毒性要強一點,來抵抗免疫系統,還是傳播性高一點,但毒性弱一點,都取決於環境。如果我們不斷提高大家的免疫系統能力,那也有可能會造成病毒朝向更強的方向走,形成「生物軍備競賽」;同時間,若是能夠製造不利於毒性高個體發展的環境,那麼新一代的弱毒性病毒就比較有可能會取得優勢地位。

只不過,在考慮到努力救活每一個患者的狀況下,似乎不太可能任由病毒自行演化,其實這也是實務上的困難之處。只是不知道,將來的生物資訊發展更為進步之時,有沒有可能在實驗室之中加速進行這樣的病毒演化,而把最後的弱毒性病毒發展出來,再放到人類身上,以排擠較毒的病毒發展空間?或許這也是一種走向。

註一:所謂的「生物軍備競賽」(Biological Arms Race),意指兩種物種由於在演化環境中具有對立關係,造成兩種物種都越演化越強;例如,羚羊跑得越快,就越不容易被獵豹吃掉,因此羚羊朝向跑得快演化,同一時間獵豹也會有差不多程度的演化,因為不能跟上新品種的羚羊的有較高機會會餓死;而第二代的獵豹又造成羚羊必須再演化,留下跑得更快的品種。如此一來一往之間,就如同人類世界的軍備競賽一樣,你有彈道飛彈,我就發展反彈道飛彈;然後你又發展反反彈道飛彈,我就發展反反反彈道飛彈….長此以往,兩國在飛彈的競爭雖然仍維持均勢,卻會形成大幅度的成長。

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