您的位置:澳门金莎娱乐网址 > 生命科学 > 法国发现首个噬病毒体,巨型病毒点燃进化树之

法国发现首个噬病毒体,巨型病毒点燃进化树之

发布时间:2019-08-21 04:16编辑:生命科学浏览(110)

    核心提示:澳大利亚科学家在南极的湖里发现了一种新的噬病毒体(virophage),这是科学家继Sputnik和Mavirus之后,迄今发现的第三种噬病毒体。新发现有助于科学家更好地理解这类病毒生物功能的复杂性,并解释这类病毒为何能迅速变异以致很难用药物或疫苗抵御它们

    核心提示: 最近,法国科学家发现了一种小的病毒,能寄生在更大的病毒体内。这种50nm大小的病毒称为Sputni

    在最新一期的《自然》期刊上,一组研究者宣布了他们的新发现:一些病毒也具有“免疫系统”(点这里可以阅读论文全文)。什么,病毒还有免疫系统?它们要免疫系统干什么呢?

    巨型病毒点燃进化树之争 新发现或推翻病毒构成特定生命领域传统理论

    生技网资讯:

    最近,法国科学家发现了一种小的病毒,能寄生在更大的病毒体内。这种50nm大小的病毒称为Sputnik,与多食棘阿米巴模仿病毒的一种新毒株有关,被认为代表了新的病毒家族。文章发表在近期的《自然》杂志上。Sputnik与模仿病毒的关系似乎有利于Sputnik的病毒复制。Sputnik本身并不能在阿米巴细胞中很好地复制。然而,如果阿米巴还感染了这种模仿病毒,Sputnik就能茁壮成长,并利用模仿病毒的病毒加工厂进行繁殖。由于这种生活方式类似于噬菌体,这个病毒也就被归为噬病毒体(Virophage)。

    病毒也能被病毒感染!

    免疫系统的任务是对付入侵的病原体,但病毒怎么看都应该是去入侵别人的那一方才对。的确,自从被发现起,病毒就和各种各样的感染疾病联系在一起。病毒不能够独立地完成它们的"生命"周期,因此它们总要感染到某种类型的宿主细胞里去。

    但是,科学家们确实发现,一些病毒竟然也会遭到别的病毒的感染,它们的“健康”还因此受到了威胁。

    这是怎么回事呢?我们先要从一类奇特的超大号病毒说起。1992年,科学家们发现了一种微生物,它的个头、染色表现看起来都像是细菌,但到了2003年,进一步的研究却发现,它其实是种大块头的病毒。这种酷似细菌的病毒被称为“米米病毒”(Mimivirus)。(更多阅读:大病毒)。

    图片 1显微镜下的米米病毒。图片来自:wikipedia

    米米病毒的出现颠覆了人们对病毒的认识:它实在太大了,遗传物质的量也比其他病毒多出了很多。米米病毒的基因数是一般病毒的几十到上百倍,这种病毒甚至还自己编码了涉及基因组DNA修复和蛋白质翻译功能的部分基因。不过,米米病毒还是必须依赖细胞宿主才能“生活”。在米米病毒之后,科学家们又陆续发现了更多巨型病毒,一种比米米病毒个头还大的病毒还被命名成了“妈妈病毒”(Mamavirus)。

    图片 2 米米病毒与其他微生物的个头对比示意图。这种病毒甚至比一些支原体和古菌还要大。图片来自:newscientist.com

    这还不算完,在这些大块头被划入病毒之后,科学家们又发现了能够感染它们的病毒!是的,病毒竟然还会被病毒感染,这个消息足以让病毒学家们晕倒一片。

    米米病毒等大病毒感染的宿主是阿米巴原虫,它们入侵之后会在阿米巴的体内制造一个“大病毒工厂”(giant viral factory)的结构来制造新的病毒后代。而科学家们用电子显微镜观察这些病毒时,又在大病毒工厂里发现了另一种病毒。

    一个细胞同时感染两种病毒的情况并不少见,有些病毒(比如丁型肝炎病毒)甚至只有在另一种病毒的辅助下才能正常复制。但是这一次的情况就不一样了:这种新病毒并不是和大病毒和平共处,而是对后者造成了威胁。它会进入"大病毒工厂",并将里面的"机器"抢夺过来,用于"生产"自己的子孙后代。这样一来,大病毒的复制就受到了极大影响,不但减产,而且后代往往还带有缺陷。

    所以,科学家们认为这种新病毒更像是大病毒们的"寄生虫",它感染大病毒的过程也像是病毒感染宿主细胞那样。于是,科学家们参照噬菌体,把这些新病毒叫做“噬病毒体”。噬病毒体的个头和经典的病毒差不多,除了与其他病毒类似的基因之外,它们还带有来自米米病毒这样大病毒的基因,这可能就是它们侵占“大病毒工厂”时从宿主那儿掠夺来的。就像其他病毒对宿主细胞做的那样,这些噬病毒体也会把基因转移给它们的大病毒宿主。

