最先在武漢發跡的 COVID-19（武漢肺炎、新冠肺炎），從中國出國深造後短短半年，已經造成 50 萬人死亡；它的病原體 SARS-CoV-2 和 SARS 同屬冠狀病毒，在本文中我們簡稱為「SARS二世」。
從疫情一開始，不斷有人擔心病毒突變變得更厲害。至今 SARS二世的遺傳序列的確已經出現很多變化，但是病毒本來就會一直突變，重要的是對傳染、症狀輕重、治療有沒有影響，這些卻不容易判斷。
SARS二世冠狀病毒的結構，S蛋白質是位於病毒外面的凸起。圖／取自 acebiolab
本次主角突變「D614G」是什麼？
一直到最近才有比較可靠的證據支持，有個突變「D614G」會增加病毒的傳播能力，在病毒從中國擴散到世界的過程中也許是一大關鍵。
「D614G」是什麼呢？SARS二世病毒感染細胞時，病毒表面的 S蛋白質（spike protein）會和宿主細胞上的 ACE2 受器結合。S 蛋白質的第 614 號氨基酸種類，比較早的病毒都是天門冬胺酸（aspartic acid），縮寫為 Asp 或 D；突變後衍生的則是甘胺酸（glycine），縮寫為 Gly 或 G。
在第 614 號位置從 D 突變成 G，所以簡寫作 D614G。
S蛋白質的立體結構，第 614 號氨基酸位於左圖的框框內。圖／取自 ref 3
病毒一直變異很正常，有沒有適應意義需仔細研究
SARS二世是 RNA 病毒，基因組由大約 3 萬個核苷酸組成。相比於其他病毒，SARS二世從今年一月以來的突變不算快速，不過由於感染人數眾多，病毒的族群數量非常龐大，因此不同病毒累積的遺傳差異，整體上仍然相當可觀。
然而，病毒絕大部分的突變，對於繁殖、抗病、傳播等能力，應該都不會有加分的效果（如此適應人類的病毒，突變反而有害的機率多半還比較高）。即使如 D614G 這般不只改變核苷酸，也會改變蛋白質的非同義突變（non-synonymous mutation），大多數時候也少有影響。
要研究某突變是否幫助適應，可以追蹤具備某突變的病毒占整體的比例，有沒有隨著時間增加。然而，疾病的傳播受到許多因素影響，病毒遺傳上的差異時常與適應無關，起伏波動單純只是巧合。假如沒有多重證據，單靠遺傳序列鍵盤辦案，很難分辨序列的變化是否與適應有關。
哪些證據支持 D614G 有助於病毒適應？主要有兩方面，一方面來自各地病毒比例的變化，另一方面是臨床檢驗和實驗測試的結果。
兩款病毒在全世界的相對比例變化，橘色是原本的 D，藍色是衍生的 G。圖／取自 ref 1
一篇已經正式發表的論文，詳細分析分子層次上的變化。氨基酸層次的 D614G 這個突變，在核苷酸層次是基因組第 23403 號 RNA 由 A 突變為 G 的結果。配備此一突變的病毒，絕大部分在另外 3 處也有變化：第 241、3037、14408 號位置上，都是由 C 突變為 T。1, 2
根據蒐集病毒遺傳序列的 GISAID 資料庫，最早於一月底的中國與德國樣本記錄到 D614G，這批樣本也已經具備另外兩處突變，只差 14408 號沒有；2 月 20 日時 4 處突變齊全的病毒首度出現，很快就遍佈歐洲。不論新突變最初在哪兒誕生，歐洲都是它茁壯的溫床。（台灣首度於 3 月 2 日發現）
武漢和泰國最早期的樣本中也有觀察到 D614G，但是其他突變不存在，很可能是另外的獨立事件，表示 D614G 不只誕生過一次。
兩款病毒 3 月時在歐洲各地的相對比例，橘色是原本的 D，藍色是衍生的 G。圖／取自 ref 1
根據資料庫，4 處突變齊全的病毒，在 3 月 1 日以前 997 個樣本中占 10%；3 月 14951 個樣本中占 67%；4 月 到 5 月 18 日 12194 個樣本中占 78%。全世界合計下：
突變的 G 病毒占整體比例，隨著時間不斷增加。
幾乎在世界各地都取得優勢
然而整體比例上升可能只是巧合，或是受到別的因素影響，不足以證實突變有助於傳播。論文更進一步，將樣本拆成不同國家、地區各自分析。
結果相當一致，即使細分到地區的尺度，G 病毒的比例在世界絕大多數地方都有上升，即使是原本 D 病毒已經造成明顯疫情的地區也不例外。只有 2 處例外：冰島、美國加州的聖塔克拉拉郡。
德國、西班牙、英國、冰島的變化，橘色是原本的 D，藍色是衍生的 G。圖／取自 ref 1
即使新突變真的有助於適應，病毒傳播仍會受到其他因素影響。比方說遺傳加 10 分，環境有利加 5 分，結果比原本多 15 分；環境不利扣 5 分，結果只會多 5 分；環境非常不利扣 20 分，反而比原本少 10 分。各地在不同時候狀況都不一樣，本來就不該有一模一樣的結果。
新版 G 病毒的比例在兩三地增加也許是巧合，但是亞洲、歐洲、美洲絕大部分的地點，例如德國、西班牙、威爾斯、蘇格蘭、英格蘭、澳洲、華盛頓州、加州、紐約州、威斯康辛州等等，不論疫情開始時 D 病毒是否較多，一段時間以後 G 病毒的存在感都變得更高。即使其中有運氣成分，也很可能與病毒的遺傳差異有關。
拆成較小的分區，威爾斯、蘇格蘭、英格蘭的變化，橘色是原本的 D，藍色是衍生的 G。圖／取自 ref 1
感染D614G突變病毒，上呼吸道病毒量較高
不過光看序列不夠。SARS二世病毒的演化是發生在眼前的過程，假如 D614G 這個改變真有影響，我們應該能見到某些具體的差別。
研究英國的雪菲爾教學醫院（Sheffield Teaching Hospitals NHS Foundation Trust） 999 位住院患者，發現感染 G 病毒的病患，RT-PCR 的 Ct 質比較低，意謂他們取自上呼吸道的驗體中，病毒含量較高。
上呼吸道的病毒量較高，可能傳播力也比較強，這是突變增強傳染力的間接證據。
然而，不論感染 G 或 D 病毒，似乎不會影響症狀輕重。這點應該不是太意外，畢竟有些研究發現，即使是無症狀的感染者，病毒量也不輸給症狀嚴重的病患，可見症狀輕重和病毒量未必有關係。
除此之外，好幾個研究戰隊報告的獨立結果，大方向都很類似：D614G 能增加病毒的傳播能力。3, 4, 5, 6, 7
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參考資料
- Tracking changes in SARS-CoV-2 Spike: evidence that D614G increases infectivity of the COVID-19 virus
- Spike mutation pipeline reveals the emergence of a more transmissible form of SARS-CoV-2
- The D614G mutation in the SARS-CoV-2 spike protein reduces S1 shedding and increases infectivity
- Mutated coronavirus shows significant boost in infectivity
- D614G mutation of SARS-CoV-2 spike protein enhances viral infectivity
- Naturally mutated spike proteins of SARS-CoV-2 variants show differential levels of cell entry
- The Spike D614G mutation increases SARS-CoV-2 infection of multiple human cell types
本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。
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