【新冠学】第一章 病毒的研究（上）

星际隔离

众所周知，新冠已成为近些年来对人类最具有威胁的传染病之一，而对于新冠的知识体系，目前建立的知识体系仍然是比较匮乏的。为了更快的对相关从业人员进行快速且稳定的进行培养，我们编写了这套教材以用于对新冠的部分知识体系展开介绍，其中包含一些开放阅读框架【ORF】的讲解以及对于基因与突变，以及生信学方面的知识体系进行讲解，为了避免难点与重点集中扎堆现象对于理解方面的阻碍，我们采用片段化的方式对其进行讲解。

第一章 病毒的研究
相对于细菌，真菌及类细菌等感染来说，病毒的研究要晚的多，之所以要晚的多，在于细菌与病毒的培养相比，病毒的培养需要更苛刻的条件。直到20世纪初才开始了具备了病毒研究的基础，所以，人类对于病毒的知识体系及了解是极其匮乏的。因为我们对于病毒的研究的总共的历史可能也不过200年。而这二百年以来，我们一共只经历了两次由病毒带给人类的严峻的考验，一次是来自上个世纪的流感病毒，而另一次则来自于21世纪也就是现在一直经历的新冠病毒。病毒的命名往往伴随着时代的特征，及当时的习惯，病毒的名字无法反应其致病力以及致死的相关信息。比如流感病毒的命名，可能也只是因为当年的研究条件不够而一直保留下来的名称，正如非典，是当时流行时基于其研究使用的术语非典型性肺炎的简称而保留下来，而现有的新冠的名字也是突显其时代特征及研究方向，和知识普及的特点而保留。随着知识普及的深入，未来对新发现的病毒的体系可能不再像现在这样随意且无序。
开放阅读框架是用于解读病因的基因序列的参考和分区，一些分区相较来说已经足够成熟，可以将其叫做S，E，M，N等来表示。不同的病毒有着不同的结构，不同的结构也采用着不同的命名体系，甚至一些蛋白的简称使用两个字母表示，对于仍然无法确定的，则根据顺序使用ORF1，ORF2，ORF3，ORF4等来确定。对于一些框架当中出现不同的片段，还可以将其分为片段a，片段b，片段c，片段d等，这些片段也和框架区联合，比如ORF1a，ORF1b。当解读需要联合时，则以ORF1ab等形式展现。对于一个病毒基因的起点和终点，根据其为核苷酸或氨基酸残基，分别写作5'端，3'端，N端和C端，而这些名字并非随意取的。N端意味着一段多肽的氨基端，而C端则意味着羧基端，而由于氨基具有一个氮原子，则使用N的符号表示，羧基则包含碳，氢，氧，以碳的符号C来表示。同样5'和3'则是由于碳位编号不同，一方编号为顺时针，另一方编号逆时针。则根据位置，一方处于5号碳，另一方处于3号碳。又由于为编号碳原子的顺序进行区分，某些碳原子则以不带'的形式进行编号，而另一组则以带'的形式进行编号，甚至其他的类似的编号系统，甚至可能以''的形式展现，而这些只是为了区别而区别。这个'，''没有实际意义，只是代表先后顺序。
DNA和RNA的编码的区别其实在于脱氧和有氧，这也导致组成核苷酸的有五种不同的区别的嘧啶或嘌呤，而每种编码方式，都对应四种嘧啶或嘌呤。也就是说有三种是共用的，另外两种则分别一个大量存在于DNA，另外一个则大量存在于RNA，注意：这里写的是大量，而不是仅，因为某种意义上，这两种中另一种其实可以少量存在于其中。1961年遗传密码被破解，标志着世界对于生物的研究迈向基因时代。
那么这些遗传密码是怎样的规则呢？
无论是DNA还是RNA都遵从着以三个密码子为一组编码蛋白质，简称三联密码，但是根据现在的研究显示，由于多个三联密码子编码同一种蛋白质，且第三位密码子，由于一些原因每两种或每四种都以一种规则编码同一种蛋白质，某种意义上三联密码在某些氨基酸的编译上存在简并性，在有些氨基酸编码时，无论第三位密码子是任何一个密码子，都能编码同一种氨基酸，那么对于有些密码子来说，前两位已经足以编码一个氨基酸残基，那么这种特性就是密码子的简并性，这种简并性只存在于个别氨基酸的编码。
基因突变对于病毒来说，基因突变就像家常便饭，特别是RNA病毒，由于缺乏纠错机制，RNA病毒基本上突变频率是很高，就像是孙悟空的脸一样，那么我们要对RNA病毒进行研究，势必要先掌握一些关于基因突变的相关知识。基因突变的几个特性：多向性，重复性，随机性，可逆性，有害性。
任何基因座上的基因，都有可能独立的发生多次不同的突变而形成其新的等位基因，我们把这种特性叫做基因突变的多向性。已经发生突变的基因，在一定的条件下，还可能再次独立地发生突变而形成另外一种新的等位基因形式的基因突变的特性叫做基因突变的重复性。在新冠病毒中，例如发生S:F486S突变后，再由S:F486S突变发生新的突变导致形成S:S486P突变，就突显出了这种特性。
基因重复突变与基因多向突变的结果相似，是群体中复等位基因存在的主要成因之一。基因突变不仅是生物界普遍存在的一种遗传事件，而且，对于任何一种生物，任何一个个体，任何一个细胞乃至任何一个基因来说，突变的发生都是随机的，这种基因突变的特性就叫做基因突变的随机性。不同的物种，不同的个体，不同的细胞或者基因，其各自发生基因突变的频率可能并不完全相同。描述基因突变频率的物理量叫做突变率。
基因突变的可逆性，基因突变是具有可逆性，当一种参照基因类型的某一氨基酸或核苷酸向一个类型突变时叫做正向突变，而这一个体在该参照基因类型下再次从已变异的氨基酸或核苷酸重新突变为该参照基因类型的氨基酸或核苷酸时，叫做回复突变。例如：S493R是指刺突蛋白的493位点的Q突变为R，当再次从R突变为Q时，也就是S:R493Q时，该突变就是S493R的回复突变。一般情况下，正向突变率远高于回复突变率。
如果一个物种或基因发生某种突变，对该物种或基因对环境的适应性产生危害时，我们把这种特性叫做基因突变的有害性。