病毒在大量复制时，基因会出现随机的“复制错误”（即基因突变）。随着时间的推移，这些基因复制错误中的少部分会导致病毒基因编码区变化，从而导致病毒表面蛋白或抗原发生变化。虽然自然界中大多数的基因突变都是中性突变，但一部分突变则对病毒有利或有害。从概率上，新冠病毒基因组上每一个新发生的基因突变对人类来说都存在小概率的风险。随着时间的推移，新冠病毒基因组上的微小突变终会出现对人类有更大威胁的突变株。大家广泛关注的501Y和614G变异株就是例子。
图1.病毒变异时间积累现象示意图
我们收集了2021年1月之前所有公开发表的新冠病毒基因组序列，发现新冠病毒自从显现以来，其基因组发生大约4万次突变（图2）。随着时间的推移，突变越来越多，不断出现新的突变，这一趋势跟病毒在全球的感染人群的数量增长趋势大体相当。从图2可明显看到614G和501Y两个突变株引起全球爆发和流行的时间点，造成大量突变的产生和积累。从图2还可以看到近两个月，新发突变明显呈爆发趋势，这与英国变异毒株501Y快速全球蔓延有关。冬季因为天气寒冷，新冠肺炎病毒传播能力变强，不仅加剧了疫情的发展，也加快了病毒的变异。
图2.新冠病毒发生变异位点近期明显增加
（图中蓝色的点代表一个公开发布的新冠基因组，红色虚线代表病毒突变数量的趋势，绿色是全球累计新增病例数）
我们以英国所有新冠病毒的基因组数据和英国历年平均气温为基础，分析了新冠病毒平均突变位点个数与温度的关系（图3），数据显示今年入冬以来新冠的平均突变数目明显上升，这说明低温增加了新冠病毒在人群中的传播频次，从而增加病毒的突变数量。
图3. 英国新冠病毒平均突变位点数与温度的关系
通过对所有基因突变首次出现的国家（地区）进行统计和分析，发现大部分新发的突变都是发生在疫情未受到充分重视的地区和国家。这些国家松懈的防疫政策导致了病毒的广泛传播，新基因突变随之发生，且数量增加。在新冠病毒4万多个基因突变中，有2万多个新突变是在美国和英国的毒株中首次出现的。这也许是N501Y病毒株在英国传播开来的原因之一。（图4）
图4. 世界各国新冠病毒基因组首次发现的突变数目一览表
综上所述，病毒的产生以及其突变是自然的演变过程，我们无法改变这一过程。目前世界各国正在努力研发针对性疫苗并取得了巨大的进步。对于普通民众来说，遵守防疫规定，少扎堆，少聚会，把防控常态化牢记心中才是控制病毒传播的关键。中国举国上下迅速动员，从医护人员、公务员和军人，到志愿者和普通民众，都在各自岗位上全力应对疫情。中国人民的努力付出和所展现的智慧和精神面貌，显示了众志成城的力量，给世界各国抗疫工作做出了表率。
稿件来源：南开大学刘斌教授团队
主要成员：刘斌，孙亚民