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进化通常非常缓慢，这是一个需要数千年或数百万年才能看到的变革过程。
但对于流感来说，进化是快速而致命的。流感病毒迅速变化以逃避身体的防御。每隔几年，流感的新变种就会出现并引起全世界的流行病。
控制流感的传播意味着应对这种持续的进化。每年，来自世界卫生组织（WHO）的专家必须最好地猜测病毒将如何变化，以便选择在年度疫苗中包括哪些流感病毒株。
这项工作既困难又不确定，错误会产生实际后果。在世界范围内，流感每年感染数百万人并导致数十万人死亡。在预测错过标记并且流感疫苗与流行病毒株非常不同的年份，更多人易受感染。
在过去几年中，基因组测序的进步已经开始揭示病毒进化的开始，深入个体感染。我们想知道，对于流感，这些信息是否可以让我们早日看到未来的全球进化趋势。
一个人的流感感染可以告诉我们病毒如何在全世界发生变化？事实证明，这是一个令人惊讶的数量。
深入感染内心
流感演变的每一步都以错误开始。当病毒在受感染的人中复制时，它们有时会发生变异，从而对其基因蓝图产生微小的变化。
大多数突变都对病毒有害，因为它们打破了它需要运作的机器。但每隔一段时间，突变病毒就会存活下来，甚至会茁壮成长。病毒与人体免疫系统一起玩猫捉老鼠。有时，突变病毒可能只是不同，足以逃避身体的注意。
具有这种优势的突变病毒可以迅速繁殖并成为感染的主导。最终，它甚至可能在人与人之间传播，并从那里开始在世界各地传播。
最近，跟踪病毒在人体内的变化变得更加容易。使人类基因组测序变得便宜和容易的相同进步正在改变我们研究病毒的方式。对于单个人类基因组测序的成本，我们可以在整个感染过程中对数千种病毒进行测序，以跟踪新突变的发生。
这些突变可以向我们展示病毒如何对人体内的挑战环境做出反应。对于艾滋病毒，感染通常持续数年甚至数十年，即使在一个人身上，进化也可能很大。特别是，病毒通常会响应抗病毒治疗而产生耐药性。
跟踪4种长感染的流感进化
我们最近跟踪了四名患有流感感染持续数月的癌症患者的病毒进化。大多数流感感染持续约一周，这限制了可能发生的变化。但在免疫系统较弱的患者中，感染可持续很长时间，并产生严重影响。
流感如何在这些长期感染中发生变化？通过在感染期间对不同时间的病毒进行测序并比较它们的基因组，我们能够识别新的突变并追踪它们的命运。
进化只需几周时间。一个明显的例子是抵抗达菲。我们研究的患者正在服用该药来控制他们的感染。但是，与之前的研究一样，最终出现了携带耐药突变的病毒。这些突变可能部分解释了为什么感染持续了这么久。
耐药性突变不是我们看到的唯一进化变化。六种突变病毒，彼此略有不同，有时会在一个人中同时竞争。
这些竞争的病毒使进化变得复杂。一个星期开始传播的突变有时会在下一周灭绝。据推测，它被更好的突变所击败。
在某些情况下，我们在研究中发现了来自不同患者的病毒完全相同的突变，即使我们可以判断患者没有相互感染。我们很少期望因机会而发生这种相似之处。为应对进化挑战，这些病毒可能会遇到类似的调整。其中一些突变可能有助于病毒避免免疫系统，这与其他研究相呼应。
预测未来
更重要的是，这些患者中的许多突变与后来在全世界传播的突变相匹配。在帮助病毒进入宿主细胞的流感外膜的峰值中，我们研究中的四个患者中有三个出现了突变N225D。到2015年，在我们的患者被感染大约8年后，世界上大多数流感病毒都发生了完全相同的变化。
对我们来说，这是出乎意料的。进化充满了权衡，一些有助于流感在人群中适应的突变可能会减缓人与人之间的传播。我们也不知道这种异常长期流感感染的进化是否会与世界各地的变化模式相匹配。
但在我们的研究中，个体人群的流感进化与全球的进化显示出惊人的相似之处。我们可以在少数人中看到一些全球进化趋势的暗示。
随着技术的不断改进，我们越来越容易深入了解流感感染，就像我们一样。世卫组织实验室每年对来自数千人的流感病毒进行测序，以监测流感的演变。研究人员正在对越来越多的菌株进行测序，让我们能够捕捉到个体内首次出现的突变。
这些成千上万的感染中的每一个都像是一个单独的进化实验。通过比较不同感染中出现的突变，我们可以了解进化的可能性和约束。
在某个地方，这种信息可能有助于预测流感的演变。至少现在，它揭示了我们每个人内部发生的一些动态的进化过程。
本文最初发表在Katherine Xue和Jesse Bloom的The Conversation上。阅读原文。