    图片 3

    据美国物理学家组织网3月29日报道,澳大利亚科学家在南极的湖里发现了一种新的噬病毒体(virophage),这是科学家继Sputnik和Mavirus之后,迄今发现的第三种噬病毒体。新发现有助于科学家更好地理解这类病毒生物功能的复杂性,并解释这类病毒为何能迅速变异以致很难用药物或疫苗抵御它们。研究发表在最新出版的美国《国家科学院院刊》上。 新南威尔士大学微生物学家李嘉图·卡维留里领导的科研小组从南极有机湖中发现了这种新病毒,其基因序列与首个噬病毒体Sputnik非常类似,因此将其归为噬病毒体类,并命名为“有机湖噬病毒体”。 科学家在藻DNA病毒的基因序列中发现了OLV,藻DNA病毒是一种攻击海藻的大病毒,而OLV则能通过攻击这些藻DNA病毒使海藻躲过藻DNA病毒的攻击并“撒欢似地繁殖”。 2008年,法国科学家发现,从冷冻库分解出来的巨型病毒被一个较小的病毒Sputnik感染,Sputnik能从宿主病毒和其他微生物身上“掠夺”基因,达到显著的基因混合效果,由于这种生活方式类似于噬菌体,科学家将其称为噬病毒体,Sputnik因此成为人们发现的首个噬病毒体。此前,人们只知道病毒能感染细菌,但Sputnik病毒是首个能感染其他病毒的例子。 科学家当时通过对海洋水域所进行的宏基因组学研究发现,存在大量与巨病毒密切相关的基因序列,并认为,应该有大量类似于Sputnik的噬病毒体存在。 本月初,加拿大英属哥伦比亚大学的微生物学家马缇亚斯·菲舍和柯帝士·夏特尔宣布,他们发现了第二种噬病毒体并将其命名为Mavirus。据报道,这种病毒可以攻击到目前为止发现的最大病毒CroV,Mavirus只有在周围有CroV时才活跃起来,而CroV周围出现Mavirus时,其传染速度会降低。研究人员推测,Mavirus能通过窃取CroV的基因而快速繁殖。 第三种噬病毒体OLV的发现使得科学家更加坚信,在其他很多地方,比如冰湖附近的水域中,都可能存在基因序列与OLV相同的噬病毒体,未来科学家或许可以一一发现。目前,对噬病毒体的研究还处于起步阶段,研究结果将有助于科学家更好地理解这些病毒生物功能的复杂性

    Sputnik的基因组是由454测序仪测序完成的。它是18Kb的环状双链DNA,包含了一些基因,与感染三种生物:真核、古细菌和细菌的病毒存在关联。因此,噬病毒体可能是介导基因在巨病毒之间横向迁移的媒介。这项研究为病毒间独特的相互作用提供了线索,暗示了这些传染介质的进化。

    大病毒的 “基因剪刀”

    有入侵的地方总会有反抗,在演化过程中,宿主们也产生了抵抗病毒感染的系统。高等动物体内有复杂的免疫系统来负责这事儿,而细菌体内也有一套简单有效的防御系统——那就是近年来生物学家们竞相追捧的“基因剪刀”CRISPR/Cas。

    当病毒感染细菌之后,细菌会把病毒基因组序列的片段插入自己的基因组里,把病毒的特征记录下来。细菌存放入侵病毒序列的基因区域呈现出"规律间隔成簇短回文重复序列"(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, CRISPR),这便是CRISPR。如果下次再有同样的病毒来的时候,细菌便会调动这些之前插入进来的片段,让它们带着一个能够切割病毒基因组的核酸酶去"杀死"病毒,这个酶便是Cas蛋白。这套系统剪切基因的特性也被人类用在了基因编辑当中(更多阅读:我们到底能用基因编辑做些什么?)。

    而这一次在米米病毒体内发现的“免疫系统”,它也是和CRISPR/Cas系统类似的一把“基因剪刀”。2014年的时候,有一种感染米米病毒的新噬病毒体被发现,它的名字叫Zamilon。科学家们发现,有一些米米病毒可以抵御Zamilon,经过分析和实验,他们在这些大病毒的基因组里发现了噬病毒体的基因片段。在这个基因附近,科学家们还找到了类似细菌Cas蛋白的核酸酶“剪刀”。也就是说,大病毒也会把感染它的噬病毒体基因片段“记下来”,并用核酸酶“剪刀”去剪切入侵者的基因组,从而阻止它们进一步扩增。现在,米米病毒中发现的免疫系统也有自己的名字:MIMIVIRE(Mimivirus virophage resistance element,米米病毒噬病毒体抵抗元件)。

    图片 4米米病毒的“免疫系统”与细菌的CRISPR/Cas系统有很多相似之处。图片来自参考文献1

    关于病毒是不是生命的问题,科学家们还没有共识,而大病毒的发现则进一步模糊了“生命”和“非生命”的边界——这些病毒依然不能独立生存,但却有着复杂的基因和功能,甚至连免疫机制都有了,我们究竟该如何看待它们呢?在第一个噬病毒体发现的时候,有记者在《自然》上发表了一则新闻:《噬病毒体的发现表明病毒是活的》。不知道这个记者在看到MIMIVIRE的时候是不是会拍拍大腿,跳起来说:"看!病毒真是活的!"(编辑:窗敲雨)

    Klosneuviruses示意图 图片来源:Ella Maru Studio/《自然》

    454生命科学的总裁Chris McLeod指出:“这项研究是454测序促进生物学行领域发现的又一佐证。基因组测序仪系统的高准确性和读长人让人们很容易地拼接这个新颖的病毒物种。我们对于病毒以及它们间相互作用的了解不断加深,也促进了传染病的防治。”

    参考资料:

    1. Levasseur A, Bekliz M, Chabrière E, Pontarotti P, La Scola B & Raoult D. MIMIVIRE is a defence system in mimivirus that confers resistance to virophage. Nature, Published online 29 February 2016
    2. La Scola, B et al. A giant virus in amoebae. Science 2003; 299:2033 

    3. Pearson H. 'Virophage' suggests viruses are alive. Nature 2008; 454:677

    进化生物学家从来都不知道是什么制造了病毒,对它们的起源争论了十几年。但一组叫作Klosneuviruses的巨型病毒的新发现可能是“缺失的环节”,有助于解决争论——或者引发更多的争论。

    2003年,研究人员报道发现了巨型病毒,并将其命名为Mimiviruses。其携带的基因表明,它们的原型可以生活在宿主细胞外。这项发现使研究人员分成了两大阵营。一组认为,病毒一开始是自给自足的微生物,受困于其他细胞内,最终变成了寄生生物,并抛弃了它们不再需要的基因。另一组将病毒视为微粒,并在数亿年中抢夺宿主有机体的基因材料。

    4月6日发表在《科学》杂志上的一项研究为后一组的想法提供了证据——病毒是由偷来的部分拼接而成的。但它已经引发了争论,并且是不太可能得到解决的纷争。

    继Mimivirus的发现后,一些科学家发展了一种理论,将病毒放到进化树的根源。他们提出,病毒构成了“第四领域”,与细菌、真核生物(细胞包含内部结构如细胞核的微生物)以及叫做古生菌的细菌大小的微生物并存。

    Mimiviruses直径400纳米,大约是大肠杆菌细胞宽度的一半,能在显微镜下看到,它们包含DNA编码分子,将RNA信息转变为蛋白质,在这方面它们是独特的。普通病毒让宿主细胞为它们生产蛋白质。

    发现Mimiviruses的团队认为,病毒制造自身蛋白质的能力表明,这些病毒巨人起源于可能不再存在的古代独立生存的细胞类型。“它们重新启动了关于病毒生存本质的讨论及其与‘细胞’世界的关系的辩论。”法国艾克斯—马赛大学进化生物学家、Mimivirus最初论文合著者Jean-Michel Claverie说。

    通过比较病毒和真核宿主内病毒的基因序列,这个问题可以得到解决。Mimiviruses包含太少像真核生物的基因,以至于不能完成可以确定它们进化关系的统计分析。这种困难由于病毒基因组变化太快而雪上加霜。

    Klosneuviruses可以填补这个空白。它们的基因组包含许多酶的编码和用于制造蛋白质的其他分子机制。其中一部分从未在病毒中见到过,包括Mimivirus中。“它们是我们以前没有发现过的缺失一环。”该研究合作者、加州核桃溪市联合基因组研究所微生物学家Tanja Woyke说道。

    Woyke和同事在奥地利的污水处理厂研究细菌分解污物时偶然发现了Klosneuviruses。他们通过测序样本基因组识别微生物,发现其4个基因组与Mimiviruses类似。

    研究人员使用复杂的软件追踪其神秘基因组的进化史,发现转译基因似乎是在数亿年里一个接一个地被拾取。他们说,这个证据支持了病毒偷取部分基因组的想法。“不过,这是可能的,Mimiviruses和Klosneuviruses以不同方式起源,使病毒起源的两种想法变成可能。”新研究的合作者、联合基因组研究所生物信息专家Frederik Schulz说。

    目前尚不清楚哪个真核生物奉献了基因给Klosneuvirus。因为没有认定宿主,研究人员还不能让病毒生长。这种病毒似乎并不像Mimivirus和其他已知巨型病毒那样能够感染相同类型的变形虫。

    Claverie指出,大部分Klosneuviruses的转译机制不匹配任何其他已知微生物的基因组。他担心,用于推断病毒起源的计算模型可能捡起样本中剩下的DNA片段,进而可能会污染数据。“在我相信它们的进化论解释之前,我正等着看一个在试管中与宿主分离的真正病毒。”他说道。

    南巴黎大学的进化生物学家David Moreira并不认为这是必要的。他说,很多进化工作可能在基因组单独进行,他很高兴看到越来越多的论文得出病毒不是生命第四领域的结论。

    Mimivirus共同发现者、艾克斯—马赛大学微生物学家Didier Raoult说,这个最新发现不会解决争论,但这是一个很好的发现。“我们正在发现完全被忽视的世界的一部分,需要耐心。”

    《中国科学报》 (2017-04-20 第3版 国际)

    本文由澳门金莎娱乐网址发布于生命科学,转载请注明出处:法国发现首个噬病毒体,巨型病毒点燃进化树之

    关键词: